（测试计量技术及仪器专业论文）灰库过程控制中的故障诊断与分析.pdf

南京理工大学硕士论文 灰库过程控制中的故障诊断与分析 abs tract n o ww i t ht h eaut o 功 a t i o n ，c 0 m p 1 i c a t i o na n dc o n t i n u i t yo fa s hs t ore h o u s e c o n t r o ls y s t e ms c e n ee q u i 伽e n t ，fau l tp o i n t sa l s oa l o n gw i t hi ti n c r e a s e . i n o r d e r t o e n s u r e t h e s e e q u i p m e n t s r u n n o rma l l y ， r e l i a b l y ， h i g h l y e f f e c t i v e ， s i m u l t a n e o u s l y i no r d e r t oe n s u r e t h es c e n ep e o p l e i n s a f e t y ，e x c e p t s e l e c t i n gh i g h l yg r adea n dr e l i a b l ea u t o 口 a t i ce q u i p men ta n dt h ec o m p u t e r s u p e r v i s o r ys y s t e m ，d i s c o v e r sp r o 印 p t l yt h eb r e a k d o w ni nt h es y s t e m，a n d t a k e st h ee f f e c t i v em e a s u r et or e p a i rt h eb r e a k d 以n ，b u ta l s om u s tc a r r y o n t h e c o n d i t 1 o n m o n i t o r a n d t h e b r e a k d o w n d i a g n o s i s t o s c e n e t h e s e e q u i p m e n t ， i st h ei m p o r t a n tg u a r a n t e ef o rt h es y s t e mc o n t i n u o u s l ys t a b l em o v e m e n t .a t p r e s e n t t h e c o n t r o 1 s y s t e m o v e r h a u l a n d t h e mai n t e n a n c e p a t t e r n s t i l l d e p e n d u p o n b y t h e m a n 一 p o w e r p r i m a r i l yi n s p e c t i o n w a y ， n o t y e t u t i l i z e s t h e a d v a n c e d b r e a k d o w nd i a g n o s i st e c h n o l o g ya sw e l la sc o m p u t e rf o r m i d a b 1 eh a n d l i n g a b i l i t y ，t h i sw i t hd i f f i c u l t yr e a l i z e sw i t h o u td o u b tt ot h ec o n t r o ls y s t e m r e a l i z a t i o nc o n d i t i o ns e r v i c e ，e n h a n c e st oa r i s es u d d e n 1 yt h eb r e a k d o w n h a n d l i n ga b i l i t y . t h i sa r t i c l et a k e st h ea s hs t o r e h o u s ee n g i n e e r i n gp r o j e c ti nj i a n b i e l e c t r i c i t yo ft h ec h i n e s ei n t e r n a t i o n a lt e l e g r ajn g r o u pa st h er e s e a r c h b a c k g r o u n d ，a c c o r d i n gt oi t sc o n t r o ln e t w o r ks y s t e mo v e r a l ls t r u c t u r ea n d t h ep e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i c ，h a sa n a l y z e dt h et y p e ，t h es c o p ea n dt h e r e a s o nw h i c ht h ea s hs