1000MW电厂水处理DCS控制系统设计要点

1、08级课程设计课程设计得分：1、设计内容1）设计内容与题目要求相关程度 2）论文字数3）内容论述思路、语言简练程度 4）个人总结观点5）论文内容新颖性2、论文格式1）摘要、关键词、主要内容、结论、参考文献 2）排版格式3）论文内容序号编排108级课程设计目 录1弓丨言3.2基本工作原理5.2.1 DCS硬件系统构成 5.2.2 DCS系统网络参数设置 7.3设计内容8.3.1 1000MW机组水汽循环系统采样点 83.2 1000MW机组水处理系统采样点 103.3 1000MW机组化学水处理系统执行控制机构设计 113.4 系统I/O智能设备的设计 1.24总结1.44.1 1000MW机组

2、化学参数测量 144.2 1000MW机组化学水处理控制点设计 164.3 1000MW机组水处理系统运行界面图 17参考文献19致谢2Q208级课程设计1000MW机组化学水处理摘要：锅炉给水品质的好坏直接影响到锅水含盐量，进而影响到蒸汽品质。 1000MW机组都是超超临界直流锅炉，由于没有汽包，因而无法从锅炉中除 去含盐量大的锅水，大大地改变蒸汽品质，致使盐分随蒸汽沉积在锅炉的 受热面、主蒸汽管道和阀门上，或直接进入汽轮机中。蒸汽品质不合格将 影响锅炉和汽轮机的安全、经济运行，导致爆管、三管泄露等事故，严重导 致停机停炉。所以实时在线监控锅炉水汽循环各环节的化学成分，即化学水处理，并及时做

3、出相应的控制，有利于机组的安全经济运行。Abstract： The boiler feed water quality has a direct in flue nee on the pan of water sali ni ty, and furthermore in flue nee the quality of steam. 1000 MW un it are ultra supercritical concurrent boiler, with no drum, and thus could not be r emoved from the boiler of salt pan of

4、water, is greatly change the quality of s team, the salt with steam deposition in the boiler heating surfaces, the steam p ipi ng and valves, or directly into a steam turb ine. Steam disqualify will in flue n ce the safety of boiler and steam turbines, economic operation, leading to pipe explosion,

5、three tube leak wait for an accident, serious lead to stop boiler sto p. So real-time online monitoring boiler water cycle every link of the chemical constituents, and in time make corresponding control, which is beneficial to th e safe and economic operation of the unit.关键词：蒸汽品质，直流锅炉，水汽循环，化学水处理1.引言

6、：水汽循环系统中配置的化学监控仪表承担着直接监督水汽品质、监控 化学添加物的剂量、监督污染源、监控设备运行工况、直接监视腐蚀速度等任务， 以达到监控给水、凝结水、炉水、蒸汽、冷却水（包括循环水和发电机冷却水） 的品质，防止结垢、结盐，减缓系统中金属部件的腐蚀，保证系统的安全经济运 行，延长热力设备的检修周期和使用寿命的目的。水处理系统配置化学监控仪表的主要目的是监督水净化设备生产的除盐水的质量，保证净化水设备的安全、经济运行以及按环境保护规定的排放标准监督废液的排放。采用化学分析自动化的知识对化学水进行处理，有效地实现DCS中执行机构的功能，达到控制化学水的目的。DCS是火电厂集散控制的主要系

7、统，化学成分检测，再通过DCS进行控制， 从而实现电厂化学水处理的自动化。这次 1000MW机组化学水处理就是针对此进 行设计。DCS 即集散型控制系统，又称分布式控制系统（Distributed ControlSystem）。它的主要基础是4C技术，即计算机一Computer、控制 一Control、通 信Communication和CRT显示技术。DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心 的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操 作管理（发电厂为例）。DCS自 1975年问世以来已经历了近三十年的时间，其可 靠性、实用性不断提高，功

8、能日益增强。如控制器的处理能力、网络通讯能力、 控制算法、画面显示及综合管理能力等。DCS系统过去只应用在少数大型企业的 控制系统中，但随着4C技术及软件技术的迅猛发展，到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特别是电力、石化这样 的行业。下图为电厂DCS系统控制的原理框图：人机界面监视/控制操作j r操作员站数据转换、控制运算、传送 数据和诊断结果到上层网络以太网连接*主控单元508级课程设计现场总 线连接输入信号 采集单元控制指令 输岀单元io输入模块10输岀模块DC系统DC系统现场仪表/变送器阀门/执 行机构J现场过程对象仪表/ 变送器阀门/执 行机构&

