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毕设论文凝结水精处理
毕业设计说明书(论文)
作者:
吴迪学号:
0907240538
学院:
自动化工程学院班级:
自动095
专业:
自动化□测控技术与仪器
所在系:
控制科学与工程□仪器科学与技术
题目:
基于wincc的凝结水精处理控制系统设计
指导者:
田海军高级实验师签字:
评阅者:
2013年6月吉林
摘要
随着电子技术和计算机技术的飞速发展,我国电力工业的技术水平不断提高,以计算机为核心的火力发电厂生产自动控制在实际应用中受到了广泛的重视,发挥着越来越重要的作用。
火力发电厂辅机系统,如除灰系统、补给水处理系统、凝结水精处理系统、废水处理系统、输煤系统等也应用了自动化程序控制技术。
随着机组容量的不断提高,火力发电厂对锅炉给水的要求也越来越严格,因此凝结水精处理的重要性也被越来越多的人所认识和重视。
本文针对华能大坝发电有限责任公司凝结水精处理控制回路出现的问题,比较了传统继电器控制、以PLC为核心的集中控制方案以及分散控制系统DCS(DistributedControlSysterm)方案的优缺点,提出了采用第三代Des产品PCS7系统对其控制回路进行改造,实现了基于DCS平台的火电厂凝结水精处理自动化控制,论文主要完成了以下工作:
①全面介绍了凝结水精处理系统在火电厂的作用,详细阐述了凝结水精处理系统的工艺流程,重点分析了凝结水精处理控制系统的工作原理以及凝结水精处理系统的Pm控制方式。
②比较分析了火电厂中凝结水精处理控制系统的应用现状及其发展趋势,并根据凝结水精处理控制系统的改造要求,结合现场设备的情况,从经济性、安全可靠、实用性等方面,确定了宁夏华能大坝发电有限责任公司凝结水精处理控制系统总体方案。
③参与完成了凝结水精处理控制系统的硬件设计。
主要包括PCS7控制系统的网络结构、PCS7控制系统的硬件结构的设计以及PCS7控制系统其它硬件设备的选型。
④参与完成了PCS7控制系统组态软件、操作员站软件、服务器软件和控制站软件的设计。
⑤基于控制方案的选择、硬件选型和软件程序实现,本文所改造和设计的凝结水处理PCS7控制系统,经现场运行调试结果可以来看,改造后系统不但提高了锅炉给水的质量,而且维护方便,达到了的各项性能指标,从而验证了所设计方案的正确性。
最后对全文进行了总结,并对凝结水精处理控制系统的发展进行了展望,指出凝结水精处理控制系统还需经过更长时间的检验,而且在抗干扰技术方面还需进一步实现。
关键词:
火电厂,DCS,凝结水精处理,自动控制,PCS7
ABSTRACT
Astherapiddevelopmentofelectronictechnologyandcomputertechnology,thetechnologicallevelofChina'spowerindustrycontinuestoimprove,asthecoreofthecomputerautomaticcontrolofpowerplantproductioninthepracticalapplicationreceivedwidespreadattention,isplayinganincreasinglyimportantrole.Powerplantauxiliarysystems,suchasashhandlingsystems,watertreatmentsystems,condensatepolishingsystems,wastewatertreatmentsystems,coalhandlingsystem,alsoappliedtheautomatedprocesscontroltechnology.Astheincreasingcapacityoftheunits,electricpowerplantsforboilerfeedwaterrequirementsaremorestringent,sotheimportanceofcondensatepolishingarealsomoreandmoreunderstandedandpaidmoreattention.InthispapersaysHuanengPowerGenerationLimitedLiabilityCompanyDamcondensatepolishingcontrolloopproblems,andcomparingthetraditionalrelaycontrol,PLCasthecoreofthecentralizedcontrolschemeandadistributedcontrolsystemDCS(DistributedControlSystem)advantagesanddisadvantages,thenproposesDcsusingthird-generationproductsMaes(Meet–all-eustomers,system)systemtotransformitscontrolloop,basedontherealizationofthethermalpowerplantDCSplatformcondensatepolishingautomationcontrol,thepapercompletedthefollowingtasks:
①Comprehensiveintroductiontothecondensatepolishingsystemintheroleofthermalpowerplants,elaboratedcondensatepolishingsystemprocess,focusingonanalysisofthecondensatepolishingprocesscontrolsystemworksandcondensatepolishingsystemPmcontrol.
