00RH炉配套锅炉搬迁(电气)_软件详细设计V2.0.doc

湖北新冶钢有限公司RH炉配套锅炉测控应用软件详细设计29RH炉配套锅炉搬迁（电气）详细设计V2.0总 经 理：刘永刚项 目 高 管：范建昊项 目 负 责：汪浩梁设 计：傅晓明中信泰富工程技术（上海）有限公司2014年10月20日目录1、设计范围及依据21.1 设计范围、内容21.2 设计依据32快锅公用系统-PLC132.1 功能32.2 安全连锁：63 快锅公用系统-PLC273.1 功能83.2控制功能83.3自动控制123.3.1汽包水位、软水及给水控制123.3.2除氧器水位及给水控制233.4仪表监测部分：273.5 安全连锁：294各功能软件信号处理295锅炉蒸汽生产工艺296煤气柜（10万立方）新增煤气加压机控制站296.1远程站控制概况296.2 IO信号描述291、设计范围及依据1.1 设计范围、内容搬迁后的三台锅炉本体小型欧姆龙控制系统与原转炉蓄热器及新增的2#过热装置的PLC控制系统、新增的一套锅炉公用控制系统进行通讯整合，实现对锅炉本体的集中监视锅炉运行情况（含相关报警信息）。且对锅炉公用的水系统及外围的监控点进行远程监视、调节及控制。在原二炼钢快锅处新增一套S7-300系统及触摸屏（该系统及触摸屏由乙方设计、提供备件、材料并组织实施），实现对原送二炼钢1#、2#电炉的蒸汽根据管网压力进行自动调节。该系统同时要与原转炉蓄热器及新增2#过热装置的PLC控制系统进行通讯，同步实现远程监控。锅炉运行状态监视画面进入蓄热器PLC系统的主要监控点为：燃气压力及流量、给水压力及流量、汽包水位及压力、锅炉产量及蒸汽温度、分汽包压力、锅炉风压、炉膛温度、燃烧器的状态、过热器及省煤器进出口温度；锅炉尾部含氧量等。锅炉本体的连锁保护、报警系统及原来控制方式保持不变。 锅炉范围内技术协议描述的应用软件设计、软件编制及现场调试。1.2 设计依据l RH炉配套锅炉搬迁（电气）技术协议书l 设计图纸l I/O信号清单l 硬件设备订货清单l 控制系统工艺流程图PLC分配及功能2快锅公用系统-PLC12.1 功能实现对原送二炼钢1#、2#电炉的蒸汽根据管网压力进行自动调节。同时要与原转炉蓄热器及新增2#过热装置的PLC控制系统进行通讯，同步实现远程监控。基本控制对象:阀门控制逻辑回路输入的开度参数信号通过触摸屏传送给PLC，PLC通过逻辑运算来控制电动阀阀门开度的大小，动作是否完成，有特殊寄存器里的信号反馈到触摸屏中。如果在规定的时间内，执行部件动作没有完成，系统将发出报警信号，提示操作人员系统出现故障，并在相应画面显示。系统无法进行下一步工作，需紧急排除故障。图2.1阀门故障检测控制功能u 送二炼钢1#精炼炉调节阀控制u 送二炼钢2#精炼炉调节阀控制u 送一轧2号加热炉调节阀控制调节阀控制流程图图2.2 调节阀的操作画面点击系统画面中调节阀相应图标，弹出对应阀单动命令控制子画面（图2），功能如下： 图2.3调节阀操作背景颜色表示了调节阀的当前状态，如图2.2 所示，关闭按钮的背景为绿色表示阀当前为关闭状态。点击打开按钮后，如果调节阀运行和启动条件具备则调节阀会进入正在打开状态。如果在一段时间内程序接受到调节阀打开的信号，则图标会变成常亮绿，同时单动画面中的打开按钮背景也变绿。如果在一段时间程序内未接受到调节阀打开的信号，调节阀报故障，则流程图2.1图标会变成红色。