磨石粉生产线控制系统的设计.pdf

浙江大学 硕士学位论文 磨石粉生产线控制系统的设计 姓名 李林 申请学位级别 硕士 专业 电工理论与新技术 指导教师 王玉芬 贾爱民 20060501 浙江大学硕士学位论文 磨石粉生产线控制系统的设计 摘要 随着计算机技术 工业网络技术及控制理论研究的不断深入发展 工业控制系统 的功能变得越来越完善和强大 这使得它在工程中得到广泛应用 本文介绍的磨石粉 生产线控制系统是 种典型的p l c 加上位机的监控系统 集数据采集 监视 控制于 一体 本文从硬软件两方面详细地介绍了磨石粉生产线控制系统的功能设计 包括系 统组成 主要功能 p l c 软硬件设计以及上位机监控设计 本论文各章节内容简述如下 第一章首先阐述了工业控制自动化技术的现状与发展趋势 指出了工控技术在各 个方面的发展方向 特别详细阐述了p l c d c s 及f c s 系统 第二章介绍了系统的工艺过程及设计原理和控制方案选型 第三 四章分别从硬软件两方面对整个系统设计做了详尽的阐述 第五章详细介绍了上位机监控功能的实现 第六章从考虑系统可靠性 扰于扰性方面傲了充分设计 最后 对此控制系统的技术和研究进行了总结 本文中的研究对电厂磨石粉生产 线的控制起到非常好的效果 对类似控制系统具有一定的技术促进作用 关键词 p l c 工业监控软件电厂磨石粉自动控制以太网通信可靠性设计 塑兰奎兰堡主兰垡堡塞 壁互塑生圭些丝型墨竺塑堡生 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e mo fc o m p u t e rt e c h n o l o g y 1 1 1 d u s 们a ln e t w o r k j n gt e c h n o i o 斟a n dt i er e s e a r c h o nc o n i r o lm e o r ya sw e l la s t h e i r v i d e 印p l i c 嘶o n l n d u s t r 瑚c o n 廿o ls y s t e m sn o wm e e tb r o a d e r 嘲l l i r 啪e n 耋s 锄d b a b 甜e 7p e r f o 黝a n c e i n 抽j sp a 烘ar o 船ns t o n ep o w d e rp r d u c 虹o ni i n ei np o w e r p l a n ti si n 仃o d u c 酣 n s 眦i n 姆a 廿o no fc l a s s i c a lp l cp l u sw i t l lp cs y s t e mw h i c hc o u l dp e 响r n l 血t a c o l l e c 廿n 岛m o n i t o r i n ga 1 1 dc o n 订0 1 t h es y s t c mi sd e s c 曲e d 舶mt v o 踮p e c t s s o f h v 盯e 跏dh a r d w a r e i n c l u d i n g 也e s y s t e m 删t c c n l r e m a i n 劬c t i o i l s 龇s o f t w 盯e 妣dh a r d w a r ed e s 啦o fp l cs t e m t h ed e s 鲫o f s u p e r v l s i n gs y s c e m t h ep 印e ri sm a d eu po f s e v e 删c h a p t e r sa n dab r i e f d e s 谢p t i o ni sg i v e na sf o l l o w s n ef 弧tc h a p t e rp r e s e n t sa ni n n 喇u c t j o no f t 1 ec u 玎e n ts 协t u sa n d 船n d si ni n d u s 仃i a la u 幻m a t i 彻 i i l c l u d i n ga 曲a i l 酣c o m p a r i s o n 踟o n gp l c d c s 柚df c ss y s t e m s 肺mw h i c hw eg e tt 1 1 eb a s i s 锄d r e 雒o i l st 0a p p l yp l cs t e m n0 1 1 rp r o j e c t t h es e c 彻dc h 印t e ri n 订硼u c e st e c h n i c a lp m c e s s t h e5 y s t e md e s i g n i n g 廿l e o r ya n dt b ec h 0 0 s i n go f a u t o m a t i cp r o d u c t st ob u i l d 也ew h 0 1 es y s t e m c h a p t e rt h r c e 柚dc h a p t e rf o u rd e s c b et h ed e s i g np r o c e s so f t h ec o n t r 0 1s y s t e mi nd e t a i l i nt e n l l s o f s