山铝自备电厂-1#循环流化床锅炉的DCS控制系统.doc

山铝自备电厂 1循环流化床锅炉的DCS控制系统-关键词1系统简介1.1项目背景 随着我国采煤总量的不断增加，煤质变得越来越差，普通锅炉难以适应略劣质煤的燃烧。同时，为使居民身体健康，改善环境，减少污染，我厂领导决定将原1普通锅炉停用，改为75吨循环流化床锅炉。由于循环流化床可在低温条件下分解燃烧，便可减少废气排放，满足环保要求；而其稳定的燃烧源，具有高速度、高浓度的循环流态化技术，又能满足劣质煤的燃烧要求，产生高强度的热能传递，从而减少资源的浪费。由此可见，这既是对当今绿色环保的支持，又是对能源充分利用一举两得的决策。1.2循环流化床的主要工艺过程 新燃料（煤）与脱硫剂（石灰石）不断加入到炉膛燃烧室中，床层底料在一次风的作用下开始流化、破碎、燃烧，被烟风带出燃烧室的粉尘，被旋风分离器捕捉，有返料设备返回燃烧室中，形成了灰循环硫化过程。 循环流化床的一次风从炉膛的底部吹入，推动床料硫化，并且形成还原燃料气氛。在一定高度加入二次风，二次风促使燃料充分燃烧。高压风使返料返回燃烧室，形成循环回路。 其汽水系统是与汽包煤粉炉相似，即给水系统经过省煤气、汽包、水冷壁、过热器向外提供合格的蒸汽。 1.3控制系统选型： 对于流化床锅炉这样一个庞大的系统，控制系统要为操作人员提供各种运行参数，运行速度满足工艺要求，完成诸如实时数据显示、报警、回路调节、设备的启停、联锁、解锁以及报表的打印、事故追忆、历史值的查阅等功能。同时考虑到节约成本，降低项目总体费用。我们选用了国内技术领先、功能完善、运行可靠的北京和利时公司的DCS分布式控制系统。 根据生产工艺流程的需要以及仪表测点、控制量的要求，我们配置了一个工程师站，两个操作员站，一个I/O站，相互之间通过网络连接。 为加强系统的可靠性，配置采用了冗余技术 -微机双网线连接，I/O站采用双CPU，即是一根网线、一个I/O站、一个操作员站出现故障，另一个可自动投入运行，并发出报警，从而保证整个系统的正常运行。 其中，1#站作工程师站，完成软件组态及对各站数据库、报表、图形、历史库的下装，I/O站完成现场信号采集及控制功能。操作员站完成现场监视，包括报警、工艺流程显示，控制操作参数修改（如PID参数修改），报警打印，趋势显示、统计等功能。系统采用HS2000系统，版本号为1.51。 本系统模入量144个，模出量3个，开入量37个，开出量30个，另有中间变量200余个；系统共有10个调节量，包括：引风1个，送风、给水、减温水各两个，给煤3个，用于调节炉膛压力、低温过热器后氧量、锅炉出口氧量、锅筒水位、蒸汽温度、蒸汽流量。实现了控制室内无仪表盘、所有电机、电动阀开停均由微机操作的方案。考虑到紧急情况，我们在操作室电源盘上加了6个急停按钮，供风机及紧急放水，生火排气，高过闸阀三个电动阀门使用，这样可实现对整个系统的多层保护，将事故的可能性降至最低。2DCS控制系统的数据显示功能1.1数据、流程显示画面 本系统提供的数据、流程显示画面有主系统、风烟系统、汽水系统、燃烧系统、报警系统、数据系统、键盘系统等八幅画面。 如何将一个系统的工艺流程图在DCS系统操作员站屏幕上形象逼真的反映出来，一直是我们探讨的问题。我们就这个问题进行了深入细致的研究，首先请教自备电厂的工程技术人员，将流程搞得一清二楚，将画面做的生动形象，并运用了不同色调明暗度绘制出立体图，使操作员有身临其境之感。其次我们用贴片技术，根据人眼视觉差，将多由能动的设备在运行时，让其产生动态，使操作人员易于识别哪些设备在运行，哪些设备停止，而且给人以美感。如引风机运行，风机由绿色变成红色，同时烟囱不停得冒烟；送风机运行，风机便可转动；给煤机运行，煤就落向皮带，且炉膛火焰上下运动。而所有调节法也随阀门开度变化而产生阀位的变化，液为亦随实际液位实时变化。 对于操作人员操作需要监测的数据，我么做成动态电，放置于系统流程图相应的位置，并用不同的颜色表示不同类型的参数，有微机每秒钟进行一次刷新。重要参数报警时还设计了闪烁功能以提醒操作人员； 所有数据我们做成两幅数据画面，并按类别分组，便于操作人员比较、判断、分析运行参数。在报警画面设计中，采用屏幕光字牌报警和铃声相结合的办法，实现声光报警。举例来说当报警出现，铃声响，同时光字牌闪烁，当用鼠标点报警消音按键后，铃声停，同时闪烁消失，但红色报警光字牌仍存在，直到报警完全消失光字牌变绿。