今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道1. 引言
近十年來，隨著中國電力事業(yè)的飛速發(fā)展，電力環(huán)保越來越引起人們的關(guān)注。根據(jù)規(guī)劃，到「十一五」末，中國火電裝機(jī)將達(dá)到四點(diǎn)七七三億至五點(diǎn)零三三億千瓦，需要燃燒煤炭十三點(diǎn)五億噸。耗煤量的大量增加，使嚴(yán)格控制燃煤產(chǎn)生的排放成為電力事業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要組成部分。
從排放角度看，煤燃燒產(chǎn)生二氧化硫，是形成酸雨的主要原因，使用石灰石－石膏濕法脫硫可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硫排放量的控制
2. 脫硫系統(tǒng)控制概述
在設(shè)計(jì)整體上，采用了＃1、＃2爐、公用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這樣既可以降低成本也符合自動(dòng)化公化的故障分散的原則。系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示：
圖1 石灰/石灰石濕法脫硫工藝流程圖
在系統(tǒng)的硬件和軟件配置上，采用采用目前工業(yè)控制工程上十分成熟和應(yīng)用廣泛，達(dá)到國際先進(jìn)水平的兩級(jí)微機(jī)控制系統(tǒng)方案。下位機(jī)采用FOXBORO公司生產(chǎn)的I/A Series系列DCS。下位機(jī)（DCS）將完成系統(tǒng)的PH值控制、時(shí)間控制以及PID的閉環(huán)調(diào)節(jié)，完成各種報(bào)警信號(hào)的準(zhǔn)確采集和報(bào)出。
上位機(jī)采用Sun公司的Sun Blade550工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，上位機(jī)軟件采用ICC＋FoxView人機(jī)界面系統(tǒng)，通過這種人機(jī)接口軟件實(shí)現(xiàn)3個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)模擬量的數(shù)字顯示，實(shí)時(shí)曲線描述和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào)用，并能夠作出故障診斷和預(yù)處理。可完成上位機(jī)的手、自動(dòng)操作以及各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視；可完成各個(gè)調(diào)節(jié)回路的參數(shù)設(shè)定（給定值、P、I、D參數(shù)等）；可以描述整個(gè)脫硫的生產(chǎn)的總工藝流程畫面；同時(shí)具有先進(jìn)的后臺(tái)運(yùn)行和前他出發(fā)優(yōu)先級(jí)設(shè)置、報(bào)警功能和報(bào)警記錄、打印等功能。
用上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控后，操作人員可以在上位機(jī)上觀察到各爐的運(yùn)行情況，及時(shí)的采用相應(yīng)的措施，同時(shí)上位機(jī)可以存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，管理者可以隨時(shí)查閱過去所有的運(yùn)行曲線。
1. 控制要求
⑴ 用I/A Series FBM模塊實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信號(hào)的無故障傳輸，現(xiàn)場檢測設(shè)備、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥、變頻器等不變。
⑵ 整個(gè)系統(tǒng)分為：手動(dòng)狀態(tài)、自動(dòng)狀態(tài)。保留手動(dòng)狀態(tài)是為了在系統(tǒng)出故障的情況下，可以通過手動(dòng)狀態(tài)保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
⑶ 確保重要參數(shù)準(zhǔn)確穩(wěn)定，達(dá)到工藝生產(chǎn)要求。
⑷ 確保重要的PID控制回路，達(dá)到工藝生產(chǎn)要求。
⑸ 重要控制參數(shù)采用語音報(bào)警器報(bào)警。
⑹ 上位機(jī)采用Sun Blade150工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，對(duì)整個(gè)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理，故障報(bào)警輸出，趨勢顯示，參數(shù)設(shè)定和報(bào)表打印。
1. 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