o r v a r ea 1 1 dh a r d w a r er e s p e c t i v e l 弘 i nc j a p t e r im a l ead e a i l e de x p l 锄a t i o no f 曲er e a l j 盟d o no f 廿1 c 矗m c t j o no f m o n i f o ra 1 1 dc o n 们l i ns u p e r v i s o r yp c t h er e l i a b i l i t ya i i dm en o b e e s i s t a n c eo f s y s t e ma r ec o n s i d e r e di nc 脚t e rs i x f i n a l l y l 西v eo u tas u m m a r yo nt h ed e s i g no ft 量l i sc o l l t r o ls y s t e m t h es y s t e mu p g r a d ep 蛔e c t d e s c r i b e di n 血i sp 印e ri sp r o v e dt ob ev e r yb e l p 如lt oi m p m v et h ep e b m 明c eo ft 1 1 er o n c ns t o n e p o w d e rp m d u c t i o n1 i n ec 仰咖l i np o e rp l a n t 明d h 髂9 0 0 dr e f e r e n c ev a u ef b rs i m i l a rp r o j e c 乜 k 猡w o r d s p l c c o n f 培u r a 虹衄s o f h v a r e a u c o m 鲥cc o n 们l m t 咖s t o n ep o w d e r e t h e m e t c o m m u n i c a t i o n r e l i a b i l i t yd e s i 印 浙江大学硕士学位论文 磨石粉生产线控制系统的设计 1 1 课题背景与意义 第一章绪论 电力在现代社会生活中占据着极其重要的地位 火电厂必将随着不可抗拒的潮 流加速进入信息网络时代 火电厂乃至电力系统和电力企业集团将形成生产过程自 动化和管理现代化的信息网络 电力工业的不断发展 也带来了一系列环境问题 其中尤以燃煤电厂的大气污 染最为突出 燃煤电厂摊放的s 鹞 n o 烟尘是我国大气污染的主要来源 对所 排放的废弃物进行处理是减轻环境污染的有效途径 燃烧后脱硫技术是指对燃烧装 置排出的烟气脱去二氧化硫的技术 根据我国国情 烟气脱硫应是火电厂控制二氧 化硫排放的主要途径 目前主要有以下四种技术 1 湿法脱硫技术 2 喷雾干 燥法脱硫技术 3 海水脱硫技术 4 电子束法脱硫技术 从国际上使用情况看 湿法烟气脱硫设备市场占有率最高而且技术上也最为成熟 长兴电厂一 二期所有机组的烟气脱硫采用湿法脱硫技术 本文所讲述的控制 系统就是生产长兴电厂烟气脱硫所用石灰石粉的控制系统 1 2 磨石粉生产线控制系统简介 整个磨石粉厂可以划分为以下几个系统 1 石灰石上料系统 由码头固定吊 石灰石卸料钢料斗 石灰石卸料钢料斗给料机 1 皮带机 l 提升机 石灰石料仓顶石灰石溜管 石灰石料仓以及石灰石料仓除尘器等 组成 2 磨粉系统 磨粉系统包括磨粉机喂料系统 磨粉机本体系统 风粉系统等 其中磨粉机喂 料系统包括称重皮带给料机 除铁器 2 提升机以及锁风给料机 磨粉机本体系 统包括磨粉机本体部分 磨粉机润滑油站以及磨粉机液压站 风粉系统包括选粉机 主收尘器 循环风机 蒸汽加热系统以及相应的管道 调节阀 挡板 等 3 石灰石粉输送及贮运系统 石灰石粉输送及贮运系统包括主收尘器底螺旋给料机 主收尘器出口电动锁气 器 2 皮带机 3 提升机 链式输送机 石灰石粉仓 石灰石粉仓除尘器系统 流化风系统以及石灰石粉仓卸粉机等 4 其它公用系统包括压缩空气系统和冷却水系统 浙江大学硕士学位论文 磨石粉生产线控制系统的设计 压缩空气系统为石灰石料仓除尘器 主收尘器和石灰石粉仓除尘器提供吹扫空 气 冷却水系统为流化风机轴承 磨粉机润滑油站冷油器提供冷却水 各系统之间关系如图1 1 所示 图1 1 磨石粉各子系统之间的关系 1 3 国内外控制系统现状及发展趋势 工业控制自动化技术是一种运用控制理论 仪器仪表 计算机和其它信息技术 对工业生产过程实现检测 控制 优化 调度 管理和决策 达到增加产量 提高 质量 降低消耗 确保安全等目的的综合性技术 主要包括工业自动化软件 硬件 和系统三大部分 目前 我国相关行业自动控制系统多采用d c s 集散控制系统 f c s 现场总 线控制系统 以及p l c 可编程控制器控制系统 三大控制系统 p l c 是 十世纪六十年代发展起来的一种自动控制装置 是一种嵌入式的工控 机 它以顺序控制为主 回路调节为辅 能完成逻辑判断 定时 计数 记忆和算 术运算功能 既能进行开关量控制 还具有通信功能 随着自动控制技术 计算机 技术和微电子技术的迅猛发展 p l c 的发展十分迅速 一方面继续开发简易 价格低 廉 超小型产品 另一方面转向大型 多功能 系列化 标准化 智能化产品的研 制 在单台设备的自动化 多台设备自动化和整个工厂的生产过程自动化方面 