操作完毕后，点击“退出”按钮，调节阀控制子画面将关闭。调节阀控制检测设备：开度反馈信号控制对象：调节阀控制方式(手动）：不设PID调节控制，现场根据设定值，依据经验在HMI上手动设定调节阀的开度。控制方式(自动)：设PID调节控制，现场根据设定值，依据压力反馈值控制调节阀开度，稳定输出压力。调节蒸汽阀门开度可改变出口蒸汽压力（阀门开大使压力降低，阀门关小使压力升高）系统方框图的设计 压力调节器 压力 调节阀 管道出口压力 压力检测 传感器 _ SP P V PV1 图2.4：出口蒸汽压力单回路控制系统2.2 安全连锁： 开阀连锁：有分汽包压力，二炼钢1#精炼炉压力、送二炼钢1#精炼炉调节阀反馈 关阀连锁：二炼钢1#精炼炉压力、管路压力异常、关阀信号（其余调节阀控制略）图2.5：远程设备状态图2.3仪表监测部分主要功能：完成送蒸汽期间的信号监测，供操作人员生产的操作指导。序号种 类测 点 名 称对 象备 注1AI送二炼钢1#精炼炉压力蒸汽2AI送二炼钢2#精炼炉压力蒸汽3AI送一轧2号加热炉压力蒸汽4AI送二炼钢1#精炼炉温度蒸汽5AI送二炼钢2#精炼炉温度蒸汽6AI送一轧2号加热炉温度蒸汽7AI送二炼钢1#精炼炉流量蒸汽8AI送二炼钢2#精炼炉流量蒸汽9AI送一轧2号加热炉流量蒸汽10AI送二炼钢1#精炼炉调节阀反馈蒸汽11AI送二炼钢2#精炼炉调节阀反馈蒸汽12AI送一轧2号加热炉调节阀反馈蒸汽13AI分汽包压力蒸汽包14AI分汽包温度汽包3 快锅公用系统-PLC23.1 功能系统对原锅炉供水泵、锅炉公用管网能源介质、除氧器等进行自动调节控制。同时，要与原转炉蓄热器的PLC（西门子）进行通讯，实现对转炉蓄热器、三台锅炉及原二炼钢快锅PLC外送二路蒸汽的通讯。另外，该系统要与锅炉本体的控制PLC（欧姆龙）进行通讯，实现对三台锅炉进行远程监视。控制对象u 1、2、3、4、5#供水泵启停控制u 1、2、3、4、5#供水泵主备控制u 焦炉煤气总流量调节阀控制u 天然气流量调节阀控制u 锅炉1、2、3#给水调节阀控制u 锅炉1、2、3#蒸汽电动阀控制u 1#2#除氧器给水调节阀控制u 1#2#除氧器蒸汽调节阀控制u 供转炉蓄热器、供低品质、供二炼真空蒸汽调节阀控制3.2控制功能u 锅炉给水泵 操作画面 图3.1锅炉给水泵工艺流程图操作画面：自动：启动；停止。 图3.2锅炉给水泵工艺流程图启动连锁条件：a.出水阀门关闭b.供水泵准备好u 泵的启动主泵的启动主泵5台，给水泵采用3台变频器控制，2台工频器控制。给水泵系统保证供水母管供汽包水系统的正常压力，当压力低于汽包内压力时，由变频系统提高供水压力，保证供水系统向汽包正常供水。如果某一台工作泵电机组发生故障，立刻进行声光报警，停止该泵工作，投入备用泵，保证锅炉正常供水。点击水泵系统画面中1#泵图标，弹出1#泵单动命令控制子画面（图1），功能如下：l 背景颜色表示了泵的当前状态，如图1 所示，停止按钮的背景为绿色表示泵当前为停止。l 点击启动按钮后，如果1#泵运行和启动条件具备则泵会进入正在启动状态，这时1#泵的图标会变成亮绿闪烁。如果在一段时间内程序接受到1#泵启动信号，则图标会变成常亮绿，同时单动画面中的启动按钮背景也变绿。l 如果在一段时间程序内未接受到1#泵启动信号，1#泵报故障，则图标会变成红色。