（电力系统及其自动化专业论文）大型烟气脱硫系统监控系统的研究与开发.pdf

使用q u a n t u m 系列配套的编程软件包c o n c e p t 进行系统配置， 编写数据采集和处理程序。采用m o d b u s t c p 协议，实现了# 1 炉、# 2 炉和公用系统之间的状态量传输。 自动控制闭环控制部分，采用了改进的带死区p i d 控制算法， 对于一些耦合与大滞后的环节采用前馈控制和串级控制，应用经验 整定法对p i d 控制参数进行整定。实现增压风机入口负压、吸收塔 液位、石膏浆p h 值、真空皮带滤饼厚度控制在内的多个闭环控制。 在真空皮带滤饼厚度控制中，采用普通p i d 控制的效果并不理 想，因而引入模糊控制方法，构成模糊p i d 复合控制，使控制效果 得到较好的提升。 采用组态软件实现上位机监控系统的功能具有人机界面友好， 通用性好，可靠性高，容易使用的特点。系统设计了监控画面显示、 设备控制画面显示、报警系统、历史数据记录查询和事件记录查询 等功能。 脱硫控制系统已投入实际运行，达到了预期的控制效果。 关键词：可编程控制器，p i d 控制，模糊控制，集 x r e l i a b l i t y a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo f“s a f e ， r e li a b l ea n d e c o n o m i c a lf u n c t i o n ”o ft h ef g dc o n t r 0 1s y s t e m ，i ta d o p t st h e a d v a ni n d u s t r yc o n t r o lc o p u t e r sw i t hs a m s u n g2 1 一i n c hl c da n d a1 a s e rp r i n t e ra si t su p p e rc o m p u t e r s o n eo ft h e s ec o m p u t e r s iss e ta st h es i s i n t e r f a c em a c h i n e t h eq u a n t u ms e r i e sp l c o fs c h n e i d e re l e c t r i ca r ea d o p t e da si t s1 0 w e r c o m p u t e r s ， c o n n e c t i n ga 1 1s e n s o r sa n da c t u a t o r s u s i n gt h ec o n c e p ts o f t w a r ek i tf o rq u a n t u ms y s t e mt o c o n f i g u r ea n dp r o g r 锄。 t h ec o l i l l u n i c a ti o n 锄o n g # l ， # 2a n d c o 唧o nu n i ti sa c h i e v e db ym o d b u s t c pp r o t o c 0 1 t h ec l o s e 一1 0 0 pa u t o m a t i o nc o n t r 0 1 s ， i n c l u d i n gt h ei n l e t p r e s s u r ea d j u s t m e n to fb o o s t e r f a n ，w a t e rl e v e lo fa b s o r b e r ， g y p s u mp ha n ds oo n ， a d o p t e dt h ed b a n dp i da r i t h m e t i c ， a n d f e e d f o r w a r da n ds e r i e sc o n t r o l l e ra r i t h m e t i cf o rc o u p l i n ga n d s e r i o u s l yd e l a y e ds y s t e m s ， a n ds e t t i n gt h ep i dp a r u i l e t e r s e x p e r i e n t i a l l y s i n c en o r m a lp i dc o n t r o l l e ri sn o tp a r t i c u l a r l ys u c c e s s f u l t od e a lw i t ht h eg y p s u mt h i c k n e s sc o n t r o l ，t h i st h e s i sp r e s e n t s t h ef u z z y p i dc o n t r 0 1 1 e r ，a n di ti se f f e c t i v e n e s sa