自动控制系统的在干熄焦除氧器中的应用.docx
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自动控制系统的在干熄焦除氧器中的应用
论文
题目_自动控制系统在除氧器中的应用
姓名_付阿凡_________
单位__三钢焦化厂干熄焦车间_
时间__2011.9.10_
摘要:
除氧器是干熄焦工艺中被广泛使用的设备。
该设备运行的好坏对锅炉等设备的安全运行和能源的消耗有很大的影响。
文章介绍了可编程序控制器PLC在除氧器自动控制系统中的应用,分析说明了该系统的工作原理和设计思想,该系统的成功应用解决了生产实际问题。
关键词:
干熄焦除氧器可编程序控制器PLC自动控制
1引言
干熄焦技术是利用冷的惰性循环气体,在干熄槽中与赤热红焦换热,冷却红焦。
吸收了红焦热量的高温惰性循环气体与干熄焦锅炉换热,高温惰性循环气体被冷却,由循环风机鼓入干熄炉冷却赤热红焦。
干熄焦锅炉换热后产生蒸汽用于发电或外送用户利用。
如果锅炉供水中的氧含量不符合要求,长期运行对干熄焦锅炉系统的危害性很大。
并且短期内不容易察觉,等开始出现爆管时已经为时晚了,往往造成整个锅炉系统的提前报废,带来很大的经济损失。
在锅炉水系统中,最容易发生氧腐蚀的部位为给水系统和省煤器。
此外,补给水管道、疏水贮存设备和输送管道等都会发生严重的氧腐蚀。
常用的除氧方法有热力法和化学法两种。
我们三钢的干熄焦锅炉系统主要采用大气式热力除氧方式。
因为这种方法所需要的给水加热过程,本来就是锅炉热力系统所必需的过程,同时不需要加药,也就不会带来污染水汽质量的问题。
而化学除氧用作给水热力除氧的辅助手段,用以消除经热力除氧后残留在给水中的溶解氧。
除氧器的功能主要是通过除氧给水泵把干熄焦除盐水箱的水进过热管换热器打到除氧器,然后通过加热蒸汽使除氧器压力保持在0.02MP以上,并把除盐水加热到104℃左右,从而达到除氧的效果。
系统中涉及到除氧器温度压力的调节,除氧器液位的调节等。
由于干熄焦技术自动化程度很高,涉及需要调节的阀门也很多,如果以传统的人工调节,劳动强度大,工作效率低,而且人工调节的精度达不到要求。
由此开发了以可编程序控制器PLC和除氧器液位气动调节阀、除氧器压力气动调节阀等为主要部件的自动控制系统,除氧器在无需人工调节的情况下除氧器温度能保持稳定在104℃,并能保证正常的供水。
2
除氧器相关的工艺介绍
图5—5淋水盘式除氧器
1—除气塔;2—贮水箱;3—水位表;4—压力表;5—安全水封(用以防止除气塔中压力过高或过低);6—配水盘;7、8—多孔淋水盘(孔径5~7mm);9—加热蒸汽分配器;10—排汽阀;11—排汽冷却器;12—至疏水箱;13—给水自动调节器(浮子式);14—排气至大气;15—充水口;16—溢流管;17—至给水泵;18—加热蒸汽。
如图所示。
除盐水箱出水经除氧给水泵加压,经外部热力管廊送往热管换热器冷水进口。
在供出的除氧给水母管上设有除氧水位调节阀,根据除氧器水箱液位,自动调节进入热管换热器的除氧给水量从而达到调节液位的目的。
除氧给水在热管换热器内换热,温度升至约64℃后,经外部热力管廊的除氧器压力调节阀供给除氧器,进行除氧处理后作为锅炉给水。
2.1除氧器水位调节系统:
除氧器水位调节系统也是利用PLC软件提供的PID功能块通过对除氧器液位调节阀进行自动调节,根据采集的除氧器实际液位信号和工艺设定值进行比较,并由这个差值信号控制除氧器液位调节阀的开、关,增加或减少除氧器液位调节阀门的开度来控制除氧器液位。
除氧器排水管设有自动调节阀,当除氧器水箱液位高出极高液位时,自动开启放水阀,将除氧器水箱多余水排至除盐水箱,当除氧器水箱液位恢复正常时,自动关闭调节阀,保证除氧器水箱液位值在正常范围内波动。
2.2除氧器外来蒸汽压力调节系统
接自外部热力管廊的压力为0.4~0.7MPa的加热蒸汽,送入除氧给水泵站内的热力喷雾式除氧器,加热进入热力喷雾式除氧器的除氧给水。