l 操作完毕后，点击“退出”按钮，1#泵单动命令控制子画面将关闭。l 其它泵和备用泵、疏水泵操作雷同。u 备供水泵控制启动连锁条件：a.备用泵准备好b.工作泵故障(出水压力检测)c.备用泵出水阀关闭d.工作泵未启动信号e.工作泵已工频工作但给水压力还是低于汽包内压力u 焦炉煤气总流量调节阀控制操作画面图3.3 单调节阀操作画面图3.4 多调节阀操作画面操作画面：自动：调节调节目标：1、阀门开度（手动）；2、煤气流量（自动）设定值：1、阀门开度（手动）；2、总管焦煤气流量（自动）调节连锁条件：a.焦炉煤气总流量调节阀开度反馈b.焦炉煤气总温度c.焦炉煤气总压力d.焦炉煤气总流量信号反馈 流量调节器 流量 调节阀 管道出口流量 流量检测 传感器 _ SP P V PV1 图3.5焦炉煤气总流量控制回路u 天然气流量调节阀控制操作画面（略）操作画面：自动：调节调节目标：1、阀门开度（手动）；2、天然气流量（自动）设定值：1、阀门开度（手动）；2、天然气流量（自动）调节连锁条件：a.天然气总流量调节阀开度反馈b.天然气总温度c.天然气总压力d.天然气总流量信号反馈（调节阀控制流程略）u 锅炉123#给水阀控制；锅炉1#蒸汽电动阀控制(将三冲量计算公式封装在对象模型中)操作画面为：（略）操作画面：自动：调节（三冲量控制）调节目标：1、阀门开度（手动）；2、锅炉给水液位（自动）设定值：1、阀门开度（手动）；2、锅炉给水液位（自动）调节连锁条件：a.锅炉123#给水调节阀反馈b.锅炉123#蒸汽电动阀反馈c.锅炉123#蒸汽流量d.汽包给水流量e.123#汽包水位（调节阀控制流程略）u 1#2#除氧器给水调节阀控制；1#2#除氧器蒸汽调节阀控制操作画面为：（略）操作画面：自动：调节调节目标：1、阀门开度（手动）；2、除氧器水液位（自动）设定值：1、阀门开度（手动）；2、除氧器水液位（自动）调节连锁条件：a.除氧器12#给水调节阀反馈b.除氧器12#蒸汽调节阀反馈c.除氧器12#蒸汽流量d.软化水流量e.12#除氧器水位（调节阀控制流程略）3.3自动控制汽包水位工艺流程图图3.6汽包水位工艺流程图3.3.1汽包水位、软水及给水控制功能：实现软水设备、给水设备及汽包等相关设备的控制。软水部分u 描述软水部分负责将厂区的软水送入软水箱再由软水泵送入除氧器，以保证整个汽化冷却系统的软水供应。u 控制原理软水箱水位调节：通过单回路PID调节保证软水箱水位在设定值。疏水泵组控制：自动/手动；u 控制方式n 模拟量调节模拟量调节只有软水箱水位调节，其调节方式分为手动和自动两种； 手动：水位调节手动； 水位调节手动：一般在液位测量装置故障或其它特殊情况时使用； 自动：水位调节自动； 水位调节自动：通过在HMI上设定目标水位，程序自动调节软水阀以维持软水箱水位在设定值；n 疏水泵机组控制（操作画面见给水泵控制）在正常状态下软水泵应在自动模式，若处于手动模式系统将给出警告信息；两台软水泵互为备用，若任意一台泵故障则另外一台泵自动投入。u 联锁联锁名称动作1软水箱水位低不允许启动软水泵2软水箱水位低低停止软水泵3常用泵故障或在运行但软水总管压力低启动备用泵u IO表名称类型注释1软水箱水位AI2软水补偿调节阀AO3软水泵启停命令DO4软水泵本地模式DI5软水泵远程模式DI6软水泵运行反馈DIu 其它软水箱水位调节阀共有两个，一个是正常时使用，另一个事故时使用，操作员可以在HMI上选择使用某一个调节阀。