st h er e s u l t s h o w n t h eu p p e rc o m p u t e ra d o p t sp m c ， t h eg e n e r a lc o n f i g u r a t i o n s o f t w a r ef o ri n d u s t r yc o n t r o l ， t od e v e l o pt h el 谢if o r t h e c o n t r o l s y s t e ma n dr e a l i z et h ef u n c t i o no fc e n t r a l i z e d c o n t r 0 1 t h ef g dc o n t r o ls y s t e mh a sb e e nw o r k i n gf o ra p e r i o d ， a n d i th a sa c h i e v e dt h ei n t e n d e dg o a l s k e y w o r d s ：p l c ，p i dc o n t r 0 1 ，f u z z yc o n t r 0 1 ，d c s ， f g d v 北京交通大学硕士毕业论文 第一章绪论 1 1研究的背景与现状 随着经济的快速发展，我国因燃煤排放的二氧化硫急剧增加。据统计，1 9 9 0 年全国煤炭消耗量1 0 5 2 亿吨，到1 9 9 5 年煤炭消耗量增至1 2 8 亿吨，二氧化 硫排放量达2 3 7 0 万吨，超过欧洲和美国，居世界首位。由于我国部分地区燃 用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措旌，致使二氧化硫排放量不断增加，造成 严重的环境污染。 一般将p h 值5 6 作为酸雨的划分线，低于该值的降雨叫酸雨。可能引起雨 水酸化的物质有硫化物类、氮化物类以及氯化物类，在三类物质中，形成酸雨 的主要物质是s 0 2 和n o x ，它们形成的酸雨占总酸雨量的9 0 以上。这两类物 质的9 0 都是燃烧矿物燃料造成的。中国酸雨以硫酸为主，硝酸的含量不至q 硫 酸的1 1 0 ，带有大气s 0 2 污染的明显特征，这与中国的以煤为主的能源结构是 有关的。 我国是燃煤大国，煤炭占一次能源消费总量的7 5 。随着煤炭消费的不断 增长，燃煤排放的二氧化硫也不断增加，连续多年超过2 0 0 0 万吨，已居世界首 位，致使我国酸雨和二氧化硫污染日趋严重。据国家环境保护局对全国2 1 7 7 个环境监测站1 3 年( 1 9 8 1 1 9 9 3 年) 监测数据分析表明，环境空气中二氧化硫浓 度超标城市不断增多，目前已有6 2 3 的城市二氧化硫年平均浓度超过国家二 级标准，日平均浓度超过三级标准( 二氧化硫年平均浓度二级标准值为0 0 6 毫 克立方米，是人群在环境中长期暴露不受危害的基本要求；日平均浓度三级 标准值为o f 2 5 毫克立方米，是人群在环境中短期暴露不受急性健康损害的最 低要求。环境空气中二氧化硫的主要危害是引起人体呼吸系统疾病，造成人群 死亡率增加) 。由二氧化硫排放引起的酸雨污染范围不断扩大，已由八十年代初 的西南局部地区，扩展到西南、华中、华南和华东的大部分地区，目前酸雨地 区已占全国恧积的4 0 左右。华中地区的酸雨污染程度已经超过八十年代污染 最重的西南地区，酸性降水频率超过9 0 。 根据1 9 9 8 年中国环境状况公报；“我国的大气环境污染仍然以煤烟型为主， 北京交通大学硕士毕业论文 主要污染物是二氧化硫和烟尘。酸雨问题依然严重。1 9 9 8 年二氧化硫排放总量 为2 0 9 0 万吨，其中工业来源的排放量为1 5 9 3 万吨，占7 6 2 ；生活来源的排 放量4 9 7 万吨。在工业排放的二氧化硫中，县及县以上工业企业排放1 1 7 2 万吨， 占7 3 6 ；乡镇企业排放4 2 1 万吨。” 1 9 9 8 年全国发电装机容量达到2 7 7 0 0 万千瓦，比1 9 9 6 年增长9 0 7 ，发电 量达到1 1 5 7 7 亿千瓦时，比1 9 9 7 年增长2 0 7 。其中火电装机容量为2 0 9 8 8 万 千瓦，占7 5 7 ，火电发电量为9 3 8 8 亿千瓦时，占8 1 。据初步推算，1 9 9 8 年全国火电厂排放的二氧化硫约为7 8 0 万吨，占全国二氧化硫排放量的3 7 3 。 其中，国家电力公司所属6 0 0 0 千瓦及以上火电厂燃原煤量约2 8 亿吨，平均含 硫量为1 0 3 ，二氧化硫排放量约5 0 0 万吨，占全国二氧化硫排放量的2 3 9 。 酸雨和二氧化硫污染危害居民健康、腐蚀建筑材料、破坏生态系统，造成 了巨大经济损失。根据有关的研究结果，1 9 9 5 年我国由于酸雨和二氧化硫污染 造成农作物、森林和人体健康等方面的经济损失约为1 1 0 0 多亿元，已接近当年 国民生产总值的2 ，成为制约我国经济和社会发展的重要因素。 1 2二氧化硫的控制工艺进展 对于二氧化硫的控制方法一般有三个途径：燃烧前脱硫，燃烧中脱硫和烟 气脱硫。 