锅炉控制方案

医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 1 页 医大口腔医院锅炉及换热站控制方案 技术文件技术文件 黑龙江大学电子工程有限公司 二 一 年五月 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 2 页 目目 录录 1 黑龙江大学电子工程有限公司简介 4 1 1黑大电子承揽本项目的优势 4 1 2 黑大电子与本工程相关的部分工程业绩 5 2 本工程技术方案设计原则 6 2 1 工程技术方案设计依据 6 2 1 1 业主提供的设计院设计资料 6 2 1 2 规范和标准 6 2 2 本工程热工控制范围 7 2 3 本工程热工控制方式 8 2 3 1 现场仪表及控制方式 8 2 3 2 系统控制方式 8 2 3 3 低压配电电源部分 9 2 4 本工程热工控制的基本特点 9 2 4 1 链条锅炉控制的基本特点 10 2 4 2 链条炉的工艺流程及特性描述 11 2 4 3 换热站控制的基本特点 12 3 链条炉的控制方案 14 3 1 链条炉过程控制系统组成 14 3 2 链条炉电气控制及安全联锁系统 14 3 3 链条炉运行工艺对控制系统的要求 14 3 4 链条炉控制系统的配置 15 3 5 操作员站画面 20 3 6 链条炉控制方案设计 21 3 6 1 链条炉汽包水位控制系统 21 3 6 2 链条炉燃烧过程控制系统 23 3 6 3 链条炉炉膛负压控制系统 25 3 6 4 链条炉过热蒸汽温度控制系统 25 3 6 5 链条炉电气及安全联锁控制系统 26 3 6 6 链条炉除氧器控制系统 26 4 背压 抽凝 式汽轮机的控制方案 28 4 1 汽轮机过程控制系统组成 28 4 2 汽轮机电气控制及安全联锁系统 28 4 3 汽轮机控制方案设计 30 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 3 页 5 公用系统的控制方案 32 6 主要设备的选型说明 32 6 1 罗克韦尔自动化产品介绍 32 6 1 1 ControlLogix 集成控制平台 32 6 1 2 NetLinx 开放网络体系结构 33 ControlNet 网络 35 EtherNet 以太网 38 6 1 3 软件产品 39 ControlLogix 编程软件 RSLogix5000 39 通讯软件 RSLinx 40 RSViewSupervisoryEdition 41 企业级控制数据事务处理软件 RSSql 49 7 本工程热工系统 IO 统计表 50 7 1 蒸汽锅炉系统 IO 统计表 50 7 2 4 7 汽机 背压 IO 测点统计表 54 7 3 5 6 汽机 抽凝 IO 测点统计表 58 7 4 公用系统除氧给水 IO 测点统计表 63 7 5 公用系统减温减压器 IO 测点统计表 66 7 6 汽轮机汽机保护 ETS IO 测点统计表 68 8 本工程黑大电子供货设备统计表 70 8 1 黑大电子供货设备清单汇总表 70 8 2 黑大电子公司供货设备清单分项表 71 8 2 1 DCS 系统和热控用盘柜设备清单 71 9 技术服务与设计联络 72 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 4 页 黑龙江大学电子工程有限公司简介黑龙江大学电子工程有限公司简介 黑龙江大学电子工程有限公司前身是黑龙江大学电子工程研究所 该所成立于 1990 年 于 1999 年进行了股份制改造 建立了具有现代企业运营机制的高技术股份 制企业 并更名为哈尔滨市黑龙江大学电子工程有限责任公司 是哈尔滨市高新技术 企业 公司自创立以来就一直致力于机电一体化产品 智能仪表 工业自动化系统的开 发和研制 取得了丰硕成果 1999 年股份制改造之后 黑大电子广聚英才 厚积薄发 凭借雄厚的技术实力和市场竞争力 已由传统的工控系统研发和制造商 迅速成长为 技工贸一体的高科技企业 业务涉及机电一体化产品 智能仪表 工业自动化产品研 发制造 软件开发 工业自动化系统集成 计算机网络系统集成 电力设备 仪器仪 表 电子产品代理销售 黑大电子多年的产品开发研制和工程技术实践 培养锻炼了一支经验丰富 有战 斗力和技术突破力的团结的队伍 这支队伍既具有深厚的专业理论基础 又具有较强 的开发能力 在石油 矿山 化工 电力 冶金 装备制造 水处理 汽车 航空 制药等行业取得了优秀的业绩 天行健 君子以自强不息 地势坤 君子以厚德载物 黑大电子愿以一流的技术 一流的的产品 一流的的服务 一流的管理与各界 朋友精诚合作 共展宏图 实现产业报国的愿望 1 11 1 黑大电子承揽本项目的优势黑大电子承揽本项目的优势 1 系统选用 SIEMENS 进口产品 质量可靠 通讯能力强 2 本地化设计 制造 调试 售后服务 能够及时发现问题并迅速解决问题 3 公司技术力量雄厚 设计 生产均由公司自主完成 4 公司具有完整的质量保证体系贯彻于产品的设计 开发 生产 安装和服务全 过程 5 公司在相关领域有众多工程业绩 积累了丰富经验 为用户提供先进 完整的 综合自动化解决方案 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 5 页 1 21 2 黑大电子与本工程相关的部分工程业绩黑大电子与本工程相关的部分工程业绩 锅炉和汽机控制系统 