②Comparativeanalysisofthethermalpowerplantscondensatepolishingcontrolsystemstatusandtrendsof,andinaccordancecondensatepolishingprocesscontrolsystemtransformationrequirements,combinedwiththesceneofthedevice,fromtheeconomy,safetyandreliability,usability,etc,andlastdeterminetheHuanengPowerGenerationCompanycondensatepolishingprocesscontrolsystemsoverallprogram.
③Participateinthecompletionofthecondensatepolishingprocesscontrolsystemhardwaredesign,includingPCS7controlsystemnetworkstructure,PCS7controlsystemhardwarestructuredesignandotherPCS7controlsystemhardwareequipmentselection.④ParticipateinthecompletionofthePCS7controlsystemconfigurationsoftware,theoperatorstationsoftware,serversoftwareandcontrollersoftwaredesign.
⑤Basedontheselectionofcontrolscheme,hardwareandsoftwareprogram,designedhereintransformationandcondensatetreatmentPCS7controlsystem,bytheon-sitecommissioningresultscanberun,afterthetransformationsystemnotonlyimprovesthequalityofboilerfeedwater,andmaintenanceeasyreachoftheperformanceindicatorsinordertoverifythecorrectnessofthedesignedsolution.Finally,asummaryofthefulltext,andcondensatepolishingprocesscontrolsystemdevelopmentinthefuture,thatthecondensatepolishingprocesscontrolsystemsneedtogothroughalongertest,butalsoinanti-jammingtechnologyneedstobefurtherimplemented.
Keywords:
Thermalpowerplant,DCS,Condensatepolishing,Automaticcontrol,PCS7
目录
摘要II
ABSTRACTIII
目录V
第1章绪论7
1.2凝结水精处理自动控制系统国内外研究现状及发展趋势7
1.3凝结水精处理控制系统的难点10
1.4本文的研究目的和研究内容10
第2章火电厂凝结水精处理控制系统12
2.1凝结水精处理系统的工艺流程12
2.2凝结水精处理控制系统控制原理13
2.3凝结水精处理控制系统控制方式14
2.3.1PID控制原理14
2.3.2数字PID控制15
2.3.3凝结水精处理系统的PID控制原理16
2.4本章小结18
第3章电厂凝结水精处理控制系统总体方案19
3.1凝结水精处理控制系统的设计背景19
3.2凝结水精处理控制系统构成19
3.3控制方案的选择20
3.3.1传统的继电器控制20
3.3.2以PLC为核心的集中控制方案21
3.3.3分散控制系统(DCS)方案22