燃烧前脱硫指对煤的脱硫，脱硫方式主要有物理法，化学法和微生物法。 目前以物理法中的重力分选法应用最为普遍，该方法利用硫铁矿密度比精煤密 度大的特点，把煤粉碎后在水中经水力旋流器后与精煤分离。这种方法能够有 效脱除4 0 一8 0 的硫成分和6 0 的灰成分，但同时这种脱硫方法也降低了能量 的利用率。 燃烧中脱硫，也就是炉内脱硫法。火电厂多采用循环流化床脱硫技术。在 床内加入一定粒度的石灰石或白云石等脱硫剂，在8 0 0 舢的低温燃烧过程 中，c a c 0 3 首先分解成c a o 和c 0 2 ，c a o 与燃烧过程中的s 0 2 或s 0 3 发生反应， 生产c a s 0 4 ，从而达到脱硫的目的。 烟气脱硫( f h e g a s d e 砌p h 妇i o n ) ，英语简写为f o d ，是目前应用最广， 降低s 0 2 排放量最直接、最经济、最有效的方法，也是目前唯一大规模商业应 用的技术。目前，世界各国对烟气脱硫都非常重视，已开发了数十种行之有效 的脱硫技术。根据脱硫过程是否有水参与及脱流产物的干湿状态可以分为湿法、 北京交通大学硕士毕业论文 半干法和干法烟气脱硫。另外还有氨法、镁法、钠法、海水脱硫、电予柬辐射 法等。美国、德国和日本等发达国家从7 0 年代起就对各种烟气脱硫工艺和装置 进行了研究，到目前为止，烟气脱硫技术已经发展到了第三代。在脱硫率运行 可靠性和成本方面有了很大改进，运行可靠性可达9 5 以上。我国的f g d 方法 上的研究也有2 0 多年的历史。 1 2 1 湿法烟气脱硫技术 湿法烟气脱硫技术主要指的是石灰，石灰石石膏法脱硫技术，它是采用石灰 或者石灰石的浆液与烟气中的二氧化硫和氮氧化物反应，生成相应钙盐的原理 进行脱硫的。因其技术成熟、操作稳定、效率高而被世界各国广泛采用。在脱 硫过程中，它具有对煤种的适应性好的特点，但是它的一次性投资大，对设备 具有腐蚀性和容易造成二次污染。 1 2 2 干法烟气脱硫技术 干法烟气脱硫技术较好地克服湿法烟气脱硫技术所存在的腐蚀和二次污染 等问题。干法烟气脱硫技术主要是直接向锅炉炉膛内喷射石灰石粉末，并配合 采用炉后烟道增设活化反应器进行烟气脱硫。其工艺简单，投资比较少，但是 脱硫效率不高。 1 2 3 半干法烟气脱硫技术 半干法是利用氢氧化钙和水混合成悬乳液，再经过雾化后与热烟气接触而 达到脱硫的目的。其工艺设备简单，基建投资比湿法低，不需要废水处理和烟 气再加热。能耗较低，但是副产品只能用于陆地填充，脱硫效率不如湿法烟气 脱硫技术高。 1 2 4 氨法烟气脱硫技术 氨法以合成氨( 南) 为脱硫剂，脱除烟气中的s 0 2 ，最后得到化肥。该 方法将我国火电厂的烟气脱硫工业和我国的化肥工业密切相结合，实现废气的 充分利用，不仅仅达到了保护环境的目的，而且还可以通过销售化肥实现电厂 北京交通大学硕士毕业论文 利润增收，能对电厂增加脱硫系统产生积极的促进作用。 但是，该方法还在实验室研究阶段，到现在还没有正式投入到火电厂的实 际运用中。 表1 1 脱硫工艺比较表 湿法半干法干法氨法 技术成熟程度成熟成熟成熟工业试验 适用煤种不限中低硫煤中低硫煤中高硫煤 单机应用的经济2 0 0 m w 及以3 0 0 m w 及以3 0 0 m w 及以不限 性规模 l 下 下 脱硫率9 5 以上 7 5 8 5 7 5 8 0 9 0 吸收剂石灰石石灰石灰石灰石液氨 副产物 石膏亚硫酸钙亚硫酸钙硫铵硝铵 废水有无 无无 市场占有率高，8 0 以上一般，5 8 少 珞璜、北京、 国内应用黄岛、白马下关、钱清成都 半山、重庆等 工程造价较高中等 较低较高 运行维护工作量较大中等 中等较大 1 3 烟气脱硫技术的应用前景 我国的烟气脱硫事业还刚刚起步，尽管具有巨大的市场前景，但是任务也 是相当艰巨的。根据国家经贸委印发的火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产 化规划要点和国家发改委文件关于加快火电厂烟气脱硫产业化发展的若干 意见中的要求，对燃煤发电机组，在满足排放标准前提下，应按以下五条原 则选择工艺技术： ( 1 ) 燃用含硫量大于1 煤( 含1 ) 并且容量大于2 0 0 m w ( 含2 0 0 m w ) 的机组，建设烟气脱硫设施应重点考虑采用石灰石石膏湿法脱硫 工艺技术。 ( 2 )燃用含硫量小于1 煤并且容量小于2 0 0 m w 的机组，或剩余寿命 低于1 0 年的老机组以及在场地条件有限的现役电厂，在吸收剂来 源和副产物处置条件充分落实的情况下，建设烟气脱硫设施可考虑 北京交通大学硕士毕业论文 添加h 2 s 0 4 。这就演变成现在普遍采用的吸收、氧化在同一吸收塔内进行的工 艺。 吸收塔能在p h4 5 5 5 范围内工作，为利用廉价但反应速度慢的石灰石开 辟了新途径。延长脱硫剂在浆池内滞留时间，提高石灰石研磨细度和就地强制 氧化是将石灰石利用率提高到9 5 9 9 的前提条件。向浆池鼓风使石灰石溶解 时释放的c 0 2 从浆池中被驱出，保证石灰石溶解反应不断进行。