t o r e h o u s ec o n t r o lf a i l u r eo c c u r s .t h ee x p l o r a t i o n g a t h e r st h ec o m p u t e rd a t aa n a 1 y s i st e c h n o 1 o g ya n dt h ei n d u s t r yaut o m a t i c c o n t r o l ，e n h a n c e st h ea s hs t o r e h o u s ec o n t r o ls y s t e mt h eo v e r a l le q u i p m e n t m o v e m e n t ，t h emai n t e n a n c ep e r f o r man c et e c h n i c a lm e t h o da n dt h em e t h o do n t h e r e s e a r c h t r a d i t i o n b r e a k d o w n d i a g n o s i s t h e o r y and o n t h e m o d e r n b r e a k d o w nd i a g n o s i st h e o r yf o u n d a t i o n ，u s e st h efau l tt r e et oa n a l y z et h e ( f t a )e s t a b l i s b m e n ta s hs t o r e h o u s ec o n t r o 1s y s t e mt h eb r e a k d o w nd i a g n o s i s m o d e l . w eu s et h ef a u l tt r e ea n a l y s i st ou n i f ye x p e r ts y s t e m ( e s )t h e d i a g n o s i sm e t h o dt oe s t a b l i s ht h ei n t e l 1 i g e n tb r e a k d ownd i a g n o s 1 ss y s t e m o v e r a l l s t r u c t u r a l f r ajni n g . i h a s p a r t i c i p a t e d1 nt h e i n t e 1 1 i g e n t b r e a k d o w n d i a g n o s i ss y s t e mp a r t i a ls t r u c t u r e s ，t h ef u n c t i o n a ld e s i g n ，i n c l u d l n g r e g u l a rs t o r e h o u s e ，k n 洲1 e d g el i b r a r ya n dd a t a b a s ed e s i g na sw e l la s c o r r e l a t i o nf u n c t i o nm o d u 1 ed e s i g na n ds oo n. k e y 份 o r d s :a s hs t o r e h o u s ec o n t r o l ，b r e a k d o wn d i a g n o s i s ，e x p e r t s y s t e m ，f aul tt r e e l i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果， 尽我所知， 在本 学位论文中， 除了加以标注和致谢的部分外， 不包含其他人己经发表或 公布过的研究成果， 也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。 与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。 研究生签名 杨 束 长 又 叼年 了 月 乙 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档， 可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容， 可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、 借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。 对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名 杨未欢 久 叫年了 月乡 日 南京理t大学硕士论文 灰库过程控制中的故障诊断与 分析 1 引言 1 . 1 课题来源 灰库过程控制中的故障诊断与分析 属于工业控制自 动化领域， 该课题以中 国国电 集团谏壁发电 厂干灰库工程项目 为研究样本， 探索将计算机数据分析技术与 工业自 动控制相结合，以 提高灰库控制系统的整体设备运行、 维护性能的技术方法 与手段。 