基于PLC的工业锅炉的DCS系统设计_图文(精)

第10卷第23期2010年8月167121815(20102325744204

科学技术与工程

Science Technol ogy and Engineering

Vol 110No 123Aug 12010

Ζ2010Sci 1Tech 1Engng 1

动力技术

基于P LC 的工业锅炉的DCS 系统设计

吴明亮魏莉莉3

余淑荣肖林海黄健康

1

(兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室和兰州理工大学有色金属合金省部共建教育部重点试验室1,兰州730050

摘要随着现代化工业的飞速发展,对能源利用率的要求越来越高,由于工业锅炉在生活中使用广泛,其控制和管理要求也越来越高。介绍了两台供暖锅炉控制系统的DCS 系统设计,控制系统运用P LC 实现整体控制,运用变频器调节鼓风、引风和炉排电动机,运用工业计算机实现上位机监控,利用P LC 的P I D 功能,对锅炉系统采用先进的控制技术,不仅能够实现安全生产的目的,还能够节煤节电并能使排放更环保,具有很好的市场发展空间和投资收益前景。关键词锅炉分散控制系统P LC W inCC 中图法分类号TK323;文献标志码

A

2010年5月11日收到

第一作者简介:吴明亮(1965—,男,硕士,副教授,研究方向:人工智能,计算机控制和复杂工艺过程控制。

3

通信作者简介:魏莉莉(1984—,女,硕士生,研究方向:人工智

能,计算机控制。

在我国,除了少数大中型锅炉采用了先进的控制技术外,绝大多数中小企业所用的锅炉,大部分还停留在选用仪表和继电器控制,甚至还是人工操作,已无法满足要求

[1]

。因此,对锅炉控制系统采

用先进的控制技术,不仅能够实现安全生产的目的,还能够节煤节电并能使排放更环保,具有很好的市场发展空间和投资收益前景。锅炉DCS (分散控制系统D istributed Contr ol Syste m 自动控制,是近年来开发的一项新技术,它是计算机软件、硬件、自动控制、通讯网络和锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。采用控制算法和DCS 进行控制,可以有效提高工业锅炉的热效率、降低耗煤量、降低耗电量,是一件具有深远意义的工作

[2]

。作为锅炉控制装

置,其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行,减轻操作人员的劳动强度。DCS 控制的锅炉控制系统中,包含两台鼓风机、两台引风机、两台炉排机共六

台电动机,采用P LC 与变频器结合实施对锅炉六台电动机的控制,具有十分周到的安全机制,

设置了多点声光报警,和自动连锁停炉。控制系统采用前馈加P I D 控制器通过变频器调速系统调节引风量来控制炉膛负压,节能和控制效果非常明显。

1工艺流程

锅炉系统主要包括:蒸汽系统、软化水处理系统、给水系统、燃烧系统、排污系统、凝结水系统、疏水系统等

[3]

。该控制系统主要是控制锅炉燃烧系

统,燃料煤由振动给料机加到煤斗中并落在炉排上,电机通过减速机、链条带动炉排转动,将燃料煤带入炉内。燃料煤一边燃烧一边向后移动,燃烧所需要的空气由鼓风机送入炉排中间的风箱后,向上通过炉排到达燃料燃烧层。风量和燃料量成比例(风煤比,以便进行充分燃烧,形成高温烟气。燃

料煤燃烧剩下的灰渣,在炉排末端通过除渣板后排入灰斗。在炉膛四周墙面上都布置着一排水管,称为水冷壁。高温烟气与水冷壁进行强烈的辐射换热和对流换热,将热量传递给管内的水流。继而烟气受引风机、烟囱的引力向炉膛上方流动。烟气经炉膛出口与省煤器内的水和空气预热器中的空气进行热交换后,较低温度的烟气经过麻石除尘器除尘,再经引风机通过烟囱排出。省煤器的作用是给水预热,空气预热器的作用是给空气预热,以降低

排烟温度,提高锅炉效率,从而节省燃料。

2DCS系统的组成与网络结构

系统是根据工艺流程要求和控制任务,本着“分散控制、集中管理”的特点,整个控制系统按3层结构和2种网络进行结构规划和系统配置,并预留与全厂生产管理层的通讯接口。三层结构即为操作管理层、过程控制层和现场检测层。

操作管理层主要由2个工程师站(ES组成。每台工程师站相对于过程控制站具有同等的监控地位,互为热备。工程师站的硬件平台为研华工控机和研华19寸液晶显示屏,软件平台为SE I M ENS 公司的W inCC610组态软件。

过程控制层主要由1个过程控制站(PS组成,完成对两台锅炉控制系统的安全联锁控制、回路调节、顺序控制、逻辑控制和综合报警。过程控制层的PS站一方面通过PorfibuS2DP现场总线网络与现场检测层的远程I/O站进行通讯,采集系统相关的现场传感器、变送器、执行机构和其他设备的实时运行数据和状态信号,控制相关设备的运行,如调节鼓风机、引风机和炉排的运行速度等。另一方面将系统的数据信息通过现场总线上传到操作管理层的工作站进行处理,同时执行工程师站发出的操作命令。PS站选用西门子S72300系列P LC作为主站分别监控两台锅炉[4]。P LC处理器均为CP U3132 C,它具多种突出特点,包括紧凑、无槽位限制的模块化结构,高扩展能力,完整的系统功能,间接的集中或分布式I/O连接,通道隔离、带诊断,并集成了Pr ofibus2DP现场总线接口,可以直接挂接于Pr ofibus2DP网络。PS站的P LC编程软件采用Step7514,通讯设置软件为SI M ATI C NET。

现场检测层由1套Si m enes公司的ET200M系列远程I/O站组成,按每台蒸汽锅炉就地配置1套远程I/O站的原则进行设计。ET200M远程I/O站作为各过程控制站的从站,具体负责与现场各开关量及传统仪表的接口,并通过Pr ofibus—DP现场总线网络与过程控制层进行数据交换,实现2台锅炉系统所有现场设备、仪表的信号数据采集和控制等功能。

ET200M远程I/O模块作为从站,通过接口模块I M153与Pr ofibus2DP现场总线相连。ET200M远程I/O站主要由通讯模块、开关量输入/输出(I/O模块及模拟量输入/输出(I/O模块等组成。组态之后,分布式I/O将如同集中式I/O一样,主要完成锅炉的热工检测与控制。整个控制系统的网络结构如图1所示