汽包控制汽包水位是汽包运行的主要指标，水位过高会影响汽包的汽水分离，增加蒸汽携带的水份，汽水品质恶化。水位过低，则由于汽包内的水量较少而负荷却很大，水的汽化速度又快，因而汽包内的水量变化速度很快，破坏汽包与水冷壁间的水循环，如不及时控制就会使汽包内的水全部汽化。导致汽包破坏或爆炸。因此，汽包水位的控制是保证汽包安全运行的最重要条件之一。 蒸汽负荷(蒸汽流量)对水位的影响 在传热过程不变的情况下，当出口蒸汽用量突然增加，瞬间必然导致汽包压力下降，汽包内水的沸腾加剧，水中气泡迅速增加，使得汽化量突然增多，将整个水位抬高，形成假上升液位现象。 当蒸汽流量突然增加时，由于假水位现象，在开始阶段水位不仅不会下降，反而先上升，然后下降（反之，当出口蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后上升）。蒸汽流量突然增加时，实际水位的变化，是不考虑水面下气泡容积变化时的水位变化H1，与只考虑水面下气泡容积变化所引起水位变化H2的叠加，即HH1+H2。如果使用简单的锅炉汽包液位的单冲量控制系统,一旦负荷急剧变化,虚假液位的出现,调节器就会误以为液位升高而关小供水阀门，影响了生产甚至造成危险。 给水流量对水位的影响 当给水流量突然增大时，由于在这个时间内烟道气传给汽包的热量不变，给水温度又有比汽包内的饱和水温度低，致使汽包中气泡含量减少，导致水位虚假下降。即当突然加大给水量后，汽包水位一开始不立即增加，而要呈现出一段起始惯性段。目前二炼搬迁锅炉没有设计给水流量检测，故本系统采用双冲量控制系统控制汽包水位。双冲量控制系统图3.7汽包水位双冲量控制系统双冲量：蒸汽流量，汽包液位控制特点：对蒸汽负荷变化产生的“虚假水位”具有前馈补偿控制功能实际上是前馈-反馈复合控制。（存在的问题：对给水变化的克服，滞后较大）。设计PLC的程序流程图如下图3.7 STEP7中PID模块是进行模拟量控制的模块，可以完成恒压、恒温、恒流等控制功能，打开Librariesstandard libraryPID Control blockFB41,将其调入OB35中，分配背景数据块DBxxx，再给各个管脚输入地址；如下： 图3.8 PLC的程序流程图采用三冲量控制方案 该控制系统利用水位、蒸汽流量和给水流量三个参数进行液面控制。在这个控制系统中，汽包水位是被控量，是主冲量信号；蒸汽流量、给水流量是两个辅助冲量信号。该控制系统实质上就是前馈加反馈控制系统，它能有效地克服假液面和给水干扰对控制系统的影响。图3.9汽包水位三冲量控制系统 汽包水位过高过低都会对锅炉的安全运行造成严重影响，因此应当对过高或过低水位做出超限处理。 汽包液位和给水流量控制器选择反馈控制，蒸汽流量控制器选择前馈控制。 工程经验对于流量参数采样时间为12秒，对于水位参数来说采样时间为35秒，汽包水位控制系统采样时间设定为1秒。 为了有效的防止汽包水位超限，该设计作以下处理：当汽包水位过高即高于一定水位Xmm时停止送水（关闭给水阀），以快速降低汽包水位，当汽包水位过低即低于一定水位Ymm时满负荷送水，即（给水阀全开），以快速提高汽包水位。为了提高PLC的运行效率，在程序设计时采用定时中断方式（100毫秒）的定时时间，当定时中断到时执行PID控制算法。