p l c 在其中充当着熏要作用 一般具有以下特点 1 编程简单 它是面向用户的设备 2 控制系统构成简单 通用性强 3 抗干扰能力强 可靠性高 4 体积小 维护方便 5 缩短了设计 施工 投产调试的周期 6 功能齐全 7 具有良好 的性价比 比起以往使用的标准自动化元件 p l c 采用安全继电器的方法 这种方法在功能 上具有一定的灵活性 也是低成本的方案 为了满足闭环控制 位置及运动控制应用的要求 需要准确和可重复的循环时 浙江大学硕士学位论文 磨石粉生产线控制系统的设计 间 现在的p l c 系统允许采集 处理和输出信号与数据传输速率同步 现代的p l c 特征在于大型 技术的可升级性 如计算 测量 位置 闭环控制等 计算机和信息技术的飞速发展 不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格 使可 编程控制器 p l c 通讯联网技术 过程控制软件都获得了长足进步 为工业自动 化控制注入前所未有的生机和活力 也使利用p l c 及网络技术来开发集成d c s 成为 可能 虽然在大多数人惯性思维中 p l c 是低档次 低性能的可编程控制器 只是应 用在小型的 安全等级不高的控制系统上 但现在p l c 的发展已发生根本的变化 其主要在以下方面有了很大的进展 人机界面更加友好 p l c 制造商大大提高了其软件水平 多数p l c 品牌拥有与之相应的开发平台和组 态软件 软件和硬件的结合 提高了系统的性能 同时 为用户的开发和维护降低 了成本 更易形成人机友好的控制系统 目前 p l c 网络 i p c c r t 的模式被广泛 应用 网络通讯能力大大加强 安全性能不断提高 p l c 厂家在原来c p u 模板上提供物理层r s 2 3 2 4 2 2 4 8 5 接口的基础上 逐渐增加 了各种通讯接口 而且提供完整的通讯网络 由于近来数据通讯技术发展很快 用 户对开放性要求很强烈 现场总线技术及以太网技术也同步发展 如罗克韦尔a b 公司主推的三层网络结构体系 即e t h e 州e t c o n t r 0 1 n e t d e v i c e n e t 西门子公司 的p r o f i b u s d p 及p r o f i b u s f m s 网络等 开放性和互操作性大大发展 基于国际标准的开放设计 允许与第三方软硬件的技术融合 开放的进程 可 以从以下方面反映 1 i e c 形成了现场总线标准 这一标准包含8 种标准 标准推出后 各厂商纷 纷将自己的产品适应这些标准 或者开发与之相应的新产品 2 i e c 制订了基于w i n d o w s 的编程语言标准i e c 6 1 1 3 卜3 它规定了指令表 i l 梯形图 l d 顺序功能图 s f c 功能块图 f b d 结构化文本 s t 五种编程语 言 这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准 化文件 虽然p l c 开发上各工具仍不兼容 但基于这些标准的开发系统 使用户在 应用过程中 可以较方便地适合不同品牌的产品 大型p l c 正越来越多地使用s f c c b a s i c 等高级语言编程或采用多种语言联合编程 3 o p c 基金会推出了0 p c 0 l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 标准 这进一步增强了 软硬件的互操作性 通过o p e 一致性测试的产品 可以实现方便的和无缝隙数据交 换 目前 多数p l c 软件产品和相当 部分仪表 执行机构及其它设备具有了o p c 功能 0 p c 与现场总线技术的结合 是未来控制系统向f c s 技术发展的趋势 p l c 的功能进一步增强 应用范围越来越广泛 浙江大学硕士学位论文磨石粉生产线控制系统的设计 向高功能 高速度和大容量发展 形成可与d c s 媲美的大型系统 p l c 的网络能 力 模拟量处理能力 运算速度 内存 复杂运算能力均大大增强 不再局限于逻 辑控制的应用 而越来越应用于过程控制方面 有人统计 除石化过程等个别领域 p l c 均有成功应用 p l c 在相当多的应用取代了昂贵的d c s 从而使原来p l c 顺序 控制 d c s 过程控制 的模式变成p l c i p c 模式 工业以太网的发展对p l c 有重要影响 以太网应用非常广泛 与其它工业网络相比 其成本非常低 为此 人们致力 于将以太网引进控制领域 目前的挑战在于 1 硬件上如何适应工业恶劣环境 2 通讯机制如何提高其可靠 以太网能否顺利进入工控领域 还存在争论 但以太网 在工控系统的应用却日益增多 适应这一过程 各p l c 厂商纷纷推出适应以太网的 产品或中间产品 除了p l c 的直观 简单 价格低 易维护 高可靠性等特点 现在的p l c 不再 是原来只能实现开关量控制和p i 调节等功能的p l c 随着模糊控制 神经元网络 遗传算法等学科的日益成熟 p l c 可以而且已经不断融合这些及其它先进的技术 使 控制 通信等功能不断增强 无论在d c s 或者在f c s 中 p l c 作为它们其中的一部分 可以完成现场的一些复杂控制功能 还会在系统中作为一个重要的角色存在 而且 发展前景将更加广阔 