电厂脱硫工程SO2吸收环节DCS---毕业设计.doc

控制学院 *班 学生* 毕业设计 第 52 页 共 52页毕业设计题 目 电厂脱硫工程SO2吸收环节DCS学 院 控制科学与工程专 业 姓 名 学 号 指导教师 二OO七年六月十四日目录摘要4ABSTRACT51 概述61.1选题背景及意义61.2方案论证71.3工艺简介71.3.1控制系统总工艺71.3.2烟气系统81.3.3吸收塔系统91.4设计要求91.4.1烟气系统联锁保护与报警91.4.2 吸收塔系统联锁保护与报警102 控制系统总设计132.1 控制系统选择132.2 被控对象汇总142.2.1 主要被控制设备及编号142.2.2 控制点的统计152.2.3 控制系统结构152.3 DCS控制系统的配置说明172.3.1 系统硬件配置182.3.2 系统软件配置清单192.3.3 系统通信设备清单202.4 主要的控制程序流程设计202.4.1 吸收塔SO2脱除率控制202.4.2 增压风机对FGD入口压力调节控制213控制系统组态233.1 项目树的建立233.2 硬件设备的组态243.2.1 系统硬件总结构组态243.2.2 CPU及系统网络组态253.3 现场总线网络组态263.4 过程站控制程序编制283.4.1 I/O编辑293.4.1 数据类型转换和量程转换303.4.2 回路控制323.4.3 顺序控制343.5 操作员站组态363.5.1 主监控界面组态363.5.2 面板操作建立373.5.3 脱硫系统报警设置383.5.4 脱硫系统综合保护设置393.5.5 脱硫系统趋势设置39 设计总结及体会414.1 本系统的设计特点414.2 创新之处414.3 系统设计中遇到的问题及解决的方法41结束语43致谢44参考文献45附录46附录一：部分程序46附录二：部分柜内接线图47附录三：FGD吸收塔内部结构图48附录四：ProfiBus模件FI830冗余连接图48附录五：部分点号表49 毕业设计任务书电厂脱硫工程SO2吸收环节DCS摘要国家“十一五规划”中关于环境保护的重点工程中，已将燃煤电厂烟气脱硫放在重要位置，强调必须加快现有燃煤电厂脱硫设施建设，增加现有燃煤电厂脱硫能力。而目前国内在脱硫自动化控制方面还存在着许多不足，与西方发达国家的差距较大。本系统设计的宗旨就是根据现有成熟的脱硫工艺，利用先进的自动化控制技术，改进我国火力发电厂目前普遍存在的脱硫效率高、运行成本高等现实状况。设计针对300MW以上大型火电机组，采用FGD工艺，利用ABB公司的AC800F控制系统，提出了SO2吸收环节DCS（散控制系统）完整设计思路和实际过程。设计初期，经过了合理的论证。设计突出了应用领域所需的安全可靠性，利用冗余技术，将控制级与现场级的运行可靠性大大提高。结构上，光纤环网连接企业管理级，下设AC800F控制器冗余，过程数据交换ProfiBus现场总线冗余，使用全局数据库编程、组态，等等这些都形成了本系统鲜明的特点。并且，在人机界面方面，本设计也做了大量的工作，使得系统运行操作更突出人性化、简便化。而且，整个系统支持多种现场总线，设有开放的第三方设备支持接口，大大提高了系统的通用性、可扩展性和用户选择的自由度，使得系统寿命在工业信息技术更新快速的今后一段时期仍能保持长久的生命力。关键词：脱硫；FGD；DCS；冗余 ABSTRACTIn national “NO.11 five years programs” about the key project of environmental protection, flue gas desulphurization of coal-fired power plant has been placed on an important position, and emphasized that facility constructions of the existing coal-fired power plant desulphurization must be accelerated, and increase the desulphurization ability of existing coal-fired power plants. But at present, there is too much insufficient existing in automatic control of the desulphurization, the disparity on it with the western developed countries is relatively great. The aim that this system is designed, is according to the existing