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        燃油燃氣蒸汽發生器

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        東陽市(浙江)特安鍋爐有限公司

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        電站鍋爐自控系統開發與應用

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        電站鍋爐自控系統開發與應用

        發布日期:2018-11-24 作者: 點擊:

        摘要:本文介紹了新建燃氣鍋爐房自控系統開發與應用,包括檢測與控制設備、控制系統結構、上位機系統、自控軟件等部分以及一次、二次管網監控系統的實現方法。主要內容有鍋爐及熱力系統概況、燃燒器控制部分、系統實時控制畫面部分、實時和歷史趨勢畫面部分、故障報警畫面等。

        關鍵詞:燃氣鍋爐;自控系統;應用


        1 引言

        本項目總體規模為蒸汽鍋爐和熱水鍋爐兩種,公共管網系統包括真空-電化學-化學三位一體除氧器、熱力除氧器、汽水殼式換熱器,水水板式換熱器,一次網、二次網循環泵和補水泵,除氧泵等。本項目新建燃氣鍋爐房,自控系統與項目同步建設、同步投入使用。


        2 檢測與控制系統

        2.1系統總體架構

        公共管網系統采用西門子公司的S7-400系列的PLC冗余控制系統,CPU采用西門子S7-400的CPU416,此款PLC數字信號輸入輸出能力達到26萬點,模擬信號輸入輸出能力達到1.6萬點,CPU程序數據RAM達到4M,CPU故障事件保存存儲區達到120個,且可擴展,功能模塊與控制器同系列、同軌道安裝,不采用擴展方式,編程軟件同時支持LAD、FBD、STL、SCL、CFC、GRAPH、HiGraph編程語言。冗余系統配置是CPU、存儲器、電源設備和通信接口都是1:1冗余,可以實現雙控制器冗余切換,可以實現通信冗余功能和電源冗余功能,增加系統可靠性和安全性。由于各臺鍋爐之間存在互為備用的關系,因此每臺鍋爐由一套S7-300PLC實現單臺鍋爐和輔機的自動運行與安全檢測功能。

        鍋爐中央控制管理計算機負責完成所有鍋爐系統重要運行參數的歷史記錄、存儲和產生報表并能打印輸出,實現各鍋爐運行負荷的統一調配;根據鍋爐的運行狀況進行節能優化,使鍋爐房成為新一代節約型能源中心。整個控制系統的設計充分體現了控制分散、信息管理集中的現代工業設備控制思想的發展理念,具有投資性價比高,可靠性好、便于擴展,技術先進等優點。

        2.2控制總體思路

        鍋爐房內熱力系統按“一鍵啟?!彼悸愤M行設計,自動檢測末端參數,根據檢測結果,自動調整循環泵、換熱器、鍋爐的運行狀態和運行臺數;啟動蒸汽鍋爐前,除鍋爐本體自動檢測外,還自動完成檢測給水泵、除氧水箱水位、軟水設備、鍋爐總出口閥門等狀態并進行必要調節,達到啟爐條件后,自動點火;啟動循環泵,除其本身自動檢測外,還可完成其進出口閥門狀態以及壓力值的檢測并進行必要調節,達到啟動條件后,自動變頻啟動;啟動換熱器前,除其本身自動檢測外,還完成其進出口閥門狀態以及其壓力、溫度值的檢測并進行必要調節,達到啟動條件后,自動啟動。各系統均能夠由獨立的PLC控制站自主完成鍋爐系統的自動運行與安全檢測。上位監控管理計算機完成對所有鍋爐房系統的數據通訊與處理,并負責完成所有鍋爐房系統重要運行參數的歷史記錄、存儲、生產報表打印以及各鍋爐房運行負荷的統一調配。系統通過局域網隨時向上一級的管理級計算機傳輸數據,為辦公自動化提供了接口和條件。