9、quot;#08级课程设计#08级课程设计图1 1 DCS系统控制原理图HOLLiAS MAC系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工 程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、数据服务器组成的综合自动化系 统，完成大型、中型分布式控制系统（DCS、大型数据采集监控系统（SCAD） 功能。HOLLiAS MACS系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站（包括主控单元 设备和I/O单元设备）、通讯控制站、系统服务器、系统网络、监控网络、控制 网络等组成。控制网Profibus-DP现场控 制站现场控制站图1 2 DCS硬件系统结构图HOLLiAS MACSS统软件包括：工程师站组态软件

10、；操作员站在线软件； 现 场控制器运行软件；服务器软件等。因此，此次课程设计利用和利时公司的 HOLLiAS MACS系统软件进行软件 组态，完成图形的界面设计和显示。2基本工作原理2.1 DCS系统硬件构成DCS控制系统的硬件结构图由站和网络构成，其中站包括工程师站、操作员 沐通讯站、服务器、现场控制站，网络体系包括监控网络、系统网络、控制网 络。工程师站的功能：组态：设备、数据库、控制算法、图形、报表；下装：下 装到服务器、下装到操作员站、下装到现场控制站。操作员站的功能：数据操作和监视功能；画面的显示切换；参数修改、控制调节通讯站的功能：和其它设备通讯。服务器的功能：计算；实时数据和历史

11、数据；文件存取系统体系结构图图2 1 DCS控制系统参数设置图现场控制站的功能：信号采集和输出；数据转换；控制运算。监控网络MNETI勺功能：冗余高速以太网链路；使用五类屏蔽双绞线或光纤 将各个通讯节点连接到中心交换机上；节点有工程师站、操作员站、服务站；采 用TCP/IP通讯协议。系统网络SNET的功能：冗余高速工业以太网；采用 HSIE通讯协议；使用 五类屏蔽双绞线或光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上； 节点有服务站、现 场控制站。控制网络CNET的功能：位于现场控制站内部；Profibus-DP现场总线；采 用带屏蔽的双绞铜线连接；节点主要有 DP主站（主控单元中的FB121模件）和

12、DP从站（智能I/O单元）；完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送； 站地址为0-125。其中管理网络、系统网络使用工业以太网，控制网使用I/O总线，即Profibus-DP现场总线。Profibus-DP现场总线：系统I/O站总线采用了先进的现场总线技术ProfiBus-DP 总线，1/0 站的主控单元如 FM801为ProfiBus-DP 主站，I/O 输 入/输出模块如FM系列模块为ProfiBus-DP从站。主/从站及他们之间的连接件 构成了完整的ProfiBus-DP总线网络。网络配置（包括主/从站数量传输数率传 输距离等）的优化，在保证系统的正确、快速工作的前提下，可大大提

13、高系统稳 定性。2.2 DCS系统网络参数设置监控网络上各个节点用固定分配的IP地址进行标识。为实现监控网络的冗 余，网中每个节点的主机都配有两块以太网卡，一般在工程上将两块以太网卡分别连接到130网段和131网段的交换机上。监控网络的前两位IP地址分别为130.0和131.0，后两位则可以自行定义。对于工程师站和操作员站的计算机， 我们把它看作同一类计算机，进行统一编号。工程上编号的惯例为：表2 1操作员站切操作员站刃操作员站32操作员站n服务站A机服务站E机130网段130.0.0.50130.0.0J2130.0.0.11130.0.0.1130.0.0.2131网段131.0.0.50

14、131.0,0.51131,0,0.52m.o.o.n1131.0.0.2由于工程师站下装现场控制站是通过 TCP/IP协议进行，因此现场控制站需 要设置IP地址。一般我们将一个现场控制站里相互冗余的两个主控单元分别称 为A机、B机。它们的IP地址设置是通过一对拨码开关来实现的，具体设置方 法详见硬件产品介绍中的机笼 FM301背面拨码开关设置部分。设置后的现场控制 站中系统网卡的IP地址如下表所示。工程师站下装现场控制站时需要在组态软 件设置此地址，具体设置方法详见软件介绍中的控制器算法组态。表2 2#13占主控单元#11站主控单元#12站主控单元綁站主揑单元API128网段128.0.0