ripe desulphurization craft, utilize advanced automatic control technology, improve the ubiquitous realistic state that the desulphurization operating cost is high with a lower efficiency at present of fire power plant in our country. The design is directly against large-scale fire power plant witch with units above 300MW, with adopting FGD(flue gas desulphurization) craft and utilizing AC800F control system of ABB, witch have put forward a total design mentality and a real course of DCS(distributed control system) on SO2 absorbing.In the initial period, the design has been passed through a reasonable argumentation. It highlight the security and reliability which the application domain needed, the use of redundant technology, made the operating reliability of control level and process level greatly enhanced. In the structure, the optical fiber ring net connect the business management level, sets AC800F controller with redundancy below, the process data exchange through ProfiBus field bus also with redundancy, used an uniform database when programming or configuring, and so on ,these have all formed the bright characteristics of this system. More over, in aspect of Human-Machine Interface, this design has also done the massive works, causes the system has more prominent human nature and to be simple to Moreover, the whole system support many kinds of field bus, be equipped with an opening equipment supported interface of party C, it greatly enhanced the systems versatility, to be able to extended and more freedom to choice for the user, so it will cause the life-span of the system to be able to still maintain a long-time vitality though in an period of future the industrial information technology renew so fast.Key words: Desulphurization；FGD；DCS；Redundancy1 概述本系统是ProfiBus现场总线技术与AC800F控制器为主要构成的DCS（集散控制系统）,其中中央控制室由一个ES（工程师站）和两个OS（操作员站）组成，两个OS又由安装有双屏显示功能软件DigiVis的一台PC构成，另有一台PC作为服务器用来存储实时运行数据；PS（过程站）由2套AC800F控制器和各自的S800I/O站组成。其中中央控制室与过程站之间由环形以太网连接，采用技术成熟、应用广泛的ProfiBus-DP现场总线将现场设备与控制器连接进行实时高速的数据传输；并且控制器采用冗余结构以提高传输速度和运行安全性。 