1、 學號： 畢業(yè)論文鏈條爐集散控制系統(tǒng)設計design of distributed control system for chain furnace學院 ：計算機與電子信息學院 專業(yè) ：自動化 班級 ： 學生： 指導教師（職稱）： （講師）完成時間 2013 年 3 月 25 日至 2013 年 5 月 31 日摘要集散控制具有分散控制，集中管理的特點，能夠提高勞動生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，改善勞動條件。而采用常規(guī)的控制難以滿足要求，因此對鍋爐集散控制系統(tǒng)進行設計，具有重要意義。為了提高鍋爐設備運行的可靠性對鍋爐的結構和工作過程進行介紹，根據(jù)鍋爐工藝流程確定了控制方案，控制方案包括：確定了鏈條爐汽包

2、水位、燃料氣壓力、過熱蒸汽壓力和除氧器壓力控制方案。然后根據(jù)方案對其確定io點數(shù)，用jx-300x軟件進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)了鍋爐的安全運行，提高了裝置的生產(chǎn)效率。關鍵詞：集散控制 鏈條爐 控制方案 監(jiān)控軟件 abstracdistributed control has the characteristics of the decentralized control and centralized management, so it can improve labor production efficiency, save energy, improve working conditions. 。

3、and the use of conventional control is difficult to meet the requirements, so the design of distributed control system for boiler, has important significance. in order for the boiler structure and the working process to improve the reliability of operation of boiler equipment were introduced, accord

4、ing to boiler process control scheme is determined, the control scheme includes: chain boiler drum water level, pressure, fuel gas pressure of the superheated steam and desecrator pressure control scheme was determined. then according to the method for the determination of io points, real-time monit

5、oring by using the software of jx-300x, realizes the safe operation of the boiler, improves the production efficiency.keywords: distributed control system; chain furnace; control scheme目錄第一章 緒論11.1引言1第二章 集散控制系統(tǒng)22.1集散控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況22.2集散控制系統(tǒng)原理42.3集散控制系統(tǒng)的特點42.4 集散控制系統(tǒng)的組成42.5 dcs系統(tǒng)的硬件結構6第三章 鏈條爐工藝流程73.1工業(yè)鍋爐發(fā)

6、展狀況73.2 工業(yè)鍋爐的結構和工作過程73.3鏈條爐的工藝流程9第四章 鏈條爐控制系統(tǒng)114.1鏈條爐的監(jiān)控114.1.1控制點統(tǒng)計114.1.2 控制站硬件124.1.3鏈條爐集散控制系統(tǒng)的硬件構成134.2鏈條爐控制方案154.2.1除氧器壓力控制系統(tǒng)164. 2.2鍋爐汽包水位控制174.2.3燃料氣壓力控制184.3 鏈條爐控制系統(tǒng)解決的主要問題20第五章 鏈條爐監(jiān)控軟件設計215.1 組態(tài)軟件介紹215.1.1 jx-300x系統(tǒng)簡介215.1.2 組態(tài)界面介紹215.2組態(tài)畫面225.2.1 組態(tài)軟件主畫面225.2.2 控制站組態(tài)畫面225.2.3 操作站組態(tài)畫面235.2.4

7、 組態(tài)硬件設置235.2.5操作站組態(tài)26結論28致謝29參考文獻30附錄31附1 汽包水位的三沖量控制算法31附2 爐膛負壓控制算法32附3蒸汽壓力控制算法33第一章 緒論1.1引言鏈條爐是一種火床爐，至今已有一百多年的歷史。雖然該爐型能耗較大污染相對也較大，但由于其投資少，結構簡單、運行穩(wěn)定、操作方便和易于維護，目前在我國中小型熱電企業(yè)和化工企業(yè)中使用很普遍，是企業(yè)主要的供熱、供汽設備也是企業(yè)主要的耗能設備。鏈條爐是一種多變量系統(tǒng)，被控量具有非線性、時變性、大延遲和相互耦合較強的特點，很難建立比較準確、實用的數(shù)學模型，用常規(guī)的pid控制難以達到理想的控制效果，因此目前國內(nèi)鏈條爐運行自動化程

8、度普遍不高。采用先進的計算機技術設計合理的控制方法，可以提高鏈條爐運行的自動化程度，節(jié)約能量，減少污染，有效保證鍋爐運行的安全性和可靠性。到目前為止，鏈條爐控制經(jīng)歷了從常規(guī)模擬調節(jié)儀表控制、計算機控制與常規(guī)模擬調節(jié)儀表控制相結合到集散控制等三個階段。由常規(guī)模擬調節(jié)儀表組成的控制系統(tǒng)，雖然具有高可靠性、操作簡便等優(yōu)點，但模擬儀表難以實現(xiàn)集中顯示和操作，更難以實現(xiàn)對多變量對象的有效控制，其自動化程度較低，基本處于操作人員手動控制的狀況。隨著計算機技術、控制技術和通訊技術的發(fā)展，原來的控制方法已經(jīng)不能滿足人們對鏈條爐控制的要求了，然而集散控制具有分散控制、集中管理的特點，已經(jīng)成為目前主流控制系統(tǒng)，鏈

9、條爐選集散控制系統(tǒng)已經(jīng)十分重要了。第二章 集散控制系統(tǒng)2.1集散控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況1所謂集散控制系統(tǒng)（dcs）就是以多臺計算機為基礎，采用數(shù)據(jù)通信技術和crt顯示技術，對生產(chǎn)過程進行分散控制、集中管理、分級管理、分而自治、綜合協(xié)調的系統(tǒng)。受信息技術（網(wǎng)絡通信技術、計算機硬件技術、嵌入式系統(tǒng)技術、現(xiàn)場總線技術、各種組態(tài)軟件技術、數(shù)據(jù)庫技術等）發(fā)展的影響，以及用戶對先進的控制功能與管理功能需求的增加，各dcs廠商（以honeell、emerson、foxboro、橫河、 abb為代表）紛紛提升dcs系統(tǒng)的技術水平，并不斷地豐富其內(nèi)容。當今的dcs與十年前的dcs相比，發(fā)生了根本性的變化。2集散控制

