【《脱硝控制系统的硬件和软件设计案例》2200字】

第第页共93页脱硝控制系统的硬件和软件设计案例第1章脱硝控制系统硬件设计1.1系统硬件设计系统的硬件设计是整个控制系统非常重要的一环，只有在设计好整个系统硬件布局的基础上，才能使系统更好的与所设计软件结合起来。本章根据系统工艺分别从总体功能设计、硬件选型、通讯功能实现等方面来介绍。1.1.1系统功能本项目根据现场实时传送的I/O数据，主要实现脱硝系统自动控制及数据监控功能，其控制对象主要有SCR反应器、稀释风机、蒸汽吹灰装置及相关设备等。1.1.2控制系统总体设计综合分析经济适用性，系统包含的点位数等因素，本控制系统选取PLC控制系统，这样能够充分发挥PLC控制系统的优越性。本文根据系统工艺流程，设计一套基于工业三层网络的控制系统，并采用自上而下和自底而上相结合的设计方法，以满足系统“分散控制，集中管理，资源共享”的设计原则。SCNR脱硝系统网络结构如图4-1所示。从图中可以看出，该控制系统包含三层网络结构，分别为监控层、控制层及现场设备层。控制层与监控层通过以太网实现两者数据交互功能，现场设备层与控制层是通过Profibus-DP通讯实现数据交互功能。以下分别对各层网络的功能及实现进行介绍。图4-1SCNR脱硝系统控制图（1）监控层监控层主要由一台工程师站和一台操作员站组成。其中，工程师站能够实现系统的组态设计和程序编写等功能，操作员站只能用于监控和操作。上位机选用运算速度快，抗干扰性强及稳定性能好的工业PC机，并在上位机上安装WinCCV7.2组态软件用于监控整个生产过程，包括过程中设备的状态及参数指标，同时也能灵活应对突发事件，便于现场操作员操作生产过程。（2）控制层控制层是整个系统的控制核心，主要负责接收现场传来的数据，并通过通讯功能将数据上传至监控层。此处控制器选用可靠性高、抗干扰能力强的西门子S7-300系列PLC。根据设计院提供的工艺流程，并采用分布式控制模式，建立还原剂供应系统和SCR反应系统两个两个分布式从站。（3）现场设备层现场设备层主要由系统中各种执行机构、传感器、电磁阀、调节阀、稀释风机、泵等设备组成。通过Profibus-DP通讯协议来实现从站与主站的数据传输，主要对系统中外围设备所有数字量、模拟量等信号进行采集、处理及控制。1.2控制系统硬件设计SCR烟气脱硝系统投入自动运行时以便达到较高脱硝效率、不污染环境及安全可靠的操作性指标。该项目选用西门子S7-300系列控制器和WinCC上位机组成的监控系统，主要实现现场设备自动运行及控制要求。本项目的电气控制柜和上位机安装在中控室内。1.2.1上位机选型上位机是整个控制系统的重要组成部分，位于三层网络的最顶层，对于系统性能指标及设备运行情况起到非常关键的作用。在工业控制中，上位机的选型主要从三方面来考虑：一是考虑到机器的稳定性与可靠性；二是应该考虑上位机系统是否满足在项目中的安装要求；三是应该综合考虑经济因素。通过上位机可以直观显示现场设备的温度、流量、压力等各参数的实时变化情况，为确保所设计的控制系统能够稳定运行，本文选择联想的Thinkpad系列的计算机作为上位机，CPU选择Intel酷睿i76700型号、主频率3.4GHz、内存为8G。1.2.2下位机选型为了满足SCNR脱硝控制系统的现场控制要求，并支持操作员全局操纵，确保控制系统能够安全稳定运行，本项目选择西门子公司S7-1200系列PLC和西门子触摸屏TP1200。S7-1200PLC有着体积小，灵活等优势；触摸屏可以实现系统的远程监控等.1.3I/O分配主要输入及输出点如表4-1所示:表4-1PLC输入输出信号地址分配1.4本章小结硬件系统是整个脱硝控制系统中的重要组成部分，只有结合实际的应用对象，同时考虑所要实现的控制要求，合适的选取各个部件才能保证系统功能的完整性。本章综合分析了硬件部分所要实现的具体功能，并且简要介绍了硬件系统各部分的选型。2软件设计及其仿真测试根据前几章完成的系统硬件设计及控制策略研究，需要在通过软件编程来实现各工艺要求。2.1系统软件设备网络本项目中上位机安装在中控室内，它是整个控制系统监控核心。通过上一章与PLC建立的通讯，能够实现历史趋势、故障报警、报表实现及各设备运行情况等功能，以便完成脱硝控制系统的数据采集、设备监控及管理等任务。系统软件组成如图5-1所示，编程软件和监控软件均在Windows系统上进行设计，是脱硝控制系统实现控制功能的重要一步。图5-1控制系统软件设备网络2.2系统整体思路流程当反应炉开始工作后，就需根据实际检测开始进行脱销作业，当氨气进入集成模块时泵开始工作，泵1#和泵2#一个运行，一个备用。将泵的频率设置成40赫兹，调节电动调节阀2.1的开度，在电磁流量计上显示流量。如果流量较小，泵运行频率低于35赫兹时将电动调节阀开度调大，当泵频率在35到45赫兹之间时逐渐关闭电动调节阀2.1，其具体工艺流程图如图5-2所示图5-2工艺流程（a）（1）电磁流量计:图5-2工艺流程(b)程序公式：OUT=[((FLOAT(IN)–K1)/(K2–K1))∗(HI_LIM–LO_LIM)]+LO_LIMIN表示输入的值，该值介于0到27648之间且因为电磁流量计为单极性，所以k1设为0，k2设为27648，具体参考PLC1500SCALE指令。（2）泵1#、泵2#：图5-2工艺流程(c)程序公式：OUT=[((IN–LO_LIM)/(HI_LIM–LO_LIM))∗(K2–K1)]+K1其中IN表示输入值，因为此值介于0到27648且为单极性，所以设k1为0，k2为27648，具体参考PLC1500unscale指令。（3）电动调节阀：图5-2工艺流程(d)程序公式：OUT=[((IN–LO_LIM)/(HI_LIM–LO_LIM))∗(K2–K1)]+K1其中IN表示输入值，因为此值介于0到27648且为单极性，所以设k1为0，k2为27648，具体参考PLC1500unscale指令。图5-2工艺流程(e)PID_compact中，Setpoint表示阀门的设定值，Input表示过程值，Output表示输出值。Reset表示重置PIDcompact模块。PID参数设置如下：图5-2工艺流程(f)过程值设定区间为0.0%到100.0%之间。图5-2工艺流程(g)2.3仿真测试（1）电磁流量计图5-3仿真（a）当电磁流量计当检测到流量较低时开启电动调节阀。（2）泵运行测试图5-3仿真(b)当电动调节阀I