图1 1 给出了 典型的湿法石灰，石灰石一石膏脱硫工艺流程图。 图1 1 湿法石灰，石灰石石膏脱硫工艺流程图 美国洁净空气公司研究院 ：心 ；) ， ( 3 1 2 ) 箭 这里只是表示而已，并非累加求和。 如果论域u 是实数域，论域中有无穷多个连续的点，该论域称为连续论域。 连续论域【，上的模糊集合爿可以表示为 爿= f 心0 ) “( 3 1 3 ) 岛 这里的积分符号也只是一种表示，不具有通常的积分意义。 常用的隶属函数有三角型、正态分布型和梯型。 模糊集合与普通集合一样能进行交、并、补的基本运算，设爿，曰，c 是论 域【，上的三个模糊集合，它们的交、并、补运算除了普通集合中的“互补律” 不成立以外，其他的包括“恒等律”、“交换律”、“结合律”、“分配律”、“吸收 律”、“同一律”、“复原律”和“对偶律”在内的八条定律都成立。 设爿且是模糊集合爿和口的直积，以一b 为论域定义的模糊集合r 称为 爿和占的模糊关系。对于一x 口中的任一元素( 口) ，都指定了它对r 的隶属度 f 0 ，6 ) 。 既然模糊关系是用模糊集合来定义的，其特性也完全由隶属函数来刻划， _ 月( 口，是以口，6 为自变量的一个空间曲面。当爿，b 皆为有限的离散集合时， 彳和b 的模糊关系r 可用矩阵表示，称为模糊关系矩阵。 常用的模糊推理方法有两种，即广义前向推理以及广义反向推理。它们都 是通常所说的“三段论”，包括两个前提和一个结论，前提l 是一条“i f ， 唧n ”形式的模糊规则，部分是规则的前提，1 h e n 部分是规则的结论。 北京交通大学硕士毕业论文 在前提1 成立下，若已知规则的前提求结论，就是广义前向推理；若已知规则 的结论求前提，则是广义反向推理。 模糊数学已经成为一门新兴的学科，有关这学科的更多内容请参考文献 【2 7 】。 3 7 2 模糊控制的基本原理 模期控制是以模糊数学为基础的计算机智能控制。模糊控制原理方框图如 图3 1 7 所示。 模糊控制器的包括四部分：模糊化接口、知识库、模糊推理机和解模糊接 口。 1 模糊化接口 模糊化是将输入、输出论域与多个语言项描述( 模糊集合) 建立模糊关系 并用隶属度来进行具体刻划的过程。也就是将真实的确定量转换为模糊矢量的 过程。根据人们的语言与思维习惯，对事物的刻划可以分为好几个语言项。对 于一般的控制论域可以定义多个模糊集合，例如某一偏差论域e 上定义了n b 负大、n m 负中、n s 负小、z o 零、p s 正小、p m 正中和p b 正大七个模糊集 合。 2 知识库 图3 1 7 模糊控制原理方框图 北京交通大学硕士毕业论文 知识库由数据库和规则库两部分构成。 数据库所存放的是所有输入、输出变量的全部模糊子集的隶属度矢量值， 若论域为连续域，则为隶属度函数，它的数据来源于模糊化接口。在规则推理 的模糊关系方程求解过程中，向模糊推理机提供数据。 规则库是全部模糊控制规则的总和，在规则推理时为模糊推理机提供控制 规则。模糊控制器的规则是基于专家知识或手动操作熟练人员长期积累的经验 而编写的。它是人的直接推理的一种语言表示形式。 模糊规则的一般形式为： i f p i s 彳f a n d 如i s 且；t h e n h i s g 上式中的p ，如和分别为偏差e 、偏差变化率扭和输出u 的论域中的元 素，丘，局和c f 分别为各自对应的模糊子集。根据人工控制经验，可离线组织 起控制决策表r ，r 是笛卡儿乘积集e x 扭上的一个模糊子集， 尺一u 墨 ( 3 1 4 ) i l 式中 r = 4 ex c ( 3 1 5 ) 则输出的控制量模糊子集c 有 c = ( 爿x 口) 。r( 3 1 6 ) 式中表示模糊直积运算； 。表示模糊直积运算。 规则条数和模糊变量的模糊子集划分有关，划分越细，规则条数越多，但 并不代表规则库的准确度越高，规则库的准确性还与专家知识的准确度有关。 3 模糊推理机 推理机的作用是在模糊控制器中根据知识库中的信息完成模糊推理，求解 模糊关系方程，获得模糊控制量，通常采用运算较简单的推理方法。 4 解模糊接口 解模糊可以看作是模糊化的反过程，它要由模糊推理得到的模糊控制量转 变为模糊控制器的精确数值输出。解模糊的方法很多，如最大隶属度法、重心 法和加权平均法等。最大隶属度法是解模糊常用的方法，只要在推理结论的模 糊集合中取隶属度最大的那个元素作为输出量即可。重心法就是取模糊集合隶 北京交通大学硕士毕业论文 = n b ，n m ，n s ，z o ，p s ，p m ，p b ，： “ 零，正小，正中，正大 = z 0 ，p s ，p m ，p b 。 真空皮带的厚度调节为了防止系统在自动控制方式下出现振荡发散的失控 现象，当厚度偏差的绝对值超过2 0 m m 时，系统自动切换到手动调节方式下， 并发出声音报警。因此厚度偏差e 的基本论域e 可选择【8 ，8 】，厚度变化率如 的基本论域施为【2 ，2 】。输出变量“为真空皮带频率，其基本论域u 为【1 5 ， 4 0 】。 