10、系統(tǒng)發(fā)展的三個階段初始階段：1975年美國霍尼韋爾公司第1套tdc-2000集散控制系統(tǒng)問世不久，世界各國儀表制造商就相繼推出了自己的集散控制系統(tǒng)，即第1代集散控制系統(tǒng)。比較著名的有霍尼韋爾公司的tdc-2000；foxboro公司的spectrum；fisher公司的provox；橫河公司的centum；西門子公司的teleperm等。這些產(chǎn)品雖只是集散控制系統(tǒng)的雛形，但已經(jīng)擁有集散控制系統(tǒng)的基本結構。分散過程控制裝置，操作管理裝置和通訊系統(tǒng)，并已具備了集散控制系統(tǒng)的基本特點；集中管理，分散控制。發(fā)展階段：隨著控制技術、計算機技術、半導體技術、網(wǎng)絡技術和軟件技術等飛速發(fā)展，集散控制系統(tǒng)進入第

11、2代。主要產(chǎn)品有：霍尼韋爾公司的tdc-3000；taylor公司的mod300；西屋公司的wdpf；橫河公司的centum-xl；abb公司的master等。第2代集散控制系統(tǒng)的主要特點是系統(tǒng)功能的擴大和增強以及通信范圍和數(shù)據(jù)傳送速率的大幅提高。它采用模塊化、標準化設計，數(shù)據(jù)通信向標準化靠攏，控制功能更加完善，具有很強的適應性和可擴充性。成熟階段：1987年美國foxboro公司推出的1/as系統(tǒng)標志著集散控制系統(tǒng)進入了第3代。主要產(chǎn)品有：霍尼韋爾公司帶有ucn網(wǎng)的tdc-3000；橫河公司帶有sv-et網(wǎng)的centum-l；balley公司的創(chuàng)fo-90等。第3代控制系統(tǒng)的改變是在局域網(wǎng)絡

12、方面。它通過采用map等協(xié)議，使各不同制造商的產(chǎn)品可以相互連接。相互通信和進行數(shù)據(jù)交換。3國內(nèi)外dcs發(fā)展現(xiàn)況國外dcs發(fā)展現(xiàn)狀。dcs已經(jīng)進入第四代受信息技術包括網(wǎng)絡通信技術、計算機硬件技術、嵌入式系統(tǒng)技術、現(xiàn)場總線技術、各種組態(tài)軟件技術、數(shù)據(jù)庫技術等發(fā)展的影響，以及用戶對先進的控制功能與管理功能需求的增加，各dcs廠商紛紛提升其dcs的技術水平，并不斷豐富其內(nèi)容，以honeywell公司最新推出的experion pks（過程知識系統(tǒng)），emerson公司的plant web，foxboro公司的az，橫河公司的r3（工廠資源管理系統(tǒng)），為第四代dcs出現(xiàn)的標志，第四代dcs技術上最主要的

13、標志是；information（信息）。信息和集成體現(xiàn)了當今dcs正在發(fā)生的變化，dcs已經(jīng)可以采集整個工廠車間和過程的信息資料，并使這些大量的資料以合適的方式體現(xiàn)，幫助決策過程。信息化體現(xiàn)在各dcs己經(jīng)不是一個以控制功能為主的控制系統(tǒng)，而是一個充分發(fā)揮信息管理功能的綜合平臺系統(tǒng)。dcs提供了從現(xiàn)場到設備，從設備到車間，從車間到工廠，從工廠到企業(yè)集團整個信息信道，這些信息充分體現(xiàn)了全面性、準確性、實時性和系統(tǒng)性。基本上大部分dcs提供了過去常規(guī)dcs功能，scada功能以及mes（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的大部分功能與erp不同，mes匯集了車間中用以管理和優(yōu)化從下定單到生產(chǎn)成品的生產(chǎn)活動全過程的相關硬

14、件或軟件組件，它控制和利用實時準確的制造信息來指導、傳授，響應并報告車間發(fā)生的各項活動，同時向企業(yè)決策支持過程提供有關生產(chǎn)活動的任務評價信息。mes的功能包括車間的資源分配、過程管理、質量控制、維護管理、數(shù)據(jù)采集性能分析及物料管理。dcs的集成性則體現(xiàn)在兩個方面，為功能的集成和產(chǎn)品的集成。過去的dcs廠商基本上是以自主開發(fā)為主，提供的系統(tǒng)也是自己的系統(tǒng)，當今的dcs廠商更強調系統(tǒng)的集成性和解決方案能力，dcs中除保留傳統(tǒng)dcs所實現(xiàn)的過程控制功能之外，還集成plc（可編程序控制器），rtu（遠程終端設備），fcs（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)），各種多回路調節(jié)器，各種智能采集或控制單元等。此外各dcs廠商

15、不再把開發(fā)組態(tài)軟件或制造各種硬件單元視為核心技術，而是紛紛把dcs的各個組成部分采用第三方集成方式或oem方式。例如，多數(shù)dcs廠商自己不再開發(fā)組態(tài)軟件平臺，而轉入采用兄弟公司(如foxboro軟件為基礎)的通用組態(tài)軟件平臺，或其它公司提供的軟件平臺（emerson用intellution的軟件平臺做基礎），此外，許多dcs廠家甚至fo組件也采用oem方式，foxboro采用fo模塊，橫河的r3采用富士電機的proeessin作為fo單元基礎，honeywell公司pks系統(tǒng)則采用rockwell公司的pl單元作為現(xiàn)場控制站。國內(nèi)dcs發(fā)展現(xiàn)狀。在上世紀80年代末期至90年代初期，國家組織了精

16、悍的科研力量聯(lián)合攻關，相繼研制出我國自己的dcs。這一時期涌現(xiàn)出的代表產(chǎn)品有hs-dcs-1000（電子部六所)，dcs-100(清華大學自動化系），djk-7500（重慶自動化所），djk-2000（上海自動化所），友力-2000（石化總公司航空部二院），star-2000（阿城繼電器所）等。經(jīng)過激烈的市場競爭，目前國內(nèi)dcs領域以和利時、浙大中控、上海新華為代表，在中國的dcs市場上，三家國內(nèi)廠商已經(jīng)具備了相當?shù)母偁幠芰Α＠缤ㄟ^新華公司與比利時公司在火電站控制領域的競爭以及和和利時公司與浙大中控在化工等領域的競爭，使得國外的dcs紛紛降價。可以說三家公司最大的貢獻是把國外dcs的價格降到