因此利用p l c 为基础开发应用于复杂工控领域的基础条件已 经成熟 目前 p l c 始终处于工业自动化控制领域的主战场 新型p l c 系统在稳定可靠及 低故障率基础上 增强了计算速度 通讯性能和安全冗余技术 p l c 技术的发展将能 更加满足工业自动化的需要 能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解 决方案 d c s 是控制 工程师站 操作 操作员站 现场仪表 现场测控站 的3 级 结构 d c s 是一种比较成熟的控制技术 目前d c s 控制系统多用于大规模的连续过 程控制 如石化等 已多采用c p v 控制面板可视化 分别用于控制 通信 冗余切 换等操作 操作站和工程师站已采用高档微机或工控机 w i n d o w sn t 操作系统 客户机朋匿务器 c s 结构 d d e 动态数据交换 或0 p c 用于过程控制对象链接嵌入 接口技术 可以通过以太网接口与管理网络相连 d c s 在数据通信及网络向开放性 扁平化发展方向取得了很大的进步 f c s 现场总线技术 起源于用户现场控制信息传递 维护管理等方面的要求 是2 0 世纪8 0 年代发展起来的 f c s 控制系统是一个由现场总线 现场智能仪表和p l c i p c 组成的系统 现 场智能仪表 p l c 和监控机之间通过一种全数字化 双向 多站的通信网络连接成 f c s 控制系统 现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点 代表了工业控制领域今后 4 浙江大学硕士学位论文 詹石粉生产线控制系统的设计 的一种发展方向 具有开放性 互操作性 分散性 在现场总线级实现了数字量传 输 信号传送精度高 现场控制的灵活性强 易于维护 是今后自动控制系统采用 的趋势 正受到国内外自动化设备制造商与用户越来越强烈的关注 随着电子技术 网络技术以及软件技术的发展 p l c d c s 及f c s 控制系统之间的界限已经越来越 模糊 都致力于为各耪工业控制应用提供集成的 新一代控制平台 在此平台上 用户只需通过模块化 系列化的软件和硬件产品组合 即可 量身定制 其控制 系统 尽管随着工业控制技术的不断发展深入 最终走上融合 不同的控制系统正在 逐步趋于一致 但各种控制系统都有自己的应用特点和适用范围 用户都是针对不 同控制环境和技术要求而选定不同的控制系统 1 4 本文的主要工作 l 结合企业具体情况 通过比较论证 最终确定磨石粉生产线控制系统 的总体方案 并优化原控制方案 节约成本 2 对长兴电厂的磨石粉生产线控制系统作全面深入的了解 熟悉整个工 艺过程 完成整个控制系统的硬件设计 包括系统组态 电气图纸设 计 3 使用功能块图编制p l c 控制软件 4 使用i f i x 开发监控系统软件 5 完成系统的现场调试 浙江大学硕士学位论文 磨石粉生产线控制系统的设计 第二章控制系统的总体设计 2 1 磨石粉生产线的工艺过程 磨石粉生产线主要由石灰石上料系统 磨粉系统 石灰石粉输送及贮运系统 压缩空气系统和冷却水系统五部分组成 1 石灰石上料系统 石灰石上料系统由码头固定吊机 石灰石卸料钢料斗 l 皮带机 1 提升机 石灰石料仓顶溜管 石灰石料仓以及石灰石料仓除尘器等组成 上料系统完成石灰 石从运输船运送到石灰石料仓 并存储 以供磨粉系统使用 2 磨粉系统 贮存在石灰石料仓中的石灰石料 经过称重皮带给料机 除铁器和 2 提升机 送至磨机进料口 进行碾磨 石灰石料从下料口落在磨粉机磨盘中央 主电机通过主减速机带动磨盘转动 同时热风从进风口进入磨粉机 在离心力的作用下物料向磨盘边缘移动 在碾磨区 受到磨辊的碾压而粉碎 并继续向磨盘边缘移动 直到在风环处被气流带起 一部 分较大的颗粒被吹回到磨盘上重新碾磨 另一部分更大和较重的颗粒 则通过风环 落到磨机下壳体中 通过刮料板刮入排渣口排至机外的 2 提升机 最后通过 2 提 升机再次送入磨粉机进行碾磨 粉状物料随气流一起上升通过磨粉机上壳体进入选 粉机的分级区 在选粉机的作用下 其中的粗粉落回磨盘重新碾磨 合格的细粉则 随气流一起经出风口送出 送出磨粉机的石灰石风粉混合物经过主收尘器系统的收 集 通过主收尘器底部的螺旋卸料机和电动锁气器输送至石灰石粉输送系统 为保 证石灰石粉的含水率 在循环风系统上设置了蒸汽加热器 通过调节冷风补充量和 入磨风温来控制石灰石粉的含水率 3 石灰石粉输送及贮运系统 从主收尘器收集下来的石灰石粉经过螺旋卸料机 主收尘器出口电动锁气器输 送到 2 皮带机 再通过 3 提升机提升至石灰石粉仓顶石灰石链式输送机落到石灰 石粉仓 4 压缩空气系统 压缩空气系统配置两台空压机 在空压机出口母管上配置一台公用的冷干机和 压缩空气贮气罐 为石灰石料仓除尘器 石灰石粉仓除尘器 主收尘器以及石灰石 粉仓卸料机气动阀提供所需的压缩空气 5 循环冷却水系统 循环冷却水系统由冷却水箱 两台循环冷却水泵 冷却塔等设备组成 循环冷 却水系统为流化风机 磨机润滑油站提供所需的冷却水 从上述系统返回的冷却水 6 浙江大学硕士学位论文磨石粉生产线控制系统的设计 回水经过冷却塔冷却后重新回到冷却水箱 冷却水箱补水由装在冷却水箱壁上的浮 球阀控制 2 2 系统控制对象 磨石粉生产线控制系统主要控制对象有 卸料机 皮带机 提升机 除尘器 除 铁器 