根據(jù)以上要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了脫硫監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
4.1主要硬件配置：
采用FOXBORO公司的I/A Series系列DCS，根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和信號(hào)冗余要求，DCS總體配置如下：
⑴ 中央處理模塊（CPU）：選用CP60系列控制器3組（2塊/組），實(shí)現(xiàn)冗余配置。
⑵ 數(shù)字量輸入模塊（DI）：選用FBM 207（DI16×DC24V），共88塊（16點(diǎn)塊），處理1137點(diǎn)輸出信號(hào)。
⑶ 數(shù)字量輸出模塊（DO）：選用FBM 242（DO16×DC24V/0.5A），共一塊（16點(diǎn)/塊），處理652點(diǎn)輸出信號(hào)。
⑷ 模擬量輸入模塊（AI）：選用FBM 201共25塊（8點(diǎn)/塊），處理166點(diǎn)輸入信號(hào)。
⑸ 模擬量輸入模塊（AO）：選用FBM 204，共4塊（8點(diǎn)/塊），處理16點(diǎn)輸出信號(hào)。
⑹ 溫度模塊：選用RTD，17塊，處理103點(diǎn)信號(hào)。
⑺ 通信模塊：選用FCM 10E，12塊。DCS采用了10個(gè)機(jī)柜，借助通信底板和通信模塊來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。
4.2上位機(jī)配置
上位機(jī)采用4臺(tái)Sun Blade150 工業(yè)計(jì)算機(jī)：CPU為PⅢ-550MHz，128M內(nèi)存，20G硬盤，21.4寸LED顯示器。上位機(jī)以TCP-IP協(xié)議與系統(tǒng)通訊模塊連接。
1. 軟件控制實(shí)現(xiàn)
煙氣脫硫計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要有兩個(gè)部分：DCS監(jiān)控軟件和上位機(jī)人機(jī)操作界面軟件。
5.1 DCS監(jiān)控軟件的實(shí)現(xiàn)
DCS監(jiān)控軟件主要用I/A Series ICC編程軟件來實(shí)現(xiàn)，語句表、梯形圖、功能塊三種編程方式相結(jié)合來完成。
根據(jù)系統(tǒng)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下幾種模塊：
⑴ Calc（功能）模塊：主要用于完成常規(guī)PID計(jì)算和溫度控制的PID計(jì)算。
⑵Valve、Motor模塊：用于實(shí)現(xiàn)對(duì)單體設(shè)備的調(diào)控,例如單體Motor模塊邏輯程序?yàn)椋?/DIV>
cst
or bi01 bi03 ; stack 1
and bi02 bi12 ; stack 2
or 2 ;stack 1
stm m01 ; start request 1, stack 1
and bi04 ~bi13 ; stack 2
stm m02 ;stack 2
and m01 ~m02 ;2
out bo02 ; start failed ; 2
and m01 m02 ;stack 1
stm m04 ; start set, stack 1
or m08 bi05 ; 2
or bi11 m11
or 2;start reset ; 2
mrs ; 1
stm m05 ;start request ; 1
and m05 ~bo05 ; 2
out bo01 ;start command ; 2
and bi07 bi12 ; 2
or bi06 bi08 ;3
or 2 ; 2
stm m06 ; 2
and bi09 ~bi13 ; 3
stm m07 ; 3
and 2 ; 2
stm m08 ; stop set, 2
or m04 bi10
or bi11 m11
or 2; stop reset, 3
mrs ; 2
stm m09 ; stop request, 2
and m09 ~bo05; 3
out bo03 ;stop command, 3
and m06 ~m07 ; 3
out bo04 ; stop failed, 3
or m05 m09; 1
don 10 ;device fault 1
stm m10 ;timeout
and bi05 bi10 ;device fault 2
or 2
or m04 m08
mrs
or bi13
out bo05
lac m10
or m04 m08
mrs
stm m11
end
⑶AI、AO、DI、DO（背景數(shù)據(jù)塊）模塊：用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)采集，下傳數(shù)據(jù)處理、模擬量輸出等功能。
⑷GC（組織塊）模塊：用于調(diào)用以上各種模塊來完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)功能組，子組的運(yùn)行的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)報(bào)警，預(yù)測等功能。