17、了原來的40%以下，為dcs在國內(nèi)工業(yè)企業(yè)的普及應用，特別是在中小型企業(yè)中的應用做出了貢獻。例如，和利時公司其核心技術與國際先進技術，相比，雖仍有些地方還存在差距，但在本質特征上已具備第四代dcs的特點，同時，國內(nèi)的dcs，正在走向成熟。2.2集散控制系統(tǒng)原理集散控制系統(tǒng)（distributed control system）是以微處理器為基礎的對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡稱dcs系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺微機分散應用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡由上位管理計算機監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計算機集中控制的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能單一

18、，人機聯(lián)系差以及單臺微型計算機控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既實現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現(xiàn)了在功能、負荷和危險性三方面的分散。dcs系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中起著重要的作用。2.3集散控制系統(tǒng)的特點dcs控制系統(tǒng)與常規(guī)模擬儀表及集中型計算機控制系統(tǒng)相比，具有很顯著的特點。 1、系統(tǒng)構成靈活。從總體上看，dcs就是由各個工作站通過網(wǎng)絡通信系統(tǒng)組網(wǎng)而成的。你可以把他現(xiàn)象成“因特網(wǎng)”。根據(jù)生產(chǎn)需求，你可以隨時加入或者撤去工作站。系統(tǒng)組態(tài)很靈活。 2、操作管理便捷。dcs的人機反饋都是通過crt跟鍵盤、鼠標等實現(xiàn)的。你可以想象成在因特網(wǎng)沖浪一樣，你可以監(jiān)視生產(chǎn)裝置乃至整個工廠的運行情況。

19、 3、控制功能豐富。原先用模擬控制回路實現(xiàn)的復雜運算，通過高精度的微處理器來實現(xiàn)。難道還有什么算法cpu實現(xiàn)不了的嗎？！ 4、信息資源共享。你可以把工作站想象成因特網(wǎng)上的各個網(wǎng)站，只要你在dcs系統(tǒng)中，并且限夠大，你就能了解到你要的任何參數(shù)。 5、安裝、調試方便。相比原先的模擬控制系統(tǒng)，那么多的飛線頭，一大堆類似頭發(fā)絲的電線。dcs系統(tǒng)算是很方便了。2.4 集散控制系統(tǒng)的組成 現(xiàn)場控制級又稱數(shù)據(jù)采集裝置，主要是將過程非控變量進行數(shù)據(jù)采集和預處理，而且對實時數(shù)據(jù)進一步加工處理，供crt操作站顯示和打印，從而實現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計算機。輸出裝置在有上位機的情況下，能以開關量或者

20、模擬量信號的方式，向終端元件輸出計算機控制命令。 這一個級別直接面對現(xiàn)場，跟現(xiàn)場過程相連。比如閥門、電機、各類傳感器、變送器、執(zhí)行機構等等。它們都是工業(yè)現(xiàn)場的基礎設備、同樣也是dcs的基礎。在dcs系統(tǒng)中，這一級別的功能就是服從上位機發(fā)來的命令，同時向上位機反饋執(zhí)行的情況。至于它與上位機交流，就是通過模擬信號或者現(xiàn)場總線的數(shù)字信號。由于模擬信號在傳遞的過程或多或少存在一些失真或者受到干擾，所以目前流行的是通過現(xiàn)場總線來進行dcs信號的傳遞。 過程控制級又稱現(xiàn)場控制單元或基本控制器，是dcs系統(tǒng)中的核心部分。生產(chǎn)工藝的調節(jié)都是靠它來實現(xiàn)。比如閥門的開閉調節(jié)、順序控制、連續(xù)控制等等。 上面說到現(xiàn)場

21、控制級，那么給它發(fā)號施令的就是過程控制級了。它接受現(xiàn)場控制級傳來的信號，按照工藝要求進行控制規(guī)律運算，然后將結果作為控制信號發(fā)給現(xiàn)場控制級的設備。所以，過程控制級要具備聰明的大腦，能將“士兵”反饋的軍情進行分析，然后做出命令，以使“士兵”能打贏“戰(zhàn)爭”。 這個級別不是最高的，相當于軍隊里的“中尉”。它也一樣必須將現(xiàn)場的情況反饋給更高級別的“上校”也就是下面講的過程管理級。 過程管理級dcs的人機接口裝置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩crt、操作者鍵盤、打印機、大容量存儲器等。操作員通過操作站選擇各種操作和監(jiān)視生產(chǎn)情況，這個級別是操作人員跟dcs交換信息的平臺。是dcs的核心顯示、操作跟管理裝

22、置。操作人員通過操作站來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程，可以通過屏幕了解到生產(chǎn)運行情況，了解每個過程變量的數(shù)字跟狀態(tài)。這一級別在軍隊中算是很高的“上校”了。它所掌握的“大權”可以根據(jù)需要隨時進行手動自動切換、修改設定值，調整控制信號、操縱現(xiàn)場設備，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。 經(jīng)營管理級又稱上位機，功能強、速度快、容量大。通過專門的通信接口與高速數(shù)據(jù)通路相連，綜合監(jiān)視系統(tǒng)各單元，管理全系統(tǒng)的所有信息。 這是全廠自動化系統(tǒng)的最高一層。只有大規(guī)模的集散控制系統(tǒng)才具備這一級。相當于軍隊中的“元帥”，他們所面向的使用者是廠長、經(jīng)理、總工程師等行政管理或運行管理人員。它的權限很大，可以監(jiān)視各部門的運行情況，利用歷史數(shù)據(jù)