变频器 电动锁气器 磨粉机 磨粉机润滑油站以及磨粉机液压站 选粉机 主收尘器 循环风机 蒸汽加热系统 主收尘器底螺旋卸料机 主收尘器出口电动 锁气器 链式输送机 石灰石粉仓 石灰石粉仓除尘器系统 流化风系统以及石灰 石粉仓卸粉机等 模拟量部分主要有 立式磨机入口负压 立磨进出口差压 循环 风量 立磨进出口风温 2 3 系统控制要求 1 控制系统实现对整个磨石粉厂设备进行集中控制 控制系统的设计符合工艺 系统的控制要求 2 控制系统对整个磨石粉厂设备进行集中监视 管理和自动顺序控制 并可实 现远方手操 3 对电动阀门 风机 泵等转动设备 可在控制室程控 远方控制操作及就地 操作 4 控制系统满足磨石粉厂系统安全启 停及在各种工况下运行的要求 5 在自动控制范围内 控制系统能处于自动方式而不需任何性质的人工干预 6 控制系统具有联锁保护功能 以防止条件不具备时投自动 7 控制系统任何部分运行方式的切换 不论是人为的还是由联锁系统自动的 均平滑进行 不引起过程变量的扰动 并且不需运行人员的修正 2 3 1 模拟量控制 磨石粉厂系统的主要控制回路有如下四条 立式磨机入口负压调节 通过调节循环风机入口电动调节门和循环风返回立式磨机的调节门的开度 使 立式磨机的入口风压维持在某一设定值 维持入口负压可以保证整个磨石粉系统有 合适的零压点 使大部分的循环风量返回磨机重复利用 循环风量大部分的重复利 用 可以降低循环风机的功率和电耗 减少补充空气量 同时也减少了废气排放量 和加热蒸汽的消耗量 立磨进出口差压调节 浙江人学硕士学位论文磨石耢生产线控制系统的设计 主要通过给料量来调节立磨进出口差压 差压升高应减少给料量 差压降低应 增加给料量 如给料量恒定时 也可以调节液压油的压力或调节循环风机入口电动 调节门来控制立磨进出口差压 循环风量调节 石灰石含水量不同 循环风量要随工况的变化作相应的调整 同时 为了维持 整个系统的水量 和风量的平衡 排空风量也要做相应的调整 这些调整通过调节 循环风机入口电动调节门和排空电动调节门来实现 立磨进出口风温调节 风温高低应根据入磨物料水份大小来决定 水分大应提高风温 水份小则降低 风温 但入磨风温应 3 5 0 另外 为防止收尘器结露 应控制出磨风温在5 0 8 0 范围内 风温的控制通过调节进入加热器的蒸汽量来实现 2 3 2 顺序控制 1 顺序控制系统将分级设计 包括以下各级 驱动控制级 对单个设备进行控制 子组控制级 协调驱动级控制 实现相关功能的设备和驱动级的自动控制 功能组控制级 协调子组级控制 实现相关子组和驱动级的自动控制 2 一个子组被定义为某个设备组 一个功能组被定义为某一工艺系统内所有的 辅机及相关设备 磨石粉厂系统可按工艺系统初步划分为以下几个功能组和子组 立式磨机功能组 五灰石贮运系统功能组 石灰石上料系统功能组 石灰石粉贮运级出料系统功能组 空压机系统启停功能组 冷却水系统功能子组 磨石粉系统的顺控启动步骤应遵循先启动工艺流程的最后级设备 再依次启动 前级设备的原则 停运则相反 3 所设计的子组级和功能组级控制进行自动顺序操作 目的是为了在磨石粉系 统装置启 停时减少操作人员的常规操作 各子组和功能组的启 停能独立进行 4 对于每一个功能组或子组项及其相关设备 它们的状态 启动许可条件 操 作顺序和运行方式 均在液晶显示器上显示出系统画面 5 在手动顺序控制方式下 为操作员提供操作指导 这些操作指导以图形方式 显示在液晶显示器上 即显示下一步 并根据设备状态变化的反馈信号 在液晶显 示器上改变相应设备的颜色 6 运行人员通过手动指令 可修改程序和实现程序跳步 但这种运行方式一定 浙江大学硕士学位论文 磨石粉生产线控制系统的设计 要满足安全要求 7 控制顺序中的每一步均通过从设备来的反馈信号得以确认 每一步都监视预 定的执行时间 如顺序未能在约定的时间内完成 则发出报警 并禁止程序进行下 去 故障消除 在运行人员再启动后 程序继续进行下去 8 如果在自动顺序运行期问 出现任何故障或运行人员的干涉 则程序将中 断并返回至安全状态 故障原因或运行人员的干涉将在液晶显示器上显示 且从打 印机打出 当故障排除后 顺序控制在确认无误后再进行启动 9 操作员可在液晶显示器 键盘上操作每一个被控对象 手动操作有许可条件 以防运行人员误操作 l o 设备的联锁 保护指令具有最高优先级 手动指令则比自动指令优先 被 控设备的 启动 停止 或 开 关 指令互相闭锁 且使被控设备向安全方 向动作 1 1 保护和闭锁功能是经常有效的 设计成无法由控制室人工切除 1 2 顺序控制应通过联锁 联跳和保护跳闸功能来保证被控对象的安全 设备 的联锁及保护跳闸功能 包括紧急跳闸均采用硬接线连接 3 用于保护的接点 过程驱动开关或其它开关接点 应是 动合型 的 以免 信号源失电或回路断电时 发生误动作 采用 断电跳闸 的重要保护除外 1 4 系统监视泵和风机马达的事故跳闸状态 2 4 控制方案的选择 控制系统的设计方案是保证一个控制系统功能的重要环节 完善的设计方案能 够避免调试 运行过程中的大量修改 减少工作量 保证系统的稳定运行 有缺陷 的设计方案有可能造成大量返工 使系统性能降低 甚至导致整个系统无法正常运 行 火力发电厂磨石粉生产线控制系统的设计方案是根据微型计算机技术 通讯技 术 p l c 技术的发展而不断摸索 逐渐完善起来的 8 0 年代末以来 