1 . 2 选题的科学意义 p lc 作为一种成熟 稳定可靠的 控制 器111 。 目 前己 经在工业控制中 得到了 越来 越广 泛的应用。 然而， 作为一套完善的控制系统， 它除了 应该能够正常控制设备的生产运 行外， 还必须能够在系统出 现故障时及时进行故障诊断和故障处理。 设备故障诊断与 分析功能是现代工业控制系统智能化的一个重要标志， 对于提高工业控制水平具有较 高的意义和实用价值。 由 于目 前的p l c 产品一般不具备自 动获取和存储专家知识的功能， 它所采用的 编程语言也无法完成控制层中的计算推理功能， 因 此， 单纯采用p lc 作为控制系统 的设备其故障诊断的智能程度是相当有限的。 为此，必须考虑利用网络技术和通讯 技术， 将p lc 和操作计算机联接成网 络， 互相取长补短， 共同构成具有一定故障诊 断功能的控制系统。 p lc 采用并行分布式结构， 作下位机使用， 操作计算机作为上位机， 它可完成 p l c的 程序下装多台p l c的运行管理、复杂的数据运算、 数据库建立和存储专家 知识等多 项功能， 其输入输出 设备可于作控制与诊断过程的人机交互. 控制网 络中的p 优 和操作站在控制与故障诊断系统中各自 扮演着不同的角色。 通常情况下，故障诊断过程中复杂的逻辑判断、 开关量故障信号的检测以 及在严重 故障状态下对设备进行的保护可交给p lc 完成， 而复杂的数值计算和人机交互可在 上位机完成。 目 前国内 火电 厂的 主控系 统都普 遍采用了d c s 技术 121 ， 然而， 目 前的 控制系统 只停留在完成常规的监测与控制， 尚有大量功能没有挖掘出来， 造成硬件资源的浪 费。 外围的辅助系统 ( 包括除灰系统、 除渣系统、输煤系统等) ，由于受系统造价 的限制， 一般采用的是独立、 分散的常规p l c控制系统。 尽管有些辅助系统配备了 较高 档次的自 动化控制系统和智能化仪 表， 但是由 于各辅助系统采用的控制系统不 ! 南京理工大学硕士论文灰库过程控制中的故障诊断与分析 一，技术水平不同、 监控方式各异， 这就造成了 每个辅助系统都需配备一定的管理 人员， 使劳动生产率的进一步提高受到阻碍。因 此， 在电厂的辅助系统中采用 p l c 控制技术，用先进、成熟、可靠的技术来实现更新换代是时代发展的必然趋势。 正确监测灰库系统设备的状态， 预测可能发生的故障，对相关设备做出状态检 修或维修预测，并为设备提供检修参考或决策意见，不仅可以提高设备的利用率， 还能有效降低检修费用， 提高企业的经济效益。以 往技术人员在对报警信息处理时 采用了半结构化方法，即一方面根据报警信息要现场收集大量数据，并对其做计算 和估算，同时还要借助自己长期积累起来的经验知识， 才能对问题做出回答。就造 成了这种人工方法速度很慢，如果对一些相关数据的发现、处理不及时就会导致系 统运行不正常。鉴于上述情况， 有必要创建一专家系统，来及时、在线地对故障有 关的数据进行处理，得到故障原因和操作指导，从而使系统尽快恢复正常，保证生 产的顺利进行。 随着计算机技术的发展， 控制系统的监测参数越来越全面，如何进一步对各参 数之间的关系进行分析， 从而完成二次参数计算， 运行可控损失分析、 设备健康状 态诊断等功能，已 显得越来越重要。因此， 对灰库系统重点设备及整个系统的性能 参数进行分析和状态监测， 这对于灰库系统是十分必要的【找 经过多年研究总结与实践， 对于各种热力设备及热力系统的性能计算己 经形成 了 一整套切实可行的手工算法。 但相对计算机运算来讲， 显得既费时又费力。 因此， 在计算机应用日益广泛的今天，将这些手工算法实现计算机的程序化，是我们所面 临的紧迫任务，也是本课题研究的主要目的。通过性能参数的计算机化分析，可切 实提高计算速度与运算精度， 将现场工程技术人员从繁重的手工计算任务中解脱出 来。 通过对灰库系统性能的在线监测与分析， 对于指导现场操作人员提高运行水平， 加强运行考核与管理，降低企业成本具有重要意义。 为满足电厂的辅助系统控制水平提高的需要，在不能够完全采用 d c s产品的 现实条件下，我们开展了 利用现有控制系统结构，提高控制系统功能的研究工作。 灰库作为发电 厂必备的一个辅助系统， 它具有设备复杂、设备工作条件恶劣、设备 运行与维护力量薄弱等显著特点。 以它为例研究提高控制系统在设备运行过程中的 故障诊断与分析能力将具有明显的代表性， 并可以对灰库的设备维护提供新的保障 技术手段3 。 南京理工大学硕士论文 灰库过程控制中的故障诊断与分析 1 . 3 国内 外研究现状与存在的问 题 故障诊断技术源自 工程应用中对系统高可靠性的需要，通过它可以尽早发现故 障， 以 便减少损失。 因 此故障诊断技术首先在对可靠性要求极高的 航天航空领域得到 了 应用。 随后在其发展过程中， 技术不断成熟和完善， 逐步在过程控制领域得到应用。 目 前故障诊断技术己 经遍布整个工业生产过程，如核电、冶金、火电、制药、 石化、 造纸等等。 但是在各个行业中的研究和应用水平参差不齐， 这其中属核电 过程和化工 过程的 研究和应用最为 深入和广泛山 。 智能诊断 系统t41 ， 是在常 规故障 诊断 技术的 基础上， 结合人工智能 技术的 研究 成 果研制而成的自 动化诊断系统。智能诊断系统的开发历史并不长，美国自 20世纪80 年代开始首先在这方面开展研制工作，开发了多种智能诊断系统。 