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2012

浙大中控DCS在循环流化床上的应用

 
 
 
   一、前言
   近年来,我国对能源的需求迅速增加,丰富的煤炭资源和我国历史、经济等方面的条件相结合,形成了我国能源利用中以煤为主的格局,因此也造成了我国煤供应越来越紧张的局面。另外,我国煤炭资源的一个重要特点是高硫煤占相当大比例,含硫量大于1%的高硫煤占总储存量的25%以上,2003年我国二氧化硫的排放总量达到了2020万吨,我国受酸雨侵害面积已扩大到国土面积的50%以上。如何解决煤炭燃烧设备降低NOx\SO2大气污染物排放、改善环保减轻温室效应、低成本的设备投资、提高能源利用效率、便于劣质煤综合利用、尽量处理固体垃圾燃料之间所存在的矛盾,成为煤炭燃烧和综合利用设备发展和应用的关键所在,循环流化床锅炉以其优良的环保特性(低排放)、卓越的适应性(煤种、负荷)和突出的节能效果受到越来越多企业的青睐。
   从另外一个角度来看,循环流化床锅炉虽然有许多优点,但是对象复杂、控制难度大,尤其燃烧控制这一问题虽经许多学者进行了大量的研究工作,但目前仍普遍缺少实现燃烧全自控的实际可行的控制策略。
   浙大中控在循环流化床锅炉控制方面进行了大量的研究并积累了丰富的现场实施经验,针对各种规模的流化床锅炉设计出了适用的控制方案,并已在多个生产现场成功实施,在这份资料中我们将多年的实施经验整理成册,希望能对您在应用流化床锅炉进行节能降耗、优化运行的生产过程中提供借鉴。
  
   二、循环流化床锅炉结构及工作原理
   循环流化床锅炉结构
   循环流化床锅炉主要由燃烧系统、气固分离循环系统、对流烟道三部分组成。其中燃烧系统包括风室、布风板、燃烧室、炉膛、给煤系统等几部分;气固分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分;对流烟道包括过热器、省煤器、空气预热器等几部分。图1、图2为某厂260t/h循环流化床锅炉机组监控画面。
  
   图1
  图1
   图2
  图2
  
   循环流化床锅炉工作原理
   煤和脱硫剂被送入炉膛后,迅速被炉膛内存在的大量惰性高温物料(床料)包围,着火燃烧。燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入,物料在炉膛内呈流态化沸腾燃烧。在上升气流的作用下向炉膛上部运动,对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。大颗粒物料被上升气流带入悬浮区后,在重力及其他外力作用下不断减速偏离主气流,并最终形成附壁下降粒子流,被气流夹带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛循环燃烧直至燃尽。未被分离的极细粒子随烟气进入尾部烟道,进一步对受热面、空气预热器等放热冷却,经除尘器后,由引风机送入烟囱排入大气。
   燃料燃烧、气固流体对受热面放热、再循环灰与补充物料及排渣的热量带入与带出,形成热平衡,使炉膛温度维持在一定温度水平上。大量的循环灰的存在,较好的维持了炉膛的温度均化性,增大了传热。而燃料成灰、脱硫与补充物料以及粗渣排除维持了炉膛的物料平衡。
   煤质变化或加入石灰石均会改变炉内热平衡,故燃用不同煤种的循环流化床锅炉在设计及运行方面都有不同程度的差异。循环流化床锅炉在煤种变化时,会对运行调节带来影响。试验表明,各种煤种的燃尽率差别极大,在更换煤种时,必须重新调节分段送风和床温,使燃烧室适应新的煤种。
   加入石灰石的目的,是为了在炉内进行脱硫。石灰石的主要化学成份是CaO,而煤粉燃烧后产生的SO2、SO3等,若直接通过烟囱排入大气层,必然会造成污染。加入石灰石后,石灰石中的CaO与烟气中的SO2、SO3等起化学反应,生成固态的CaSO3 、CaSO4(即石膏),从而减少了空气中的硫酸类的酸性气体的污染。另外,由于流化床锅炉的燃烧温度被控制在800~900℃范围内,煤粉燃烧后产生的NOx气体也会大大减少硝酸类酸性气体。
  
   三、循环流化床锅炉控制特点
   由于循环流化床锅炉自身的特点,在运行操作时不同于层燃炉和煤粉炉,就其控制系统而言具有系统复杂、多变量输入多变量输出、变量关联耦合性强、输入输出非线性、大滞后等特点,如果运行中不能满足其对热工参数的特殊要求,极易酿成事故。
  