3.4总体控制系统方案的确定24
3.5本章小结28
第4章凝结水精处理控制系统总体硬件结构设计29
4.1控制系统硬件结构29
4.1.1控制系统的硬件结构组成29
4.1.2控制系统硬件结构功能30
4.2控制系统的通信网络体系结构30
4.3控制系统现场控制站硬件设备的选型33
4.3.1主控单元的选型34
4.3.2电源模块的选型36
4.3.3机笼单元的选型37
4.4本章小结38
第5章凝结水精处理控制系统软件结构设计39
5.1控制系统的软件结构39
5.2控制系统的工程组态软件39
5.2.1组态软件的设计39
5.3控制系统的操作员站与生产监控软件设计42
5.4控制系统的服务器软件设计43
5.5本章小结43
第6章运行调试及结果分析44
6.1运行调试44
6.2安装调试要求及现场运行经验45
6.3运行结果46
6.4本章小结47
结论48
附录49
参考文献56
致谢58
第1章绪论
1.1引言
随着电厂机组容量和参数的不断提高,对锅炉给水的要求也越来越严格,凝结水精处理的重要性也被越来越多的人所认识和重视。
凝结水精处理是大容量、高参数发电机组中一种特有的水处理方式,其目的主要是去除凝结水中金属腐蚀产物及微量的溶解性盐。
凝结水精处理系统的正常运行,对保证机组水汽品质,提高机组热效率,缩短新机组的启动时间,节约启机费用,提高机组凝汽器泄漏的保护能力,延长机组酸洗周期都具有重要的现实意义。
例如元宝山电厂1号机组凝结水系统正常投入运行,10年后割管检查含垢量不到100岁mZ,可以不清洗。
而另一个电厂也是引进机组,运行不到半年,锅炉大量爆管,凝结水处理没有正常投入运行是主要原因之一。
为了机组的安全和经济运行,对凝结水提出了更高的水质要求。
因此,凝结水需要经过处理,否则难以达到水质标准。
随补给水带入系统的杂质一般量很少,主要是凝汽器的泄露,尤其在用海水或高含盐量水作冷却水时对凝结水影响较大。
此外当机组启停时,系统中的腐蚀产物也会使凝结水中的铁铜含量大大增加。
凝结水精处理的目的就是去除这些带入的杂质厂1川。
水质的好坏直接影响到电厂锅炉、汽轮机安全运行问题,随着大容量、高参数机组的自动化水平的提高,电厂要求水处理的自动化程度也越高,相应的要求辅机系统的可控制性和自动化水平要有相应的提高。
1.2凝结水精处理自动控制系统国内外研究现状及发展趋势
传统的凝结水精处理控制系统由继电器和按钮组成。
这种控制方式存在的主要不足是:
功能差,自动化程度低,运行操作人员劳动强度大;控制设备器件多,接点多,接线复杂,任何一个故障点都会影响整个系统的正常运行,会造成可靠性下降,维护、维修难度大;在施工和运行期间,由于工艺要求和设备的变化,控制逻辑经常要进行修改,继电器逻辑电路也要进行修改,周期长,修改难度大。
由于继电器逻辑电路存在众多缺点,所以大多数采用继电器逻辑控制的火电厂辅机系统,尤其是较为重要的控制系统,往往不能正常运行,或者运行一段时间以后不得不改为就地操作,给生产和运行带来困难。
上世纪90年代,火力发电厂的凝结水精处理控制系统开始采用以PLC为核心,多数用双操作员站配合PLC实现程序控制,在操作员站上可以用键盘和鼠标进行各种操作,在操作员站的屏幕上可以显示阀门的开关、泵和风机的启停等开关量信号,另外,操作员站还可显示模拟量的数值及曲线,对于料位等信号还可以用填充法显示。
重要的参数可以由操作员站配置的打印机进行打印,可进行历史数据的查询工作。
少数控制系统以单台操作员站和模拟控制盘台共同监控,模拟控制台上设置有控制开关,马赛克模拟盘上有显示系统状态的模拟灯,信号直接与PLC输入/输出模板相连接。
通过PLC程序控制、监控系统运行。
用操作员站来取代过去的模拟屏、仪表盘、操作台可以说是程控产品发展史上的一次飞跃。
我国的大型电厂己初步形成以PLC为主导的较为先进的控制系统框架,但在技术及管理上暴露出一些问题,如:
较为分散的控制室不宜管理,值班人员工作量少、总体人员偏多;各控制系统采用不同的硬件和软件,给备品备件管理,人员培训及维护等造成了一定难度;将辅助系统的运行信息连接到MIS存在一定的难度,对于这些技术问题的解决。