例如，1 9 8 2 年 e c g id aho 公司研制成功用于诊断和处理核反应堆的故障诊断系统。 而在此以 后， westinghouse公司研制成功电 厂人工智能在线诊断大型网络系统， 其中 包括汽轮机 turbinaid 、发电 机g 翻a id和水化学 c h e 献功三个人工智能在线诊断系统，以 及电站 数据中心p d c 和诊断运行中心，它在电站机组的安全运行中发挥了巨大的作用，取得 了很大的经济效益， 被誉为在线智能诊断系统成功应用的代表。 国内在故障的智能诊 断技术方面的研究起步较晚， 但发展较快， 并取得了不少成果， 如华中理工大学研制 成功汽车发动机故障诊断专家系统kb一5 印和汽轮机组监测与诊断专家系统:哈尔滨 工业大学研制成功大型旋转机械故障诊断专家系统m m m d es; 另外， 清华大学、 上海交 通大学、 西安交通大学、 郑州工学院、 东南大学等院校也先后开展了故障智能诊断系 统的研制工作. 在国 外， 关于控制系统的性能 监测， 美国电力 研究院( 简称e f r i ) 很早就做了 大量 的研究， 开发了许多系统软件， 有针对某一设备性能监测， 也有对整个电厂进行评估 的 网 。 美国 机械工程师学 会( 简 称a sme) 及正 e e 的 报告中 也有许多 关于这方 面的 报 道。 自 7 0 年代开始，陆续推出 的汽轮发电机组监测， 诊断系统有b n 公司的d d m ltmd 及 s y s t e m 64， 美国 c sl 公司的 31d o m a c h inv i e w。随着计算机网 络技术的发展，网 络系统渗透到故障诊断系统。从92年至今，国外已经推出的带有网络功能的系统有: b we s t ing h ( ) u s e 公 司的人工智能集中诊断电站设备在线专家系统p d s ; 日本三菱公司研制的电站锅炉专 家系统等。 当前 ， 灰库系统中设备众多、 结构复杂存在大量需要控制的参数和变量， 控制系统 的可靠性成为保证灰库系统安全运行的首要条件之一。 控制系统发生的任何故障都有 可能对生产过程产生严重的影响给系统带来严重的后果。 由于灰库控制系统的故障具 有可修复性，及时合理的维修是系统安全稳定运行不可缺少的重要工作。 3 南京理工大学硕士论文灰库过程控制中的故障诊断与 分析 目 前， 在灰库控制系统中故障诊断技术的应用和研究主要是对灰库控制系统中一 些重要的设备和特定故障进行的。 重要主辅设备的故障诊断例如: 电动机的故障诊断 研究:罗茨风机的故障诊断 研究; 给水泵的故障诊断 研究。存在严重危害的故障有: 灰浆泵故障，脉冲袋式除尘器故障等。但是对于控制系统故障诊断的研究还比较少， 应用更是不多. 现在采取的主要检修模式是人工巡回点检或运行人员发现故障然后再通知热工 人员 进行维修5 . 但是由 于 控制系 统回 路 众多 控制设 备遍布电 厂各个角落， 仅靠人力 很难实现早期及时全面地检查和发现故障。 据统计目 前对系统工作能力的检查和缺陷 的寻找要花费大量的时间有时占 到系统总修复时间的9 0 %。 由 于先进的故障检测与诊 断技术尚未应用到灰库控制系统的检修中， 现有的检修模式无法早期发现故障， 由此 带来的是检修效率较低、 维修时间和费用巨大， 因此更为有效地方法是根据控制系统 本身可以 测量得到的信号， 应用理论分析的方法和计算机快速集中处理能力相结合建 立基于软件计算的实时故障诊断系统即实现控制系统地故障在线监测与状态维修。 虽然目前存在各种电站分析、监测及诊断系统，但绝大多数软件对于个人使 用者来说，使用起来是非常不方便的.对于工程师或设计人员来说，需要进行各种 单 独的 设备 及整个系统的 ( 在线或离 线的 ) 性能 分析与计算。 此时， 现有的电 站分析、 监测及诊断软件就显示出一定的局限性: ( 1 ) 种类不全。 大多数软件系统针对性较强， 未能对电 站需要进行的常用热力计 算及常用工具全部涵盖。 (2 ) 使用不便。 对于大多数个人用户来说，由 于语言、 习 惯等不同， 使用起来会 有些困难。尤其是中国人在使用国外开发的软件时，这种困难是显而易见的。 (3 ) 通用性差。 有些软件是针对于特定电厂或设备开发的， 致使其移植困 难， 无 法广泛应用。 1 . 4 本系统要实现的功能及要达到的目 标 针对目 前灰库系统的使用环境比 较复杂、 设备众多， 管理及故障的判断都比 较困 难， 结合当 前组态软件所能实现的 功能及灰库控制现场操作员的一些需要， 本系统拟 实现以下功能: ( 1)入库管道切换阀运行故障判断、阀门 磨损预告。 (2 ) 灰库使用状态报告. ( 3)输送皮带输送性能分析与设备状态评估。 (4 ) 压缩机、气化风机运行性能分析与设备状态评估. ( 5)干灰制浆系统性能分析与设备状态评估。 南京理工大学硕士论文灰库过程控制中的故障诊断与分析 (6 ) 能处理分析一些常见的故障。 由于软件处理的数据量大， 数据种类多， 用户数量多。 基于以上特点， 本系统应 达到以下目 标: ( 1)数据库的结构要合理， 数据的交换速度快，尽可能减少数据库的存取频率。 (2 ) 系 统的整体设计要合理，以 提高系统的执行效率。 (3 ) 美观而合理的用户界面，包括尽可能多的输入数据有效性检验等，防止输入 “ 垃圾”数据。 ( 4)较强的数据处理能力，尽量减少用户的数据输入量。 (5 ) 完善的用户合法性安全验证机制，防止非法用户和非法数据存入数据库，以 保证数据的安全、统一。 (6 ) 足够的、易操作的数据输出功能。 1 . 5 作者完成的主要工作 灰库过程控制中的故障诊断从内容上看是属于故障诊断类型的， 从功能上是要实 现故障诊断和故障诊断咨询， 理想的系统是要完成和代替一个专家的工作( 包括专家 的经验、分析和处理问题的思路等) 。 所以该系统采用故障树方法和专家系统技术方 法作为其研制方法。本人主要做了以下部分的工作: ( d负责软件系统的整体规划和主要模块的划分。 ( 2)负责数据采集模块的设计及测试。 (3) 参与知识库及推理机的设计。 南京理下大学硕士论文灰库过程控制中的故障诊断与分析 2 谏壁灰库控制系统的总体结构 2 ， 1 灰库控制的基本原则 从工业控制上讲， 灰库系统的设计要符合以下原则:安全、 可靠、先进、开放的 原则。 ( 1)安全性原则 灰库系统中需要人为操作的地方比 较多， 人是企业的核心， 如果一套系统没有考 虑安全性原则， 那么这套系统就是失败的， 不能应用于实际的。 在工业控制中， 安全 是最重要的原则 (2) 可靠性原则 在系统中所采用的控制设备的耐用是最重要的。 必须选用成熟可靠的控制产品与 各类传感器。 主要控制设备必须具备防尘、 防水、 防千扰防振动的能力。 在信号采集、 开关确认等方面加强处理，确保系统的长期稳定可靠运行。 (3) 先进性原则 随着控制技术、 计算机技术及网 络通讯技术的发展， 现代控制设备提供了 更加先 进、 成熟和强大的控制功能。 灰库控制系统易于采用这些最新成果， 如p lc技术、 工 业现场总线技术、分布式110技术，利用先进技术来对生产管理进行优化。 (4 ) 开放性原则 系统在设计时应充分考虑到以后足够的扩充和升级余地， 一套不能发展的系统是 失败的。 在设备选型时应考察其接口的通用性、 兼容性与互速性， 不宜采用封闭式的、 自 成体系的连接体系。 本灰库系统是在以上原则的基础上本着降低能耗、 减少成本的原则， 特别是要 减少维修工作量和节约维修费 用， 以取得最好的 经济效益， 最大限度的节省项目 投 资这样的原则进行设计的。 2 . 2 确定控制系统所使用的控制方法- p l c 控制 要设计一套系统， 首先要解决控制系统所使用的方法。 本人认为当前灰库控制系 统的控制方法有以 下两种: 集散控制和plc 控制。 而本灰库控制系统采用p lc控制的方 法。下面通过具体的分析来说明为什么选用p lc控制而不选用集散控制。 南京理工大学硕士论文灰库过程控制中的故障诊断与分析 2 . 2 . 1 集散控制方法 集散型控制技术是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、 操作、 和分散控制 的 一 种 新 型 控 制 技 术 囚 。 其核心思想是集中管理、 分散控制， 即管理与控制相分离， 上位机用于集中监视 管理功能， 若干台下位机下放分散到现场实现分布式控制， 各上下位机之间用控制网 络互连以实现相互之间的信息传递; 其结构形式是分层、 分级和合作自 治。 因此， 这 种分布式的控制系统体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能 力和可靠性要求高的缺陷， 适应现代的工业生产和管理要求。 在集散控制系统中， 分 布式控制思想的实现正是得益于网络技术的发展和应用。 常规模拟调节仪表组成的过 程控制系统存在许多局限性，如难以实现多变量相关对象的控制: 难以实现复杂的高 级控制规律和参数的集中显示和操作。 由于生产规模的扩大和工艺过程的复杂， 就要 增加仪表，相应的模拟仪表屏也要扩大，而计算机的集中d dc控制会导致危险集中。 不难实现一台计算机去控制几十甚至上百个回路， 但是这样降低系统的安全运行性 能。 集散控制系统吸收了 模拟仪表和计算机集中 控制的优点， 将多台微机分散用于过 程控制， 全部信息经通讯网 络全部由上级计算机监控; 通过c rt装置、 通讯总线、 键盘 和打印机等设备，又能高度的集中地操作、显示和报警。因此d cs系统不仅具有极高 的可靠性、 多功能性， 而且人机联系方便， 能够完成各类数据的采集与处理以及复杂 的高级控制.但是d cs同时也有以下缺点: 首先，不同厂家的d c s 系统有不同的通信方式， 因此不同厂家的dcs 之间以及与其 上层i ntr anet八ntern 就网 络之间难以 实现互联和信息共享， 从这个角度讲d cs系统是 不开放的。由此，以后系统进行扩充和升级就会有困难。 其次， dcs 比 较复杂， 技术性要求比 较高，从而造成了开发比 较困难。 最后，由于现场到控制室信号连线过多， 增加了大量资金投入， 投入成本比较高。 22 z p l c控制技术概念及特点 可 编程控制器 沪 lc) 是 一种数字运 算操作的电 子系统， 专为 在工业环境下应用而 设计川 。 它采用可编程序的存贮器， 用来在其内部存贮执行逻辑运算、 顺序控制、 定 时、 计数和算术运算等操作的 指令， 并通过数字的、 模拟的 输入和输出， 控制各种类 型的机械或生产过程。 可编程序控制器及其有关设备， 都应按易于与工业控制系统形 成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。