蒸汽锅炉控制系统技术方案

DL-1000燃煤蒸汽锅炉控制系统技术方案

设计依据和原则

1．依据客户北京昌科供暖中心有关45t/h、35t/h、20t/h燃煤蒸汽锅炉控制系统的要求，并按照自控装置系统必须科学、合理、成熟、安全可靠、稳定、可扩展以及性价比高的原则进行设计。

2．符合以下规范与标准：

《蒸汽锅炉安全技术监察规程》1996；

《锅炉房设计规范》GB50041-92；

《工业锅炉监测与控制装置的配置标准》DB31/T72-1999；

《工业锅炉热工试验规范》GB10180-88；

《电气装置安装工程施工及验收规范》GB50303-2002；

《低压电器基本标准》GB1497-93；

《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GBJ50093-2003。

1.0系统概述

本系统为DL-1000分散型集中控制系统，是集控制技术，通讯技术于一体，是当今控制系统的主流机型。可完成调节控制，联锁保护，顺序控制，数据采集等任务。人机接口采用触摸屏及上位机进行实时监控。运用多媒体技术，具有3D动画、全中文显示、声光提示等丰富多彩的人机互动界面，能直观地显示锅炉和燃烧的实际情况及燃烧负荷状态，各运行数据实时动感地显示在彩色触摸屏上，使锅炉的运行状态一目了然，操作更直观、更简便。该系统具有良好的互联性和开放性，留有充分的升级和后备功能，满足IEC61158和EN50170标准的要求。并且具有在恶劣工作环境下安全可靠运行和全视角直观显示锅炉系统工作状态的优点。

1.1 硬件

1.1.1 概述

本方案所配置的系统硬件均是有现场运行实绩的，先进可靠的和使用以微处理器为基础的分散型硬件。

1.1.2 处理器模件（PLC CPU226）

PLC为可编程逻辑控制器，是一种以微处理器为基础，综合了现代计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，由于它拥有体积小、功能

强、程序设计简单、维护方便等众多优点，特别是它适应恶劣工业环境的能力和它的高可靠性，使它的应用越来越广泛。

其主要负责数字量的数据处理和运行（控制），数据高速公路通讯管理和过程输入/输出扫描。具有很高的总体工作效率和可靠性。PLC使用I/O处理系统采集的过程信息来完成模拟控制和数字控制。

CPU226的主要特性如下：

?指令运算和数据采集周期均为0.37μs；

?可连接7个扩展模块；

?24路输入/16路输出，可扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点；

?6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器；

?2个RS-485通讯口，具有PPI和MPI通讯协议可支持远程数据传输；

?非挥发性程序存储空间4096 byte，断电数据保存时间可长达190小时。

1.1.3 模拟量模件（EM23X）

EM23X模件为模拟量输入/输出模块，可适用于复杂的控制场合，可直接与传感器和执行器相连，并且具有极高的灵活性，当实际应用发生变化时，PLC可以相应地进行扩展，并可非常容易的调整程序。

其主要特性如下：

?可连接多种传感器，如：热电阻、热电偶等；

?有多种的信号输入，如：0~10V、0~5V、0~20mA等，共模抑制为40dB；

?A/D转换为12位的分辨率，模数转换时间<250μs；

?模拟量输入分辨率为5μs，响应为1.5ms~95%；

?输出信号为±10V、0~20mA，最大精度为±0.5%。

1.1.4 人机接口模件

人机界面（触摸屏）是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁，它能够明确的指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也能很轻松的操作整个机器设备。它还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本。同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。

其主要完成面向过程的全部监视、控制和记录功能。包括锅炉、水泵、一次仪表等运行参数及运行状态的监控及联锁保护等功能。

其主要特性如下：

?32位RISC处理器；

?256色全中文的显示方式使其表达更加丰富多彩，效果胜人一筹；

?多种通讯接口，如：RS-485、RS-232；

?电源接入为DC24V。

1.1.5 其他模件

系统内的其他模件均采用独立或导轨安装方式。

A）机柜采用前后开门、顶部密封、底部走线、自然通风的结构。

B）箱内其他器件均为工业级器件，其性能均能在锅炉现场的温度及湿度条件下正常运行。C）系统对输入、输出信号的屏蔽无特殊要求、建议对模拟量小信号采用屏蔽电缆。对高电平模拟量信号和开关信号，系统不以屏蔽电缆接入作为强求条件。