u 描述维持汽包水位及压力在合理范围，以保证其汽包功能；u 控制原理 汽包压力调节：通过PID调节使汽包压力维持在设定值； 汽包水位调节：通过单、三冲量调节使汽包水位维持在设定值。 三冲量：汽包液位、蒸汽流量、和给水流量三个测量信号，经过一定运算后，共同控制一个给水阀 汽包排水阀控制：IO表和PID图中无。u 控制方式n 模拟量调节模拟量调节包括汽包压力和汽包水位调节，其调节方式分为手动和自动两种； 手动：汽包水位手动调节及汽包压力手动调节； 水位手动调节：一般在温度或流量测量装置故障时或某些特殊情况下使用； 压力手动调节：一般在压力测量装置故障时或某些特殊情况下使用； 自动：汽包压力自动调节及水位自动调节； 压力自动调节：通过在HMI上设定汽包目标压力，程序自动调节蒸汽排放量以保证汽包压力维持在设定值；本汽包蒸汽可以在HMI上选择排至大气也可以和选择和低压蒸汽管网并网， 水位自动调节：通过在HMI上设定目标水位，汽包水位调节采用单回路三冲量调节方式，程序自动调节给水阀以保证水位在设定的位置； 联锁联锁名称动作1汽包水位低禁止开启汽包排水阀2u IO表名称类型注释1给水流量AI2给水压力AI3外送蒸汽流量AI4汽包水位AAI5汽包水位BAI6汽包压力AI7汽包蒸汽电动阀AO9汽包给水调节阀AOu 联锁联锁名称动作1汽包水位低禁止开启汽包排水阀2常用泵故障或在运行但循环泵出入口压差小或冷却总管流量低启动备用泵3两台循环泵均故障或均在运行但循环泵出入口压差小或冷却总管流量低再启动备用泵并报警u IO表模拟量调节部分：名称类型注释1给水流量AI2给水压力AI3外送蒸汽流量AI4汽包水位AAI5汽包水位BAI6汽包压力AI7汽包蒸汽电动阀AO9汽包给水调节阀AO10冷却水管进水压力AI3.3.2除氧器水位及给水控制u 描述除氧器主要将软水中的氧气分离，并保证除氧器中的水位维持在合理的位置；给水控制是将除去氧气的水送至汽包，补偿汽包的水分消耗；u 控制原理 除氧器水位调节：通过PID调节保证除氧器水位在设定值。 温度控制：为达到最佳的除氧效果，必须保证除氧器内温度在合理范围；温度控制是通过调节压力间接实现的； 给水泵组控制：自动/手动；u 控制方式n 模拟量调节 手动： 温度调节手动和水位调节手动； 温度调节手动：一般在温度或压力测量装置故障时使用； 水位调节手动：一般在除氧器液位测量装置故障时使用； 自动： 温度调节自动和水位调节自动； 温度调节自动：通过在HMI上设定目标压力，程序自动调节蒸汽压力间接保证除氧器内温度在合理的位置； 水位调节自动：通过在HMI上设定目标水位，程序自动调节保证水位在设定的位置；n 给水泵组控制在正常状态下给水泵应在自动模式，若处于手动模式系统将给出警告信息；两台给水泵互为备用，若任意一台泵故障则另外一台泵自动投入。u 除氧器水位控制与给水泵组及软水箱控制流程画面图3.10除氧器水位控制与给水泵组及软水箱控制流程画面锅炉给水的溶氧系统是一个很重要的环节。除氧效果的好坏,对蒸汽的品质有着直接的影响,同时也影响着锅炉的寿命。除氧器的除氧水位的自动控制存在着相当大的容积滞后,除氧水温的控制也存在着相当大的滞后,为克服这两个对象的容量滞后,增加出水流量前馈控制副回路,实现除氧水位控制的稳定和快速作用,增加给水流量系统与除氧蒸汽流量系统的比值控制回路,保证工艺的稳定和能源的充分利用。