p lc控制技术最大的 特点就是可靠性、易 操作性和灵活性囚 . 南京理工大学硕士论文灰库过程控制中的故障诊断与分析 ( 1)可靠性 。 p lc不需要大量的活动元件和接线电子元件， 它的接线大大减少， 与此同时， 系统的维修简单，维修时间短。 。 p lc是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机更简 单的编程语言和更可靠的硬件。 采用了 精简化的 编程语言， 编程错误率大大降 低， 而 为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 在p lc的硬件方面，采用了 一系列提高可靠性的措施。 例如，采用可靠性的元 件; 采用先进的工艺制造流水线制造: 对干扰的屏蔽、 隔离和滤波; 对电源的断电保 护;对存储器内容的保护等。 。 plc 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤 波， 软件自 诊断， 简化编程语言等。 ( 2 ) 易操作性 。 操作方便: plc 的操作包括程序输入和程序更改的操作。 大多数p lc采用编程器 进行输入 和更改的操作。 编程器至少提供了 输入信息的显示， 对大中型的 p lc编程器 采用了 c rt屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可以直接 根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找， 然后进行更改。 更改的信息可 以 在液晶屏或c rt上显示。 编程方便: p lc有多种程序设计语言可供使用。 对电 气技术人员来说，由 于梯 形图与电 气原理图 较为接近， 容易掌握和理解。 采用布尔助记符编程语言， 十分有助 于编程人员的编程。 维修方便: p lc具有的自 诊断功能对维修人员维修技能的 要求减低。当系统发 生故障时， 通过硬件和软件的自 诊断， 维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维 修。 ( 3)灵活性 ， 编程的灵活 性: p lc采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、 功能 模块和语句描述编程语言。 编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。 扩展的灵活性: p lc的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模 不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。 。 操作的灵活性:操作非常灵活方便，监视和控制变得更加容易。 灰库系统作为发电厂必备的一个辅助系统， 它具有设备复杂、 设备工作条件恶劣、 设备运行与 维护力量薄弱等显著特点。 基于以 下几点我们采用p l c 控制系统的运行: 灰库系统一般运行比 较稳定， 不易发生大的故障; 设备比较复杂， 维修人员维护起来 比较困难;系统中设备连锁较多、回路很少:逻辑运算不复杂;成本较低。 南京理工大学硕士论文灰库过程控制中的故障诊断与 分析 2 . 3 控制系统总体结构设计 灰库系统的p lc控制设计是一个比较复杂的大中型程控项目 ，其逻辑条件比较复 杂，设备选型、匹配比较特殊。有的老电厂系统改造时，仍需保留原水力排灰装置， 水/ 气隔离阀的共存， 给系统设计带来了更大的难度及提出更高的要求。 计算机控制的核心部分可编程控制器的策略与实现是整个灰库系统实现自 动化 的关键部分。用户在着手解决问 题时，没有现成的模式与规格， 应先根据工艺要求， 定义控制任务， 确定设计方案，了解系统详细功能， 总结所有的控制方法， 操作处理 流程图， 用逻辑图实现流程图， 分配输入/ 输出的1 / 0 地址; 将逻辑实 现转换成p lc 代码， 最大限度地减少由错误理解过程而产生的错误， 从而为系统控制的总体设计奠 定成功的基础。 按照要实 现的功能灰库系统主要分为 3 个部分: 电厂灰的入 库与存储， 千灰装车与 装船， 干灰制浆。灰库系统主要结构如图231 所示 电厂灰 - 一 ， 气动阀 灰 粗 妇库 徉 1 0超 细灰库 管道 车制浆 管式螺 旋输送 机 管式螺 旋输送 机 管式螺 旋输送 机 管式螺 旋输送 机 船 皮带 图 2 . 3 . 1 灰库系统主要结构 由 上图 可以 看出 系统存储灰的灰库有5 个， 即: 期细灰库， # 6 原灰库， # 1 0 超细灰 库， # 7 原灰库， 瀚粗灰库。 根据电 厂灰的细度不同， 电厂灰可以 分为以 下3 种: 粗灰， 细灰，超细灰。下面分别介绍以上各个主要部分。 南京理工大学硕士论文 灰库过程控制中的故障诊断与分析 ( 1)电厂灰的入库与存储部分 电厂灰经过输灰管， 由气动灰渣阀来控制什么样的灰进入什么样的灰库。 气动灰 渣阀由 p lc进行自 动控制， 由p lc来决定什么时候开启气动灰渣阀， 开启哪一个气动灰 渣阀，开启多长时间。 