23、和實時數(shù)據(jù)預測可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)，幫助企業(yè)管理人員進行決策，幫助企業(yè)實現(xiàn)其計劃目標。2.5 dcs系統(tǒng)的硬件結構dcs的硬件系統(tǒng)主要由集中操作管理裝置、分散過程控制裝置和通信接口設備等組成。通過通信網(wǎng)絡將這些硬件設備連接起來，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分散控制和集中監(jiān)視、操作及管理等功能。 現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站中的主要設備是現(xiàn)場控制單元。現(xiàn)場控制單元式dcs直接與生產(chǎn)過程進行信息交互的io處理系統(tǒng)，它的主要任務是進行數(shù)據(jù)采集及處理，對被控對象實施閉環(huán)反饋控制、順序控制和批量控制。用戶可以根據(jù)不同的應用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場控制單元構成現(xiàn)場控制站。它可以是以面向連續(xù)生產(chǎn)的過程控制為

24、主，輔以順序邏輯控制，構成的一個可以實現(xiàn)多種復雜控制方案的現(xiàn)場控制站；也可以是以順序控制、連鎖控制功能為主的現(xiàn)場控制站；還可以是一個對大批量過程信號進行總體信息采集的現(xiàn)場控制站。 現(xiàn)場控制站是一個可以獨立運行的計算機檢測控制系統(tǒng)。由于它是專為過程檢測、控制而設計的通用型設備，所以其機柜、電源、輸入輸出通道和控制計算機等，與一般的計算機系統(tǒng)有所不同。第三章 鏈條爐工藝流程3.1工業(yè)鍋爐發(fā)展狀況在我國隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，在今后相當長的時間里，會有越來越多的鍋爐投入生產(chǎn)。這些鍋爐的控制水平，運行水平以及自動化水平大多不高，熱效率水平還遠遠沒有達到設計指標。其中大部分原因是設備落后，控制水平低下，缺乏必

25、要的自動檢測和控制儀表及應有的技術力量造成的，導致其運行水平主要取決于司爐人員的技術水平、生產(chǎn)經(jīng)驗和工作的責任心。由于我國鍋爐控制的自動化程度大多較低，其操作大都還停留在手工或簡單的模擬儀表操作水平。不僅勞動強度大，而且容易造成操作人員運行事故。在這種情況下，利用計算機和組態(tài)軟件對工業(yè)鍋爐進行自動控制有著重要意義。dcs的優(yōu)越性在于：通過對鍋爐燃燒過程進行有效控制，使燃燒在接近理想的空燃比條件下進行，可顯著提高燃料燃燒效率；由于工業(yè)鍋爐的耗煤量十分巨大，所以熱效率每提高一個百分點都會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益；其次，監(jiān)控軟件良好的人機界面使運行參數(shù)在led上集中監(jiān)控，便于操作人員在計算機上根據(jù)控制效果

26、及時修改運行參數(shù)，可有效減少由疲勞造成的失誤，提高生產(chǎn)過程的安全性，實時性。隨著微型計算機性能的不斷提高和成本的下降，工業(yè)鍋爐的自動控制必將得到更加廣泛的應用。未來工業(yè)鍋爐產(chǎn)品市場發(fā)展除了受我國國民經(jīng)濟的發(fā)展速度和投資規(guī)模等因素影響外，越來越受到能源政策和節(jié)能、環(huán)保要求的制約。隨著高性能產(chǎn)品的普及和產(chǎn)品質量的提高，在20002010年每年將有約5萬蒸噸的工業(yè)鍋爐需要更新，2010年后，每年將有約7萬蒸噸的工業(yè)鍋爐需要更新，再加上新增裝機，從需求上講，到2010年每年工業(yè)鍋爐需求量約為1012萬蒸噸。今后大中城市的小容量燃煤鍋爐的比重將會顯著下降，循環(huán)流化床鍋爐等采用清潔燃燒技術的鍋爐將得到較快

27、的發(fā)展，燃氣鍋爐將會有長足的進步，燃用生活垃圾和生物質的鍋爐市場潛力較大，蓄熱式電熱鍋爐系統(tǒng)隨著電力工業(yè)改革和發(fā)展其市場將進一步拓寬。因此采用清潔燃料和潔凈燃燒技術的高效、節(jié)能、低污染工業(yè)鍋爐將是工業(yè)鍋爐產(chǎn)品發(fā)展的趨勢，并向高端和高附加值的產(chǎn)品市場發(fā)展。3.2 工業(yè)鍋爐的結構和工作過程在各種工業(yè)企業(yè)的動力設備中，鍋爐是重要的組成部分，所以鍋爐的性能至關重要。要設計一套完整的、性能良好的工業(yè)燃燒鍋爐，首先就必須了解一般燃燒鍋爐的基本構造和燃燒過程。鍋爐是一種產(chǎn)生蒸汽或熱水的熱交換設備。它通過燃料的燃燒釋放大量熱能，并通過熱傳遞把能量傳遞給水，把水變成蒸汽或熱水，蒸汽或熱水直接供給工業(yè)和生活中所需

28、要的熱能。所以鍋爐的中心任務是把燃料中的化學能有效的轉化為蒸汽的熱能。鍋爐的主要設備包括氣鍋、爐子、爐膛、鍋筒、水冷壁、過熱器、省煤器、燃燒設備、引風設備、送風設備、給水設備、空氣預熱器、水處理設備、燃料供給設備以及除灰除塵設備等。氣鍋：由上下鍋筒和三簇沸水管組成。水在管內(nèi)受管外煙氣加熱，因而管簇內(nèi)發(fā)生自然的循環(huán)流動，并逐漸氣化，產(chǎn)生的飽和蒸汽積聚在上鍋筒里面。爐子：是使燃燒從充分燃燒并釋放出熱量的設備。爐膛：保證燃料的充分燃燒，并使水流受熱面積達到規(guī)定的數(shù)值。鍋筒：使自然循環(huán)鍋爐各受熱面能適應負荷變化的設備。水冷壁：主要是輻射受熱面，保護爐壁的作用。過熱器：是將氣鍋所產(chǎn)生的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為