图3.11PLC的程序流程图为了提高PLC的运行效率，在程序设计时采用定时中断方式执行PID控制算法。除氧器水位控制（进水流量自动调节）除氧器水位过高影响除氧效果，缺水能造成锅炉缺水事故。但水位波动范围要求不高。采用单闭环控制系统，如图：图3.12除氧器水位控制框图稳态是调节器无水位偏差信号输入，无输出。进水调节阀不动。当锅炉给水量变化（阶跃扰动）时，给定水位与反馈产生偏差信号输入调节器，调节器PID输出信号作用给水调节阀，调节除氧器进水流量，保持水位稳定在规定范围内。除氧器压力控制（进气流量自动调节）图3.13除氧器水位控制框图除氧器压力低，除氧下过下降，压力高、不安全和浪费能源。图3.14除氧器压力控制框图采用单闭环控制系统。当进水流量变化时，压力反馈与给定值的偏差信号输入调节器，调节器输出改变进气调节阀的开度，调节进入除氧器的蒸汽流量，保持除氧器压力稳定在规定范围内。u 联锁联锁名称动作1常用泵故障或在运行但给水总管压力低启动备用泵u IO表本系统共两套除氧器，这里仅列出一套除氧器必需的IO:名称类型注释1除氧器水位AI2除氧器温度AI3除氧器压力AI4除氧器进水调节阀AO5除氧器蒸汽管道调节阀AO3.4仪表监测部分：主要功能：完成锅炉生产期间的生产信号监测，供操作人员生产的操作指导。 序号种类测点名称对象备注1AI天然气温度天然气2AI天然气压力天然气3AI天然气流量天然气5AI焦炉煤气总温度焦炉煤气6AI焦炉煤气总压力焦炉煤气7AI焦炉煤气总流量焦炉煤气9AI焦炉煤气1#流量焦炉煤气10AI焦炉煤气2#流量焦炉煤气11AI软化水流量软化水12AI软化水总压力软化水13AI生活水流量生活水14AI生产水流量生产水15AI1#汽包水位汽包16AI2#汽包水位汽包17AI3#汽包水位汽包18AI1#汽包压力汽包19AI2#汽包压力汽包20AI3#汽包压力汽包21AI1#汽包温度汽包22AI2#汽包温度汽包23AI3#汽包温度汽包24AI1#过热器进口温度过热器25AI2#过热器进口温度过热器26AI3#过热器进口温度过热器27AI1#过热器出口温度过热器28AI2#过热器出口温度过热器29AI3#过热器出口温度过热器30AI1#过热器出口压力过热器31AI2#过热器出口压力过热器32AI3#过热器出口压力过热器33AI1#省煤器出水温度省煤器34AI2#省煤器出水温度省煤器35AI3#省煤器出水温度省煤器36AI1#省煤器排烟温度省煤器37AI2#省煤器排烟温度省煤器38AI3#省煤器排烟温度省煤器39AI1#给水总管压力水40AI2#给水总管压力水47AI锅炉1#蒸汽流量蒸汽48AI锅炉2#蒸汽流量蒸汽49AI锅炉3#蒸汽流量蒸汽50AI1#除氧器温度除氧器51AI2#除氧器温度除氧器52AI1#除氧器压力除氧器53AI2#除氧器压力除氧器54AI1#除氧器水位除氧器55AI2#除氧器水位除氧器60AI供转炉蓄热器蒸汽温度蒸汽61AI供转炉蓄热器蒸汽压力蒸汽62AI供转炉蓄热器蒸汽流量蒸汽64AI供二炼真空蒸汽压力蒸汽66AI供低品质蒸汽温度蒸汽67AI供低品质蒸汽压力蒸汽68AI供低品质蒸汽流量蒸汽 3.5 安全连锁： 水泵系统：有给水压力低信号，备用泵准备好。 汽包水位：4各功能软件信号处理参见硬件I/O信号清单