本设计论文深入介绍了ABB IndustialIT AC800F控制系统在火电厂脱硫自动化中的应用，针对300MW以上容量的具体现场情况提出了设计的实现方案。主要介绍了利用ABB AC800F控制器组成集散控制系统的系统配置方案、软件控制策略和设计思想，并运用一体化软件CBF实现了对整个系统的编程、组态，在完成安全的自动化控制功能基础上实现实时运行状况监视、历史状况查询、故障报警、事故追踪及报表自动生成等强大功能。基本可实现无人职守和低成本、高效率的现代化工业目标。1.1选题背景及意义环境保护问题已经成为影响和制约人类社会发展的重要因素。 煤烟型大气污染主要是SO2的排放，其中90%来自煤炭1。而我国的能源构成以煤炭为主，其消费量占一次能源总消费量的75左右，这种局面在今后相当长的时间内不会有大的改变。火电厂以煤作为主要燃料进行发电，而煤直接燃烧释放出大量SO2，会造成大气污染，且随着装机容量的递增SO2的排放量也在不断增加。据悉，2006年火力发电已占到我国总发电量的83%2。根据环境状况评估报告，我国煤炭排放的二氧化硫已经连续多年超过2000万吨，居世界首位。二氧化硫使我国的酸雨污染逐年加重，酸雨面积不断扩大，每年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1100多亿元，成为制约我国经济和社会发展的重要因素。而燃煤火电厂的二氧化硫排放量约占全国总排放量的40。加强环境保护工作已纳入我国实施可持续发展战略的重要保证。所以，加大火电厂SO2的控制力度就显得非常紧迫和必要。2006年2月正式发布的我国国家中长期科学和技术发展规划纲要对环境保护领域的科学研究和技术开发给予高度重视。国家“十一五规划”也强调加大环境保护力度，防治大气污染。关于环境治理重点工程，将燃煤电厂烟气脱硫放在重要位置，强调加快现有燃煤电厂脱硫设施建设，增加现有燃煤电厂脱硫能力，新建燃煤电厂必须根据排放标准安装脱硫装置，使90的现有电厂达标排放3。本设计即是针对火电厂烟气脱硫自动控制系统开发而作，其目的主要是降低火电厂燃煤锅炉SO2的排放量，提高燃煤火电厂脱硫技术水平，开发出适合我国国情的脱硫自动化控制系统，解决目前市场同类产品效率低、成本高的问题。1.2方案论证方案一：采用PC机加板卡的方式。采集板卡与上位机监控组态的方式运行，板卡功能丰富，成本低廉。其将采集到的现场信号反馈给上位机，上位机通过预制控制策略做出相应的动作命令输出。但是，整个控制全部依靠PC机的运算处理，虽然现今有工控机的成熟技术，但是工业现场的复杂性对安全运行的保障程度的要求是难以达到的，而且板卡采集的信号可能会因现场环境的恶劣受到干扰，一旦出现传输故障或死机等潜在危险，后果严重，且不说干扰造成的系统控制稳定度、准确度方面的大打折扣。方案二：普通PLC网络加上位机组态方式。PLC技术发展至今已经相当成熟，其可靠性已使其发展为工业控制的通用手段。即使在现场控制器与上位机通讯中断或上位机死机的情况下，工厂生产仍能正常运行，短时间内不会受到影响，以达到集中管理分散控制的效果。但其网络支持单一，构成的系统可扩展性受到很大限制，一旦系统建成，日后工厂发展需要扩建时原有系统与新系统的整合将会遇到很多困难。并且从应用领域的角度来讲，虽然PLC已经具备了较高的可靠度，但对于电厂的安全可靠性要求来说还是不够的，现场设备与PLC之间的通讯中断仍然可能会造成严重后果。方案三：高性能冗余控制器和编程组态一体化的软件构成的DCS。高性能控制器的使用，能使得工程中因控制器处理容量限制而必须增加数量、从而增加成本的问题得到解决，最主要的是其强大的冗余功能可在任意故障中无扰切换，保证各级数据传输不中断，最大程度的保证工业控制的安全性，减少损失和日后的维护成本。并且，其网络支持的多样性和设备连接的开放性对用户提供了更自由的选择和更好的可扩展性。编程、组态一体化的软件使用统一的全局数据库，免去了控制程序与组态软件在不同商家软件之间数据连接的繁琐。在系统运行期间可以在线修改程序，且仅对修改部分作用而不对其他部分产任何影响，从而保证生产过程无扰而更加优化。利用工业IT技术将企业生产管理与企业信息管理融为一体，可以极大程度的提高电厂的运行效率。综合方案的安全性、可扩展性、高效性，本设计选择方案三为最终设计方案。 1.3工艺简介1.3.1控制系统总工艺本设计针对300MW以上容量的火电厂，采用技术成熟的湿式石灰石石膏湿法烟气脱硫（FGD）工艺。系统总工艺如11图所示. 该脱硫工程工艺原理： 经锅炉引风机排出的原烟气由设置在脱硫装置（FGD）尾部的增压风机的负压导入 FGD。进入吸收塔前，高温的烟气通过GGH（烟气换热器）进行降温后进入吸收塔，吸收塔内的浆液从上部若干个喷嘴中涌出与烟气逆流接触，并在流经格栅段时大面积充分进行气/液接触，并发生化学反应脱除烟气中的SO2。