D）系统能在电子噪音、射频干扰及振动很大的现场环境中连续运行，且不降低系统的性能。

E）系统采用各种抗噪音技术、包括光电隔离、高共模抑制比、合理的接地和屏蔽。

F）系统能在环境温度-5~35℃，相对湿度5~85%（不结露）的环境中连续运行。

1.2软件

1.2.1 概述

本系统的软件为EasyBuilder500全中文组态软件。支持PLC和触摸屏之间的数据采集及处理。

1.2.2所有的算法和系统整定参数都储存在各处理器模块的非易性存储器内，执行时不需重新装载。

1.2.3模拟量控制的执行周期<250ms，处理器将在指定的250ms周期内完成所有与模拟量控制有关的运算，开关量控制的执行周期<100ms。对需要快速处理的逻辑回路或顺序控制回路，处理器将在50ms周期内完成相应的任务。

1.2.4顺序控制的所有控制、监视、报警和故障判断等功能均由处理器单元（PLC）提供。

1.2.5所有顺序控制逻辑的组态都是在系统内完成，而不需采用外部硬接线、专用开关或其他替代物作为组态逻辑的输入。

1.2.6查找故障的系统自诊断功能能诊断至模件的通道级故障。报警功能使运行人员方便地辨别和解决各种问题。系统自诊断结果均有明确定义。

1.3人机界面（触摸屏）

1.3.1 概述

人机界面按一台锅炉一套控制台设计。它的任务是在标准画面和用户组态画面上，汇集和显示有关的运行信息，供运行人员据此对锅炉的运行工况进行监视和控制。所有操作员站组态完全相同，虽然操作员站的使用各有分工，但任何显示和控制功能均能在人机界面上完成。任何画面均能在不大于1秒的时间内完全显示出来，所有显示数据在1秒钟内更新一次。

1.3.2 其基本功能如下：

?监视系统内每一个模拟量和数字量；

?显示并确认报警，方式采用声光报警，使操作员可以及时判断故障类型；

?建立趋势画面和获得趋势信息；

?自动和手动控制方式选择；

?调整过程设定值和偏置；

?数据存储及事故追忆；

1.4 数据通讯

1.4.1 数据通讯系统使用的用户数据协议。

1.4.2 系统某一输入变化到显示该输入变化的平均响应时间不超过1秒，以及从操作键入到相应输出变化的平均响应时间不超过1秒。

1.4.3 系统采用标准RS-485通讯接口、PPI总线通过通讯模块与现场各操作站连接进行实时数据交换。

1.4.4 系统提供PROFIBUS总线链路的高速数据通路，通讯速度可达12Mbps。系统可以与上位机连接实现远程监控，从而让锅炉控制技术真正实现网络化。

1.5 主要技术指标汇总

1.5.1 工作环境指标

电源电压：220VAC，允许范围：210~232VAC

电源频率：50Hz，允许范围：47~53 Hz

温度：5～35℃

湿度：5%～85% 无冷凝水

1.5.2 系统性能指标

1.5.

2.1 系统精度

模拟量输入信号：±0.1%

模拟量输出信号：±0.2%

1.5.