        2.3控制軟件結構

        控制軟件的設計是指整個鍋爐控制系統的框架設計,在嚴格遵循控制系統設計標準和設計原則的基礎上,根據燃氣熱水鍋爐的運行特點和中央監控系統的功能要求,并考慮控制系統的科學性和先進性要求,將整個群控系統按操作的等級分為上位監控子系統、單臺鍋爐實時控制子系統兩個部分。上位監控子系統是整個鍋爐群控系統的指揮中心,所有鍋爐的信息都集中顯示在中央控制計算機中,在正常運行情況下,操作員可以在指揮中心對模塊鍋爐進行遠程操控,如控制參數的設置、修改,啟動優化控制程序,建立鍋爐節能分析報表等。上位監控子系統起到信息和人員的管理職能,建立重要鍋爐參數的歷史報表和趨勢,對現場操作人員的生產監督,中央監控操作員的權限設置。上位監控子系統建立在鍋爐房控制室內,由監控軟件、通訊電纜、監控操作平臺、網絡打印機、不間斷電源等部分組成。

        單臺鍋爐實時控制子系統是整個鍋爐群控系統的控制核心,如果說上位集中監控子系統是“大腦”的話,那么單臺鍋爐實時控制子系統就是“心臟”。所有正常狀態下的鍋爐控制都是由鍋爐控制柜來實現的。為保證系統的安全性和可靠性,采用控制器和強電手動操作共同來實現具體的控制功能,采用工業上標準的以太網通訊協議實現鍋爐控制器與上位監控子系統的數據交互。實時控制子系統建立在鍋爐房控制室內,核心控制器與上位監控子系統安裝在同一平臺中,主要由一次傳感器、變送器(現場安裝)、核心控制模塊、強電手動控制、控制柜等部分組成??刂栖浖Y構如圖1所示。從橫向角度來看,群控系統的設計符合國際上流行的“控制分散、監視集中”的群控系統的標準。對于每個鍋爐系統而言,控制是相互獨立,彼此不會干擾,而監視系統又是集中的,信息是共享的,這有利于整體管理。從縱向角度看,鍋爐控制系統是安全可靠的,在正常情況下,操作員在上位監控系統就可以對所有鍋爐進行遠程監控,一旦上位系統發生故障,操作員可以通過鍋爐控制系統進行操作,即使發生極端情況,操作員也可以通過控制柜的強電手動操作對鍋爐進行簡單的操作,不會因為控制系統影響鍋爐的正常運行。

        2.4上位機系統

        上位監控系統的主要功能有兩個,一是對整個鍋爐房的監視與管理功能,包括用戶管理、工況監控、報警信息、實時與歷史曲線、數據記錄、報表打印等;二是對鍋爐房控制系統進行調度和控制,包括參數設置、優化運行策略、緊急處理等。上位監控系統被編制為三級控制權限,即操作員、鍋爐房工程師和系統工程師。操作員的權限僅限于日常瀏覽和實時監視,不具備對組態軟件的任何修改與設置權力;鍋爐房工程師的權限是在操作員的權限之上,可以對運行過程中的一些參數進行設置與修改,如控制參數、出水溫度設置、氣候補償曲線的選擇等;鍋爐房工程師和操作員都屬于組態軟件的操作前臺;系統工程師的權限是軟件組態級的,可以隨時修改組態界面和控制程序,一般是在后臺進行操作,具有最高的權限。


        3 監控系統

        3.1主要功能

        本群控系統采用Wincc V7.0作為上位集中監控平臺,上位集中監控系統的軟件功能主要包括以下幾個部分:數據采集,通過標準工業以太網接口標準工業用TCP/IP通訊協議,實現與鍋爐節能運行管理控制器的數據雙向通信;人機操作界面,通過各種形式的數據顯示方式,實現對現場重要工況數據的監控;數據的記錄、檢索與分析,通過數據報表、歷史趨勢和數據打印等形式,對鍋爐運行狀況進行統計和記錄;優化調度,在對歷史數據進行記錄的基礎上進行數據分析,建立鍋爐優化運行的調度指令和開環指導;操作管理,對當班的司爐工進行操作登記,使操作工的操作與鍋爐運行狀況一一對應,真正實現生產管理。