15、J0128.0.0.11128,0,0,12126,0,0,n129网段129.0U.1U129.UO 11129.0.0.12129.0.0.n巳机128网段12B.0LJ38128.0,0,139126.0.0.140128.0.0.(128+n)129网段129.0-0.138129.0 139129,0,0,140129,0,0.(128+n)3设计内容3.11000MW机组水汽循环系统采样点电力生产系统中需要测量化学参数有溶氧量、阳离子电导率、电导率、Na离子浓度、Si离子浓度、磷酸根离子浓度、水的浊度、氢离子浓度、氢氧根离子 浓度、联氨离子浓度等，应用在电力系统生产和科学研究中得分

16、析仪器已有十几 中，主要分布在化学分析实验室、 水处理系统和水器系统的化学监督中。化学实验室中，最常见的电化学式分析仪器有电导率仪、PH计、PNa计、溶氧分析仪、浊度仪、硅表、磷表、联氨检测仪等。11十过热器省煤器再热黠汽轮机13冷貳水机薙汽器71给水建净化水设备令凝结水泵7_|给水慕图3 11000MW火电厂机组水汽循环采样点图化学监控仪表代替手工分析，是为了节省人力、减轻劳动强度、改善劳动条件，仪表监控在准确、灵敏、及时、连续等方面也是手工分析无法比拟的，这对现在化火力发电厂的安全经济运行使十分必要的。水处理系统配置化学监控仪表 的主要目的是监督水净化设备生产的除盐水的质量，保证净化水设备

17、的安全、经济运行以及按环境保护规定的排放标准监督废液的排放。系统模拟量测量点相关测量参数如下表:表3 1测占 八、采样点部位测定参数智能设备使用智能设备的通道号1凝汽器热井阳离子电导率FM148E(1)Pn12凝汽器水泵出口阳离子电导率、溶氧、PH值、电导率或Na硅FM148E(1)Pn2、Pn3 Pn4Pn5 Pn6 Pn73凝结水处理设备出口电导率、钠、二氧化硅、PH值、浊度FM148E(2)Pn1、Pn2、Pn3、Pn4 Pn54除氧器入口电导率、PH值、溶氧FM148E(2)Pn6 Pn7、Pn85除氧器出口溶氧FM148E(2)Pn16省煤器入口（高压加热 器出口）电导率、阳离子电导

18、率、PH值、钠、二氧化硅、联氨、浊度、氢FM148E(3)Pn2、Pn3 Pn4、Pn5 Pn6 Pn7、Pn8FM148E(4)Pn17汽包下部（炉水）电导率、钠、二氧化硅、PH值、磷酸根FM148E(4)Pn2、Pn3 Pn4、Pn5 Pn68汽包上部（饱和蒸汽）阳离子电导率、钠离子、二氧化硅FM148E(4)Pn7、Pn8FM148E(5)Pn19主蒸汽管阳离子电导率、钠离子、PH值、溶解氧、二氧化硅、氢FM148E(5)Pn2、Pn3 Pn4、Pn5 Pn6 Pn710高压加热器疏水出口浊度FM148E(5)Pn811低压加热器疏水出口电导率、钠、二氧化硅、PH值FM148E(6)Pn

19、1、Pn1、Pn3、Pn412发电机冷却水入口电导率FM148E(6)Pn513循环冷却水入口PH值FM148E(6)Pn614除盐水箱出口电导率或钠、二氧化硅FM148E(6)Pn7、Pn83.21000MW机组水处理系统采样点水处理系统配置化学监控仪表的主要目的是监督水净化设备生产的除盐水 的质量，保证净化水设备的安全、经济运行以及按环境保护规定的排放标准监督 废液的排放。水气循环中补给水的来源是外界水，外界中的自然水其硬度难以满足电厂运 行的要求，其中含有的各种离浓度也会影响电厂运行，严重者会导致爆管、三管泄露、甚至停机停炉的重大事故。电厂的自然水需经过以下处理，如下图所示,盐水箱NHa

20、混 库清水泵产1r j 1中间水泵11 阴中和池pio无阀谑池5 一清裁喷射器1208级课程设计#08级课程设计图3 2自然水处理过程图#08级课程设计水处理系统监控仪表各采样点的监控参数如下表所示:表3 2测点采样点部位检测参数1澄清器混凝区PH值2澄清器出口浊度、PH值3无阀滤池出口浊度4阳离子交换器出口电导率（终点计）、钠5阴离子交换器出口二氧化硅、电导率（终点计）6混床出口二氧化硅、电导率、PH值7酸喷射器出口酸浓度8碱喷射器出口碱浓度9中和池PH值10除盐水箱出口电导率3.31000MW机组化学水处理系统执行控制机构设计系统以EM系列可编程序控制器为核心，由直流 24V稳压电源给I/

