锅炉概述.doc

目 录第一章 锅炉控制系统工艺流程11.1 控制系统工艺情况21.2 控制系统测点分配4第二章 工具软件介绍1第三章 硬件配置63.1 电源模块63.2 中央处理器模块73.3 通讯模块73.4 I/O模块73.5 硬件组态8第四章 程序开发124.1 创建新项目与用户程序块124.1.1 建立项目124.1.2 插入一个站点134.1.3 用户程序中的逻辑功能块144.2 符号表生成194.2.1 绝对地址和符号地址194.2.2 输入共享符号204.3 模拟量工程量化214.4 流量累积与中断244.4.1 流量累积244.4.2 中断程序264.5 PID调节284.5.1 PID控制原理：284.5.2 程序实现：294.6 连锁与报警切投功能344.7 数字量控制36第五章 结束语39参考文献40致 谢41第一章 锅炉控制系统工艺流程锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等；主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力、炉膛负压、炉膛温度、过剩空气等。因输入变量与输出变量相互关联，如果蒸汽负荷发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化。所以说锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的控制对象（见图 1）。负荷锅 炉 设 备汽包水位给水量蒸汽温度减温水蒸汽压力燃料量炉膛压力送风量炉膛温度引风量过剩空气 图11 锅炉对象简图1.1 控制系统工艺情况 锅炉输煤系统发电厂输煤系统具有如下运行特点：输煤任务繁重；运行环境差、劳动强度大；一次启动设备多，安全连锁要求高；控制功能要求高。目前发电厂普遍采用PLC完成输煤控制。 输煤系统控制功能主要由以下几部分组成：上煤控制；配煤控制；就地集中控制；干煤棚、露天煤场的喷淋控制；报警功能；画面显示；分炉计量；各储煤场存煤量统计；系统安全保护功能；系统管理功能；煤仓煤位检测功能3。 锅炉送风系统锅炉的送风系统包括一次风机、二次风机和引风机。一次、二次风机主要工作是向炉膛内输送大量的空气，使炉膛燃烧室内的煤炭粉末充分搅动起来有利于煤炭的充分燃烧，提高煤炭的热量释放值使炉膛快速升温，节省煤炭和减少环境污染。引风机的作用是利用烟囱向外排烟，使炉膛内形成一定负压，有利火焰的燃烧。但锅炉内的负压要控制在允许范围内，否则锅炉会有熄火的危险。锅炉内的温度、输煤量、送风量、引风量这些变量都是相互关联的，在程序开发过程中要加入连锁功能以及PID调节程序才能达到控制要求。 锅炉化水系统锅炉给水水质的要求非常严格，需要将水中所有盐类几乎除尽。即使对工业锅炉来说，在原水含盐量很高时也同样需要采用化学除盐的水处理方法使水质达到要求，这需要化水处理系统来完成。化水处理系统种需要控制的设备包括：活性碳过滤器、细沙过滤器、反渗透设备、阳床、阴床、混床、升压泵、清水泵、中间水泵、除盐水泵、再生水泵、除二氧化碳器、加热器、中间水箱、除盐水箱等。此外，还有废水中和处理系统以及酸碱计量系统。化水控制系统根据工艺要求完成每个环节水处理装置的投运、停运和再生程序，自动加酸加碱程序，自动、半自动启动另一列除盐装置程序等。对于过程控制设置必要的分步操作、成组操作或单独操作，当系统出现故障时，具有确认后进行跳步、中断或旁路等操作功能。还设有必要的步骤时间和状态指示，必须的选择和闭锁功能3。 锅炉汽包系统汽包水位系统受控变量是汽包水位，操纵变数是给水流量。