锅炉和汽机控制系统 序号用 户 名 称设 备 名 称年份 1 辽宁北良 2X50MW锅炉 DCS 主控系统 2004 2 鹤岗热力公司9 锅炉机组 DCS 控制系统 2007 3 华电热电厂锅炉换热站变频控制系统 2007 4 大庆银浪锅炉房2 45t h 蒸汽锅炉及汽机 DCS 系统 2007 5 双矿集团东荣二矿5 20t h 蒸汽锅炉 DCS 控制系统 2008 6 云南小龙源 2X100MW主控 DCS 控制系统 2005 8 锦州房屋管理站供热有限公司2 20t h 锅炉 PLC 计算机控制系统 2002 9 长春经济技术开发区供热中心4 45t h 蒸汽锅炉 DCS 控制系统 2002 10 吉林镍业公司4 35T H 锅炉 DCS 控制系统 2003 11 贵州鸿福实业公司自备电厂130T H 锅炉 DCS 控制系统 2004 12 沈阳皇姑热电厂2 75T H 流化床锅炉 DCS 控制系统 2004 13 鹤岗矿务局南山矿2X45T H 蒸汽锅炉及汽机 DCS 系统 2006 14 吉林蛟河热电厂2 75T H 流化床锅炉及汽机 DCS 系统 2005 15 吉林长山化肥厂2 75T H 流化床锅炉 DCS 控制系统 2005 16 呼和浩特白塔机场4 20T 水炉 2 35T 汽炉 DCS 控制系统 2005 17 长春大成生化工程有限公司2 45t h 蒸汽锅炉及汽机 DCS 系统 2005 18 伊春林业发电厂15MW 汽轮机 DCS 控制系统 2006 19 深圳龙岗垃圾电厂2 45T H 蒸汽锅炉 DCS 控制系统锅炉 2006 20 华能北京热电厂主控 DCS 控制系统 2004 21 广西贵港水力发电站2 35T H 锅炉及汽机 DCS 控制系统 2005 22 大庆物业集团物业二公司登峰 燃煤锅炉房集中供热工程 锅炉 DCS 控制系统 2007 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 6 页 23 内蒙古集宁市集中供热集团 锅炉及换热站控制系统 2003 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 7 页 2 2 本工程技术方案设计原则本工程技术方案设计原则 哈尔滨医大口腔医院三台 3 6t h 蒸汽锅炉 的设计方是黑龙江省轻工设计院 我方技术文件完全按照设计院图纸文件编写 并结合我公司在锅炉自控方面的大量工 程经验 提出我公司的控制方案 2 12 1 工程技术方案设计依据工程技术方案设计依据 黑大电子工程有限公司作为控制工程的承包方 将认真的以设计院提供的资料为 依据 以相关的规范和标准为准绳 根据我公司从众多工程业绩中积累的丰富经验 为用户提供先进 完整的综合自动化解决方案 2 1 12 1 1 业主提供的设计院设计资料业主提供的设计院设计资料 业主提供的黑龙江省轻工设计院的资料共分 4 册 见下表 序号序号卷册编号卷册编号卷册名称卷册名称 1L375 K1 锅炉热工控制 2L375 K2 汽机热工控制 3L375 K3 公用系统热工控制 4L375 D1 站用电动机二次接线 2 1 22 1 2 规范和标准规范和标准 黑大电子工程有限公司在投标 设计 制造 安装 调试等阶段 将严格按照下 述规范的最新版本执行 美国防火协会 NFPA ANSI NFPA 70 国家电气规范 美国电子和电子工程师协会 IEEE ANSI IEE 472 冲击电压承受能力导则 SWC ANSI EEE 488 可编程仪表的数字接口 美国电子工业协会 EIA EIA RS 232 C 数据终端设备与串行二进制进行数据交换的数据 通讯设备之间的接口 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 8 页 美国仪器学会 ISA ISA IPTS 68 热电偶换算表 ISA RP55 1 数字处理计算机硬件测试 美国科学仪器制造商协会 SAMA SAMA PMS 22 1仪表和控制系统功能图表示法 美国电气制造商协会 NEMA ANSI NEMA ICS4 工业控制设备和系统的端子排 ANSI NEMA ICS6 工业控制设备和系统外壳执行 美国保险商实验室 UL UL 1418 电视用阴极射线管的防内爆 UL 44 橡胶导线 电缆的安全标准 中国国内标准 火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程 DL435 91 火力发电厂锅炉炉膛安全监视系统设计技术规定 DLGJ 116 93 火电厂分散控制系统在线验收测试规程 DL T659 1998 火力发电厂锅炉炉膛安全监视系统在线验收测试规程 DL T655 1998 火力发电厂数据采集系统在线验收测试规程 DL T656 1998 火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程 DL T657 1998 火力发电厂顺序控制系统在线验收测试规程 DL T658 1998 2 22 2 本工程热工控制范围本工程热工控制范围 本工程热工控制范围如下 3 台 6t h 蒸汽锅炉 1 套除氧给水系统 2 套减温减压系统 本工程控制系统 IO 点统计如下 热工 I O 点数 AIAIAOAODIDIDODO 4 20mA4 20mAPT100CU50KSE4 20mA 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 