这部分用到的现场设备主要有气动灰渣阀、真空压力释放阀、 仓顶脉冲袋式除尘器等。 (2 ) 干灰装车与装船 进入到灰库的灰然后再由 输灰管道输送到车， 由 输灰管送灰到管式螺旋输送机， 再由管式螺旋输送机把灰通过输灰管道送到皮带称上装船。 这部分用到的现场设备主 要有管式螺旋输送机等。 (3 ) 千灰制浆 这部分主要是针对9 号灰库， 由9 号粗灰库出来的粗灰通过干灰输灰管道， 经过回 旋给料机， 到达工业水池， 与循环水相混合，由 灰水混合器搅拌， 再通过灰浆管把制 好的浆送到灰浆前 池。 这部分用到的现场设备主要有:回旋给料机、 灰水混合器、 灰 浆泵、气动灰渣阀、 逆止阀、电动闸阀、闸阀等。 2 . 4 灰库系统工艺 系统的主要任务是把电厂灰通过管道运送到车和装船， 把一些粗灰与工业循环水 相混合进行干灰制浆， 送到灰浆前池。 根据系统的总体结构， 下面具体的说一下系统 的工艺流程，这样有助于更好的去了解这一套系统。在此，以灰的走向为主线。 2 . 4 . 1 电厂灰输送到灰库 从电厂粉煤锅炉出来的灰也就是电厂灰， 通过密封的输灰管道， 送到原灰库，由 气动灰渣阀控制管道的开启和关闭。 气动灰渣阀是由p lc控制，整个过程是自 动完成 的。 在这里# 8 细灰库和湘粗灰库都可以 作为原灰库来使用， 也就是说， 当有客户需要 原灰库时 候， 这2 个灰库就用来放原灰， 和# 6 原灰库、 # 7 原灰库一起共4 个原灰库， 满 足客户更多的需要。 而# 8 细灰库和# 9 粗灰库什么时候作为原灰库来使用则要根据客户 的需要。以 # 8 细灰库为例，电厂灰送灰到库的流程如图2 . 4 . 1 所示。 其中 气 多 飞 斗为气 动灰渣阀。 南京理工大学硕士论文灰库过程控制中的故障诊断与分析 一 丁 一 月 一俐2 0 刃 ee l 八 一 ， c ; ! 担姗 图24 ， 1电厂灰送灰到# 8 细灰库的流程 24 . 2 气化空气系统 在送灰 装车的过程中， 灰在灰库中如果遇到天气潮湿， 灰就有可能在灰库中结 块， 如果灰结块就灰造成管道的堵塞， 降低了系统运行的效率， 从而不利于传输。 而气化 空气系统的作用是把凝结成块的灰吹散，恰恰解决了这一难题，减少了故障的发生， 减轻了维修员的负担。 具体的过程为:罗茨风机经过电动机、消音器、 安全阀、逆止阀、电动闸阀、 空 气电加热器由管道送气化空气到灰库。 安全阀的作用是防止管路或装置中的介质压力 超过规定数值， 从而达到安全保护的目 的; 逆止阀又称止回阀或单向阀， 其作用是防 止管路中的气体介质倒流; 电动闸阀的启闭件是闸板， 闸板的运动方向与气体方向相 垂直， 闸阀只能作全开和全关 ，不能作调节和节流， 用来控制管道的流通和截止; 空 气电加热器的作用是对流化风加热， 使气化空气达到一定的温度， 假如灰库中的灰因 为天气的原因还是因为其他的原因 而潮湿的话， 只靠气化空气的作用，效率比较低， 这里的空气电加热器正好用来提升空气的温度， 从而能够加速原灰变成粉状， 不再结 块，利于原灰在管道中的传输。 下面以 # 8 细灰库为例来说明气化空气系统的流程， 如图24 . 2 所示。其中la、l b 、 ic 、 ld 、 le 均 为 罗 茨 风 机 ; 。为 消 音 器 ; 嘴 为 安 全 阀 ; ， 为 逆 止 阀 : 篇 ， 为 电 动 闸 阀;z b 为电加热器。 南京理工大学硕士论文灰库过程控制中的故障诊断与分析 图2 ， 4 . 2 铭细灰库气化空气系统 2 . 4 . 3 干灰装车和装船 把电厂灰通过管道储存到灰库， 是为了装车、 装船和后面的制浆。 千灰通过手动 闸板阀和气动闸阀， 由 输灰管道送到管式螺旋输送机再到千灰散装机， 由千灰散装机 把干灰装到车上或者通过皮带称送到码头的船上。 手动闸板阀主要是控制干灰的流通 或截止。以 能细灰库为例来说明干灰装车和装船的流程。 图2 . 4 . 3期细灰库干灰装车和装船的流程 南京理t大学硕十论文灰库过程控制中的故障诊断与分析 如图 2 4 . 3 所示，其中，12b 、 2 5 均为干灰散装机;2 0c、z o d 均为管式螺旋输送 机:为手动闸板阀。 2 . 4 。 4 千灰制浆 千灰制浆过程只是针对粕粗灰库来说的，干灰制成浆以后可以用做其它的用途。 从库底出 来的粗灰经手动闸板阀、 气动灰渣阀 和回旋给料机， 通过输灰管道， 到达灰 水混合器， 灰水混合器把通过循环水母管流过来的循环与干灰混合搅拌制浆， 再经电 动灰渣阀和灰浆泵到达灰浆前池。 这里， 回旋给料机主要是起加速干灰的行进速度的 作用;灰浆泵则是加速灰浆在灰浆管中的速度，提高系统的效率，增加企业的效益。 干灰制浆的结构流程图如图2 . 4 . 4 所示。 图2 . 4 . 4干灰制浆的结构流程图 图中，6 b 、6 d 为回旋给料机;16b 、1 6d均为灰水混合器:17b 为灰浆泵。 南京理工大学硕士论文灰库过程控制中的故降诊断与分析 2 . 4 . 5 各部分中用到的主要设备总结 下面对各个工艺部分所用到的主要做一下总结，以 便更加熟悉系统的组成结构， 为以后的故障分析做基础。如表2 . 4 . 1 为系统中主要设备。 表2 . 4 . 