它主要考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包中水位在工艺允许范围之内，这是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的重要指标。 锅炉除灰系统为了有效地清除锅炉受热面的积灰，提高炉膛的吸热效率并且降低排烟温度，需要安装除灰系统。除灰系统的PLC控制设计是一个比较复杂的大中型程控项目，除了工艺过程本身所涉及到的气固两相流体力学计算以外，其逻辑条件比较复杂，设备选型、匹配比较特殊，对控制产品的要求比较严格。 吹灰控制方式有两种，即自动和手动。当自动时，在控制台发出吹灰指令，即可进行自动顺序吹灰。无论用自动或手动操作，空气预热器吹灰蒸汽源的选择，必须按下列原则进行：1) 当锅炉负荷大于10MCR条件下运行时，吹灰蒸汽由空气预热器减压阀提供3。2) 当锅炉低于10MCR条件下运行时，关闭空气预热器减压阀，同时打开辅助蒸汽减压阀，提供吹灰蒸汽3。除了自动连续吹灰以外，根据各个受热面污染及锅炉汽温的情况，可以进行切换，分组自动吹灰，待一组吹灰结束后，自动停止，汽源隔断。在每次吹灰工作开始以前，首先要对吹灰器管路进行一段时间的输水，经过输水以后，电磁阀关闭，然后才能开始吹灰。 吹灰控制系统在程序编制时从以下五方面设计了程序连锁；无喷射介质；时间超时；电动机超载；蒸汽压力低；吹灰器启动失败。从而保证了整个吹灰过程的稳定、安全。 锅炉系统连锁与切投保护锅炉控制系统不仅要对每个测点和变量信号进行采集和控制，还要对系统出现的故障做出反映。系统中有很多测点是相互关联的，当一个变量发生变化，会有多个变量需要相应进行调节，这就要有连锁功能才能实现。例如：炉膛温度低于设定值时，要增加输煤机的转速来增加煤量，同时要增加风机的送风量和引风量，这样的调节才能使炉膛的温度升高达到控制要求；反之亦然。软件开发中，针对系统可能出现的故障要编写相应的保护程序。但是在上层操作站软件中要做切投保护选择按键。在程序中做成一个虚拟开关。当断开时，系统不具备保护功能；当闭合时，系统具备保护功能，对故障能及时做出反应，使执行机构做出相应的动作。第三章 硬件配置系统在网络配置上使用标准的工业以太网（Industrial Ethernet）以及PROFIBUS DP 网络。 控制器采用SIEMENS的S7 417H冗余控制器,使用先进的事件冗余,使系统的冗余达到可无扰 切换的最佳性能。 两对冗余控制器和上位机之间采用冗余的PROFIBUS光纤环网进行通讯,确保网络在任意一点的断开都不会影响网络的正常工作.同时由于使用光纤网络,增强了系统通讯的抗干扰能力2。 上位机采用SIEMENS的专用SCADA系统Wincc作为人机接口,Wincc和PLC间的通讯为冗余,任何一台控制器停机都不会影响上位机的监控功能,并实现无扰切换。 ET200M分布式I/O卡件和控制器之间使用冗余的PRFIBUS-DP网络,任何一个控制器的停机或I/O适配卡件的损坏都不会影响系统对I/O的访问。 两对冗余控制器之间的通讯也采用了冗余的通讯方式,任何1个控制器或通讯卡件的停机都不会影响通讯的正常运行。 系统实现了对所有相关设备的启停监视,并配以相应的报表功能,使系统状况一目了然。 使用事件记录系统,使重要的报警故障得以精确记录。3.1 电源模块根据锅炉系统测点的个数、信号类型确定了CPU、通讯模块、I/O模块的类型和硬设备的个数。通过产品手册可查询这些硬设备的额定工作电压和额定工作电流，利用公式（31）：额定功率=额定电压额定电流 （3-1）可以求得每个硬设备的功耗，再把每个硬件功耗求和然后加上电源模块自身功耗就能得出整个控制站（CS）的功耗。利用公式（一）就很容易确定应该选择电源模块的类型。由于控制站采用了冗余系统，所以电源模块也应该相应的采用冗余电源。