21、O模块供 电，并配置有输入/输出继电器，以便于进一步提高抗干扰能力减少 PLC的点数。 PLC机完成人机联系工作。输入部分包括有流量信号、液位信号、压力信号、气源压力信号、阀门位置 返回信号。输出部分包括有控制电磁阀开闭的信号，通过它使气动薄膜执行机构动作， 驱动阀门的启闭。输出部分同时也控制电机的启停。每一种相应的动作，都再模拟屏上有灯光指示。本系统配有模拟显示操作屏，实现系统工况显示和人工操作。在系统进行到某一步时，由于程序要求的返回信号没有返回， 或者有某些工 艺条件不满足，则在系统进行声光报警，即报警灯光闪，蜂鸣器响，此时程序将 不再进行下一步的程序，直到操作人员查明原因，排除故障，使

22、报警条件消失， 此时才能继续下一步的程序。系统功能：就地操作、远方手动操作、选程操作、单步操作和自动程控。系统能够对程序步进行时间自检和监测，能够在线修改程序。当整个系统处于“自动”状态时，而要求酸碱公用系统处于“手动”时，可 按下“公用”键，公用系统即可用手动操作控制，不受程序控制，而其余的仍由 程序控制。系统的软件了流程图如下:另一套義废再曲tttn箱at強高就讣箱直世牴代隙压力正常再星解秦拒令.川小止it图33 水处理系统软件流程图3.4系统I/O智能设备的设计DCS系统中的I/O设备是传感器、执行机构等与控制单元进行数据传输的通 道。输入通道将传感器测量来的被测信号传送给控制单元，控制

23、单元才能进行在 线实时控制，控制器根据计算结果将控制量通过传输通道输送给执行机构，如此完成控制功能。有些I/O智能模块也负责将控制结果传输给控制单元，检查是否控制到位。系统的输入输出点数，对于PLC机的成本至关重要。所以在决定输入点数和 输出点数时，要进行周密细致的分析、讨论，即要保证功能程序的实现，又要尽 量减少点数。（1）输入点数：包括操作信号、条件信号和位置返回信号。阳床、阴床开关量共计18点。其中每个阀门仅用一个开关继电器信号反映门开状态。酸计量箱5个阀门参与控制，5点返回信号，S1-S2碱计量箱5个阀门参与控制J1-J2，5点返回信号外部输入条件信号：导电高度、总流量定值、气源压力正

24、常、酸计量箱液 位高、酸计量箱液位低、碱计量箱液位高、碱计量箱液位低，中间水箱水位高、 中间水箱水位低共计9点。操作功能键的运行、停运、手/自动切换、选程、单步、故障、复归、暂停、 人工再生、酸碱公共系统投入与否共计 10点。程序步操作功能键有阴小反洗、阳小反洗、中排放水、进酸、进碱、阳置换、 阴置换、阳小正洗、阳大正洗、阴小正洗和阴大正洗共计11点。淡水泵、除碳风机、中间水泵、除盐再生水泵每泵各 3点。包括操作开关键 2只和1只关闭返回信号。共计70点输入。（2）输出点数：输出信号用来控制执行部件（阀门或电机）动作的信号， 同时包括操作工况指示信号。阳床、阴床电磁阀开和关信号共计 18点。酸

25、、碱计量箱阀门开和关信号共计 10点。淡水泵、除碳风机、中间水泵、除盐再生水泵的启停信号各2点。时间显示1点。程序步显示11点。操作指示包括8种指示，暂停、单步、选程、运行、再生、公用、酸切、碱 切等信号。故障信号2点，1点带蜂鸣器、1点带闪光报警器。（3）系统中一共有23个模拟量采样点，即23个测点，各测点的传输通道 使用的I/O模块的情况如下表：表3 3产品型号设计需要数量功能FM148E8个模拟量8通道输入模块FM151A3个模拟量8通道输出模块FM161D5个开关量16通道触点型输入模块FM1713个开关量16通道继电器型输出模块FM171B1个开关量16通道晶体管输出模块系统设计中使