9 页 AIAIAOAODIDIDODO 185185755020482463 电气 I O 点数 AIAIAOAODIDIDODO 4 20mA4 20mAPT100CU50KSE4 20mA 424224188177 2 32 3 本工程热工控制方式本工程热工控制方式 2 3 12 3 1 现场仪表及控制现场仪表及控制方式方式 1 1 检测 检测 锅炉 锅炉主蒸汽流量 温度 压力 汽包水位 炉膛温度 负压 烟风道温度 等 2 2 调节 调节 锅炉汽包水位三冲量调节 燃烧调节 除氧器压力 水位调节 主蒸汽温度 压 力调节 减温减压器温度 压力调节等 3 3 显示及控制 显示及控制 锅炉控制均在 PLC 系统内显示及控制 控制设备为现场电动阀 或变频器 仪表 配电在相应配电柜上引出 4 4 现场仪表设备 现场仪表设备 热电偶 热电阻 压力及差压变送器 流量计 压力表 温度计 液位传感器 电动调节阀 电动执行机构 变频器等设备 2 3 22 3 2 系统控制方式系统控制方式 1 1 系统概述 系统概述 系统由网络 工程师站 操作员站 打印服务站 管理网网关 现场控制站等组 成 2 2 系统功能 系统功能 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 10 页 数据采集 控制运算 闭环控制输出 设备和状态监视 报警监视 远程通信 实时数据处理和显示 历史数据管理 记录及事故追忆 图形显示 报表打印 组态 调试 诊断等 3 3 硬件环境 硬件环境 工控机 彩色液晶显示器 以太网卡 交换机等 4 4 软件环境 软件环境 软件包括 Windows 2007 Office 2007 操作员站编程软件 控制器编程等软 件 5 5 热工信号 热工信号 所有热工信号及故障报警信号都能在 PLC 系统显示 2 3 32 3 3 低压配电电源部分低压配电电源部分 低压配电柜低压配电柜 此为热工控制系统总电源柜 给锅炉热控系统 公用系统有关的现场设备配供电 同时为 PLC 控制柜 工程师站 操作员站 汽机就地控制盘 打印机等设备供电 2 42 4 本工程热工控制本工程热工控制的基本特点的基本特点 本控制系统结构示意图如下 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 11 页 2 4 12 4 1 链条锅炉控制的基本特点链条锅炉控制的基本特点 锅炉作为能源动力转换的重要设备 其整个运行状况对于生产的安全 稳定高效 具有决定性的意义 链条炉是一种应用最广泛的火床炉 至今已有一百多年的发展历史 该炉型目前 在我国小型电厂 热电厂 自备电厂 和化工企业中使用很普遍 对于链条炉 和其它类型的锅炉相比较 它的主要特点是运行较为稳定 负荷可 以较大范围的提升 但是其较大的滞后反应 笨重的燃料供给设备 风烟配比等问题 决定了在调节控制方面的难点 链条炉的特点是 1 供热 供汽量的不确定性 由于热 汽用户在不同时间段对负荷的要求差别 较大 故链条炉负荷变动大且频繁 2 链条炉容量一般较小 出于经济考虑一般厂家对检测元件的配备往往不能很 好地满足常规控制方案的设计 这给自控的设计 运行带来很大的困难 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 12 页 2 4 22 4 2 链条炉的工艺流程及特性描述链条炉的工艺流程及特性描述 链条锅炉的燃烧和汽水系统流程示意图如下 链条炉是一种典型的火床炉 煤在火床 水平运动的炉排上燃烧 空气从炉排下 方自下而上引入 煤从煤斗落到炉排上 经过炉闸门时被刮成一定的厚度 然后进人 炉膛 在炉排上分段燃烧成渣 产生的热量被炉膛中的受热面吸收产生蒸汽 蒸汽在 汽包内聚集并引出经过低温过热器 减温器 高温过热器 集汽箱到主蒸汽管 燃烧 产生的烟气经高 低温过热器 省煤器 空预器 除尘后经烟囱排入大气 燃料量主要通过改变炉排的转速来实现 常规控制方法是手动调整炉排转速来改 变进入炉膛的燃料量 在本项目中炉排电机没有使用变频器来控制炉排的转速 建议提高对炉排机的控 制水平 对提高链条炉的燃烧控制效果有很重要的作用 设计院有 见自控设备表 13 页 链条炉的鼓风机和引风机已经采用了变频器来控制风机的转速 取消了耗能的风 机挡板 这对提高链条炉的燃烧控制效果也有很重要的作用 当负荷变化大或煤种改变时 常规控制方案是手动调整炉闸门的高度来改变煤层 厚度或通过改变炉排的转速来实现 调节送风保持合适的风煤比 调节引风量维持炉 膛的负压 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 13 页 汽包水位由给水总阀调节 主蒸汽温度由减温水阀调节通过面式减温器的减温水 量来进行调节 与循环流化床锅炉相比 链条锅炉在运行控制上比较简单 燃烧相对安全稳定 基本没有 CFB 锅炉易熄火 结焦的危险 但链条炉仍是一种非线性 时变 多变量耦 合的复杂对象 国产 65t h 以下中 小型链条锅炉除了具有上述中的特点外 还具有 如下的特点 1 锅炉没有风量检测设备 控制中无法取得风量信号 2 炉膛温度测点较少 燃烧的控制往往需要操作人员综合各种情况 甚至观 察火位 看火焰颜色来调整 因此燃烧控制的经验性较强 常规的控制方法比较难以 进行满意的控制 3 二次风 炉闸门高度等一般使用手动控制 4 控制要求没有 CFB 锅炉高 对蒸汽压力和温度的控制精度要求不高 