吸收SO2的浆液进入吸收塔底部反应槽后，通过再循环泵与补充的石灰石浆液再一次从吸收塔上部涌出，洗涤烟气中的SO2，周而复始4。 图1-1FGD系统工艺图脱硫的性能通过 DCS对吸收塔内的pH 值和浆液浓度进行调节，实现自动控制。剩下的浆液在槽罐内由外置的氧化风机供给空气并均匀分布到内，再由一个垂直安装的搅拌器不停地搅拌使亚硫酸根氧化成石膏。该工艺的化学反应原理如下5：吸收：SO2+H2O = H2SO3 = H + HSO3氧化：H+HSO3+ 1/2O2 = 2H2O + SO42结晶：CaCO3 + 2H = Ca2 + H2O + CO2Ca2+ SO42+ 2H2O = CaSO42H2O按照工段的划分，将总工程可分为脱硫前的烟气系统和脱硫中的SO2 吸收塔系统两大系统进行控制。1.3.2烟气系统在正常运行的情况下，烟气通道起到将锅炉燃烧产生的烟气接入FGD 的作用。而在故障情况下，烟气通道则起到将烟气直接导入旁路烟道，进入烟囱，避免对FGD 系统造成损坏，起保护设备的作用。这个切换由不同位置的三个挡板实现6。正常运行状况下，原烟气经锅炉引风机引出，并设置增压风机以克服FGD系统阻力，通过GGH进行降温后进入吸收塔。从吸收塔出来的净烟气在吸收塔内由于经喷淋吸收工艺已冷却至饱和温度且湿度较大，因此在进排入烟囱前，必须通过GGH对烟气进行再热，以防止在排放过程中出现冷凝沉降，对大气造成二次污染7。1.3.3吸收塔系统在FGD系统中，吸收塔是其主要净化装置，烟气中SO2的去除在吸收塔内进行，吸收塔包括1个布风装置（托盘）、2层喷淋装置、4台循环泵和1套两级式除雾器，每层喷淋装置对应2 台浆液再循环泵。 从GGH（烟气换热器）出来的原烟气进入吸收塔后，折流向上经过吸收塔托盘，使主喷淋区的烟气分布均匀，然后与喷淋下来的浆液充分接触，烟气被浆液冷却并达到饱和，使烟气中的SO2 、SO3、HCL、HF 等酸性组份被吸收，再连续流经两层锯齿形除雾器而除去所含的液滴。经洗涤和净化后烟气流出吸收塔。 新鲜的石灰石浆液经吸收浆液泵打入吸收塔，吸收塔底的浆液再循环泵将吸收浆液送至喷淋系统。正常运行工况下，运行2至3台循环泵，当煤中含硫率较高时，运行4 台循环泵。 4 台侧进式搅拌器的作用是使塔内浆液混合均匀，使固体颗粒保持悬浮状态，同时使氧化空气分散到浆液中，加速反应。 氧化风机送出的氧化空气经喷水增湿，冷却后通过矛状管送入吸收塔，把脱硫反应生成的亚硫酸钙（CaSO31/2H2 O）氧化为石膏（CaSO42H2O）。每根矛状管的出口都非常靠近搅拌器，空气被送至高沸腾的浆液区，使空气和浆液得以充分混和，实现高氧化率。吸收塔浆池中反应形成的石膏浆液通过石膏排出泵送至石膏旋流站，进入石膏脱水系统。集水坑用来收集吸收塔区正常运行、清洗和检修中产生的排出液。集水坑高液位时，排水坑泵自动将其中的液体输送至吸收塔或事故浆液池。每个集水坑配一台顶进式搅拌器。1.4设计要求按照DCS规范书的规定和适用的工业标准，配置完整的自动控制系统。按照工艺图纸、初步I/O的清单和控制要求，提出相应的设计图纸，提出DCS的控制功能，提出I/O接口布置图及I/O接线详图。按照工艺流程设计DCS的监控画面。包括工艺流程显示、管线状态显示，回路控制显示，顺序控制显示，趋势显示，报警显示。另外，还包括数据库的生成、历史数据存储、报表生成、操作日志等。 1.4.1烟气系统联锁保护与报警主要的联锁保护动作： s 在以下情况之一发生时，烟气走旁路 FGD 进口烟气温度低于109并超过5分钟FGD 进口烟气温度高于170 FGD 进口烟气含尘量高于300mg/Nm并超过1分钟增压风机跳闸GGH 故障停运机组发出FGD撤出命令 进口挡板门或出口挡板门关 四台循环泵全部跳闸 s 当出现下列情况之一时，打开旁路挡板，停增压风机： 增压风机轴承温度100，延时 10 秒 增压风机电机线圈温度105，延时 10 秒两台冷却风机都跳闸 报警： s 烟气与烟气挡板 冗余的进口烟气温度信号之间偏差大 进口烟气温度高进口烟气温度低进口烟气含尘量高 冗余的出口烟气温度信号之间偏差大 出口烟气SO2含量高 旁路挡板密封差压低 进口挡板密封差压低 出口挡板密封差压低 旁路挡板故障 进口挡板故障 出口挡板故障 挡板密封空气温度低 挡板密封空气温度高 挡板密封风机故障跳闸 1.4.2 吸收塔系统联锁保护与报警主要的联锁保护 ：s 吸收塔液位联锁控制要求 max2 报警，除雾器停止冲洗功能组 max1 关闭至吸收塔回用水电动门 min1 打开至吸收塔回用水电动门min2 允许启动吸收塔再循环泵 min2 报警FGD 切旁路后，手动保护停吸收塔再循环泵 min3 启动搅拌器 min4 允许启动搅拌器 min5 保护停搅拌器 min6 允许石膏浆排出泵启动 min7 保护停石膏浆排出泵 s 吸收塔区域浆池液位控制联锁max2 报警 max1 启动吸收塔区域浆池浆液泵 