在我国引进的辅助控制系统中开始采用p l c 加上位机控制技术 经过十几年的运行和技术人员的消化吸收 目前己基本推广 该类控制系统可方便 地在上位机上进行控制 安全可靠 功能齐全 并可随机务系统改变对上位机画面 进行修改 还能在线修改程序 目前电厂的控制 管理和调度系统可分为主机d c s 系统 辅助d c s 系统 m i s m a n a g e m e n tl n f o r m a t i o ns y t e m 系统和自动化调度系统 除主机d c s 系统较成 熟外 其余系统正在发展过程中 1 辅助d c s 主要有输煤 化学水处理 凝结水 处理及灰渣系统等 但未包括所有辅助系统 还不是真正的辅助d c s 经调研 用 户提出其它辅助系统加盟辅助d c s 的要求 如循环水系统 电除尘系统 电气二次 9 浙江大学硕七学位论文 窘石粉生产线控制系统的设计 回路 污水系统 制氢系统和空气压缩机系统等 对于3 0 0m w 及以上机组 辅助系 统大都采用计算机控制 为这些系统进入辅助d c s 打下了基础 2 m i s 系统 是近 年来发展较快的管理系统 为电厂现代化管理提供了条件 但它以数据库管理为主 要特征 不具备分析和专家管理功能 也不具备对电厂安全 经济运行提供及时 直接的指导 3 自动化调度系统 电网根据系统用户需求向电厂具备a g c 自动发 电控制 功能的机组发出负荷指令 机组在固有负荷范围内将自动按电网要求调整 机组出力 并且电网的安全 稳定要求也需要对电厂做出及时 必要的直接控制 3 目前 现有的控制及调度方式己不能满足要求 因为从设计阶段开始就未考虑 各系统间的总体协调关系 缺乏一套完善的服务系统 对机组检修管理等提供服务 大多数电厂机组控制系统 m 工s 系统及调度系统间没有基本联系 无法进行很好的 协调 所以 研制一体化全功能型控制及调度系统成为电力系统发展的必然方向 此处的m i s 并非独立于大系统外 而是属于一体化全功能型d c s 中的一部分 我国电厂辅助系统方面的控制策略 己由p l c 控制方式到开始将主厂房外所有 基于计算机控制的辅助系统集中起来进行控制的辅助d c s 控制系统 以最大可能地 达到减员增效的目的 在这方面 苏州热工研究所的研究基本上与国外同步 并在 上海外高桥电厂及其它一些电厂作了初步尝试 根据目前实施的厂网分开 竞价上 网等一系列改革方针和辅助d c s 系统控制策略的实际应用 需要进一步研究电厂控 制策略及方式 如电站一体化全功能控制和管理系统 还要不断研究和采用新技术 使复杂工艺简单化 提高电厂自动化程度 逐步减少运行人员 降低投资及运行成 本 下面本文通过几种方案的比较 最终选择了工程师 操作员站 p l c 上位机 和 管理员站方案 同时配备了以太网卡 使其可以与厂级m i s 系统相连 为以后条件 成熟时纳入辅助d c s 系统打下了基础 二十世纪八十年代中期 电厂辅控系统一般采用p l c 盘和模拟控制盘方案 在 该方案中电源柜为接个控制系统供电 模拟控制盘用于监视系统运行及系统操作 盘上装有马赛克模拟图 控制按钮 热工信号 记录仪 指示表 开关等 p l c 盘 安装有p l c 主机架 c p u 模块内装有控制软件 有和扩展i o 机架通讯的接口模块 以及扩展继电器和必要的开关 配电器等 就地设有重要分析仪表柜 电磁阀操作 箱 用来采集就地信号和就地操作 该方案控制盘和p l c 框同处于控制室内 两者之间的输入 输出信号约有3 0 0 根 由预制电缆通过插按方式连接 可靠性差 工作量大 调试不方便 另外一旦 c p u 故障 整个控制系统只 g 靠控制盘手动来操作 虽然不影响整个系统的运行 但是给运行人员带来了众多不便 控制系统的优越性并未发挥出来 到了九十年代中期 随着p l c 和计算机技术的快速发展及电力系统改革的要求 产生了工程师 操作员站和模拟控制盘方案 19 9 5 年山东石横发电厂锅炉补给水程 1 0 浙江大学硕十学位论文 磨石粉生产线控制系统的设计 控采用了该方案 在控制室内 该方案根据人机界面的不同设有两种监控方式 c r t 盘操 两种方式互为备用 模拟控制盘上设置有控制开关 系统状态的模拟灯 信号直接与p l c 输入 输出模板相连接 通过p l c 程序监控系统运行的整个过程 工 程师 操作员站用一根双绞线屏蔽电缆与p l c 进行通讯 运行人员利用工程师 操作 员站上的监控画面可以对系统监视与控制操作 监控画面能够显示工艺流程 参数 测量 设备运行工况 能以不同颜色显示参数越限及控制对象故障 信号报警功能 能打印测量参数 报警信号等 该控制方式 监控手段齐全 可靠 控制系统既可 通过模拟控制盘运行 又可以在工程师 操作员站上观察和控制系统的运行工况 虽然该方案可靠性较强 但是生产成本较大 不利于推广应用 到了2 0 世纪末 随着网络技术和计算机技术不断成熟 单台计算机的控制系统 已不能满足日益激烈的市场竞争要求 只有充分利用当今社会的电子 自动化技术 才能节能增效 在这种形式下 工程师 操作员站和管理员站方案 见图2 1 应运 而生 图2 1 工程师 操作员站和管理员站方案 该控制系统主要利用计算机局域网技术 将多个计算机系统结合起来 不受地 理和环境的限制 使分散在各地的计算机系统资源同时为多个用户所共享 充分发 挥各地资源的作用和特长 实现协同操作 提高可靠性 