从上面的特点来看 对本项目中的 4 台链条锅炉只要采用基于熟练操作工经验的 控制方法 模仿操作人员对过程的操作 就能取得比常规控制理想的效果 从而维持 链条炉自控的高投运率 在以往的 35t h 链条锅炉流程示意图所示意的实际工程中 我们就采用了这种控 制方法 在 3 年多的运行中没有发生因控制系统缺陷而影响生产的现象 说明这种控 制方法是有效的 2 4 32 4 3 换热站控制的基本特点换热站控制的基本特点 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 14 页 3 3 链条炉的控制方案链条炉的控制方案 本工程中的 4 台 35t h 蒸汽链条锅炉在控制原理和方法方面都是相同的 所以下 面就以 1 台 35t h 蒸汽链条锅炉为例 根据我公司以往的工程经验介绍链条炉的控制 方案 3 13 1 链条炉过程控制系统组成链条炉过程控制系统组成 链条锅炉过程控制系统基本由如下的分系统组成 1 锅炉燃烧自动控制系统 带氧量校正 2 汽包水位自动控制系统 3 主蒸汽温度控制系统 4 炉膛负压自动控制系统 5 除氧器压力自动控制系统 6 除氧器水位自动控制系统 7 减温减压器温度 压力自动控制系统 3 23 2 链条炉电气控制及安全联锁系统链条炉电气控制及安全联锁系统 链条炉电气控制及安全联锁系统基本完成如下的联锁 1 锅炉热工联锁 2 引风机安全联锁 3 鼓风机安全联锁 4 炉排机安全联锁 5 给水泵安全联锁 3 33 3 链条炉运行工艺对控制系统的要求链条炉运行工艺对控制系统的要求 a 实现各个单元操作的集中监控 包括 温度 压力 流量 液位等物理量的 监测与控制 动态参数检测 控制必须准确 可靠 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 15 页 b 必要的保护措施 对突发事件等 系统应采取相应的保护措施 确保在紧急情 况下或需要的时候对一些关键的控制点 阀门 马达等 实施保护措施 c 配置必要的报警和联锁 d 重要参数的记录和方便地查阅实时趋势和历史趋势 e 可随时监测有关单元的有关参数或重要设备的运行情况 f 控制系统操作简单 参数设置 调整方便 便于操作 人性化的操作界面 g 操作员站显示整个生产工艺流程 修改和打印各种有关参数 3 43 4 链条炉控制系统的配置链条炉控制系统的配置 我们公司从生产更为可靠和经济方面考虑 决定采用 ROCKWELL 公司的 PAC 系统 来完成本项目 4 台 35t h 链条炉的控制功能 该系统能够实现连续控制 批量控制和逻辑控制等多种控制算法 我公司将认真 细致地分析生产工艺对控制的要求 合理地设计方便于操作工监视 操作的流程图画 面 对于 4 炉 4 机的控制 我们采用 9 个操作员站 其中 4 个操作员站分别负责监控 6 7 8 9 链条炉 其他 4 个负责监控 4 7 5 6 汽机 最后一个操作员站负 责控制除氧给水系统 减温减压器系统等公用系统的设备 每台操作员站与 DCS 之间 都由以太网连接 这样就构成了一套分布式数据采集与控制系统 其中任意一台操作 员站均可设置成具有能对 DCS 进行调试和下载的功能 同时每个操作员站间互为备份 一台发生故障不会影响系统运行 从整体系统的可靠性角度来考虑 我们将控制系统设计成高冗余系统 DCS 计算机 集散控制系统 包括电源冗余 CPU 冗余 通讯冗余等 整套 DCS 系统采用 AB 公司的 集散控制系统 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 16 页 2 2 分散隔离措施分散隔离措施 全分布智能 IO 模块采用 FLEX I O 系列 采用导轨安装 可集中 可分散 也可 远程分布 将控制有效地分散到各个 IO 模块 所有 I O 通道均可隔离 DI 光电隔离 DO 光电隔离或继电器隔离 并且支持热插拔 3 3 迅速维修措施迅速维修措施 高性能诊断 I O 模块能够提供数字量及模拟量 I O 掉线和无负载检测等 大大方 便了调试和维护 所有 I O 无需硬件设置 全部通过软件组态 易于快速配置 I O 系统 带电子熔断的输出模块能通过软件复位 无需更换保险丝 所有模块支持带电插拔 能更容易 迅速有效的进行维护而几乎不影响整个系统 运行 光电隔离和数字滤波可有效地减少信号干扰 作为一种故障诊断帮助 在模块的前面还设有状态指示器 用于指示输入或输出 以及故障状态 所有模块都有闪速内存 可由用户通过软件对模块进行升级 I O 模块可直接将故障情况报告给处理器 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 17 页 DCS 配置图 3 53 5 操作员站画面操作员站画面 任意一台操作员站和工程师站都具有相同的组态画面 任意一台操作员站都能替 代工程师站 操作员站之间也能互相替代 操作员站至少有下列组态画面 a 总貌画面 b 分组画面 c 单点画面 d 趋势画面 e 报警画面 f 图形画面 g 棒图 h 报表 2 小时打印主要参数 班报 日报 月报 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 18 页 i 历史数据存储 3 63 6 链条炉控制方案设计链条炉控制方案设计 链条炉是重要的动力设备 其任务是供给合格稳定的蒸汽 以满足负荷的需要 为此 