以下为几种发展起来的控制系统降:
①单机控制:
单机控制是把所有的控制回路集中在一起,数据的显示和线路的操作集中控制。
其致命弱点是危险集中,一旦计算机发生故障,整个系统将陷于瘫痪。
②分散集中型控制:
分散集中型控制是一个以多个微处理机为基础的控制系统,它以分散控制装置适应分散过程对象,以集中监视操作管理达到掌握全局的目的。
这种分散系统结构,可以实现控制系统地域负载、功能和危险分散。
③集散控制系统:
集散控制系统是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作管理和分散控制的一种新型控制技术。
是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的DCS既不同于分散的仪表控制,又不同于集中式计算机控制系统,而是克服了二者的缺而集中了二者的优势。
DCS的结构是一个分布式、分支树状结构。
按系统结构进行垂直分解,它分为过程控制级和控制管理级,各级既相互独立又相互联系,每一级又可水平分解成若干子集。
从功能分散看,纵向分散意味着不同级的不同功能,如实时控制、实时生产过程管理等,横向分则意味着同级设备具有类似功能。
国外曾用类似DCS的解决方案,有的将凝结水精处理系统接入电厂主控室的DCS,有的采用相对集中的方案,有的采用高度集中后,再与主控室的DCS和MIS连接在一起。
随着网络、工业计算机、PLC和大屏幕显示等技术的日益成熟,作为在大型电站上采用辅助DCS的硬件技术条件己经具备,作为组成系统的软件,无论是上位机软件和下位机软件,目前世界上己有非常丰富的成熟产品,况且国内编程专业人员经过大量的工程实践,积累了丰富、成熟的经验,其技术水平完全可以与国外同类产品媲美。
目前,管理人员担心的是一次元件的质量,实际上对于该问题各制造厂及用户都给予了极大的重视,凡国内质量不过关的元件大多改用进口。
因此,在一些大电厂、大机组和管理要求较高的火电厂中推广采用辅助DCS,不仅能减员增效,还对电厂的经济运行和推进技术进步起到重要作用。
DCS已经历了三代。
1975年Honewell公司推出的TDC2000集散控制系统是一个具有许多微处理器的分级控制系统,以分散的控制设备来适应分散的过程对象,并将它们通过数据高速公路与基于CRT的操作站相连接,互相协调,一起实施实时工业过程的控制和监测,实现了控制系统的功能分散,负荷分散从而危险性也分散。
在此期间世界各国相继推出了自己的第一代DCS。
第二代产品在原来产品的基础上,进一步提高了可靠性,新开发的多功能过程控制站、增强型操作站、光纤通信等更完善了DCS。
其特点是采用模块化、标准化设计,数据通信向标准化迁移,板级模块化,单元结构化,使之具有更强适应性和可扩充性。
控制功能更加完善,它能实现过程控制、数据采集、顺序控制和批量控制功能。
第三代产品开发了高一层次的信息管理系统。
其共同特点是:
实现了开放式的系统通信,向上能与MAp和Ethemct接口,或者通过网间连接器与其它网络联系,构成复合管理系统;向下支持现场总线,它使得过程控制或车间的智能变送器、执行器和本地控制器之间实现可靠的实时数据通信。
过程控制组态采用CAD方法,使其更直观方便,实现自整定功能。
当今DCS向综合化、开放化发展。
开放性的结构将方便地与指挥生成管理的上位计算机进行数据交换,实现计算机集成生产系统。
同时在大型DCS进一步完善和提高的同时,发展小型集散控制系统。
随着电子技术的发展,结合现代控制理论,应用人工智能技术,以微处理器为基础的智能设备相继出现,如智能变送器、可编程调节器、智能PD自整定控制、智能人机接口,以至于智能DCS。
总的发展趋势可体现在如下几个方面:
各制造厂商都在“开放性”上下功夫,力求使自己的DCS与其他厂商的产品很容易地联网;大力发展和完善DCS的通信功能,并将生产过程控制系统与工厂管理系统联结在一起,形成管控一体的产品;高度重视系统的可靠性,在软件的设计中采用容错技术;在控制功能中,不断引进各种先进控制理论,以提高系统的控制性能,如自整定、自适应、最优、模糊控制等;在系统规模和结构上,形成由小到大的产品,以适应不同规模的需求。