29、過熱蒸汽的換熱器。過熱器一般都裝在爐膛出口。省煤器：是利用余熱加熱鍋爐給水，以降低排出煙氣溫度的換熱器。采用省煤器后，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率，節(jié)省了燃料。同時，由于提高了進入氣包的給水溫度，減少了因溫差而引起的汽包壁的熱適應力，從而延長了汽包的使用壽命。燃燒設備：將燃料和燃燒所需的空氣送入爐膛并使燃料著火穩(wěn)定，充分燃燒。引風設備：包括引風機、煙道和煙囪等幾部分。用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排出。送風設備：包括有鼓風機和分道組成。用它來供應燃料所需的空氣。給水設備：由水泵和給水管組成。空氣預熱器：是繼續(xù)利用離開省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所需要的空氣，是一個換熱器。省煤器出口煙溫度高，裝上

30、空氣預熱器后，可以進一步降低排煙溫度，也可改善燃料著火和燃燒條件，降低不完全燃燒所造成的損失，提高鍋爐機組的效率。水處理設備：其作用是為清除水中的雜質和降低給水硬度，以防止在鍋爐受熱面上結水垢或腐蝕。燃料供給設備：由運煤設備、原煤倉和儲煤斗等設備組成，保證鍋爐所需燃料供應。此外，除了保證鍋爐的正常工作和安全，蒸汽鍋爐還必須裝設安全閥、水位表、高低水位報警器、壓力表、主氣閥、排污閥和止污閥等，還有用來消除受熱面上積灰的吹灰器，以提高鍋爐運行的經(jīng)濟性，本設計由于篇幅有限，則就不必考慮這些問題了。鍋爐的工作過程概括起來應該包括三個同時進行的過程：燃料的燃燒過程、水的汽化過程、煙氣向水的傳熱過程。首先

31、除氧水通過給水泵進入給水調節(jié)閥，通過給水調節(jié)閥進入省煤器，冷水在經(jīng)過省煤器的過程中被由爐膛排出的煙氣預熱，變成溫水進入汽包，在汽包內(nèi)加熱至沸騰產(chǎn)生蒸汽，為了保證有最大的蒸發(fā)面因此水位要保持在鍋爐上汽包的中線位置，蒸汽通過主蒸汽閥輸出。空氣經(jīng)過鼓風機進入空氣預熱器，在經(jīng)過空氣預熱器的過程中被由爐膛排出的煙氣預熱，變成熱空氣進入爐膛。煤經(jīng)過煤斗落在爐排上，在爐排的緩慢轉動下煤進入爐膛被前面的火點燃，在燃燒過程中發(fā)出熱量加熱汽包中的水，同時產(chǎn)生熱煙氣。在引風機的抽吸作用下經(jīng)過省煤器和空氣預熱器，把預熱傳導給進入鍋爐的水和空氣。通過這種方式鍋爐的熱能得到節(jié)約。降溫后的煙氣經(jīng)過除塵器除塵，去硫等一系列凈

32、化工藝通過煙囪排出。3.3鏈條爐的工藝流程鏈條爐是一種火床爐。煤在爐排上燃燒，空氣自爐排下方向上引入。煤從煤斗落到煤排上，經(jīng)過爐閘門時被刮成一定的厚度進入爐膛，在爐排上分段燃燒成渣，爐渣隨著爐排的轉動排出。爐膛中燃燒的煤所釋放的熱量，被爐膛周圍的水壁吸收產(chǎn)生蒸汽。蒸汽在包內(nèi)聚集并引出，經(jīng)過低溫過熱器、減溫器、高溫過熱器、集汽箱到主蒸汽管。主蒸汽溫度通過減溫器的減溫水進行調節(jié)。燃燒產(chǎn)生的煙氣被引風機帶動，經(jīng)過省煤器、空氣預熱器換熱后，再經(jīng)過除塵排入大氣。氣泡過熱器 爐 膛減溫器分氣缸原煤爐排鼓風預熱器省煤器除氧器進水除塵器引風煙囪圖3.1 鏈條爐的工藝流程圖 圖3.2 鏈條爐控制系統(tǒng)構架燃料量主

33、要是通過爐排轉速和控制爐排煤層厚度來實現(xiàn)的。調節(jié)送風保持合適的風煤比，調節(jié)引風維持爐膛負壓燃燒。運行中汽包水位維持在一定的范圍內(nèi)，允許有75mm的波動，穩(wěn)定工況應在50 mm范圍內(nèi)，汽包水位的調整主要通過調節(jié)給水。給水閥出來的水經(jīng)過省煤器預熱進入汽包。主蒸汽溫度通過減溫器的減溫水流量來調節(jié)。第四章 鏈條爐控制系統(tǒng)4.1鏈條爐的監(jiān)控4.1.1控制點統(tǒng)計模擬量輸入點（420ma） （ai）給水系統(tǒng)：給水壓力；給水流量；該水箱液位；除氧器液位；除氧器入口壓力；除氧器出口壓力；除氧器溫度；過濾器入口壓力；過濾器出口壓力。蒸汽系統(tǒng)：汽包液位；鍋爐蒸汽流量；分汽缸蒸汽壓力；主蒸汽壓力；總蒸汽量。燃燒系統(tǒng)：

34、爐膛負壓，煙氣氧含量。熱電阻輸入 （pt100）排煙溫度。熱電偶輸入 （tc）爐膛出口溫度。模擬量輸出調節(jié)點 （420ma） （ao）水：給水調節(jié)；給水調節(jié)閥反饋。風：送風調節(jié)；引風調節(jié)。煤：爐排調節(jié)；爐排調節(jié)反饋。開關量輸入點 （di）引風機：啟動/停止。鼓風機：啟動/停止。水泵1、2、3：啟動/停止。鹽水泵1、2啟動/停止。除氧泵1、2、3啟動/停止。爐排：啟動/停止；反轉啟動/停止。出渣機：啟動/停止；反轉點動。開關量輸出點 （do）引風機：啟動/停止。鼓風機：啟動/停止。二次風機：啟動/停止。水泵1、2：啟動/停止。爐排：啟動/停止；反轉點動。出渣機：啟動/停止；反轉點動。除氧泵1、2

