金昌冶炼厂余热锅炉汽包除氧器计算机监控系统

金昌冶炼厂余热锅炉汽包除氧器计金昌冶炼厂余热锅炉汽包除氧器计 算机监控系统算机监控系统 1 前言前言 在我国冶金行业中 有很多冶炼过程中产生大量的热量白 白的浪费掉 这样既浪费了能源又破坏了环境 安徽今昌冶炼 厂去年引进了澳大利亚的奥斯麦特冶炼炉的同时 引进了芬兰 的余热锅炉 它利用该炉在冶炼铜精矿的中产生烟气的热量给 余热锅炉进行加热 从而产生大量的蒸汽 所产生的蒸汽一方 面用于厂内其它车间热量的供应外 还将用于本厂发电 我们 公司承担了余热锅炉控制系统设计安装和调试 为了保证系统 长期稳定 我们选用了西门子公司的 s7 400 plc 采用现场分布 式 i o 即主站和从站之间利用 profibus 总线结构 于今年 9 月份 完成调试并运行效果很好 有一定的推广应用价值 2 工艺要求工艺要求 由于余热锅炉是利用冶炼炉在冶炼中产生的烟气给锅炉加 热 烟气的温度范围一般在 1000 1300 之间波动 所以对 汽包液位的控制较困难 为了实现很好的控制 具体要求是 1 汽包的水位以差压变送气器 1had10cl101 和 1had10cl102 两个仪表来测量 测量的结果由汽包压力变送气 1had10cp101 来补偿 如果压力变送器出故障 液位控制器 1had10dl101 测量信号可以由操作人员手动选择 也可由控制 系统自动筛选 如果输入信号低于 3ma 或高于 25ma 的时候 则有一个变送器出故障 测量信号可以是两个变送器的平均值 但是变送器坏了 则此时的检测值结果必须屏蔽掉 如果在有 液位控制的情况下 控制器 1had10dl101 输出信号直接传送到 给水控制阀 1lab10aa001 如果在串级三冲量控制情况下 液 位控制器的输出端作为给水流量控制器的远程设定点 根据给 水流量 1lab10cf101 控制给水阀 1lab10aa001 在流量控制器前 液位控制器输出信号是由 主蒸汽流量 1lba10cf101 和两台涡轮泵 循环泵和给水泵 的 蒸汽消耗情况进行校正 有一个旁通电动阀可以代替气动控制 阀来控制汽包中的水位 电动控制阀 1lab15aa001 是由控制器 1lab10df102 以三冲量控制模式或水位控制器 1had10dl101 以 液位控制模式或水位控制器来控制 阀门 1lab10aa001 和 1lab15aa001 在流量控制器 1lab10df101 和 1lab10df102 中有 手 自动交叉联锁 这两个阀门不能同时处于自动模式中 控制 器 1had10dl101 远程设定点来源于锅炉汽化率相关的曲线 汽 包中的水位设定点根据锅炉汽化率在 nwll 正常低水位 和 nwhl 正常高水位 之间变动 蒸汽包压力控制是 锅炉正常运行时 锅炉压力控 制器 had10dp101 根据理想的设定点来控制汽包压力 如果 压力变送器 had10cp101 测量的压力信号增大 控制器 had10dp101 输出信号增加 控制阀 lba10aa001 开启 如 果压力下降 控制器会驱动控制阀向关闭方向运行 因此 如 蒸汽流量增加 汽压下降 控制器将通过关闭控制阀来保持汽 包压力 给水箱水位控制 给水箱水压是由控制阀 ghc10aa001 控制补充水流量来实现控制的 控制阀的运动 是根据变送器 laa10cl101 的测量信号进行控制 给水箱低水 位用来作给水泵的联锁信号 以保护水泵 水箱高水位开关控 制开启水箱排水阀 排水阀是气动非开既关的阀门 fw 水箱水 位测量仪表会给出高或低的报警信号 给 给水箱压力是由控制阀控制的低压蒸汽来控制的 控制阀 1lbs10aa001 的运动是根据变送器 1laa10cp101 的 fw 水箱压力测量信号来进行的 3 控制系统的硬件组成控制系统的硬件组成 控制系统由上位机 os 操作员站监控系统和下位机 plc 可 编程逻辑控制系统组成 上位机和下位机通过西门子 profibus fms 协议网络 构成两级不同的层次 分别完成整个系统 的监视和控制功能 控制系统硬件结构图如下图所示 3 1 下位机硬件配置 从工艺要求 i o 点数 扫描速度 自诊断功能等方面考 虑 下位机选用性能及可靠性都很高的 siemens 公司的 ti565 型 plc 并采 i o 分布从站控制方式 这样主站采用高性能的控 制系统 提高系统的运行速度 从站可以采用 s 300 系列的信 号模块 降低系统的整体造价 从而提高系统的性能价格比 以减少用户对工程的资金投入 主站系统机架采用 6es7 400 1ja00 电源采用 6es7 407 0da01 cpu 采用 6es7 414 2dp os 站和 plc 之间的通讯采用 6es7 443 5dx02 