1系统主要设备 各工艺部分名主要设备名数量备注 干灰的入库和 存储 气动灰渣阀 48 真空压力释放闸 5 灰库差压压力表 5 灰库连续料位计 5 灰库仓顶布袋除尘器 4 # 1 0 库没有 干灰制浆 灰浆前池液位计 1 回转给料机 2 灰水混合器 2 灰浆泵回水电动阀 2 2 灰浆泵出口电动阀 2 浆泵出口压力表 2 气化空气系统 罗茨风机 5 罗茨风机出口电动阀 5 流化风切换电动阀 2 流化风管气动阀 1 3 空气电加热器 5 去一期灰库流化风切换电动阀 l 干灰装车和装 船 管式螺旋输送机 8 脉冲袋式除尘器 2 脉冲袋式除尘器收尘风管气动阀 2 干灰散装机 2 南京理工大学硕士论文灰库过程控制中的故障诊断与分析 3 灰库过程控制中常见的故障及故障诊断的实现方法 3 . 1 灰库系统故障的分类 根据在现场人员的维修经验及操作员的知识， 灰库系统的故障可分为如下几种类 型: ( 1)外部设备故障 与实际 过程直接联系的各种开关、 阀门、 执行机构等发生故障， 直接影响系统的 控制功能。 这类故障占整个控制系统总故障很大一部分比 例。 这类故障一般是由设备 本身的质量和寿命所致。比如说系统中经常用到的气动阀。 (2) 系统故障 系统故障按可分为间歇性故障和永久性故障。间 歇性故障有时发生， 有时消失。 比如说灰库中的灰由于某种原因潮湿而结成块， 堵塞了库底输灰管的入口， 这时候输 灰可能暂时停止后者流量很小。 此时， 气化空气系统就可以发挥作用， 它可以 把结块 的灰吹散，从而使输灰继续通畅运行。 永久性故障是故障出现后， 如果不经人工排除， 它将一直存在。比如说阀门等一 些机械设备的故障， 也就是硬件的故障， 如果不由人工进行修理或者更换， 则它就会 一直存在。 ( 3 ) 硬件故障 硬件故障主要指系统的模块( 特别是1/0 模块) 损坏而造成的故障。 这类故障一般 比较明显， 且影响也是局部的， 主要是由于使用不当 或使用时间较长， 模块内元件老 化所致。 (4 ) 软件故障 这类故障是软件本身所包含的错误所引 起的， 主要是软件设计考虑不周， 在执行 中一旦条件满足就会引发。 在实际工程应用，由于软件工作复杂、 工作量大， 因此软 件错误几乎难以避免， 这就提出了软件的可靠性问题。 当然实际系统中， 可能出现的故障不能预知， 有时候一些故障也确定不了它是属 于什么故障， 但是大部分的故障都可以归结为以上这四 类。 有时候故障之间也可以相 互转换，因为 在p l c 控制的灰库系统中需要互锁的 地方比 较多， 有些器件并不是自己 独立的，而是与其他的设备是有联系的。 南京理工大学硕士论文 灰库过程控制中的故障诊断与分析 3 . 2 引发灰库系统故障的原因 灰 库发生故障， 大的来说就是两方面的 原因: 硬件方面和软 件方面171 。 此 处， 提 出的硬件方面的故障， 也就是控制现场一些设备发生故障， 比如说设备精度下降， 设 备损坏， 线路接触不良 等等; 软件方面的故障， 一方面是指软件程序的错误， 另一方 面是指操作员的误操作， 比如说在远方软操作的时候点错了设备， 或者是在现场开错 了 设备。 在此， 我们可以 把灰库控制系统中 用到的主要设备分一下类， 这样有助于故 障的分析，我们可以找出这某一类设备的故障进行分析。 3 . 2 . 1 阀门类 系统中用到的阀门 有: 逆止阀、 电 动闸阀、 气动灰渣阀、 手动闸板阀、 气动碟阀、 电动碟阀、安全阀。 经过总结， 阀门如果出现故障给系统带来的影响主要有两点: 系统可能不能输灰， 也可能是不能输送浆和工业水:系统不能控制管道中灰、浆或是水的流通与截止。 阀门出现的故障时表现为: 阀门无法正常的开和关或者不能正常的返回开信号和 关信号;阀门受到磨损，已不能精确控制管道的流通与否。 阀门出 现故障的原因: 介质流通时产生的压力太大， 超过了阀门的承受度， 从而 使阀体和阀芯受到严重磨损，造成了阀门 控制不灵;阀门超过了寿命，需要更换。 解决方法:迅速检修阀门，或者直接更换阀门。 如何预防:检查仪表的精确度，不要让阀门经常工作在高压力下。 3 . 2 ， 2 仪表类 系统中用到的仪表类有: 灰库差压乐力表、 灰库连续料位计、 灰浆前池液位计等。 灰库差压压力表如果发生故障对系统造成的影响主要是会降低阀门的寿命。 压力表出 现故障时的表现为指示不准确或者严重时指针不动。 解决的方法有以下几种: 迅速检 修， 检查是不是仪表内部弹性元件是不是损坏: 直接更换压力表。 压力表出 现故障的 原因主要以下两种: 压力表承受的压力太大， 应注意管道中介质压力的控制; 压力表 与管道之间连接不良。 料位计和液位计在系统中的作用相似， 在此， 放在一起说明。 它们如果发生故障 对系统造成的影响有: 影响生产的正常进行， 不能对料位、液位进行准确的检测， 如 果干灰库满， 就会造成堆积成块， 不利于传输; 而至于灰浆如果不在一定程度进行准 确的检测， 可能就会造成资源的浪费， 给生产带来不必要的麻烦。 料位计出 现故障时 的主要表现为指示不准确，严重时指针不动。 l 6 南京理工大学硕士论文灰库过程控制中的故障诊断与分析 3 . 2 . 3 机械设备类 系统中主要的 机械设备有: 仓顶布袋除尘器、 回 转给料机、 灰水混合器、 灰浆泵、 罗茨风机、 空气电 加热器等。由 于系统中的机械设备比较多， 在此， 仅以罗茨风机为 例来说明一下， 罗茨风机为气化空气系统中的重要组成部分， 它直接关系着气化空气 系统的 运行， 而气化空气系统是保证千灰能保持干燥的重要措施。 如果罗 茨风机出 现