链条炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制 链条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 送风和引风量 主要输出变量包括汽包水位 过热蒸汽温度及压力 烟气氧量和炉膛负压等 因此链条炉是一个多输入 多输出且相互关联的复杂控制对象 3 6 13 6 1 链条炉汽包水位控制系统链条炉汽包水位控制系统 链条炉汽包水位是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数 尤其对现代锅炉而 言 允许的汽包蓄水量波动也越来越小 因此必须严格控制水位在规定范围之内 在此方案中汽包水位控制系统设计为在给水流量反馈控制基础上引入蒸汽流量前 馈冲量而构成的三冲量汽包水位控制系统 如下图所示 单冲量气包水位控制系统 以气包水位为被控参数 给水量作为控制变量可构成下图所示的单冲量控制系统 单冲量调节框图 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 19 页 在单冲量控制系统中 当锅炉蒸气负荷 流量 突然大幅度增加时 由于假水位现象 调节器不但不及时开大给水阀来增加给水量 反而去关小调节阀的开度 减少给水量 这样 由于蒸气量增加而给水量减少 使气包存水量减少 等到假水位消失后 气包 水位会严重下降 甚至会使气包水位降到危险的程度 以至发生事故 对于负荷变动 较大的大 中型锅炉 单冲量系统不能保证水位稳定 难以满足水位控制要求和生产 安全 而对于小型锅炉 由于蒸气负荷变化时假水位的现象不明显 如果再配上一些 相应的联锁报警装置 这种单冲量控制系统也能满足生产的要求 并保证安全生产 双冲量气包水位控制系统 相对单冲量系统 双冲量增加了针对主要干扰 蒸气流量扰动的补偿通道 实 质上是蒸汽流量前馈与液位 流量串级系统组成的复合控制系统 当蒸汽流量变化时 链条炉汽包水位控制系统中的给水流量控制回路可迅速改变进水量以完成粗调 然后 再由汽包水位调节器完成水位的细调 三冲量控制系统 它包含给水流量控制回路和汽包水位控制回路两个控制回路 采用蒸汽流量信号 对给水流量进行前馈控制时 当蒸汽负荷突然发生变化 蒸汽流量信号使给水调节阀 一开始就向正确方向移动 即蒸汽流量增加 给水调节阀开大 抵消了由于 虚假水 位 引起的反向动作 因而减小了水位和给水流量的波动幅度 当由于水压干扰使给水流量减少的信号 开大给水阀门 使给水量保持不变 另 外 给水流量信号也是调节器动作后的反馈信号 能使调节器及早知道控制的效果 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 20 页 所以三冲量给水控制系统 调节器动作快 还可以避免调节过头 减少波动和失控 这样 汽包水位很少受到影响 三冲量给水控制系统主回路简化方块图见下图 三冲量调节框图 另外 当链条炉处于低负荷运行时 水位控制系统可自动切换到单冲量调节 当 发生负荷的突增 突降情况时 往往会引起较高的水位波动 这时采用经典的三冲量 控制 难以克服干扰因素水位的大扰动 此时 可采用单冲量汽包水位控制 单冲量 汽包水位控制还可用于给水流量 主汽流量等仪表的损坏 检修或者启停时的控制 3 6 23 6 2 链条炉燃烧过程控制系统链条炉燃烧过程控制系统 链条炉燃烧过程自动控制系统的任务很多 包括使链条炉出口蒸汽压力稳定 保 证燃烧过程的经济性以及维持炉膛压力稳定 因此 链条炉燃烧过程自动控制系统按 照控制任务的不同可分为三个子控制系统 即蒸汽压力控制系统 烟气氧量控制系统 和炉膛负压控制系统 如下图所示 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 21 页 燃烧部分的控制是整个控制的核心 燃烧过程控制又可以分成送风控制 炉排转速控制 炉膛负压控制 此三部分相 互关联 燃烧系统自动调节的第一个任务是维持锅炉出口蒸汽压力保持稳定 克服自身燃 料方面的扰动 保证负荷与出力的协调 第二个任务是使燃料量与空气量相协调 风 煤比 保证燃烧的经济性 第三个任务是使引风量与送风量相适应 维持炉膛压在 一定范围内 由于锅炉在运行过程中负荷经常发生变化 这样必须随负荷变化及时调整燃料量 锅炉中 进出热量的平衡体现在锅炉出口蒸汽压力 负荷调节即压力调节 压力调节 通过燃料量的调节即炉排转速的改变来实现 因此在具体的控制设计中基本上应根据 负荷来设定炉排转速 粗调 根据锅炉出口蒸汽流量来细调炉排转速 根据炉排转 速来设定送风 粗调 由烟气含氧量来细调送风量 再根据送风来调整引风以维持 负压 细调过程在规则控制中实现 粗调在大的负荷变动中采用 粗调要求有比较准确 的炉排转速与负荷的对应表 鼓风与引风的对应表 细调要求有准确的专家经验 对 应表及规则表可写入程序并可在界面中修改 为了保证燃烧效果的最佳 采用根据排烟的含氧量大小 对进风进行调整的方法 使燃烧始终处于较为经济的状态 最佳风煤比 对于链条炉进风量的调节是通过变频器控制鼓风机的转速完成的 增加鼓风机的 转速时将加大进风量 降低鼓风机的转速时将减少进风量 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 22 页 3 6 33 6 3 链条炉炉膛负压控制系统链条炉炉膛负压控制系统 炉膛负压过高或过低都会影响锅炉的安全生产和经济燃烧 若炉膛负压过小 容易局部喷火 不利于安全生产 