即：SIMATIC 400-PS-400-Redundant PS-400-PS 407 10A3.2 中央处理器模块根据锅炉控制系统的实际要求和电厂的实际情况，锅炉系统的测点多，实时控制信息量大，系统的稳定性要求非常高，容错能力要求非常强。因此，要采用SIEMENS公司高端的CPU。而且，控制系统要做成冗余系统，这样才能达到整个热电厂的工艺要求。在充分考虑控制系统的性能的情况下，采用SIEMENS S7-417H CPU。每个CPU都含有2个扩展插槽，可用于插入同步范本。同步子范本用于两套CPU之间冗余切换，它们已放置在CPU内部并由光缆完成互连任务。同时每个CPU带一对以太网处理器CP443-1，是和作为服务器的以太网上位机通讯。如果考虑控制系统的性价比，则CPU可以采用低级别的冗余中央处理器。但运算速度会降低，可以处理测点的个数也会减少，存储容量也会减少，可以根据实际工程的需要，选择合适的CPU。3.3 通讯模块由于锅炉控制系统的数据量很大，需要通讯速度快的网络。因此，控制站与上层的通讯网络采用工业以太网；控制站与分布式I/O ET200通讯则采用PROFIBUS DP网络。工程师站（ES）与操作员站（OS）通过通讯网卡CP 1613连入工业以太网，实现对控制站的管理以及数据的通讯。控制站通过工业以太网卡CP 443-1连入工业以太网。3.4 I/O模块由于系统稳定性能要求很高，为了保证系统的连续安全运行，减少硬设备损坏对系统的影响，应采用分布式I/O ET200作为输入/输出模块。 ET200是基于PROFIBUS DP现场总线的分布式I/O。具有体积小、能适应严酷环境、抗干扰能力强等特点。ET200集成很多功能，如电动机启动器、气动系统、变频器、智能传感器等。由于控制系统采用了冗余CPU，因此ET200上必须采用S7-300系列的I/O模块，才能与CPU搭配。即：PROFIBUS DP-ET200 M -IM 153-2中的AI、DI、AO、DO模块。模拟量输入模块（AI）：锅炉控制系统中模拟量输入测点数量非常大，需要多块AI模块才能完成对模拟量信号的采集，因此采用8个输入信道的模拟量模块。根据测点清单提供的测点数量、信号类型、模块供电电压，选择AI812Bit DC 24V模块。对于4-20mA、Pt100、K分度的模拟量信号，采用普通型号的AI模块即可满足要求；对于Cu50类型的热电阻信号，则必须采用更高级别的RTD类型的AI模块；对于S分度类型的热电偶信号，则必须采用TC类型的AI模块。数字量输入模块（DI）：数字量输入测点全部为开关量（BOOL）类型的信号，采集这些信号的模块最多具备32路通道，选择DI3224V模块即可。模拟量输出模块 (AO): 模拟量输出点输出的信号是4-20mA的标准信号，主要是用来PID控制。实现对风机、水泵、调节阀等设备的连续调节。选用AO812Bit模块。数字量输入模块（DI）：数字量输出点输出的型号类型也是开关量，用来实现逻辑控制，可以控制风机水泵的启停以及电磁阀的开关。可选用DO3224V Real型模块。3.5 硬件组态 硬件的配置根据锅炉控制系统对硬设备的要求，确定硬件的类型后，要对各个硬件进行组态并编译。首先，要选择冗余型导轨（RACK）选择RACK-400中UR2-H型号的导轨。 其次，在选好RACK上装载硬件模块。按照从1号槽-9号槽的顺序依次装载电源模块（PS）、CPU、通讯模块（CP443-1）。在ET 200M上按照同一类型模块放置在一起的原则，依次放置AI、DI、AO、DO模块。 再者，在CPU的DP断口的属性中，设置传输速率为1.5Mbps的PROFIBUS DP网。在CP443-1通讯网卡的属性中，设置Ethernet网络最后，进行硬