蒸汽锅炉监控系统方案111.doc

35吨蒸汽锅炉监控系统方案华控伟业科技有限公司2007年9月总则1.1 技术规范适用于阳泉35吨蒸汽锅炉工程程控系统。技术规范适提出了该设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。1.2我公司保证提供符合本规范书和相关的国际、国内工业标准的优质产品。1.3 如我公司没有对本规范书提出书面异议，需方可认为我公司提供的产品完全满足本规范书的要求。1.4 如需方有除本规范书以外其他要求，以书面形式提出，经供需双方讨论、确认后，载于本规范书。1.5经供、需双方共同确认和签字后作为订货合同的技术附件，与订货合同正文具有同等的法律效力。1.6我公司对锅炉程控系统负有全责，即包括分包（或采购）的产品。1.7在合同签定后，需方有权因规范、标准、规程发生变化而提出一些补充要求。1、使用环境条件1.1 户内型1.2 海拔高度： 小于1007.5m(黄海高程)1.3 累年平均气温 91.4 累年平均气压 100Kpa1.5 极端最高气温 37.61.6极端最低气温 -25.61.7 累年平均相对湿度 56%1.8累年平均降水量 500550mm1.9 年最大蒸发量 750800mm1.10冬季平均风速 2.4m/s1.11基本雪压 0.3KN/m21.12场地标准冻土深度 105cm1.13.1水平加速度 0.25g1.13.2垂直加速度 0.125g1.13.3安全系数 1.671.13.4持续时间 三个正弦1.14 污秽等级 III级2、设备设计、制造、验收所采用的标准2.1 GB11920-98电站电气部分集中控制装置通用技术条件2.2 GB4720-84低压电器电控设备2.3 JB616-84电力系统二次电路用屏（台）通用技术条件2.4 IEC144低压开关和控制设备的外壳防护等级2.5 IEC68-2-36工控机防振等级2.6 ANSI488可编程仪器的数字接口2.7 ISA-55.2过程运算的二进制逻辑图2.8 ISA-55.3过程操作的二进制逻辑图2.9 ISA-55.4仪表回路图2.10 NEMA-ICS4工业控制设备及系统的端子板2.11 NEMA-ICS6工业控制装置及系统的外壳2.12 JB 3386-84电站设备自动化装置通用技术条件2.13 JB616-84电力系统二次回路用屏（台）通用技术条件2.14 JB4013.1-85控制电路电器和开关元件的一般要求2.15 GB6587.2-86电子测量仪器温度试验2.16 GB87.3-86电子测量仪器湿度试验2.17 GB87.5-86电子测量仪器冲击试验2.18 GB87.7-86电子测量仪器安全试验如果法规和标准的要求低于我公司提供的标准时，我公司提出意见并得到招标方的许可。为了本技术规范书要求的设备成功和连续运行，我公司可以提供技术先进和可靠的设计或新的材料。3、工程概况及设计原则3.1 工程概况阳泉35吨蒸汽锅炉工程，新建一套锅炉系统。锅炉系统设一个集中控制室，布置人机接口与PLC站，锅炉集中控制室布置在锅炉房旁边。3.2 设计原则3.2.1 技术要求（1）我公司所提供的锅炉程控系统的所有设备是全新的、标准的、完整的、技术上是先进的，性能上是成熟的。（2）我公司的工作范围我公司按本技术规范书规定的工作范围提供一套锅炉程控系统及配套设备，包括附属设备、专用工具、备品备件、附件和服务，我公司的工作范围将包括下列内容：A整套锅炉程控系统及配套设备（包括光缆和预制电缆）的设计、制造、工厂试验、包装运输到现场的安装指导、现场验收、调试和运行的技术服务。B负责锅炉程控系统的参数设计、数据库和画面生成。C完成锅炉程控系统画面、设计组态和控制联锁的软件设计组态。D负责指导锅炉传感器的安装和调试，确保传感器及二次电气元器件可靠。我公司负责组织协调锅炉程控系统的调试。E负责锅炉程控系统所有设计图纸的形成。F。负责锅炉厂用电系统控制及监测。G提供所有的设计、制造及安装方面的说明书。H提供图纸、制造和质量保证过程的一览表及本技术规范规定的其它资料。 I承担与我公司设计、施工及用户单位的配合指导和负责整个供货设备的系统联调J对招标方人员的培训和保证期内的维修服务。一、方案概述锅炉控制系统的主要任务是保证锅炉的安全、稳定运行，减轻操作人员的劳动强度，同时提高热效率，降低煤、电的消耗量，实现经济运行，而且要便于操作、易于生产管理。根据矿锅炉主管部门的技术要求和我公司多年锅炉控制的经验及蒸汽锅炉安全技术监察规程的要求提出本锅炉控制系统方案。控制系统采用“集中监测，分散控制”控制思想。是微型计算机、PLC自动控制、变频节能等几项技术综合运用。