若炉膛负压过大 则漏风严重 从而导致总风量增 加 烟气热损失增大 煤耗增加 炉膛负压的稳定是通过炉膛负压 送风量 引风量 3 个变量参数信号经过控制系统内各功能块的作用 调节引风变频转速 控制其引风 量来实现的 当负荷增大时 热负荷调节器发出信号 通过调速电机增大给煤量 同 时 与给煤量成比例的送风量也由于送风调节器的动作 使送风量相应增大 此时炉 膛负压立即下降 需增加引风量以保证炉膛负压的稳定 由于调节器要在炉膛负压变 化后才有输出 虽然引风调节器的输出调节了引风变频的转速 但在一段时间内炉膛 负压仍在下降 因此将送风调节器的输出作为引风调节器的前馈信号 送到炉膛负压 调节回路的引风调节器 使送风调节器动作时引风调节器立即动作 以解决测量滞后 问题 引风量实际上是送风量的微调 以上调节可通过 AB 的 DCS 控制系统来实现 3 6 43 6 4 链条炉过热蒸汽温度控制系统链条炉过热蒸汽温度控制系统 过热蒸汽的温度是链条炉生产过程的重要参数 一般由链条炉和汽轮机制造厂家 的工艺确定 从安全生产和经济技术指标上看 必须控制过热蒸汽温度在允许范围之 内 在链条炉控制系统中 过热蒸汽温度控制系统设计为如下图所示 调节手段是改变减温水流量 从结构上看 这是一个简单的单回路控制系统 但 是实际系统存在以下问题 根据过热蒸汽温度 1 来控制减温水流量 Q 当过热器入 口蒸气温度或减温水出现扰动时 要等到出口蒸气温度发生变化后 调节器才开始动 作 控制减温水流量 Q 而 Q 改变之后 又要经过一段时间 才能影响过热蒸气温度 1 这样既不能及早发现扰动 控制器又不能及时发挥作用 过热蒸气温度 1 将 出现较大的动态偏差 难以满足工艺要求 实际控制中采用引入过热器入口温度做为 副控参数 够成如下图的串级控制系统 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 23 页 过热器蒸汽温度串级控制系统方块图见图 3 见图 3 说明 烟气流量和温度变化的扰动 入口蒸汽流量和温度的扰动 减温水压力变化的扰动 入口蒸汽温度 出口蒸汽温度 减温器出口温度 在此系统中 减温器出口温度对于减温水 Q 的控制作用的反应要比过热蒸气温度 1 的反应及时得多 3 6 53 6 5 链条炉电气及安全联锁控制系统链条炉电气及安全联锁控制系统 本项目中将完成如下的联锁 1 锅炉热工联锁 2 引风机安全联锁 3 鼓风机安全联锁 4 炉排机安全联锁 5 给水泵安全联锁 3 6 63 6 6 链条炉除氧器控制系统链条炉除氧器控制系统 除氧器控制系统包括除氧器压力和液位两个控制子系统 在链条炉控制系统中 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 24 页 除氧器压力控制系统和除氧器液位控制系统都设计为单回路 PI 控制方式 在满足链条炉生产的实际要求的前提下 单回路 PI 控制方式具有结构简单 容 易整定和实现等优点 除氧器控制系统的控制方案示意图如下图所示 对于除氧器压力系统而言 当除氧器压力发生变化时 压力控制系统调节除氧器的进 汽阀 改变除氧器的进汽量 从而将除氧器的压力控制在目标值上 同样 对于除氧 器液位系统 当除氧器液位发生变化时 液位控制系统调节除氧器的进水阀 改变除 氧器的进水量 从而将除氧器的液位控制在目标值上 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 25 页 4 4 换热站控制方案换热站控制方案 从千手佛锅炉房引进 400mm 一次水供回主干线作为院区采暖热源干线 将 住院处院区以各主楼为中心划分成 5 个独立供热系统 各供热系统要求具备可 交换汽水热源 换热器 循环泵 补水泵容量一备一用 各分系统在主管线进 楼宇前设立分回水联箱 集中配水 设立软化水补水水箱 提高补水水质 设 立泳池水补水回路 以提供泳池水循环通路 提高泳池水的新鲜度 要求设立 统一控制系统 可实现各分系统恒压补水 可调节各分系统循环量 可调节各 分支回路循环量 可测量各分支回路供回水流量 压力 温度 可测量各分系 统一二次侧供回温度 压力 可测量补水流量 能形成各参数曲线 能采集不 小于两个采暖季的各参数数据库 能实时测量外环境温度并提供各分系统运行 模式指导 能对各设备故障及漏泄故障进行实时报警并形成报警记录 以最大 限度调整用热平衡节约能源 并提高系统安全性 2 供汽站 从口腔医院锅炉房引进 200mm 主蒸汽干线作为院区蒸汽热源主干线 设立集 中分汽缸进行分配 预留 5 条蒸汽出口以备扩展 各蒸汽进出口设立流量计以 统计干线及各支路蒸汽流量 4 14 1 换热站控制系统组成换热站控制系统组成 4 24 2 汽轮机电气控制及安全联锁系统汽轮机电气控制及安全联锁系统 我公司在设计本项目中的 4x3MW 背压式汽轮机的控制方案时 根据已完成的同类 项目 设计如下的汽轮机保护联锁逻辑 序号序号主汽门关闭投入条件主汽门关闭投入条件保护设计值保护设计值备注备注 1 发电机主保护动作 SOE 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 26 页 序号序号主汽门关闭投入条件主汽门关闭投入条件保护设计值保护设计值备注备注 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 27 页 4 34 3 汽轮机控制方案设计汽轮机控制方案设计 在设计本项目中的 