        3.2燃燒機自動控制功能

        燃燒器采用比例調節方式進行控制,根據出水溫度的目標值與實際出水溫度檢測值的差值,PID調節燃料閥開度,配風由機械連桿自動匹配。為使燃燒效果達到最佳狀態,控制系統引入鍋爐尾部煙氣氧含量作為鼓風量的調節參數指標,變頻調節鼓風機運行頻率來調節鍋爐進風量。

        系統設有定時自動控制功能。系統可在24小時內設置四組定時工作時段,包括各時段開機、關機時間,鍋爐出水溫度上限、下限及轉火溫度;啟動定時功能后,電腦根據當前時間使系統自動進入上班或下班不同時段,可根據用戶設置不同的溫度范圍進行自動控制。當前回水溫度t系統自動,為防止溫度太低導致管道爆裂,當t≤5℃時,啟動燃燒機一段火暖爐;當t≥16℃時,關閉燃燒機,退出防凍狀態。燃燒機操作具有操作口令、系統調試口令、用戶程序保護口令的密碼管理。燃燒機控制器集中在控制柜中,形成燃燒機BMS管理系統。該系統包含燃燒自動程序控制功能、燃燒監測功能。系統能實現先進的自動化管理,采用便于操作人員使用的系統顯示,燃燒器的控制受控于鍋爐的總控制,并與鍋爐的控制保持相對的獨立性。

        3.3實時運行畫面

        在上位監控管理計算機彩色顯示器上動態實時顯示動力站鍋爐、給水系統工藝流程、各主要工藝設備的運行狀態、運行趨勢和各鍋爐的溫度壓力流量等數據。使生產管理人員掌握當前鍋爐及動力設備的生產運行情況,能從總圖詳圖多層次監測,動態圖形的總體結構形式為分層展開式??刂栖浖\行畫面如圖3所示。

        3.4趨勢圖畫面

        控制軟件畫面包括鍋爐房系統監控總圖,鍋爐動態工藝流程圖,自控系統總圖、主要參數實時、歷史趨勢圖,各主要設備狀態和控制回路圖等等。其中趨勢圖可用棒狀圖或線狀圖顯示歷史趨勢或當前趨勢。操作人員可以很方便地調整趨勢顯示的時間坐標或輸入范圍。每個測量變量趨勢圖以時間為背景,操作人員能夠輸入開始時間和結束時間。隨著時間跨度的變化,采樣頻率也相應變化。為加快數據檢索時間,趨勢曲線所用的數據存放在數據庫中一個特定的緩沖區內。

        3.5故障報警畫面

        計算機系統內配置了故障處理專家系統軟件,通過預裝的專家系統得到故障原因的詳細資料及排除故障的對策。在任何時間和在任何能顯示的工作站都能在畫面頂部或底部顯示出的報警信息,操作人員點擊該報警信息可以快速地調出與本報警有關的畫面,該畫面可以顯示出故障原因的詳細資料及排除故障的對策。所有的報警信號都以時間先后排隊,該隊列可以在畫面上顯示并存貯在內存內。在任何時間,該隊列在畫面上保留最新的128個報警點。這個歷史報警隊列在畫面上采用顏色的閃爍和顏色的變化來表示一個報警信號是否被確認和是否被已恢復到正常的工況。在產生任何一個報警信號時,工作站便產生一個報警聲音以提醒操作人員,報警內容登記在數據庫事件登錄清單內,如果需要可以按要求調用并按命令分別打印。


        4 小結

        燃氣鍋爐與傳統的燃煤鍋爐相比,運行安全性更為重要,特別是燃氣泄漏和燃爆問題必須有自動檢測和自動解列功能。本項目在設計和實施中增加了控制過程的實時性顯示,實現了各系統的連鎖控制,實現了系統自動報警與自動解列功能。


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