控制系统具有完善的监控功能，实现锅炉的联锁起停、燃烧系统的自动调节、汽包水位的自动调节、电机及变压器的在线监测、和保护功能，保障锅炉安全、稳定、经济地运行。系统以PLC作为控制环节，作为控制系统的核心，进行集中监控，进行信号检测、数据采集、处理、联锁控制、调节、与上位CP机通讯等。其中联锁控制包括蒸汽压力、汽包水位、除氧罐水位、炉膛负压、给水流量等环节的控制。与上位机采用总线通讯，最大限度的减少电缆接线数量，减轻维护量。上位机采用触摸屏配合锅炉专用控制软件实现锅炉的自动调节、记录分析、报表打印、语音报警、黑匣子及运行指标记录等功能。二、系统的硬件组成35吨系统框图如下所示：控制系统的硬件组成由以下部分：1）安装于现场一次仪表、执行机构及电机一次仪表包括热电偶、热电阻及各种压力、差压变送器、传感器等。执行机构指用于鼓、引风风量调节、炉排调速、汽包水位调节的执行器和变频器等。电机指引风、鼓风、炉排、给水泵、出渣、除灰、除氧泵等各种电机。所有设备的控制和反馈信号都接到PLC，由PLC进行同意的处理。 2）安装于集控室的 PLC站本系统采用的PLC为西门子系列：CPU315-2DP，PLC为控制系统的核心，完成检测信号的采集处理并经信号以通讯的方式传至触摸屏，完成汽包水位、蒸汽压力、炉膛负压等的自动调节，并完成电机的顺序控制等；3）安装于集控室的触摸屏触摸屏用于锅炉所有检测热工、电气信号的显示、报警、参数设置及记录等功能。采用触摸屏，不但节省空间，而且避免了工控机等计算机长时间使用出现死机的情况，降低故障率。4）安装于控制室的上位机经过PLC处理的数据，以Profibus-DP协议送上位机显示；上位机采集到的数据，通过光纤送调度室。上位机是以Profibus-DP协议连接，方便了PLC的扩展；当增加锅炉控制系统时，硬件上只要简单的通讯线就可以实现新旧系统的连接。5）安装于配电室的电机变频起动柜包括鼓风、引风、炉排、给水泵的变频柜；变频器根据需要调节电机的转速，具有比执行机构灵敏的特性；还起到节能的作用。6）调度室通过光纤与控制室的上位机通讯，采集实时数据和历史数据，以供领导决策使用。四 系统的控制功能及原理1PLC控制系统的构成原理锅炉在实际运行时，需要采集很多实时数据，由于运算量大，同时考虑系统的响应速度，控制器采用中大型的PLC，它除了具有普通PLC的运算功能和通讯功能之外，还集成了许多高级的通讯协议MPI、PROFIBUS-DP、工业以太网等，其具有的这些协议可以很方便的与许多其他产品进行连接，省去了许多组态上花费大量的时间，为更大的控制系统具备了物理条件。上位机通过通讯卡和PLC构成通讯网络，只需要在软件里简单的设置就可以进行通讯，简化了网络中的各站的组态，节省下更多的时间放在程序的开发上。2、锅炉电机的顺序起停和超限报警时的联锁停炉起炉时先起除渣机、引风，再起鼓风、炉排、分层给煤机，停炉时先停起分层给煤机、炉排、鼓风，再停引风机、除渣机。有多种起停电机的方法：1）可通过在上位机控制界面上进行电机的起停操作，单独或联锁起停相应的电机，需要联锁起停的电机数量、起停顺序、起停间隔时间等可根据要求任意组态设置。2）在就地控制按钮箱上单独起停对应电机。3）当锅炉出现汽包水位超低、蒸气压力超高时，系统在发出报警的同时，使锅炉的自动联锁停炉，避免事故的发生。在控制室操作台上设有电机起动方式转换开关，锅炉正常运行时，开关转换到集中控制位，在控制室由上位机或操作台起停电机。电机或其所带负载检修时，开关转换到就地控制位，只能在就地起停电机。巡回检查时发现电机或负载故障时，不论起动方式转换开关在何位置，均可通过就地控制按钮箱上的急停按钮随时停机。3电机的综合监测保护及运行参数的在线测量、记录所有电机控制回路均安装智能电机监控器，电机监控器除具有过流、缺相、相不平衡、欠压、反序、漏电保护功能外，还具有三相电压、三相电流、有功功率、无功功率及功率因素的测量功能，并且以通讯的方式将以上参数传送到上位机。当运行中的电机出现过流、缺相、相不平衡、欠压等故障时，系统可精确、迅速地切断控制回路，避免电机烧毁。上位机除可以监测、记录电机的起停开关量状态，还可以实时监测、记录电机的三相电压、电流、功率因素、有功功率、无功功率，并可对本台电机的耗电量做累积计算，对电机故障保护停机原因、时间进行记录，以供事故分析处理。4锅炉运行参数的全面检测、报警记录为了全面反映锅炉的运行状态，系统对与锅炉运行相关的各种参数全部检测，对需要报警的参数设有声、光和语音报警功能，上位机完成数据的存储、记录、报警、打印及分析处理。系统检测的参数有：1）温度：系统的炉膛温度、省煤器进出口水温、炉膛出口烟温、对流管束进口烟温、省煤器进出口烟温、空预器进出口风温、排烟温度、引风机前烟温等。