降低运行费用 避免重复 投资 从用户角度来看 一方面得到了一套处理能力很强 可靠性很高 并且易于 管理的控制系统 可与厂级m i s 系统相连接 另一方面 对于现场运行人员 大大 减轻了劳动强度 提高了整体的经济效益 浙江大学硕士学位论文 磨石粉生产线控制系统的设计 该控制系统主要是应用计算机网络中对等型共享局域网 具有分布式通信功能 和良好的灵活性 安装使用方便 简单 价格低廉 以太网具有以下优点 应用广泛 以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术 受到广泛的技术支持 几乎所 有的编程语言都支持e t h e r n e t 的应用开发 如j a v a v i s u a lc 及v i s u a lb a s i c 等 这些编程语言由于广泛使用 并受到软件开发商的高度重视 具有很好的发展前 景 因此 如果采用以太网作为现场总线 可以保证多种开发工具 开发环境供选择 成本低廉 由于以太网的应用最为广泛 因此受到硬件开发与生产厂商的高度重视与广泛 支持 有多种硬件产品供用户选择 而且由于应用广泛 硬件价格也相对低廉 目前 阻太网网卡的价格只有p r o f i b u s f f 等现场总线的十分之一 并且随着集成电路技 术的发展 其价格还会进一步下降 通信速率高 目前以太网的通信速率为1 0 m 1 0 0 m 的快速以太网也开始广泛应用 1 0 0 0 m 以太 网技术也逐渐成熟 1 0 g 以太网也正在研究 其速率比目前的现场总线快得多 另外 以太网可以满足对带宽的更高要求 软硬件资源丰富 由于以太网已应用多年 人们对以太网的设计 应用等方面有很多的经验 对其 技术也十分熟悉 大量的软件资源和设计经验可以显著降低系统的开发和培训费用 从而可以显著降低系统的整体成本 并大大加快系统的开发和推广速度 可持续发展潜力大 由于以太网的广泛应用 使它的发展 直受到广泛的重视和吸引大量的技术投 入 并且 在这信息瞬息万变的时代 企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快 速而有效的通信管理网络 信息技术与通信技术的发展将更加迅速 也更加成熟 由 此保证了以太网技术不断地持续向前发展 易于与i n t e r n e t 连接 能实现办公自动化网络与工业控制网络的信息无缝 集成 总之 随着信息技术和计算机技术的发展 火力发电厂的磨石粉控制系统将不 断的完善和改进 一方面适应现代企业发展的潮流 为以后的发展预留接口 便于 与辅助d c s 系统联系 另一方面使运行人员易于操作 采用这种方案不仅做到控制 系统简洁明了 更重要的是在价格合理的前提下 满足了工艺系统的要求 使系统 的功能更加完善 针对长兴电厂烟气脱硫工程的控制要求 我们采用了p l 叶上位机 的控制方案 通过调试证明其运行状况良好 完全符合设计规范书的要求 1 2 浙江大学硕士学位论文 磨石粉生产线控制系统的设计 2 5 控制系统的总体设计 根据工艺系统和协议的要求 本系统采用美国m o d i c o n 公司q u a n t u m 系列p l c 可 编程控制器 进行控制 工业监控软件采用美国i n t e l l u t l 0 n 公司的i f i x 3 5 软件 方案采用p l c 上位机顺控系统模式 该方式是采用主从方式进行工作的 由主控p l c 根据系统各设备的运行条件和参数 结合操作人员通过上位机所发出的各种命令 对设备的开关 启停进行控制 同时把各设备的输入状态信息反送给c p u 若有异 常 则发出报警信息并驱动报警处理程序 系统采用的m o d b u se t h e r n e t 由于具备 综合高速 对等通讯和易于安装等特点而可以简化应用和减少安装费 它可使得主 机 控制器和其它数据源通过使用低成本的网线在整个网络上作为同位体进行通 讯 其实力是它的控制实时控制装置如i 0 的能力 不会由于加载或通信量的原因 使性能下降 而所有模块的功能主要有 对参与程控的所有设备进行控制和调查 模拟量的采集 各个设备的运行状态 控制方式 步序控制 步序时间的设定 设 备失效的选择和判断等功能均在p l c 中完成 p l c 的编程采用功能图语言 简单易懂 易为电厂人员所掌握 调试和维护也 较为方便 编程软件选用c o n e e p t2 6 离线 在线编程软件 p l c 控制站与上位操作站之间系统网络采用通用标准的高速工业e t h e r n e t 网络实现数据交换和集中监控 通讯速率1 0 0 m b p s 通讯协议为t c p i p 集中监 控网络连接设备选用交换机 而不是集线器 不仅能提高监控网络的数据交换 速度 保证集中控制的实时性 而且为以后网络系统的扩展预留更好的数据交换 接口 运行人员利用工程师 操作员站上的监控画面可以对系统监视与控制操作 监控画面能够显示工艺流程 测量参数 设备运行工况 能以不同颜色显示参数越 限报警及控制对象故障 信号报警功能 能打印测量参数 报警信号等 记录仪功 能 2 5 1 工业监控软件 目前 上位机的监控软件非常多 常见的有 美国w o n d e r w a r e 公司的i n t 0 u c h 软件 i n t e h u t i o n 公司的i f i x 软件 s i e m e n s 公司的w