4x3MW 背压式汽轮机的控制方案时 根据已完成的同类项目和 设计院提供的资料 在汽轮机 DCS 控制系统中设计如下的汽轮机保护 序号序号 汽机 汽机 SOESOE 信号信号 汽机 汽机 SOESOE 信号信号备注备注 1 主汽门关闭主汽门关闭 2 发电机脱网发电机脱网 3 发电机主保护动作发电机主保护动作 4 汽机转速超速 3300rpm 停机汽机转速超速 12 停机 5 润滑油压降至 0 02MPa 停机润滑油压降至 0 03 MPa 停机 6 低于运行背压 0 1MPa 停机背压高停机 7 转子轴相位移大于 1 4mm 停机转子轴相位移大于 0 7mm 停机 8 轴承回油温度超过 75 停机前后轴承振动大于 II 值停机 9 轴承回油温度超过 70 停机 10 各轴承轴瓦温度超过 100 停机 5 5 公用系统的控制方案公用系统的控制方案 公用系统是由除氧给水系统 减温减压器系统组成 公用系统的控制模块在公用 系统 DCS 控制柜中 控制采用单回路控制 见设计院系统框图 6 6 主要设备的选型说明主要设备的选型说明 6 6 1 1 西门子产品描述西门子产品描述 1 CPU 315 2 DP 的技术数据 技术数据技术数据 订货号 MLFB 6ES7315 2AG10 0AB0 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 28 页 硬件版本 01 固件版本 V 2 0 0 相关的程序包 自 STEP 7 V 5 1 SP 4 开始 存储器存储器 工作存储器 集成式 128 KB 可扩展 否 装载存储器 随 MMC 插入 最大 8 MB MMC 上的数据存储寿命 遵循最终编 程 至少 10 年 缓冲 MMC 保证 免维护 执行时间 以下各项处理时间 位指令 最少 0 1 s 字指令 最少 0 2 s 整数运算 最少 2 0 s 浮点运算 最少 3 s 定时器定时器 计数器及其保持性地址区计数器及其保持性地址区 S7 计数器 256 保持性地址区 可组态 缺省 从 C0 到 C7 计数范围 0 到 999 IEC 计数器 是 类型 SFB 编号 无限制 仅受 RAM 大小限制 S7 定时器 256 保持性地址区 可组态 缺省 不可保留 定时器范围 10 毫秒到 9990 秒 IEC 定时器 是 类型 SFB 编号 无限制 仅受 RAM 大小限制 数据区及其保持性地址区数据区及其保持性地址区 位存储器 2048 个字节 保持性地址区 是 预设保持性地址区 MB0 到 MB15 时钟存储器 8 1 个存储字节 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 29 页 数据块 编号 1023 数量在 1 到 1023 之间 大小 16 KB 本地数据容量 最大每任务 1024 字节 每块 510 块 总计 1024 DB FC FB 如果使用另一个 MMC 则可装载的最多块数可能会减少 OB 请参见 指令列表 大小 16 KB 嵌套深度 每优先级等级 8 故障 OB 中的附加数 4 FB 请参见 指令列表 最大数 1024 数量在 0 到 2047 之间 大小 16 KB FC 请参见 指令列表 最大数 1024 数量在 0 到 2047 之间 大小 16 KB 地址区 I O I O 地址区总计最多 2048 字节 2048 字节 可任意寻 址 分布式 最大 2000 I O 过程映像 128 128 数字通道 最大 16384 其中中央位置 最大 1024 模拟通道 最大 1024 其中中央位置 最大 256 删除 模块机架 最大 4 每机架模块数 8 时间时间 时钟 是 HW 时钟 缓冲 是 缓冲期 通常为 6 周 在 40 C 环境温度下 缓冲期到期时的时钟特性 时钟继续运行 关闭电源时按原来的日 时钟继续 运行 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 30 页 精确度 每日偏差 10 秒 运行时间计数器 1 编号 0 值范围 2 31 小时 如果使用 SFC 101 间隔 1 小时 可保留 是 必须在每次重新启动后手动重启 时间同步 是 在 PLC 中主站 在 MPI 上主站 从站 测试和启动功能测试和启动功能 状态 控制变量 是 变量 输入 输出 存储器位 DB 定时器 计数器 变量数 状态变量 控制变量 30 30 14 强制 变量 输入 输出 变量数 最大 10 块状态 是 单步 是 断点 2 诊断缓冲区 是 条目数 不可组态 最大 100 通讯功能通讯功能 PG OP 通讯 是 全局数据通讯 是 GD 电路数 8 GD 包数 发送器 接收器 最大 8 最大 8 最大 8 GD 包大小 一致性数据 最大 22 字节 22 个字节 技术数据 作为服务器 是 作为客户机 是 通过 CP 和可装载 FB 每个作业的用户数据 一致数据 最多 180 字节 使用 PUT GET 64 字 节 作为服务器 S5 兼容的通讯是 通过 CP 和可装载 FC 连接数目 16 可用于 PG 通讯 最大 15 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 31 页 保留 缺省 可组态 1 1 到 15 OP 通讯 保留 缺省 可组态 最大 15 1 1 到 15 基于 S7 的通讯 保留 缺省 可组态 最大 12 12 0 到 12 编程 