1.2作画面 系统组态提供了风机开停风阀调节，给水阀、减温水阀、给煤机启停频率调节、电动阀开关等操作画面。通过底图切换按钮可任意转换，方便实用。而每一幅画面均将该回路调节所需参数完整提供。 风机启停、电动阀开关画面采用窗口形式，窗口类似于我们正常电机控制使用的控制箱，其显示出遥控就地、故障、运行三种状态及电流（频率）值，并配有启动、停止（阀门开、关）按纽，通过鼠标即可操作；调节画面采用PID窗口形式，有自动手动转换功能，可随意修改设定值，完成控制功能。1.3系统提供画面 参数分组显示：操作人员可将所需相互联系量点点名放在一起，便于运行、检测、操作、以及相关数据、经济运行分析。 历史库曲线：系统提供历史库中给定值的曲线显示，间隔点时间由历史库设定。 实时曲线：加入数据库点名，便可观察该点实时动态曲线，便于调试系统，利于操作人员及时掌握该点变化情况，采取对策。 3DCS控制组态3.1设备开停的组态-梯形图 用DCS启停现场设备，既要考虑现场设备的电气控制的原理，又要考虑受控设备的功率。因此我们首先为电气设计提资，将其接触器控制电路加入中间继电器（其中间继电器受控于DCS系统I/O站开出端子板上的继电器），以满足其开出信号端子板上继电器所能承受的电流，该继电器接点承受最大电流为8A。 梯形图组态需用到遥控就地、故障、运行信号，便于我们通过I/O站将这些开关量引入DCS控制系统，并进行梯形图组态。当操作人员在控制面板按启动软键时，DCS在满足遥控（置1）、故障（置1）、故障（常闭、置0）条件的基础上为I/O站相应点端子板继电器输出信号使其 接点闭合；随着时间的延长考虑到现场设备过流等故障，设备启动时，我们组态中加了时间继电器，超时则 I/O站停止输出，同时屏幕显示故障，以免损坏现场设备。3.2系统调节的组态-功能块 3.2.1多回路调节板的选定 由于现场阀门均系角行程阀，为满足工艺流程控制需要，需要令加执行器和侍服放大器对其调节。为节约成本，我们用软侍放代替硬侍放，为提高控制精度，减少系统振荡，选用多回路调节端子排，该板有单独的CPU，要求每个调节回路所有输入、输出量点均在同一回路调节端子板以使其形成调节回路，回路执行周期为15ms，可满足控制需要。3.2.2系统调节的组态 系统调节的组态选用的是功能块组态，对于给煤机需要调节的是频率，功能块只要做一个PID即可；而对于调节阀则不仅需要PID功能块，而且需要组合侍放，其调节回路比较复杂，一个调节回路就需要9个中间量。3.3系统的联锁功能 本系统的联锁可通过画面的双位软键实现，即按一次显示联锁投入，再按一次显示联锁解除且可随意变换。功能如下： 1.联锁投入：开机顺序为引风机-送风机-给煤机,引风机停则送风机、给煤机停；给风机停则给煤机停。引、送风阀门开度大于11则风机不能启动。 2.联锁解除：设备随意开停，但所有报警仍然有效。4其它组态 上述的组态只是我们这个控制系统中最重要的部分，而所有组态都是建立在数据库组态基础上的。为使系统更加完善，DCS系统还提供了历史库、追忆库、报表的组态功能，这些我们都根据现场实际需要逐一进行了组态，详述如下：4.1数据库组态 数据库组态是整个DCS系统组态的基础，其包含了所有输入、输出量点的特性及其在系统中具体通道的位置，包括模入、模出、开入、开出及中间量的组态。 模入量：本系统模入量包括：温度线性化信号和压力、流量、氧量、电流、频率等标准信号。每一点含初值、量程、显示范围、报警上下限、通道号。 模出量：为给煤机变频器提供420mA的输出信号，含初值、量程、通道号。 开入量：提供各种电机、阀门的运行状态，及人为给定的状态，如遥控就地等。含初值、状态数字量（0，1）、通道号。 开出量：为现场设备提供开出信号，如电机开、停。含初值、状态数字量、通道号。 中间量：提供组态用各种中间量点，如报表用的数值量、电机控制用的软开、停键，其组态中不含通道号。本系统中只用到数值中间量和逻辑中间量。4.2历史库组态 用于提供历史曲线和数据报表所用的量点，其要求将相关点名分组，并设定每组间隔采样显示时间，最短为1秒，最长为5分钟。 4.3追忆库组态 其要求将事故点和追忆点名填入库中，以便在事故点状态出现变化即事故产生时启动打印机，将事故出现前、后5分钟内的追忆点状态和数值以每秒钟为单位打印出来便于事故分析。4.4报表组态 将生产工艺所需数据统计并在功能块中计算，结果点名（前面提到的中间量点）填入报表组态