35、、3：啟動/停止。 鹽水泵1、2：啟動/停止。4.1.2 控制站硬件 控制站是系統(tǒng)實現(xiàn)過程控制的主要設備之一,實現(xiàn)現(xiàn)場信號的輸入輸出,同時完成過程控制中的數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制、以及包括優(yōu)化控制等各種控制算法。控制站由機柜、機籠、供電單元和各類卡件(包括主控制卡、數(shù)據(jù)轉發(fā)卡和各種信號輸入輸出卡)組成,其核心是主控制卡。1、主控制卡(sp243x)是控制站的軟硬件核心,負責協(xié)調控制站內(nèi)的所有軟硬件關系和各項控制任務。如:完成1/0信號處理、控制算法、與上下網(wǎng)絡通信控制處理、冗余診斷等功能。一個控制站需要一對冗余設置的主控制卡,其通信地址由界面組態(tài)設置與卡上硬件跳線配合完成。jx一300x主

36、控制卡的地址范圍由系統(tǒng)約定為128.128.1(2).2(一31),從低到高順序設定。2、數(shù)據(jù)轉發(fā)卡(sp233)是i/o機籠的核心單元,主控制卡與fo卡件的通信都由數(shù)據(jù)轉發(fā)卡通過sbus總線存儲轉發(fā)。其地址由界面組態(tài)設置與卡上硬件跳線配合完成。3、各種i/0卡件:l)電流信號輸入卡(sp313)是一塊智能型,帶有模擬量信號調理的四路信號采集卡,每一路分別可接收h型和m型電流信號,并可為四路變送器提供+24v隔離電源。2)電壓信號輸入卡(sp314x)是一塊智能型的、點點隔離的、帶有模擬量信號調理的四路信號采集卡,每一路分別可接收h型、m型標準電壓信號、毫伏信號、以及各種型的熱電偶信號,將其轉

37、換成數(shù)字信號送給主控制卡sp243x。當其處理熱電偶信號時,具有冷端補償功能。3)熱電阻信號輸入卡(sp316x)是一塊專用于測量熱電信號的、點點隔離的、可冗余的2路a/d轉換卡,每一路可接收r100、cu50兩種熱電阻電阻信號,將其調理后轉換成數(shù)字信號送給主控制卡。碩士論文鏈條爐集散控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)4)模擬信號輸出卡(sp322x)為4路點點隔離型電流(ii型和111型)信號輸出卡。作為帶cpu的高精度智能化卡件,具有實時檢測輸輸出狀況功能,它允許主控制卡監(jiān)控正常的輸出電流。5)開關量輸出卡(sp364x)是智能型7通道小功率繼電器輸出卡,完成現(xiàn)場小型執(zhí)行器的數(shù)字量電氣輸出。本卡為智能型

38、卡件,具有卡件內(nèi)部軟硬件運行狀況在線檢測功能,還具有對輸出信號進行回讀的自檢測功能;同時能在系統(tǒng)sbus通訊出現(xiàn)中斷的情況下對輸出信號進行保持,而不至于影響到現(xiàn)場的設備。適合應用于現(xiàn)場執(zhí)行器為電阻性負載或小型感性負載的場合。如果需要驅動功率較大的執(zhí)行器時,可增加相應的中間繼電器。6)觸點型開關量輸入卡(部件號sp363)是7路或8路數(shù)字量信號輸入卡,該卡件能夠快速響應干觸點輸入,實現(xiàn)數(shù)字信號的準確采集。本卡為智能型卡件,具有卡件內(nèi)部軟硬件運行狀況在線檢測功能。4、系統(tǒng)電源具有供電可靠、安裝維護方便等特點,可限制系統(tǒng)對交流電源的污染,并使系統(tǒng)不受交流電源波動和外部干擾的影響。按照系統(tǒng)容量及對安全

39、性的要求選擇冗余雙電源配置。4.1.3鏈條爐集散控制系統(tǒng)的硬件構成一臺鏈條爐，有溫度、壓力、液位、轉速、開關狀態(tài)、命令等58個不同類型的輸入輸出信號點，根據(jù)其數(shù)量與類型，以及工廠實際崗位設計要求，可設計一個控制站、一個工程師站、兩個操作員站，以及多種類型的輸入輸出卡件，分別由過程控制網(wǎng)絡scnet 控制站內(nèi)全部網(wǎng)絡sbus連接通信。其系統(tǒng)組成如圖4.1操作員站工程師站操作員站 控制站主控制卡數(shù)據(jù)轉發(fā)卡輸入輸出卡輸入輸出卡 圖4.1 鏈條爐集散控制系統(tǒng)硬件構成 鏈條爐集散控制系統(tǒng)的控制站選取了如下板卡：1對主控制卡（sp243x），2個數(shù)據(jù)轉發(fā)卡（sp233），16塊i/o卡。i/o卡：2塊sp

40、316；6塊sp313；1塊sp314；2塊sp322；2塊sp364；3塊sp331。i/o卡上各測點的具體分配如表4-1所示 表4-1 i/o點數(shù)表卡件型號點名注釋地址卡件型號點名注釋地址sp316tit-1給水溫度02-00-00-00sp322m1-is除氧器壓力調節(jié)輸出02-00-09-00tit-2除氧器溫度02-00-00-01m2-is主汽壓力調節(jié)輸出02-00-09-01sp316tit-3汽包蒸汽溫度02-00-01-00m3-is爐膛負壓調節(jié)02-00-09-02tit-4主汽溫度02-00-01-01m4-is汽包水位調節(jié)02-00-09-03sp313ft-1給水流量

41、02-00-02-00sp322m5-is送風調節(jié)輸出02-00-10-00lt-1給水箱液位02-00-02-01m6-is給煤調節(jié)輸出02-00-10-01lt-2除氧器液位02-00-02-02lt-3汽包水位02-00-02-03sp314tit-5爐膛出口溫度02-00-03-00sp364sta1引風機啟動02-00-11-00tit-6排煙溫度02-00-03-01sta2送風機啟動02-00-11-01sta3水泵1啟動02-00-11-02sta4水泵2啟動02-00-11-03sp313pt-1給水壓力02-00-04-00sta5水泵3啟動02-00-11-04pt-2除