min1 启动搅拌器 min2 允许启动搅拌器 min2 停吸收塔区域浆池浆液泵 min3 允许吸收塔区域浆池浆液泵启动 min3 保护停搅拌器 min4 保护停吸收塔区域浆池浆液泵 报警 s 吸收塔液位、附属设备及pH吸收塔进口和出口烟气挡板关、氧化风机运行但吸收塔排空阀未打开 吸收塔进口或出口烟气挡板开但吸收塔排空阀未关闭 吸收塔再循环泵故障跳闸吸收塔再循环泵装置异常或保护报警 吸收塔再循环泵保护动作 吸收塔再循环泵轴承温度高 吸收塔再循环泵电机线圈温度高 吸收塔反应池液位高max2 吸收塔反应池液位低min2 吸收塔反应池液位低min5 吸收塔反应池液位低min7 二只吸收塔反应池液位变送器测量值偏差大 吸收塔搅拌器故障 除雾器前后差压高 吸收塔浆液浓度高 吸收塔浆液浓度低 吸收塔浆液浓度低-低 吸收塔浆液pH高 吸收塔浆液pH低 二只吸收塔浆液pH计读数偏差大 SO2脱除率低SO2脱除率低 氧化空气压力低 氧化风机软启动器故障 氧化风机故障 氧化风机出口压力低 氧化风机轴承温度高 氧化风机轴承温度高高 氧化风机电机轴承温度高 氧化风机电机轴承温度高高 氧化风机电机线圈温度高 氧化风机电机线圈温度高高 吸收塔区域浆池液位高 吸收塔区域浆池搅拌器故障 吸收塔区域浆池泵故障 吸收塔区域浆池浆液打回吸收塔但吸收塔反应池液位高 吸收塔区域浆池浆液打至事故浆池但事故浆池液位高 电动阀门故障2 控制系统总设计如前面方案论证中所述，对于电厂这样特殊的应用对象，必须首先从安全的角度考虑设计的合理性，因此在综合安全性、可扩展性、高效性等因素的基础上，本设计将方案定夺为：高性能冗余控制器和功能强大、编程组态一体化软件为主要构成的集散控制系统。加上冗余的现场总线网络，可使得电厂的安全性得到最大程度的保证。并且，从用户应用的角度讲，在满足同等控制性能的基础上来考虑成本问题，能对不同厂商的底层设备进行自由选择这样就对现场总线网络支持的多样性和不同厂家设备连接的开放性提出更高的要求。能提供给用户更自由的选择和工厂规模日后增加所需的更好的可扩展能力，这也是工业控制行业从业者所应有的服务意识。从细节的角度讲，软件编程、组态的一体化，使用统一的全局数据库，免去了控制程序与组态软件在不同商家软件之间数据连接得繁琐。并且，系统运行期间能否在不停车的情况下在线修改程序，且仅对修改部分作用而不对整个系统其他部分产任何影响，保证生产过程的无扰，全面优化这也是控制技术发展到今天所提出的更细致的问题。以下，就对上述中当今工业控制所面临问题的解决方案进行详细的陈述。2.1 控制系统选择硬件在系统中起着骨架的作用，硬件组态的优劣，往往决定了系统的功能与稳定性。Industrial IT是一种具世界领先水平的全能综合型开放控制系统，该系统融传统的DCS和PLC优点于一体并支持多种国际现场总线标准。它既具备DCS的复杂模拟回路调节能力、友好的人机界面（HMI）及方便的工程软件，又同时具有与高档PLC指标相当的高速逻辑和顺序控制性能。系统既可连接常规I/O，又可连接ProfiBus、FF、CAN、Modbus、等多种现场总线设备。系统具备高度的灵活性和极好的扩展性，无论是小型生产装置的控制，还是超大规模的全厂一体化控制，甚至对于现场设备维护管理和跨厂的生产管理控制应用，Industrial IT都能应付自如。AC800F系统就是其家族的重要成员，其在技术上充分体现了ABB首创并领导的IndustrialIT(工业信息技术)崭新潮流8。系统分为两级：操作管理级和过程控制级。在操作管理级上不仅实现传统的控制系统监控操作功能（操作和显示，打印，趋势显示和报警），而且完成系统硬件诊测及不同系统间数据交换等功能。过程控制级实现包括复杂控制在内的各种回路调节（各种PID、比值、Simith）和高速逻辑控制、顺序控制以及批量间歇控制功能。过程控制站内部通迅（控制器与I/O等各种智能设备或现场仪表间）采用的是国际标准现场总线。现场总线控制器支持ProfiBus等各种现场总线，ProfiBus是目前世界上应用最广泛的开放型现场总线国际标准，分为FMS、DP及PA三级，DP通迅速率可高达12Mb9。而CAN（DIN/ISO11898标准）总线最大特点是它的超级坚固性和数据安全性。系统当然也支持Modbus。与智能现场仪表间的通迅则通过HART协议或现场总线（31.25Kb的 ProfiBusPA和FF总线）。操作管理级和过程控制级之间的系统通迅由DigiNetS网络(以太网/IEEE802.3标准)实现，用户可选择通迅传输介质（普通电缆或光纤）和网络拓朴结构。大众化的PC机和Windows操作系统在全世界已被广泛使用于各个领域，成为事实上的标准计算机平台。Industrial IT系统的操作站OS、工程师站ES及数据网关GS即采用了这一平台，从而确保了系统的通用性、开放性和易用性，并对将来的技术升级和维护带来很大方便。