编程语言 LAD FBD STL 指令集 请参见 指令列表 嵌套层次 8 系统功能 SFC 请参见 指令列表 系统功能块 SFB 请参见 指令列表 用户程序保护 是 尺寸 安装尺寸 W x H x D 毫米 40 x 125 x 130 重量 290 g 电压 电流 电源 额定值 直流 24 V 允许的范围 20 4 V 到 28 8 V 电流消耗 空载运行 通常为 60 mA 接通电流 通常为 2 5 A 功耗 额定值 0 8 A I2t 0 5 A2s 电源线外部保险丝熔断 建议 最小 2 A 功率损耗 通常为 2 5 W 2 数字量输入模块 数字量输入模块 SM 321 DI 16 x DC 24 V 16 点输入 电气隔离为 16 组 额定输入电压 24 VDC 适用于开关以及 2 3 4 线接近开关 BERO 数字量输入模块的技术数据 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 32 页 技术数据 尺寸和重量 尺寸 W x H x D mm 40 x 125 x 117 重量 大约 200 g 模块专用数据 支持同步模式 不支持 输入点数 16 非屏蔽最长 600 m 电缆长度 屏蔽最长 1000 m 电压 电流 电位 垂直安装位置 最多可达 40 C 16 同时控制的输入点数 水平安装位置 最多可达 60 C 16 通道和背板总线之间电气隔离有 不同电路之间允许的电位差 75 VDC 60 VAC 绝缘测试电压 500 VDC 背板总线电流消耗最大 10 mA 模块功率损耗 通常为 3 5 W 状态 中断 诊断 状态显示 每个通道的绿色 LED 中断 不支持 诊断功能 不支持 传感器选择数据 额定值 24 VDC 对于 1 信号13 V 到 30 V输入电压 对于 0 信号 30 V 到 5 V 对于 1 信号输入电流通常为 7 mA 0 向 1 过渡1 2 ms 至 4 8 ms 输入延迟 1 向 0 过渡1 2 ms 至 4 8 ms 输入特性 符合 IEC 61131 类型 1 2 线制 BERO 的连接 支持 允许的静态电流 最大 1 5 mA 3 数字量输出模块 数字量输出模块 SM 322 DO 16 x DC 24 V 0 5 A 6ES7 322 1BH01 0AA0 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 33 页 16 点输出 电气隔离为 8 组 输出电流为 0 5 A 额定负载电压 24 VDC 适用于电磁阀 DC 接触器和信号灯 数字量输出模块的技术数据 技术数据 尺寸和重量 尺寸 W x H x D mm 40 x 125 x 117 重量 大约 190 g 模块特性数据 支持同步模式 不支持 输出点数 16 电缆长度 未屏蔽 屏蔽 最长 600 m 最长 1000 m 电压 电流 电位 额定负载电压 L 24 VDC 累积输出电流 每组 水平安装位置 最多可达 40 C 最多可达 60 C 最大 4 A 最大 3 A 垂直安装位置 最多可达 40 C 最大 2 A 电气隔离 通道和背板总线之间 有 通道之间 分成的组数 有 8 允许的电位差 不同电路之间 75 VDC 60 VAC 绝缘测试电压 500 VDC 电流消耗 背板总线供电 负载电压 L 空载 供 电 最大 80 mA 最大 80 mA 模块功率损耗 通常为 4 9 W 状态 中断 诊断 状态显示 每个通道的绿色 LED 中断 不支持 诊断功能 不支持 技术数据 执行器选择数据 输出电压 对于信号 1 最小 L 0 8 V 输出电流 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 34 页 对于信号 1 额定值 允许范围 0 5 A 5 mA 到 0 6 A 对于信号 0 漏电电流 最大 0 5 mA 输出延迟 阻性负载 0 向 1 过渡 最长 100 s 1 向 0 过渡 最长 500 s 负载阻抗范围 48 到 4 k 灯负载 最大 5 W 两个输出并联 用于冗余负载控制 支持 仅限同组输出 用于提高性能 不支持 数字量输入控制 支持 切换频率 阻性负载 最大 100 Hz 感性负载 符合 IEC 947 5 1 DC 13 最大 0 5 Hz 灯负载 最大 10 Hz 断路时内部感应电压限制值 通常为 L 53 V 输出短路保护 支持 电子型 阈值 通常为 1 A 4 模拟量输入模块 模拟量输入模块 SM 331 AI 8 x 14 位高速 同步 4 个通道组中 8 点输入 测量值精度 13 位 符号 每个通道组的可选测量方法 电压 电流 每个通道组的用户特定测量范围 可编程硬件中断 可编程诊断 可编程诊断中断 带限制监视功能的 2 个通道 超限时的可编程中断 医大口腔医院锅炉控制 6T 汽炉 黑龙江大学电子工程有限公司共 57 页 第 35 页 与背板总线接口电气隔离 与负载电压电气隔离 不适用于 2 线传感器 模拟量输入模块 14 位高速模块的技术数据 尺寸和重量尺寸和重量 尺寸 W x H x D mm 40 x 125 x 117 重量 大约 230 g 模块特性数据模块特性数据 支持同步模式 支持 输入点数 8 电缆长度 屏蔽 最长 200 m 电压 电流 电位 额定供电电压 L 反极性保护 24 VDC 有 传感器电源传感器电源 电源电流 短路保护 最大 30 mA 每通道 有 电