42、氧器入口壓力02-00-04-01sta6鹽水泵1啟動02-00-11-05pt-3除氧器出口壓力02-00-04-02sta7鹽水泵2啟動02-00-11-06pt-4過濾器入口壓力02-00-04-03sta8爐排啟動02-00-11-07sp313pt-5過濾器出口壓力02-00-05-00sp364sta9 出渣機啟動02-00-12-00ft-4送風量02-00-05-01sta10除氧泵1啟動02-00-12-01ft-2鍋爐蒸汽流量02-00-05-02sta11除氧泵2啟動02-00-12-02pt-6分汽缸蒸汽壓力02-00-05-03sta12除氧泵3啟動02-00-12-

43、03sp313pt-7主蒸汽壓力02-00-06-00ft-3總蒸汽量02-00-06-01pt-8爐膛負壓02-00-06-02oxy煙氣含氧量02-00-06-03sp313vp-1除氧器壓力調節(jié)閥反饋02-00-07-00sp331pos1引風機狀態(tài)02-00-13-00vp-2主汽溫度調節(jié)閥反饋02-00-07-01pos2送風機狀態(tài)02-00-13-01vp-3爐膛負壓調節(jié)閥反饋02-00-07-02pos3水泵1狀態(tài)02-00-13-02vp-4汽包水位調節(jié)調節(jié)閥反饋02-00-07-03pos4水泵2狀態(tài)02-00-13-03sp313vp-6送風調節(jié)閥反饋02-00-08-00

44、sp331pos5水泵3狀態(tài)02-00-14-00vp-6給煤調節(jié)閥反饋02-00-08-01pos6鹽水泵1狀態(tài)02-00-14-01pos7鹽水泵2狀態(tài)02-00-14-02pos8爐排狀態(tài)02-00-14-03sp331pos9出渣機狀態(tài)02-00-15-00pos10除氧泵1狀態(tài)02-00-15-01pos11除氧泵2狀態(tài)02-00-15-02pos12除氧泵3狀態(tài)02-00-15-034.2鏈條爐控制方案鏈條爐dcs控制系統(tǒng)，是近年來開發(fā)的一項新技術，它是微型計算機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術緊密結合的產(chǎn)物，我國現(xiàn)有中、小、大型鍋爐30多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的1

45、/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍然處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，降低耗電量，用dcs進行控制是一件具有深遠意義的工作。 鏈條爐控制系統(tǒng)，一般有蒸汽壓力、汽包液位、爐膛負壓、除氧器水位、除氧器壓力等控制系統(tǒng)。鍋爐的燃燒控制實質上是能量平衡系統(tǒng)，它以蒸汽壓力作為能量平衡指標，不斷根據(jù)用汽量與壓力的變化調整燃料量與送風量，同時保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用。為此生產(chǎn)過程的各個主要參數(shù)必須嚴格控制。鍋爐設備也是一個復雜的控制對象，主要輸入變量是負荷，鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風和引風等。主要輸出變量是汽包水位，蒸汽壓力，過熱蒸汽溫度，爐膛負壓，過剩空氣（煙氣含氧量

46、）等，鍋爐對象簡圖如圖4.2所示：鍋爐設備給水量減溫水燃料量送風量引風量二次風氣泡水位蒸汽溫度蒸汽壓力煙氣含氧量爐膛負壓蒸汽流量負荷 圖4.2 鏈條爐對象簡圖綜上所述，工業(yè)鍋爐作為一個調節(jié)對象，是一個多輸入，多輸出，多回路，非線性的相互關聯(lián)的對象。所有這些特性是由鍋爐本身的物理特性決定的。因此，理想的鍋爐自動控制系統(tǒng)應該是多回路的調節(jié)系統(tǒng)。這樣，當鍋爐的運行狀況發(fā)生變化或受到某一擾動后，系統(tǒng)會同時協(xié)調的動作，改變其調節(jié)量，使所有被調量都具有一定的調節(jié)精度。但是，這種調節(jié)十分復雜，實現(xiàn)起來相當困難。因此，根據(jù)鍋爐的實際運行情況，將鍋爐當做若干個獨立的調節(jié)對象，相應的設置若干個獨立的調節(jié)系統(tǒng)，才是

47、可行的實現(xiàn)鍋爐自動控制的方法。它使得鍋爐自動化控制系統(tǒng)得以適當簡化，也符合實際情況，其中鍋爐的主要調節(jié)任務是：鍋爐供應的蒸汽量適應負荷變化的需要或保持給定的負荷；鍋爐供給用汽設備的蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)；過熱器蒸汽溫度保持在一定范圍內(nèi)；汽包中水位保持在一定范圍內(nèi)；保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟型和安全性；爐膛負壓保持在一定范圍內(nèi)。為實現(xiàn)上述調節(jié)任務，將鍋爐設備控制化為若干控制系統(tǒng)。主要控制系統(tǒng)如下。4.2.1除氧器壓力控制系統(tǒng)除氧器主要用于給鍋爐供除氧水，除氧原理是給水中通蒸汽，使水溫保持在103，達到除氧的目的。除氧器在運行中壓力必須保持穩(wěn)定，以保證它具有良好的除氧效果和安全經(jīng)濟性。除氧器壓力調節(jié)，采

48、用除氧器內(nèi)蒸汽壓力作為被控變量，以改變加熱蒸汽量作為調節(jié)手段，加熱蒸汽來自汽輪機的不調節(jié)抽氣。鏈條爐系統(tǒng)中，除氧器壓力調節(jié)采用的是常規(guī)控制回路方法，控制框圖如圖4.3所示。 pid 調節(jié)閥除氧器除氧器壓力 壓力給定 圖4.3 除氧器壓力控制4. 2.2鍋爐汽包水位控制汽包及蒸汽管中儲藏著蒸汽和水，汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽負荷量，當給水量等于蒸汽量時，汽包水位就恒定不變。工業(yè)鍋爐汽包水位自動控制的目的就是使給水量等于蒸汽量并維持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi)。汽包水位是鍋爐運行的主要指標，是一個非常重要的被控變量維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)是保障鍋爐安全運行的首要條件。這是因為：1如果水位過