整个系统的工程组态非常方便。组态语言基于IEC61131_3工业标准，提供了功能块图(FBD)、梯形图(LAD)、指令表(IL)和顺序功能图(SFC)、ST(结构化文本)等图形化组态手段。系统还带有包含近190多个功能块的算法库和具有200多个图形符号的基本图库和内含大量3D图符的扩充图库。系统使用同一套组态工具软件完成过程级、操作级乃至现场总线仪表的组态以及调试，并使用同一个全局数据库。系统规模具备很强的伸缩性，单一系统支持1个到最多100个控制站及100个操作站。每个控制站最大支持数千个I/0点，整个系统规模可扩展。系统控制站硬件均为全金属外壳封装，能承受最严酷的工业环境。设备既可安装于机柜中，也可装于墙上。系统符合所有当前EMC标准并具CE标志。AC800F 控制器通过多种现场总线标准与现场设备接口，它作为ABB工业IT标准控制器即可以覆盖传统DCS功能又可以实现面向未来的FCS控制功能。因此，鉴于上述诸多突出优点，本设计选用AC800F 控制系统作为总构架。s I/O远程站选择远程I/O站选用ABB公司具有优越性能的S800 I/O，这是一种是用于过程控制站的分布式I/O，它通过现场总线与其所属的控制器通信。因其可以安装在现场， 尽量接近现场传感器和执行器，节省电缆，从而减少安装费用。S 800 I/O 采用模块化设计，DIN导轨式安装，由于对空间及环境要求不苛刻，尤其适用于安装在分散的场合，并且对处理信号几乎没有要求，从而现场仪表和设备信号可以直接接线到S800 I/O 站。 概括来说，其具有以下优点：灵活性: 对安装数量没有限制，可小数量安装，也可大量安装， 可以安装在室内，也可安装在室外，可以安装在墙上， 也可安装在机柜中模块化: 可一步一步扩展，不会因自身限制而影响系统扩展经济性: 节省硬件， 电缆，从而节省安装及维护费用可靠性: 因其自诊断及冗余等特性，可平滑的实现自动转换2.2 被控对象汇总2.2.1 主要被控制设备及编号1) 锅炉引风机F012) 增压风机F023) 风门密封风机 F034) 氧化空气风机F045) 原烟气挡板风门 M016) 净烟气挡板风门 M027) 旁路挡板风门 M038) A、B、C 3台吸收塔搅拌机 M049) 地坑搅拌机 M0510) 增压风机前导叶M0611) A、B、C 3台循环泵 P0112) 加浆泵 P0213) 浆液排出泵 P0314) 地坑泵 P0415) 工艺水泵P0516) 上除雾器上表面A、B、C 冲洗水阀 V0117) 上除雾器下表面A、B、C 冲洗水阀V0218) 下除雾器上表面A、B、C 冲洗水阀V0319) 下除雾器下表面A、B、C 冲洗水阀V0420) 吸收塔排空阀 V0521) 加浆调节阀V062.2.2 控制点的统计主要的控制点包括泵、风机、挡板门、搅拌机等电机的就地、远程控制，备妥、运行、驱动、故障信号，开关限位、正反转等等数字量触点。还包括管道、锅炉、烟气的压力，吸收浆液、工艺水的流量，烟气的温度、SO2的浓度，吸收塔内的液位、pH值，电机、泵、风机的电流采集，阀门开度的给定、反馈等等模拟量信号采集和驱动输出信号点。此外，为保证整个系统的日后维护、扩展，系统还应具备一定的余量，一般为20%。点数统计的结果如表1-2所示。表12电厂脱硫工程SO2吸收环节DCS I/O统计表信 号 类 型统计点数实配点数模拟量输入AI ：420mA4448模拟量输出AO：420mA3040触点输入DI324384触点输出DO190224总计5886962.2.3 控制系统结构工程师站的设置:本系统设置一个工程师站,安装一套 Control Builder F 软件,实现系统全局编程、调试，并且系统支持脱离硬件环境，实现离线仿真。包括对OS的组态和PS的组态。在对工艺流程图的配置中，将整个工艺流程分为若干个画面，生成于“公用图”项目下，这样一来各OS均可调用此组画面，因此大大减少了工程设计和维护的工作量。在这里，还需要对各PS站具体使用的控制器、现场总线插件、现场总线I/O从站进行硬件配置。操作员站的设置：本系统设置4个操作员站，并只安装2套DigiVis软件，并利用其特有的双屏显示功能（1套DigiVis PC + 1套 鼠标 + 1套 键盘 +2个屏幕=2个操作员站，如图21所示），在节约控制室设备投资、空间消耗及人员成本前提下获得成倍的操作信息，节约成本。每个操作员站都可以对所有范围内的设备进行操作，并且互为备份。即：任何一台出现故障时，其功能都可以在其它操作站上实现。图21 操作员站双屏显示功能过程控制站的设置：根据工艺要求及点数统计,配置1对冗余的现场控制器分别对烟气系统、吸收塔系统进行控制。本系统共有4个I/O站(其中：烟气系统设置2个I/O站；吸收塔系统设置2个I/O站，它们通过ProfiBus-DP现场总线与控制器进行数据交换。 