采用简单而有效的三角形隶属度函数来确定以上三个连续论域中的元素对 应于各自的模糊集合的隶属度，如图3 1 9 所示。 一嬲脓。 j 一勋锄蒋叹一j 图3 1 9 e ，如及h 的隶属度函数 根据脱水皮带的运行特性与经验来确定模糊控制规则表，如表3 1 所示 北京交通大学硕士毕业论文 表3 1 控制规则表 e h p bp mp s z on sn mn b p bp bp bp bp bp bp mp m p mp bp m p m p m p mp sp s p sp mp m p m p mp sp sp s d pz op mp sp mp mp sp sp s ： n sp sp sp sp sp sp sz o n mp sp sp sp sp s z 0 z 0 n bp sp sz oz o z oz 0 z o ： 表中的第一格的控制规则是 l f ej s 船a n d d 毒i s 只8 t h e n “i s p 8 模糊推理方法中使用最多的是理论上比较成熟的矩阵关系运行法。它把控 制区间内各个模糊集合及其类似函数构成一个关系矩阵，每个控制区间将产生 一个矩阵，将这些矩阵进行逻辑。与”和逻辑“或”运算，然后生成一个控制 矩阵。最后，再将一对输入精确值按照某种方法与控制表进行比较就可以获得 最后的输出结果。 该方法计算起来比较复杂，所以采用了简化的m a x m 玳推理。 解模糊算法为常见的加权平均法。 芦纯) x 雎， 一上l _ 一 ( 3 1 7 ) y 卢0 ，) 。 符 其中m 为输出变量论域中第f 个变量； 口“) 为第f 个变量所对应的隶属度。 图3 2 0 给出了采用模糊p i d 复合控制的真空皮带滤饼厚度控制系统的响应 曲线。该响应曲线是经过实际运行并对隶属度，控制规则表和变量的论域进行 优化调整后所得到的，该算法的咖控制部分的参数与3 6 3 中的真空皮带调节 参数一致，取弱= o 7 ，积分时问夏= 0 s ，微分时间乃= 0 s 。图中记录了在1 4 6 分钟内的3 0 0 组状态点。 北京交通大学硕士毕业论文 4 0 3 8 3 6 3 4 3 2 * 粤3 。 蔷2 8 2 6 2 2 2 模糊p i d 控制效果 。宝曼富盘昌嚣导辱皇盘是岔昌鲁露盘宝誉墨堡墨兰虽骂曼曼曼曼 时间( 分钟) 图3 2 0 真空皮带滤饼厚度模糊p 1 d 复合控制响应曲线 从图上的5 3 5 分钟内，自动的投入控制，由于落料不均匀造成较大的干扰， 存在最大为8 m m 偏差，采用模糊p i d 复合控制的石膏脱水系统能够快速将扰 动抑制，使系统稳定运行在偏差峰值约为2 m m 的范围内。当系统进行设定值 进行1 0 幅度的调整时，系统基本没有经过大幅振荡便进入稳定运行状态。由 于外部干扰严重，系统在1 m m 的范围内波动运行。 采用模糊p i d 复合控制比普通p i d 控制有更好的动态响应，更小的超调量， 由于复合控制中的p i d 也是采用纯比例控制，因此它与真空皮带滤饼厚度普通 p i d 控制的稳态精度是一样的。如果复合控制中使用p i 或者p i d 控制，控制的 稳态精度明显要比纯模糊控制高。 北京交通大学硕士毕业论文 价格较高，国内的普通用户较难接受。国内也有不少专业的组态软件，如组态 王，力控、m c g s 等等。北京爱信特测控技术公司开发的p m c3 o 系统吸收了 国内外组态软件的很多优秀成分，并采用了当今较为先进的软件设计技术，在 很多方面超越国外的组态软件，且价格要低得多，节约了开发成本。基于此， 确定选用p m c 作为上位机监控系统的组态软件。 4 2p 妣3 o 介绍 p m c 以w i n d o w s 9 8 觚，2 0 0 0 中文操作系统作为操作平台，充分利用了 w i n d o w s 的图形功能完备、界面一致性好、易学易用等特点，具有功能完备的 人机接口界面和面向对象的图形开发环境，便于高效、快捷地把整个工艺过程 构成监控画面，以动画的形式显示各个控制设备的状态，在报警和历史趋势方 面的功能，方便了对系统的监控；具有较强的网络功能，通过传统的d d f 和扩 展的n e r d d e 的方法，可与本机及其它计算机中的应用程序实时交换数据，便 于系统的综合管理，它可明显缩短开发周期。p m c3 0 作为工业监控通用组态 软件，可以简单快速地创建工业过程监控人机接口。与当前流行的大多数监控 软件不同，p m c 系统主要针对网络系统。在网络在线组态、网络冗余、节点冗 余、超大数据库容量等方面有突出的特点。在单机系统中，p m c 也可以很好的 适用，仍然具备在线组态，矢量图形界面等优点。 分布式实时数据库。 在一个网络系统中，只有运行实时数据服务的节点保存有与之相关的数据 点的组态信息和实时数据。采用分布式结构，当系统的某一部分出现问题或者 对系统的某一部分修改时，不会影响其他部分，系统的扩建也十分方便。通过 三段式标记名可以访问系统中任何一个存在的数据点，标记名自动指定数据的 物理位置，不需要任何额外的配置。 网络在线组态。 系统组态程序集成了数据库组态功能。