因此,DCS系统是电厂发展的必然趋势,从市场观点分析,提高经济效益及劳动生产率不仅是企业的需要,也是当今电力系统改革的必然方向,作为企业应积极推进辅助DCS技术的应用及推广,使之在市场竟争中处于有利地位;从技术观点分析,大机组辅助系统的控制己基本成熟,加上先进的网络、计算机、通讯等技术的高速发展,为辅助DCS的推广及应用奠定了坚实的基础;从管理观点分析,新厂新办法,有较大的选择余地。
老厂在决定实施更新改造时,会在思想上产生较多的顾虑。
但是,企业改革的必要性己深入人心,在实施减员时,可采用逐步减少到位的办法,以适应员工在思想、技术上的转变:
在设计辅助DCS的运行软件时,已考虑智能化的改进,目的是在辅助系统运行中能更好地实行节能,提高系统运行的经济效益。
1.3凝结水精处理控制系统的难点
凝结水控制一直是火电机组过程控制方面的一大难题,其突出表现在凝汽器水位与除氧器水位之间相互影响较大,而且受给水量、减温水量、凝结泵出口压力、凝结水补水量等外部扰动较大,同时该系统滞后大、响应慢,在整定参数时,存在许多不确定的干扰因素,系统的对象特性不容易确定,给控制系统方案的制定及系统的投运带来较大的困难。
凝结水精处理所涉及的控制系统规模较大,系统工艺流程复杂,各工艺过程地理位置较为分散,是一个多变量、多回路、大滞后的复杂系统。
由于凝结水精处理是一个批次生产过程,给控制系统带来较大的超调量,而且控制过程比较短暂。
凝结水精处理的前后工序之间存在互锁关系,而某些检测在线参数的检测仪器存在滞后、误差等问题,从而导致控制的实时性和精度难把握。
为此需要研究凝结水控制对象的特性,选择合适的控制参数,保证其控制质量,凝结水处理厂的设备都是大功率、大能耗的设备,在实际的设计过程中应充分考虑设备的保护和合理配置使用,以及节能的问题。
在污水处理的控制系统中存在网络通信,如何实现较高的通信速率和通信质量,开放性的通信接口,建立完整、可靠的综合自动化系统,也是有待研究发展的问题。
1.4本文的研究目的和研究内容
宁夏电力正处在一个应用科学技术实现电力大发展的关键时期,在以后的发展中,大容量、高参数机组将成为宁夏电力发展的重点,提高自动化水平则是电力发展的重中之重,而我们研究的这一项目是适应了电力发展的需要,应用这一技术,可大大提高对机组凝结水全处理、自动再生等技术的自动化水平,大大提高化学监督水平提供科学技术支撑,为延长机组使用寿命提供有力保障。
论文研究的主要内容有:
①全面介绍凝结水精处理系统在火电厂的作用,详细阐述凝结水精处理系统的工艺流程,重点分析凝结水精处理控制系统的工作原理以及凝结水精处理系统的Pro控制方式。
②分析火电厂中凝结水精处理控制系统的应用现状及其发展趋势,并根据凝结水精处理控制系统的改造要求,结合现场设备的情况,从经济性、安全可靠、实用性等方面,确定宁夏华能大坝发电有限责任公司凝结水精处理控制系统总体方案。
③对凝结水晶处理控制系统的硬件部分和软件部分进行设计。
硬件部分的设计主要包括PCS7控制系统的网络结构、PCS7控制系统的硬件结构的设计以及PCS7控制系统其它硬件设备的选型。
软件部分的设计主要包括组态软件、操作员站软件、服务器软件和控制站软件的设计。
④基于控制方案的选择、硬件选型和软件程序实现,本文所改造和设计的凝结水处理PCS7控制系统,经现场运行调试结果可以来看,改造后系统不但提高了锅炉给水的质量,而且维护方便,达到了的各项性能指标,从而验证了所设计方案的正确性。
第2章火电厂凝结水精处理控制系统
2.1凝结水精处理系统的工艺流程
凝结水精处理工艺系统一般由两部分组成,一部分为凝结水精处理部分,每台机组一套;另一部分为再生系统,两套机组共用一套凝结水精处理部分:
包括高速混床精处理系统、旁路及再循环系统。
主要工艺流程如图2.1所示。
图2.1凝结水精处理流程
(l)高速混床系统
高速混床位于汽机凝结水系统
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