本系统可通过采用OPC的方式，实现DCS系统与其他工段的PLC系统的通讯。也可以与工厂管理信息网络系统(MIS)远程监控终端进行数据交换。本设计选用了工业级网络设备。系统的网络通讯也分为两层：系统网络、现场控制网络。系统网络：实现操作员站、工程师站及现场过程站之间的数据通讯的计算机网络（既系统网SNET）。采用标准TCP/IP协议以太网实现。传输介质为光缆，传输速率为100M bit/s，抗干扰能力强，可完全满足系统要求。现场控制网络：实现现场过程站中控制器的现场总线MASTER插件与相应S800 I/O 站之间的通讯。采用PROFIBUS协议的冗余现场总线网实现。传输介质为PROFIBUS标准通信电缆，传输速率最高可达12Mbps，抗干扰能力强，配置灵活，布线方便，极好地满足了系统的控制要求。这两层网络结构有效的沟通了现场管理层与操作管理层之间的数据通讯，覆盖了整个控制系统的所有自动控制设备。各层之间，以及各层内部各智能设备之间既相对独立又能有机的联系，完全达到了DCS集中管理、分散控制的目的。对该DCS设计的系统配置结构简图如图2-2所示。工程师站#1、#2操作站环形光纤以太网冗余AC800F控制器冗余的ProfiBus DP总线1#过程站S800I/O2#过程站S800I/O#3、#4操作站烟气系统吸收塔系统总线表决器图22 SO2 吸收环节DCS控制系统结构简图2.3 DCS控制系统的配置说明本系统中选用ABB AC800F控制器，正是利用了它的强大的通讯能力与数据处理能力。为了充分利用其强大的功能，根据工艺和控制要求，进行合理的配置就成为首要工序。结合第二节中对电厂脱硫工程SO2吸收环节DCS所需控制的信号点统计结果，本设计对系统进行了详细的配置说明。其中，DCS控制站内I/O通讯设计用图2-3清晰表示，并在一定程度上能说明控制系统过程及结构。图23 SO2 吸收环节DCS控制站内I/O通讯设计2.3.1 系统硬件配置s 现场控制器(冗余配置)设备清单型号名称数量PM802F现场控制器主单元,32位RISC CPU(包括机架)2SA801F电源模件 115/230V -24VDC2EI803F10BASE-T 以太网模板4FI830FProfiBus DP 通信模板2PCO011ProfiBus 接口，12MB，带终端6AM895F(3)前面板(3块)2SB808备用电池4 s 操作员站/工程师站硬件设备清单型号规 格DELL PC机 (3台) Pentium IV CPU PC*Clock3GHz*RAM1GB*HD80 GB*CD-ROM52X*USB接口 2*RS-232C ports 1*Parallel port 1*IEEE802.3 Ethernet LAN card 2Monitor （TFT-LCD）19”(1600*1280)Windows 2000 中文版软件黑白喷墨打印机A3纸 HP1180C 2台黑白激光打印机A3纸 HP 5100LE 1台彩色喷墨打印机A4纸 HP 5550 1台s I/O 站设备清单型号名称数 量CI840ProfiBus DP 冗余通信模件4AI810模拟输入模件,8通道, 420mA,250 ohm 12位12AI830热电阻模件，8通道，14位6AO810模拟输出模件,8通道, 420mA 850 ohm 14位5DI810数字输入模件,16通道, 24VDC24DO810数字输出模件,16通道, 24VAC 0.5A14DP8202通道脉冲输入RS-422、Current、5V 12V 24V4TU846扩展型模件接线底座(24VDC)43TB807终端电阻4DPW01电源，230/115V to 24V 5A1SD821电源 220VAC 2.5A42.3.2 系统软件配置清单型号名称数量DigiVisC操作员站软件,中文版 V6.24CBF PControl Builder F 工程师站软件,中文版 V8.1(含DigiLock、UFB、FDT/DTM)1Control IT 700Control IT Basic控制站权限700 I/O点3DDE/OPCDDE/OPC通信软件12.3.3 系统通信设备清单 型号名 称数量ED6008-SS-SC工业级以太网智能冗余交换机4ProfiBus-DP cable DP电缆100米RJ-45 Clamp-1通信电缆制作工具42.4 主要的控制程序流程设计电厂脱硫工程SO2吸收环节DCS主要的闭环控制包括吸收塔SO2脱除率控制、吸收塔液位控制、增压风机入口压力调节控制等。2.4.1 吸收塔SO2脱除率控制烟气中的SO2的含量随着源燃料和锅炉工况的变化而变化。为了保证FGD装置有稳定的脱硫效率。以锅炉负荷信号和FGD入口SO2含量作为前馈信号，以FGD出口SO2含量或吸收塔池的pH值作为反馈信号构成的控制回路来调节石灰石浆液的流量。以此控制策略来获得稳定的脱硫效率。 