在线组态功能可以在线地增加、删 除、修改数据点，不需要停止系统运行，组态过程中也不会对不相关的数据造 成任何影响，组态完成后，新组态的内容立即生效，不需要重新启动系统。 支持网络多重冗余。 在多重冗余网络中，大大提高了系统的可靠性。 自主传输层协议。 北京交通大学硕士毕业论文 p m c 采用了自主开发的v b u s 网络传输层协议，通过重复i d 丢弃技术实 现网络冗余支持、通过自动分包组包实现最大5 1 2 m 的网络传输单元。p m c 能 够自动检测网络通讯物理设备，实现网络通讯设备的即插即用。p m c 不需要进 行网络组态的监控组态软件。 支持节点热备。 两台计算机上的p m c 服务器程序可以采用同样的节点名，启动的时候p m c 服务自动诊断网络状态，并协商进行热备。 超大容量数据库和快速数据刷新。 系统数据库容量没有限制。在驱动程序的支持下，p m c 的i ，o 子系统能够 管理大量不同的外部设备。人机界面每隔1 0 0 恤s 刷新一次画面显示，现场数据 的变化可以立刻在人机界面中得到反映。 故障诊断。 所有数据点都有状态信息，其中包含的标志可以用来表明测点故障或者通 讯故障。 数据通讯是无状态的。 当通讯网络硬件发生故障后，数据无法刷新，处于无效状态。故障恢复后， 通讯也可以立刻恢复，不需要重新启动程序或者主机。 历史数据库可以为冗余或者分布式。 可以在系统中提供多个历史数据服务器形成冗余配置或者分布式部署。 用户权限管理。 提供1 0 级用户权限，以加强系统管理和操作的安全性能。 人机界面为矢量图形。 组态人机界面不需要考虑显示分辨率，组态一次可以在任何显示分辨率下 使用。 p m c 系统具有0 p c 接口设备驱动程序，可以从标准o p c 服务器读取、写 入实时数据。o p c 接口设备的配置只有一项，即服务器地址，可以用以下格式 指定： 1 ) p f o g i d ，例如 i n v e n s y s d a t a s e e l 叩c 1 2 ) ，例如： f 5 a 2 d e 4 d 一1 r c 4 d 3 a 叫鸲2 7 - 9 5 9 2 2 6 髓6 b d 3 ) t 3 ) i t en 岫e k g l l i d ，例如： 一6 2 j e 室窑望友堂堡圭望些堡塞 w f i x n o d c 、 f 5 a 2 d e 4 d 1 f 8 c - 4 d 3 a a 3 2 7 9 5 9 2 2 6 e b 6 b d 3 其中s i t en a m e 可以是任何d c o m 能够识别的u n c 地址，也可以使用i p 地址。 上面前两种情况对应于o p c 服务器和p m c 系统位于同一台机器上的情形， 第3 种格式支持远程o p c 服务器，这种情况下要求系统管理员在o p c 服务器 所在的机器和p m c 数据库所在的机器上都必须正确配置d c o m 。 相应的数据库变量的地址就是变量在o p cs e r v e r 中的i t e m i d ，是一个字符 串，不同的0 p cs e r v e r 对此有不同的格式要求，可参照o p cs e r v e r 的手册来确 定变量的l t e m j d 。 4 3 监控系统功能实现 在本监控系统中，上位机监控软件主要实现状态显示、数据采集和数据处 理，另外也可以对系统进行实时控制，其功能结构图如图4 1 所示。 4 7 1 通信连接 图t 1 监控系统功能功能结构图 上位机采用p m c 系统中的l i b m o d b u s t 叩d l l 驱动程序与p l c 进行通信，通 过工业以太网接口访问c p u 中的寄存器，以获取现场各设各参数的实际值或对 北京交通大学硕士毕业论文 现场的开关量和模拟量进行控制。 0 u 粕t u m 系列p l c 支持工业标准的m o d b u s ，m o d b u sp l u s 和m o 曲u s t c p 等通讯。每一个q u a n t u mc p u 上都装有一个m o d b u sp 1 u s 端口和至少一个 m o d b u s 端口。如果要增加通讯端口或连接其它的网络系统，只需增加一些通讯 模块和网络适配器即可，如使用m o d b u s t c p 协议通信需要增加以太网通信模 块1 4 0 n o e 7 7 10 1 。m o d b u s 是工业控制网络的事实标准，这些年来以太网的繁 荣壮大使得将m o d b u s 协议嵌入到t c p 口协议中实现m o d b u s 设备间的开放通 信非常必要，鉴于此，1 9 9 9 年施耐德电气发布了m o d b u s t c p 协议，使得以太 网上的m o d b u s 设备可以通过注册的5 0 2 端口进行通信。采用m o d b u s t c p 的 工业以太网通信克服了现场总线不能与计算机网络技术同步发展的弊病，具有 通信速度高、通信距离远、网络通信量大、易于组网应用等优点，而原来的 m o d b u sp 1 u s 和m o d b u s 网络的设备也能通过网络协议转换器与m o d b u s t c p 工 业以太网上的设备进行通信。 