2）压力：蒸汽压力、炉膛负压、省煤器进出口水压力、省煤器进出口烟压、引风进口烟压、空气预热器进口风压、空气预热器出口风压、除尘器进口烟压等。公用压力检测点：分汽缸压力、给水母管压力、除氧器压力。3）流量：蒸汽流量、给水流量等。4）液位：汽包水位及除氧器水位、软化水箱水位等。5）电机运行参数：鼓风、引风、给水泵等电机的三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度、运行时间及起停状态等。5汽包水位报警、自动控制锅炉汽包水位是确保蒸汽锅炉安全生产和提供优质蒸汽的关键参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故，且水位不稳定会造成产汽量的不稳定会，影响锅炉安全、稳定运行。为此本系统配置了多套水位检测、报警、保护和调节装置。1）汽包水位测量、报警 上位机显示：由双室平衡容器、差压变送器将汽包水位信号转换为标准的电流信号，然后传入PLC，经处理后显示在上位机界面。 工业电视显示：由彩色摄象机实时拍摄锅炉汽包旁的双色水位计画面，将汽包水位变化显示到控制室的工业电视上。2）汽包水位自动调节传统的汽包水位自动调节给水泵是连续恒速运行的，由调节阀的开度改变上水流量，但是随着阀门开度的减小，水泵出口压力上升，达到2Mpa以上，阀门两侧的压差将增大，达到1.3Mpa以上，远远大于原设计的水泵出口压力高于锅炉汽包压力0.5Mpa（包括给水垂直落差及管路压降）的要求，不但造成能量的浪费，而且使得水泵的振动和磨损加大，寿命缩短。采用回流支路调节时，大量水的回流同样造成能量的无谓消耗。本方案采用变频控制的汽包水位三冲量自动调节方法。本方案采取了给水泵出口压力变频恒压控制和以锅炉水位做为最终调节对象。由双室平衡容器、差压变送器获得水位信号，传入PLC处理，PLC根据水位给定值由变频器调节电机转速，使进水量与蒸汽量达到动态平衡，实现对汽包水位的控制。而且变频器可实现电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。锅炉汽包水位采用单冲量调节时，当蒸汽负荷突然增大时，会产生虚假水位现象，引起控制误输出，严重时有可能造成系统失控，将蒸汽流量信号引入调节系统，当蒸汽流量变化时，在水位还未出现变化前使变频输出改变，从而达到减少水位波动的目的，即前馈控制；将给水流量PID控制组成控制内环，减小因给水压力波动造成的水位波动；水位PID控制组成控制外环；这样就形成了三冲量调节系统。在蒸汽参数稳定、给水流量允许的情况下给水调节系统可自动或手动切换到三冲量调节系统。三冲量调节系统既能克服虚假水位现象，又能减小给水压力的波动对锅炉汽包水位的影响。 6燃烧系统自动调节燃烧系统调节的目的是通过调节进入炉膛的煤量和风量，达到最佳风煤比，使炉膛热量达到一定值，以保证蒸汽锅炉的蒸汽产量（或蒸汽压力）与供热量相对平衡，同时保持锅炉的负压燃烧。本系统对鼓、引风和炉排电机全部用变频调速控制，由于变频起动是软起动，因而减少了起动过程对电网和风机系统的冲击，减少了起动过程的电耗，不会造成开关、接触器触点的损坏。故具有效率高，调速范围大，调节精度高，起制动方便灵活，能耗小，故障率低，操作简单等优点。取消了风门及其复杂的操作机构，使风道畅通无阻，降低了压差损耗，减少了风量损失。由于鼓、引风机长期低于额定转速的状态之下运行，电机及风机的轴承不易损坏，延长了使用寿命，电机的发热量也减少了，维修量下降，可节约了大量的维修费用。1）蒸汽锅炉蒸气压力自动调节以蒸汽锅炉为蒸汽压力为主参数，当供热负荷的变化而改变后，由PLC调节炉排电机变频器频率，通过调节炉排速度来改变燃料量，通过调节鼓风电机转速改变送风量，使之达到最佳风煤比，达到锅炉最佳燃烧效果，保证炉膛发热量，将蒸汽压力或出水温度维持在设定值。2）炉膛负压调节炉膛负压直接影响锅炉的热效率，炉膛负压也是锅炉安全运行的重要因素，鼓风量的大小是炉膛负压产生扰动的主要因素，也就是说引风量必须随鼓风量的变化而变化，而鼓风量又受供热负荷变化的影响和限制。本控制系统在鼓风量随风煤比的变化发生变化后，PLC根据负压给定值进行PID调节运算，通过变频器调速系统调节引风量来控制炉膛负压的恒定。附表1： 关键设备清单序号描述 订货号 数量厂家备注1CPU 6ES73152AG100AB0 1西门子2电源5A 6ES73071EA000AA0 1西门子3存储卡 6ES79538LG110AA0 1西门子4导轨 6ES73901AF300AA0 2西门子5热电阻模块 6ES73317PF010AB0 2西门子6热电偶模块 6ES73317PF110AB0 1西门子7AI 6ES73317KF020AB0 6西门子8A0 6ES73225H