26、用的控制网络是 Profibus-DP现场总线，使得系统准确、及时 测量与控制。4总结一般情况下，原水要经过澄清、过滤等预处理除去机械杂质，还要进行除盐 软化，除去溶解于水中的钙，镁，硅等盐类还要进行除碳，除氧处理是，炉水加 药和排污等处理，以保证热力系统中有良好 的水质。水处理的主要方法是离子交换法。 利用离子树脂将水中溶解的离子吸收。 一般采 用阳离子交换树脂吸收水中的阳离子，用阴离子树脂吸收水中的阴离子，当水处理运行一定的时间后或者处理了一定流量的水以后，离子 交换树脂就会失效，水质将呈现不合格，这时需要停止运行，对树脂进行再生。恢复它的交换能力， 因此，水处理设备运行和树脂再生是周期性

27、轮流进行的。一般离子交换树脂运行一昼夜，再生34h树脂再生时，程序步多达十几步，操作比较频繁，阀门较多， 较大，还有一定数量的电动机参与程控是， 人工操作费时费力劳动强度大，若操 作不及时，还会造成时间和材料的浪费。又因为化学水处理设备的再生产过程中， 相对独立性较大，程序控制原理基本上都是按照条件时间顺序操作的，因此，化学水处理程序控制系统比较易于实现。现在火电厂所应用的水处理设备主要有固定床，浮动床和移动床等类型。一级除盐系统通常由阳离子交换器，除碳器， 除碳风机，中间水泵和阴离子交换器 等组成。混合离子通常为二级除盐系统。系统中使用的操作阀门为气动衬胶隔膜 阀，有气开式和气闭式两种。控制

28、气阀的电一一气转换部件称为电磁阀，有单线圈和双线圈电磁阀。由于原水质量较差。因而一级水处理系统中运行和再生比较频繁， 再生过程 中执行部件的操作量很，例如：阳床有 9个门，C3排气门和大反洗进水门C9主 要是手动开关控制，其他阀门由电动机的控制， 都属于程序控制。图中所示为离 子交换系统示意图。4.11000MW机组化学参数测量化学参数的测量：（1使用DJ101溶氧分析仪测量水中溶解的氧气（2）使用DY2000型工业在线电导率仪测量溶液电导率量程：020 卩 S/cm;0200 卩 S/cm;02000 卩 S/cm 输出信号：05V或 010mV;010m或 420mV需要数量：12台(3)

29、 使用DY3000在线智能型pH计测量溶液的pH,氢离子浓度以及氢氧根 离子浓度测量范围：212pH最小分度：O.lpH;被测液允许温度范围：060C被测液允许压力范围：00.98 x 106Pa仪器输出信号：0-10mA,0-10mV需要数量：13台(4) 使用1811LL微钠监测仪测量水中钠离子浓度测量范围：0.11000卩g/L基本误差：不大于土 10%检测下限：0.01卩g/L需要数量：8台(5) 使用SJG-7830型联氨监测仪测量水中联氨的含量测量范围：(0199.9)卩g/L ;分辨率：0.1卩g/L被测溶液温度：(1035) C。仪器的基本误差：N2H4 ± 5.0卩

30、g/L仪器响应时间：不大于3分钟(90%向应)需要数量：1台(6) 使用DY9010在线智能型磷酸根分析仪测量水中磷酸根的含量量程：020mg/L准确度：W±2 % F.S分辨率：0.01毫克/升稳定性：W± 1% F.S/4小时需要数量：3台(7) 使用BF-8061硅酸根监测仪测量水中硅酸根的含量量程：050, 0100, 0200, 0500, 01000, 02000卩 g/L需要数量：11台(8) 使用浊度计测量水的浊度最大绝对偏差： < 满刻度的土 1%响应时间：1020s最小耗样量：2020mL样次连续测定时试样流量：3040mL/min最小分度：0.02FTU需要数量：5台4.21000MW机组化学水处理控制点设计控制系统构成如下图所示：图41水处理系统原理设计图系统开关量信号测量即控制点的相关设置如下表表3 1控制点 代号控制点名称控制信号类型智能I/O设备设备通道号C1进水门FM161D(12)Pn1C2出水门FM161D(12)Pn2C3小洗进水门FM161D(12)Pn3C4反洗排水门FM161D(12)Pn4C5排液门FM161D(12)Pn5C6进酸