系统的开关量输入点有 150 点 开关量输出点有 60 点 模拟 量输入点有 20 个 模拟量输出点有 16 个 共计 246 点 主站和 从站之间通过 prfibus 现场总线 采用 pribus dp 协议通过通讯接口模块进行连接 通讯模块采用 6es7 153 1aa03 模拟量输入模块采用 6es7 331 7kf02 它既可以采集 4 20ma 电流信号也可以采集电 压信号 以及热电阻 热电偶信号 并可以进行编程组态 模 拟量输出模块采用 6es7 332 5hd01 可输出 4 20ma 电流信号 也可以输出 1 10v 电压信号 数字量输入采集模块选用 6es7 321 1bh02 电压信号为直流 24v 数字量输出模块 6es7 332 1bh01 电压信号为直流 24v 以上四种型号的信号采集模块都带 光电隔离和故障诊断功能 大大提高系统的可靠性 也便于用 户对系统进行维护 3 2 上位机硬件配置 按集中管理 集中显示 分散控制的思想 系统设有 1 个 操作员终端监控站 选用 dell pentium 2 4ghz 512m 工控机 硬盘 60g 加 philips 21 彩色显示器 并配以打印机 工控机内安装西门子公司的 cp 5611 profibus fms 通讯接口卡 通讯速率从 9 6kb s 12mkb s 实时监视 现场数据 同时通过 os 站修改各个 pid 参数的设定点 比例 积分 微分和报警的设定值 4 控制方案的设计控制方案的设计 4 1 下位机程序控制设计 将控制系统分为四个大的功能块 汽包液位控制 主蒸汽 压力控制 除氧气液位和压力控制 1 汽包液位控制采用串级三冲量给水控制的工作原理 主调 节器为 1had10dl101 副调节器为 1lab10df101 主调节器接受水 位信号去控制副调节器 副调节器接受主调节器信号外 还接 受主蒸汽流量温压补偿信号和给水流量的温度补偿信号 组成 一个三冲量的串级控制系统 以达到汽包水位在动态范围内自 动调节 2 蒸汽包的压力控制在 mpa 范围内 采用单回路 pi 调节 器 如果汽包压力突然超过一定范围时 可用调节器 1had10dp102 打开启动蒸汽控制阀 通过消音装置将一部分蒸 汽排放 以保证蒸汽包的蒸汽压力稳定 4 2 上位机监控程序设计 上位机对所有采集到的模拟量实时显示并存储 开关量进行状态追忆 对重要参数指标如给水导电率 饱 和蒸汽的电导率 锅炉水的电导率等进行在线分析 监测和报 警 监控画面上设有 自动 半自动 及 软手操 三个按钮并可 进行相互切换 自动 状态时 只能监测不能对设备进行操作 手动 时 可任意调节阀门的开度 在由自动到手动时 阀门 之间的转换是无扰动进行切换的 在操作员站上可根据工艺的 改动 修改各个 pid 回路的设定点 但是某些参数只有具有不 同操作权限的级别才可相应进行修改 软手操 时 可独立对 阀门进行操作 同时 pid 调节回路可以选择自动手动以及汽包 液位的单回路和串级三冲量控制 设密码保护 如设置和修改 某一调节回路的比例 积微分时时间等 为便于生产维护和 安全 用不同的颜色区分设备不同的开关状态 重要设备的集 中监视画面 5 软件实现软件实现 siemens 公司的 wincc 工控组态软件 功能齐全 具有很 强的过程监视 控制和信息管理功能 本系统上位机监控程序 采用 wincc 编制 开发了丰富的 汉化的工艺流程画面及操作 图表 有下列特点 1 兼有监视系统总貌 分部流程等操作画 面 参数设定与调整灵活 人机界面友好 2 设备的自动 手 动 软手操可切换 操作简单 减轻操作工的劳动强度 3 重 要参数的历史趋势和实时曲线显示 实时报表打印及报警处理 功能 如下图 6 汽包调节画面所示 下位机程序用西门子公司提供的 step 5 v5 1 02 step 5 编程软件具有下列优点 1 具有三种不同的基本编程语 言 lad 梯形图 stl 语句表 fbd 功能块 对不同专业工程设 计人员提供很方便的编程工具 如梯形图编程方式对电气自动 化专业人员 语句表针对计算机专业人员 功能块对工艺专业 人员等 2 硬件和网络组态简单灵活 所有西门子公司的模块 都可以通过 step 7 再加上相应的软件包即可组态 3 step 7 编程软件具有硬件诊断功能 系统中任何一处出现故障 都可以通过它进行诊断出来 以便维护工程师对系统进行快速 发现故障点 急时处理 4 step 7 标准库中提供了大量的标准系统功能和功能块 如标准 的软 pid 控制功能块 同时提供在线英文帮助 使编程设计人 员方便灵活 如该系统中主要应用如下标准 pid 调节回路系统 功能块 6 结束语结束语 安徽铜陵金昌冶炼厂余热锅炉控制系统于 2003 年 8 月