49、低，則由于汽包內(nèi)水量較少，而負荷卻很大，水的汽化速度又很快，因而汽包內(nèi)的水量變化速度很快，如果控制不及時，就會使汽包內(nèi)的水全部汽化，導致鍋爐損壞，甚至爆炸。2水位過高會影響汽包的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液的現(xiàn)象，會使過熱器管壁結垢導致破壞，同時過熱蒸汽溫度急劇下降，該蒸汽作為汽輪機的動力，還會損壞汽輪機的葉片，影響運行的安全和經(jīng)濟性。汽包水位過高或過低的后果極為嚴重，所以必須嚴格加以控制。汽包水位控制系統(tǒng)結構與算法設計由于水位調節(jié)對象沒有自平衡能力，而且水位調節(jié)對象存在滯后，因此不能采用開環(huán)調節(jié)方法。常用的汽包水位的控制算法有單沖量控制，雙沖量控制以及三沖量控制三種。本次設計中采用三沖量控制。以蒸

50、汽流量和給水流量作為補充信號的三參數(shù)調節(jié)方法，又稱為三沖量水位調節(jié)系統(tǒng)。雙沖量控制方法不能迅速克服給水壓力變化對水位產(chǎn)生的影響。當給水壓力波動時，給水壓力將發(fā)生變化，此時只有等到水位變化后調節(jié)器才能起作用。為此再引入給水流量信號，組成三沖量水位控制回路。三沖量水位控制系統(tǒng)圖如圖4.5所示水位pid流量pid電動調節(jié)閥給水泵給水流量變送器水位變送器氣泡給定主氣流量 +氣泡水位圖4.4氣泡水位控制蒸汽fic 101i=ic+c*if-10lic101省煤器氣關閥氣泡給水ifio 圖4.5三沖量水位控制系統(tǒng)4.2.3燃料氣壓力控制鏈條爐燃燒控制的基本任務，是使燃燒所產(chǎn)生的熱量適應蒸汽負荷的需要，并保

51、證燃燒的經(jīng)濟性和鏈條爐的安全運行。燃燒系統(tǒng)自動調節(jié)的第一個任務是維持主汽壓力保持穩(wěn)定，克服自身燃料方面的擾動，保證負荷與出力的協(xié)調；第二個任務是使燃料量與空氣量相協(xié)調（風煤比），保證燃燒的經(jīng)濟性；第三個任務是使引風量與送風量相適應，維持爐膛負壓在一定范圍內(nèi)，保證燃燒的安全性。因此燃燒過程的控制又可以分為送風控制、主汽壓力控制、爐膛負壓控制三個子系統(tǒng)燃料氣壓力控制，這是保證燃料氣穩(wěn)定燃燒的重要指標。一般的單回路控制就可以滿足要求。如果爐膛負壓太小，甚至為正，則爐膛內(nèi)煙氣過多，甚至煙氣向外冒，影響設備和操作人員的安全；反之，爐膛負壓過小，會使冷空氣漏進爐膛內(nèi)，從而是熱量損失增加，降低燃燒效率。所以

52、必須對爐膛的壓力進行控制。影響爐膛壓力的主要變量有給煤量、給風量以及抽風量等，而其中給煤量和給風量是由蒸汽溫度、壓力以及蒸發(fā)量等因素決定的，所以要想保持爐膛壓力在一定范圍內(nèi)保持不變就只有改變抽風量，亦即通過調節(jié)抽風量以達到控制爐膛壓力的目的。另外，又因為考慮到系統(tǒng)相應的快速性，同時，又因為給風量和給煤量成一定的比例關系，為了提高控制品質以及簡化控制系統(tǒng)的結構，采用單回路控制。如圖4.5所示引風控制器交流電機爐膛爐膛負壓控制器速度檢測變送器引風機差壓變送器輸出值設定值 圖4.5 燃料壓力控制過熱蒸汽壓力及溫度的控制。這是工業(yè)鍋爐生產(chǎn)蒸汽產(chǎn)品的質量指標，達到蒸汽用戶的要求。這兩個控制參數(shù)一般都是單

53、回路控制，控制質量要求高的，實現(xiàn)了串級控制。因為鍋爐的運行環(huán)境不可能是理想的狀態(tài)，蒸汽的溫度總是會受到某些干擾的影響，所以必須對蒸汽的溫度加以控制，以在一定范圍內(nèi)得到溫度相對恒定的蒸汽。影響蒸汽溫度的主要因素是給煤量以及空煤比，所以我們采用了串級比值控制系統(tǒng)分別控制給煤量以及給風量。另外，影響蒸汽溫度的因素還有給水量、蒸發(fā)量以及引風量等，又考慮到了控制系統(tǒng)相應的快速性，我們又將給水量和蒸發(fā)量作為蒸汽溫度控制的前饋量構成前饋控制系統(tǒng)。即采用前饋比值串級控制系統(tǒng)對蒸汽溫度進行控制，其控制系統(tǒng)的結構圖見圖4.6所示蒸汽溫度速度控制器步進電機爐排速度對象速度變送器比值器鼓風機交流電機給風量控制蒸汽出口速度變送器溫度檢測變送器輸出值輸出值給水量 圖4.6蒸汽溫度系統(tǒng)結構4.3 鏈條爐控制系統(tǒng)解決的主要問題 鏈條爐運行過程，尤其是燃燒過程是一個復雜的化學物理過程，采用集散控制完成鏈條爐整個過程控制任務，從控制工藝的角度保證調節(jié)的有效實施。通過設計合理有效的燃燒控制系統(tǒng)，實現(xiàn)鏈條爐安全可靠的地自動運行，是設計系統(tǒng)的重點任務。鏈條爐根據(jù)實際使用需要調節(jié)的量不盡相同，但一般需要調節(jié)的量大約是8個，分別是除氧器水位：除氧器壓力；主汽減壓，爐恒負壓：上氣溫度：氣泡水位：