在加热蒸汽管道上设有调节阀,根据除氧器工作压力,自动调节进入除氧器的加热蒸汽量,利用PLC软件提供的PID功能块进行自动调节,根据采集的除氧器实际压力信号和工艺设定值进行比较,并由这个差值信号控制调节阀的开、关,增加或减少外供加热蒸汽阀门的开度,使除氧器的工作压力保持在0.02MPa。
3系统的控制原理
3.1系统的主要组成部件
本系统由除氧器、传感器、变送器、微机、手/自动切换操作器、执行机构及阀、滑差电机等部分组成,传感器﹑变送器将除氧器的温度、压力等热工参数转换成电压、电流或电阻值输入PLC。
手/自动切换操作部分:
手动时由操作人员手动控制,用操作器控制滑差电机及阀等,自动时由PLC发出控制信号经执行部分进行自动操作。
PLC对整个除氧器的运行进行监测、报警、控制,以保证除氧器正常可靠地运行。
除此以外,为保证除氧器能正常向锅炉供水,在进行PLC系统设计时,对除氧器水位、压力等重要参数应设置常规仪表及常规报警装置,以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置,这是必不可少的,以免发生重大事故。
干熄焦除氧器控制系统选用西门子S7400PLC系统,控制软件安装在操作员工作站上,用于对干熄焦系统的工艺进行操作、控制、数据处理和记录。
干熄焦控制系统设计包括PLC设备控制器和通讯网络两部分。
为确保干熄焦控制系统的可靠性,PLC控制器采用冗余CPU控制器和冗余通讯网络设计。
系统分为CPU控制器主站和远程I/O从站,主站下设10个分站。
整个系统的通讯网络采用工业以太网和现场总线ControlNet网络通讯结构。
控制软件采用模块化程序结构,整个程序主要分为5个部分(见图3)
1)初始化模块:
主要完成A/D,D/A模块,各数据区的初始化工作。
2)数据采集模块:
主要包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、热电阻输入模块、热电偶输入模块、接口模块、应用程序模块、电源模块、智能控制模块、LCD显示模块等,完成模拟量采集、滤波及累积计算。
3)故障诊断模块:
主要完成除氧器系统及变送器、执行器的故障诊断功能。
4)动态寻优模块:
主要完成故障诊断结果的动态寻优及存储数据的积累。
5)控制算法模块:
主要完成水位控制、压力控制,能根据系统诊断结果及寻优状态进行不同控制方式的切换。
3.2系统的功能
(1)除氧器水位控制,高低水位报警,极限低水位、高水位报警。
(2)除氧器水位自动调节。
(3)蒸汽外来蒸汽压力自动调节,超气压报警,
(4)手动、自动无扰切换。
(5)除氧器高水位自动打开除氧器放水阀放水。
(6)CRT画面显示。
a.流程图 显示实时显示开关量,模拟量,报警器状态,根据状态改变颜色及动态显示;
b.参数图 按报表方式在CRT上显示设定值,过程值,累计值等技术参数;
c.棒状图 根据过程参量在CRT上显示,同时显示过程量值;
d.设定图 按回路的棒状图在CRT上显示回路设定值、过程值、输出值。
在此状态下可对回路参数进行设定;
e.定时或随机打印报表;
f.完善的系统自诊断功能,可诊断浮球水位计、水位变送器、温度变送器、压力变送器的错误,并根据结果改变控制方式及报警。
3.3系统的监测软件
图4 程序结构框图
三钢干熄焦自投产以来,一直使用PLC自动控制系统,控制方式上均采用PID控制。
二套互为备用故障自投的除氧水泵和给水调节阀配合液位检测装置,除氧器压力调节阀配合压力检测装置,通过计算机的PID数学模型运算严格控制除氧水箱的水位、温度和压力。
本系统主要包括各种画面的显示、报表的打印、参数的设定等。
程序结构如图4所示。
软件系统分为主程序和中断服务程序,主程序完成系统的初始化和人机界面的管理。
包括显示器管理,键盘管理,命令处理模块,时钟管理,改字处理模块等。
中断服务程序完成与下位机的通信,工程量变换,自动报警处理,历史数据存储。
4系统的PID调试和可能发生的故障及其解决办法