系统采用标准的t c m p 协议进行通信，网络中可下挂2 5 5 个站点。p i c 的 i p 配置在c o n c e p t 中完成，见图4 - 2 中红框部分。在上位机中只要分配一个统 一子网内的不同口的地址即可实现上位机与p l c 的互联。 图4 _ 2c 【m p t 中为以太网模块配置m 示意图 北京交通大学硕士毕业论文 备与功能组控制面弼筵鬻稍；慰哥矗釜骚墨藩世了交引囊彗萋o i 墨目疋氯剧j 铲 鞴鞋磊鲥誊星蠢胞翦瞄相i 厂童萋i g 墓刊氲一吲袅倒掣翌= 薯璺了董鸯荤 研五 氍屠蟹曩到民篷冬妻曼魁触到瓣敕艇薹；羹霉墓鞭酾婆倒蠢赫耐闩涮一霪戛等 760mg小m3(标况、干态、参考02)。 x 北京交通大学硕士毕业论文 b s t rr d e v t s ( ) ； d a r e 格式为“蛑月日时：分：秒鼻”。 t a g l i s t 为一组逗号分隔的标记名。 i s b o o l 为1 时，数据以开关量的形式返回用“o l i o 行”表示，否则以模拟 量的形式返回，用浮点数表示。 f o 册a t 为c 语言的输出格式，如“3 f ”表示小数点后保留3 位小数。 s e p a r a c o f 指明输出数据间采用的分隔符。 读取数据的方法是，先调用函数q f y x x x 按条件查询数据，等候一段时间， 然后调用函数r d x x x 读取查询结果。 读取实时数据时，q r y r t d a t a 需要指定一个期限p e r i o d ，在此期限内调用 r d r t d a l a 才是有效的，如要延长此期限，调用r e q r y r t d a t a 函数。读取实时数据， 调用q r y r t d a t a 与第一次调用t d r t d a t a 之间的延时一般需要2 0 0 m s 。而读取历 史数据和事件记录时q r y x x x 和r d ) 。( ) ( 之间的延时大约需要1 0 0 0 m s ，如果延 时太小，可能只能读取部分结果。具体使用时可根据实际测试结果决定。 北京交通大学硕士毕业论文 第五章总结与展望 随着世界羹囊垂耄藿薹蓠鬈曩啤对；萎联辩褫秘艟委剐羹；鲴趔k 豁苫掣 翻誊型塑海篷q 台m 嘲活溪浇一j 灞渤圆m 维渤# 妻豸窨妻蚕礓点旧哩：判 翔零剽善彭剧# 。缝到跫硒开发周期娟琶稀苫潲馑惴潇谍稀瑚嘎滋俐络 球冶谧煨洛增港螺孺濯渥专湛螺蟛嗡薹! l ；霪到蟊 f 霉刘零骶引雨f 霸翻 季毫刭管示伯；囱祜积船私幕孤且常在自动控制系统中起着上传下达、组态开发的重要 作用。监控层的硬件以工业级的微型计算机和工作站为主，目前更趋向于工控 机。 以往工业自动化软件是由计算机软件工作人员通过编程实现的，不仅工作 量大，而且开发出来的软件通用性差，可靠性也较低，使用组态软件能很好地 避开这些缺点。所谓组态软件，是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它 们基于自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态 方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法；其预设置的各种软件模块可 以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计 算机和设备：与高可靠性的工业控制计算机和网络系统相结合，可向控制层 和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。目前世界上有不少专业厂 商包括专业软件公司和硬件，系统厂商生产和提供各种组态软件产品。 4 1 基于组态软件的监控系统开发 在国内的电厂项目开发中，上位机监控系统的实现主要有两种方式：一是 利用，v c + + 等可视化高级语言进行底层开发，可以实现控制系统的技术要 求。这种开发方式的较大缺点是开发周期长，维护不方便。二是利用工控组态 软件进行二次开发，在工业控制软件中，组态软件能充分利用w i n d o w s 的图形 编辑功能，方便地构成监控画面，以动画方式显示控制设备的状态，具有报警 窗口，实时趋势曲线，并可运用工业控制计算机丰富的软件资源进行二次开发， 便利地生成各种报表，为应用程序的开发提供了十分方便的软件平台。此种方 式以其简单易学，开发周期短，维护方便等优势在工控领域得到了广泛的应用。 国内外有很多工控组态软件供用户选择。如美国h t e l l u “o n 公司的i f l x 系列产 品，玳t o u c h 等等，这些国 x 北京交通大学硕士毕业论文 附录 附录一：烟气脱硫工程工艺参数 南通市天生港发电有限公司2 3 3 0 m w 机组烟气脱硫工程对其1 、2 号燃 煤机组进行全烟气脱硫，每台机组装机容量为3 3 0 m w ，分别设置一套烟气脱硫 装置，单台处理烟气量为1 1 3 1 7 6 0 ( 湿) n m 讥，包括石灰石浆液制备系统、吸 收塔系统、烟气系统、工艺水系统、排空系统、石膏脱水系统和废水处理系统， 其中吸收塔系统和烟气系统为每台炉各设一套，其他系统为两台炉共用。 