2.2 实时性

数据采集

模拟量输入采集周期：0.1s～0.5s

普通开关量采集周期：0.1s

控制和系统保护

模拟量输入：10次/s

普通开关量：1000次/s

模拟控制回路执行周期：40μs

开关量控制回路执行周期：≯100ms

人机接口响应时间

触摸屏响应时间：≤1s

触摸屏数据刷新时间：250ms

系统抗干扰性

隔离电压：1000VAC（峰峰值）

I/O通道共模电压：1000VAC

共模抑制比：≥120dB

差模电压：≥60V

差模抑制比：≥60dB

可靠性指标

系统可利用率≥99.9%

系统平均无故障时间间隔（MTBF）≥15000小时

锅炉运行画面

2.0 数据采集系统（DAS）功能说明

数据采集系统（DAS）主要负责采集和处理有关的测量信号及状态信号，同时以多种形式提供给操作和管理人员，以便操作人员及时了解有关的运行信息，实现安全经济运行。一旦发生任何异常情况，及时报警并提供有关分析数据。

由于系统采用的组态软件均为中文，支持汉字显示、汉字数据库，所以具有强大的图形功能和广泛的开放性，同时易于掌握。

2.1 DAS包括下列功能：

?显示操作：包括流程图显示、操作显示、曲线显示、报警显示、实时数据显示等。

?报表记录：包括报警故障记录、操作事件记录等。

2.2 显示和操作

2.2.1 每个人机界面均能显示数字、汉字和图象信息，操作人员可通过触摸方式（触摸屏）

对锅炉运行全过程的操作和监视。

2.2.2 每幅画面都能以文字或图形的形式显示过程变量的实时数据和运行设备的状态，数

据刷新速度为每秒更新一次。文字、图形、颜色可随过程状态的变化而变化。

2.2.3 系统内的所有过程点均可显示，包括模拟量输入和输出、数字量输入和输出、中间

变量、计算值等均由其他系统通过数据通讯传来的各类信号。

对显示的每一个过程点，可显示其数值、工程单位、高低限值、故障报警等内容。

每个数据点可有下列报警功能：

1．对于模拟量：

?上上限报警

?上限报警

?下限报警

?下下限报警

2．对于开关量：

?开关量正跳变报警

?开关量负跳变报警

以上的报警功能均在组态是予以选择。

2.2.4 对运行工况的画面可选择弹出画面、滚动画面等多种显示方式，以便操作人员能全

面监视，快速识别和正确进行操作。

2.2.5 根据用户提供的运行工况要求，提供用户画面。画面的数量最多可达255幅。运行

人员可通过触摸（操作员站）对画面中的任何被控装置进行手动控制。

2.2.6 在画面组织结构上采用多层次结构，显示的层次数根据工艺过程和运行要求来确

定，运行人员可以采用翻页或关联的方法，切换到其他画面，以获得操作所必需的细节和对特定的工况进行分析。多层次显示包括概貌显示、功能显示和细节显示。

2.3 标准画面显示

标准画面包括报警显示、报警参数设定画面显示、报警记录显示等。

2.3.1 报警显示

系统能通过接点状态的变化，或者参照预先存储的参考值，对模拟量输入、计算点、变化速率、其他变换值进行比较，分辨出状态的异常、正常或状态的变化。若确认某一点越过预先设置的限值，人机界面应显示报警画面，并发出声光信号（外接蜂鸣器及闪光报警器）

2.3.2 在设备停运及检修时，设有模拟量和数字量信号的“报警闭锁”功能，以减少不必要的报警。操作人员可启动或解除这项功能。“报警闭锁”功能不影响对该变量的扫描采集。

2.3.3 报警参数设定

在人机界面（触摸屏）上，通过击键可对锅炉的一些参数设定值，如蒸汽压力上限值、排烟温度上限值等。操作人员可采用触摸方式或用键盘输入各个数值。

2.3.4 报警及报警、事件记录显示

在人机界面（触摸屏）上，通过击键即能调用报警记录，显示包括：报警状态、报警发生、确认、离开的时间等描述报警的内容。事件记录是记录操作人员在系统中进行的所有操作项目及每次操作的精确时间。通过对操作人员行为的准确记录，可便于分析运行人员的操作意图，分析事故的原因。记录以表格的形式显示，包括：事件发生的日期、时间、内容等信息。记录最多可保存1000条报警，并可通过滚动条进行前后的翻阅。

参数设置画面

3.0 锅炉燃烧控制系统

3.1 燃烧控制

为了提高锅炉的运行效率，在控制系统设计上就必须同时考虑保证连续运行和提高锅