4.1系统的PID调试
当操作员单击调节阀时将弹出PID调节操作框。
调节框上方是相应调节阀中文说明:
SP:
设定值。
数值框操作员可以输入数值,输入数值后按回车键确认。
PV:
实际反馈值。
CV:
输出值。
下面简单介绍一下调试除氧器自动控制系统PID参数的一般步骤:
1)负反馈
首先检查系统接线,确定系统的反馈为负反馈。
例如除氧器水位系统,输入信号为正,要求除氧器水位调节阀开大时,反馈信号也为正(PID算法时,误差=输入-反馈),同时除氧器水位调节阀开度越大,反馈信号越大。
除氧器压力调节系统也参照同此方法。
2)系统PID调试一般原则
a.在输出不振荡时,增大比例增益P。
b.在输出不振荡时,减小积分时间常数Ti。
c.在输出不振荡时,增大微分时间常数Td。
3)一般步骤
a.确定比例增益P
确定比例增益P时,首先去掉PID的积分项和微分项,一般是令Ti=0、Td=0,使PID为纯比例调节。
输入设定为系统允许的最大值的60%~70%,由0逐渐加大比例增益P,直至系统出现振荡;再反过来,从此时的比例增益P逐渐减小,直至系统振荡消失,记录此时的比例增益P,设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。
比例增益P调试完成。
b.确定积分时间常数Ti
比例增益P确定后,设定一个较大的积分时间常数Ti的初值,然后逐渐减小Ti,直至系统出现振荡,之后在反过来,逐渐加大Ti,直至系统振荡消失。
记录此时的Ti,设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。
积分时间常数Ti调试完成。
c.确定积分时间常数Td
积分时间常数Td一般不用设定,为0即可。
若要设定,与确定P和Ti的方法相同,取不振荡时的30%。
d.系统空载、带载联调,再对PID参数进行微调,直至满足要求。
4.2系统可能发生的故障及解决的方法
4.2.1除氧器压力升高、降低:
是指除氧器运行压力高出除氧器正常压力上限或低于除氧器正常压力下限。
一般采取的处理措施为:
(1)若除氧器蒸汽压力一直低于除氧器正常压力下限,检查外来蒸汽总压力是否太低,如太低则通知调度与动能协调外来蒸汽压力或适当开大外来蒸汽压力气动阀前的手动阀,此外还可通过增加干熄焦锅炉连排的流量使锅炉连排的部分热量带到除氧器中;检查除氧器外来蒸汽压力调节阀是否失灵,如失灵改为手动调节,或改用旁路蒸汽压力手动阀门来调节外来蒸汽压力流量。
(2)若除氧器蒸汽压力一直高于除氧器正常压力上限,检查外来蒸汽总压力是否太高,如太高则通知调度与动能协调外来蒸汽压力或适当关小外来蒸汽压力气动阀前的手动阀;检查除氧器外来蒸汽压力调节阀是否失灵,如失灵改为手动调节,或改用旁路蒸汽压力手动阀门来调节外来蒸汽压力流量。
4.2.2除氧器水位升高、降低:
是指除氧器水位高出除氧器正常液位上限或低于除氧器正常液位下限。
采取的处理措施为:
(1)核查除氧器水位计指示是否正确。
(2)若因补水量过大或补水量小造成水位升高或水位降低,则检查除氧器水位调节阀是否失灵,若是改用手动控制除氧器水位调节阀或改用旁路除氧器水位调节阀的手动阀。
(3)必要时手动开启放水阀门(水位升高),或检查放水阀门是否误开(水位降低)。
(4)检查给水系统是否有泄漏、或有关阀门误开、或除氧器进水喷嘴是否堵塞、或锅炉系统是否用水量过大导致除氧器水位突然下降。
5结束语
自动控制系统在除氧器中得到了应用,实现了除氧器温度、压力和液位的全自动无人控制,与手动控制相比,自动控制具有规范、客观、快捷、可靠、安全等特点,大大减轻了劳动强度,使操作人员有更多的时间和精力去控制干熄焦其他重要的参数,提高了工作效率。
作者:
付阿凡
单位:
焦化厂干熄焦车间
时间:
2011.9.10
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- 关 键 词:
- 自动控制系统 干熄焦 中的 应用