该工程配备两台最大连续蒸发量为1 0 3 6 c h 的亚临界自然循环汽包炉，每台 锅炉配制两台双室四电场静电除尘器，除尘效率不低于9 9 6 ，除尘器出口处 烟尘排放浓度不大于1 0 0 m 洲m 3 ，同时由于1 号、2 号机组配套建设了脱硫装 置，进一步的降低了烟尘排放。烟气脱硫工程与主体工程同步建设，使得二氧 化硫排放得到有效的控制。 本期工程的燃煤来源主要是神府东胜煤、徐淮煤和晋北煤。f g d 装置设计 煤种的含硫量按1 2 考虑。表a 给出了机组正常工作时的燃料消耗。 表a 工程燃料消耗表 本期工程 项目单位设计煤种校核煤种1校核煤种2 徐淮煤东胜神府煤大同煤 小时耗煤量 t l l2 4 6 0 62 9 8 7 42 7 9 3 日耗煤量 t ，d4 9 2 1 25 9 7 4 85 5 8 6 年耗煤量1 0 4 t ，a1 3 5 3 31 6 4 3 11 5 3 6 1 注：日耗煤量按2 0 小时、年耗煤量5 5 0 0 小时计 1 、2 号机组脱硫系统脱硫装置进口烟气参数 烟气量：1 1 3 1 7 6 0 n m 弧( 标况、湿态、实际0 2 ) 烟气量：1 0 5 4 7 8 6 n m ( 标况、干态、实际0 2 ) 烟气0 2 含量： 6 1 5 ( 标况、干态、实际0 2 ) 烟气s 0 2 含量： 2 7 3 3 m n m 3 ( 标况、干态、实际0 2 ) 北京交通大学硕士毕业论文 附录二：石膏滤饼厚度模糊p i d 复合控制部分算法程序 眦 s a m p l e j n m e ：s 舢讧p u 玎m ； p i df f ：p i d f f ： f u z z l ：f u zj 蛔卫r mr e a l ： m a nu ：m s ： e n d 、- a r s a m p l c - m m e ( i n r e r 、，a l ：= t 舵s ，d e l s c a n s ：= 5 0 0 ) ； l fs g c0 m m 4 0s t 7a n ds g c0 h t m 4 0a u t 0t h e n a oo h r m 4 0a e 0 0 1 ：= 2 5 0 ： e l s e i f c l co m m 4 0a u t ot h e n i fs a m p l e _ 耳m e qt h e n e t ：= a io h t m 4 0c u ) 0 1 c l c0 h n v l 4 0s p ： d e ：= ( e t e l l ) ，2 0 ； e t _ l ：= e t ； i f a b sr e a i 一( i n ：= e t ) 0 ，0 1t h e n f u z z i ( x ：= e t ，s 1 ：= 一8 o ，s 2 ：= 一5 o ，s 3 ：= - 3 0 ，s 4 ：= o o ， s 5 ：= 3 0 ，s 6 ：= 5 o ，s 7 ：= 8 o ) ； n b e t：= f u z z i m d l ： n m e l：= f u z z i m d 2 ： n s e l：= f u z z i m d 3 ： z o e t：= f u z z l m d 4 ： p s e t：= f u z z l m d 5 ： p m e t：= f u z z i m d 6 ： p b e t：= f l j z z l m d 7 ： n l h 王e ：= f u zs t e r mr e a l 岱：= d e ，s l ：= 一1 o ，s 2 ：= - 2 o ) ； n m 旺：= f u z s t e r mr e a i ，：= d e ，s 1 ：= 一1 5 ， 一7 2 韭塞至踅盔茎堡主生些鲨塞 s 2 ：；一1 1 ，s 3 ：= o ； n s d e ：= f u zs t e r mr e a l ( x ：= d e ，s 1 ：= 一1 0 ， s 2 ：= - o 4 ，s 3 ：= o o ) ； z o d e ：= f 1 j z - s t e r m r e a l ( x ：= d e ，s 1 ：= 一o 5 ， s 2 ：= 0 吼s 3 ：= 0 5 ) ； p s d e ：= f u zs t e r mr 队l ( x ：= d e ，s 1 ：= o 0 ， s 2 ：；o 4 ，s 3 ：= 1 - o ) ； p m d e ：= f u zs r mr e a l ( x ：= d e ，s i ：= o 8 ， s 2 ：；1 1 ，s 3 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