5.2 上位機(jī)人機(jī)界面軟件功能的實(shí)現(xiàn)
人機(jī)接口軟件FoxView功能強(qiáng)大，操作簡便，利用它可以開發(fā)出頗具人性化的人機(jī)操作界面。使用時(shí)操作簡便，可設(shè)置密碼，限制用戶操作級(jí)別。根據(jù)系統(tǒng)的需要，并考慮到操作員的習(xí)慣，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下幾個(gè)主要界面：
（1） 主畫面：用以顯示系統(tǒng)全圖，包括漿液密度、溫度、PH值、石膏厚度的顯示，還可觀察到風(fēng)機(jī)、閘板、電機(jī)機(jī)等的工作狀態(tài)。
（2）狀態(tài)畫面：包括＃1系統(tǒng)、＃2系統(tǒng)、公用系統(tǒng)的狀態(tài)。顯示增壓風(fēng)機(jī)、石灰石濕磨、供漿系統(tǒng)、石膏排出系統(tǒng)、旁路煙道、增壓風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)、閥門、電機(jī)的工作狀態(tài)，以及運(yùn)行時(shí)間、輸出功率、報(bào)警信號(hào)等等。＃1吸收塔系統(tǒng)狀態(tài)畫面如圖3所示：
（3）修改參數(shù)畫面：操作手可以修改溫度、設(shè)定PH值、供漿流量、閥門開度、電機(jī)轉(zhuǎn)速等的參數(shù)。
（4） 報(bào)警畫面：在語音報(bào)警同時(shí)，彈出報(bào)警框，提示報(bào)警位置，并作歷史記錄。
（5）歷史曲線畫面：實(shí)時(shí)趨勢的畫面可動(dòng)態(tài)顯示參數(shù)的變化曲線，歷史趨勢畫面可保留30天的參數(shù)變化曲線，并都可打印輸出。
（6）溫度畫面：顯示＃1系統(tǒng)、＃2系統(tǒng)、公用系統(tǒng)的各個(gè)溫度參數(shù)。
6. 結(jié)語
本文提出了智能優(yōu)化、過程控制和過程管理三層結(jié)構(gòu)組成的石灰石－石膏濕法煙氣脫硫（FGD）控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙氣脫硫的優(yōu)化控制和管理，保證了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和穩(wěn)定運(yùn)行。
系統(tǒng)已在某電廠成功應(yīng)用，運(yùn)行期間系統(tǒng)穩(wěn)定，其效率 96％，并在遠(yuǎn)超初始設(shè)計(jì)工況（煙氣含硫量3000 ）的情況下，仍能保證其穩(wěn)定運(yùn)行。
實(shí)踐證明了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、操作簡單、信號(hào)傳輸精確、系統(tǒng)運(yùn)行可靠，達(dá)到了令人滿意的效果。此外，此系統(tǒng)還可以應(yīng)用于其他控制工程方面，有很高的推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1]. 何克忠，李偉編，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)．北京：清華大學(xué)出版社，2003年
[2]. 鄢景華主編，自動(dòng)控制原理．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000年
[3]. 常斗南，李全利，張學(xué)武編，可編程控制器原理，應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)，機(jī)械工業(yè)出版社
[4]. FOXBORO I/A Series模板規(guī)范，F(xiàn)OXBORO公司
[5]. 脫硫控制系統(tǒng)裝置說明，國電龍?jiān)喘h(huán)保公司
[6]. 汪道輝主編. 邏輯與可編程控制系統(tǒng). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004
[7]. 鐘肇新. 可編程控制器原理及應(yīng)用. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002
[8]. 何衍慶等編. 集散控制系統(tǒng)原理及應(yīng)用. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002
[9]. 現(xiàn)代控制工程，[美]Katsuhiko Ogata,電子工業(yè)出版社，1999
[10]. 嚴(yán)雋薇，嚴(yán)雋永.計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)導(dǎo)論，北京:清華大學(xué)出版社，1990
附作者簡歷：
李亙軍（1982 - ），男，山西人，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)