SO2的脱除率是主要由吸收塔中新鲜的石灰石浆液的加入量决定的。而加入吸收塔的新制备石灰石浆液的量的大小将取决于预计的SO2脱除率、锅炉负荷及吸收塔浆液的pH 值。CaCO3流量的理论值为需脱除的SO2量乘以CaCO3与SO2的摩尔比重，需脱除的SO2量为原烟气的SO2 量乘以预计的SO2脱除率，通过测量原烟气的体积流量和原烟气的SO2含量可得到原烟气的SO2量。由于CaCO3流量的调节影响着吸收塔反应池中浆液的pH 值，为保证脱硫性能，应将该pH 值保持在某一设定范围内，当pH 值降低，所需的CaCO3 流量应按某一修正系数增加。故应测量吸收塔反应池中浆液的实际pH 值，两个安装在石膏排出泵排出管道中在线 pH 值探头用来测量吸收塔浆液的pH 值，将它与pH 设定值进行比较，通过pH 值控制器产生一个修正系数，对所需的 CaCO3流量进行修正。实际供给吸收塔的 CaCO3 流量为实际测得的石灰石浆液流量乘以石灰石浆液浓度和石灰石中CaCO3 的纯度系数。将经pH 值修正后的所需CaCO3 流量与实际的 CaCO3 流量进行比较，通过一个比例积分控制器控制石灰石浆调节阀的开度。控制程序流程图的设计如图所示。 图23吸收塔脱硫率控制程序流程图2.4.2 增压风机对FGD入口压力调节控制增压风机用来克服烟气流经FGD系统的压力损失，通过调节增压风机前导叶的开度，可以将FGD入口处的烟气静压控制在某定值范围内。如图24所示，为了优化FGD入口压力控制回路的调节性能，将引入锅炉负荷信号或锅炉送风量作为前馈信号，当锅炉负荷或送风量变化时将同步调节增压风机的出力，可以减少引风机后至 FGD 入口段烟气的压力波动，从而改善该控制回路的调节性能和减少该控制回路对锅炉运行的影响。风机叶片角度调节 FGD来自IDF增压风机烟囱前馈反馈PDT锅炉负荷信号MM图24 烟气系统FGD入口压力控制说明图将图24的工艺控制说明图转换为控制原理结构图更能清晰地说该设计的控制策略，如图25所示。图25 烟气流量跟随调节控制原理图3控制系统组态对于该电厂脱硫项目的SO2吸收环节DCS,由于采用了与控制器配套的一体化软件，因此整个DCS控制组态都在Control Builder F软件上进行。由于软件集成度和自动化程度较高，软件的编制效率高，难度较低，因而充分体现了最小工程量的特色。3.1 项目树的建立Control Build F 的组态是基于IEC 61131-3 标准，它使用的是统一的全局数据库。系统的组态保存在预先设定的项目子目录中的项目文件中。项目文件包含文件名和项目名，在缺省状态下，二者相同。项目名主要用于DDE通讯。在项目管理器中，可以存储、改名和删除一个项目。实际的组态、调试和文档管理将从项目树中进行。Control Build F有两种操作方式：Configuration 和Commissioning 。 在 Configuration 方式下，进行硬件配置，软件组态和进行项目文档工作。Configuration 可离线进行。 在 Commissioning 方式下，对系统进行调试。进入调试状态后，ES/OS自动与过程站建立通讯连接。项目树是用户组态、调试系统的接口，它以结构简明清晰的树状分支形式，并将系统资源逐级列开，使工程师极为方便的对系统进行设计和管理。项目树的最顶层是Configuration即CONF, 所有的系统资源和项目对象都在 CONF 的组织之下。CONF 汇总了整个项目的所有信息。对于本设计“电厂脱硫工程SO2吸收环节DCS”，项目树按照控制要求从生成到系统资源的配置经过逐级的完成，建立了完整的清晰的结构。如图31所示。从该项目树中，可以清晰地了解所作工程中的各个环节的从属关系。在CONF之下，项目主要分支为:过程站“脱硫控制AC800FR”、操作员站“烟气监控VIS”和“吸收监控VIS”、工程师站“工程师站VIS”。其中的控制功能都在过程站“脱硫控制AC800FR”里完成，它又继续分支，由“脱硫控制.USRTask任务列表”和“脱硫控制.SYSTask任务列表”组成。前者为用户任务，由用户根据控制要求自主编写，并根据工程师特长和灵活性在下一分支的程序列表中选择使用丰富的FBD（功能方块图）、LD（梯形图）、SFC（顺序功能图）、IL（指令表）、ST（结构化文本）几种语言，随心所欲的实现控制功能。而后者则是系统任务，随着用户任务列表的生成由系统自动生成，并不得改动。图31“电厂脱硫工程SO2吸收环节DCS”项目树用户任务列表中每个过程站资源可以组态 9 个任务，其中8个任务为周期运行方式，1个为PLC循环运行方式。对于周期运行方式的任务用户可以指定任务的执行周期行优先级。在这个项目树中，有一特殊的地方就是“公共图P-CD”,在它的分支下面放着本设计的重要监控界面图符。它们并没有被安置在各所属的操作员站中，是因为这样设计的好处是投入使用