i n c c 软件和北京亚控公司 的k i n g v i e w 软件 w i n c c 是专门与s i e m e n s 公司的p l c 配套的软件 而w o n d e r w a r e 公司和i n t e l l u t i o n 公司是专门从事监控软件的老牌大公司 在世界监控软件市场 占领了绝大部分份额 i f i x 的图形功能很强 支持多种图形格式 其追加的图形 库 内容丰富 解决了原来图形过大的问题 可同时使用2 5 6 种颜色 其中有6 4 种颜色可用彩虹色调色 组成各种调色方案 嵌入图形中不会因放大缩小而失真 组态中提供树形结构图 能够浏览所画画面中的所有图形对象 组态信息 提供了 全局性的变量组态方案 供画面组态调用 从而实现一改全改的功能 而且全局性 浙江大学硕士学位论文 磨石粉生产线控制系统的设计 的变量并不占用t a g 点 对于画面中g r o u p 组内的对象组态并不改变 使状态变化 丰富多彩 点数的扩展功能很强 有全面解决扩展点的报警 报警记录 历史记录 的方法 有查找替换功能 可以替换整个图画以及画面中的对象的属性 组态点信 息 对于同类型物体 避免重复组态 内嵌v b a 具有自己的内部函数 又有广泛 的v b 函数 功能扩展更为有利 支持双向o p c 支持所有类型的a c t i v e x o l e 对不健全的控件所引发的错误进行保护 对控件的属性操作完全控制 编辑与运行 是切换进行的 这有利于对现场生产安全的保障 有独立的报警监视程序 支持在 线修改 具有画面分层功能 运行时可以根据程序很方便地更换对象的连接数据源 可以使控制更灵活 i f i x 提供的数据类型最多 有很多现成的功能块 历史记录块 趋势块 计 算块 p i d 块 计时块 这使得设备运行时间计算 数据转化等工作可以不必在画 面中去做 同时i f i x 还提供十多种信号发生器 在调试中帮助很大 实现非常方 便 4 种软件中i f i x 的数据点管理是独立于画面运行的 直接反映现场信息 数 据点一经设定就可以立即反映现场状态 如果通信是成功的 这是其他软件所不具 备的特点 i f i x 提供了数据管理库的输入 输出功能 可以把t a g 信息输出到e x c e l 这样一个网格文档操作最方便的工具中 可以在e x c e l 中方便地完成繁琐的t a g 点定义设置工作 再从e x c e l 回输到数据库中来 由于i f i x 有内嵌的v b a 还带有s q l 语言 全面支持a d 0 r d o 所以对于常用 的办公软件如0 f f i c e9 7 以及一般的数据库软件如s q ls e r v e r a c c e s s 0 r a c l e f o x p r o 等都能很好的访问和操作 该软件包括两部分 一部分为开发环境 使用面向对象的图元元件创建动画式 且触敏的显示窗口 这些显示窗口可以连接到p l c 控制程序或其它应用程序 另一 部分是是用来运行创建的图形窗口的运行环境 它的控制核心是标记名数据字典 运行数据库 程序运行时 它包含数据库所有项的当前值 2 5 2 工程师 操作员站 上位机是整个系统的核心 质量必须保障 本系统采用戴尔品牌机 配置为 c p up 42 8 g 内存5 1 2 m 6 4 m 1 2 8 m 独立显卡 硬盘7 3 g 显示器菲利浦2 l 英寸 分 辨率为1 2 8 0 牢1 2 8 0 两台上位机中通过网卡连接到交换机 用于与p l c 进行数据交换 它可以对数据进行运行运算处理 显示各种信号及打印各种报表 m o d b u se t h e r n e t 网的传输速率为l o om b p s 拓扑结构为星型方式 是一种基于c s 高效的工业网络 通过交换机可与厂级m i s 系统相连 实现资源共享 包括数据库 文件系统 打印 机等 浙江大学硕士学位论文磨石粉生产线控制系统的设计 第三章控制系统的硬件设计 3 1p l c 系统的设计及其特点 3 1 1p l c 系统的设计原则 建立在对系统充分理解及对p l c 性能和编程技巧熟练掌握基础上的好的整体设 计 与好的选型相结合 还往往可以在保证系统性能的基础上成倍地降低成本 做 到利用有限的投资或技改基金实现看起来做不到的事 这里首先要做的是系统需求 分析 具体可从七个方面着手 1 确定所需i o 端口的数量及种类 2 确定c p u 应有的主要功能 最大i o 容量 最大存储容量 通讯及网络能力 逻辑一时序功能 数据运算传送功能 高速计数功能 运行速度 3 确定内存的容量大小及种类 4 根据现场情况确定是否需要分布式远程i o 模块或单元 如要确定其与c p u 之间的距离 5 确定对其编程器及外部设备的需求 6 确定对其机械结构及外型尺寸的要求 7 考虑系统的工作环境要求 其次要做的是市场产品分析 具体来讲首先尽可能全面地掌握市场信息 然后 进行选型分析 在满足技术性能的基础上 进行价格方面的比较和衡量 并同时综 合考虑厂家和产品在可靠性 供货的及时性及售后服务方面的信誉 产品的突出特 点等 就可以从中选出较为理想的产品 经过对市场上多家p l c 进行比较 结合本控制系统的具体要求我们选用了 s c h n e i d e r 公司q u a n t u m 系列p l c 其价格虽然较贵 但其性能优良 它具有双机热