  
   1. 多变量耦合性
   由于循环流化床锅炉燃烧中,任何一个输入变量(如温度、压力、流量、液位)的改变都会影响到其他输出变量的改变(这在控制理论中称之为耦合性)。如燃料量(给煤量)的改变,不仅会影响到炉床温度的变化,也会影响到主蒸汽流量、压力和温度的变化。
   2. 输入输出非线性
   循环流化床锅炉燃烧过程中,各被控设备的输出物理量对输入物理量的响应有较大的时间滞后特性,以及各被控设备的输出物理量与输入物理量的之间的数学特性为非线性,使得控制运算变得复杂,这样就必然给各物理量的控制带来很大的困难。
  
   四、浙大中控DCS在循环流化床上的应用
   1. 数据采集与数据处理功能(DAS)
   DAS系统通过I/O卡直接从过程对象中获取数据,也可以通过SCnetⅡ或从其它子系统如MCS、SCS站采集和处理所有与机组有关的测点信号及设备状态信号。在操作站上进行生产过程的集中监视和操作, DAS系统具有下列功能:
   —— 显示:包括工艺流程图显示、操作显示、成组显示、棒状图显示、趋势显示、报警显示等。
   —— 记录:包括定期记录、报警记录、事故追记记录、事故顺序(SOE)记录、跳闸记录、操作记录等。
   —— 历史数据存储和检索
   —— 性能计算
  
   2.模拟量自动调节控制功能(MCS)
   A. 汽包水位控制
   汽包水位是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数,汽包水位控制是锅炉控制中的基本控制,水位过高会影响汽包内汽水分离效果,使汽包出口的饱和蒸汽带水增多,冲击汽轮机叶片,引起轴封破损,叶片断损等故障;水位过低则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中的某些薄弱环节,以至局部水冷壁管烧坏,严重时造成爆炸。汽包水位的优良控制有重大意义。
   经过多年工程经验的积累,浙大中控独创了汽包水位控制模块FB_BoiLCon,该模块中集成了基于直接物质平衡的专家控制、前馈单回路控制、前馈串级控制(三冲量控制)的3种控制方案,可以很好的解决汽包水位控制。
  
   B. 主蒸汽温度控制
   主汽温度自动调节的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许的范围内,从而保证机组运行的安全性和经济性。过热汽温过高,则过热器易损坏,也会使汽轮机内部引起过度的热膨胀,严重影响运行的安全;过热汽温低,则设备的效率低,一般汽温每降低5~10℃,效率约降低 1% ,同时会使通过汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加,增加叶片磨损。
   主蒸汽温度位控制是锅炉控制中的基本控制,通常采用由主汽温度、炉膛出口烟气温度(或主汽流量)及减温后温度(或喷水减温水流量)等参数组成的串级三冲量控制系统。
  
   C. 主蒸汽压力控制
   主蒸汽压力是机组运行的关键参数,对于蒸汽负荷控制的实现,最终是通过改变燃料量来完成的。而燃料量的改变又必然将影响到各台锅炉各自的过热器出口蒸汽压力,并且也必将会导致炉床温度及炉膛出口温度的改变,故而控制系统必须考虑各参数的相互影响。我公司通过多年研究和现场经验积累,独创了专家智能结合前馈单回路的先进控制方案,在现场应用取得了良好效果。通过专家控制系统对平均床温进行分析,针对恒压切换与恒负荷切换两种情况将主汽流量与分析后的结果相加作为前馈量,根据是否存在负荷分配得出主汽压力的设定值,通过调节给煤量稳定主汽压力值。
  
   D. 炉膛负压控制
   炉膛负压控制是保证锅炉安全燃烧的首要控制对象,经过多年工程经验的积累,我公司建立了炉膛负压控制模块FB_NegPCon,该模块是一前馈单回路控制,以锅炉总进风量作前馈。
  
   E.氧量控制
   在循环流化床锅炉中,一次风为基本流化风量,根据料层差压进行限幅调节,在引风自动调节已经稳定的基础上,可以投运二次风自动即氧含量自动控制,氧量控制采用串级控制,根据给煤量确定二次风的初步设定值,再根据含氧量对二次风量初设值进行修正得出二次风的设定值,同时将一次风量作为前溃该来控制二次风机变频器转速。
  
   F. 床温控制
   由于循环流化床锅炉(CFBB)的燃烧过程十分复杂、受到多种因素的影响,不仅燃烧系统内部的给煤、一、二次风、返料耦合性强,而且过程的非线性和大滞后也使对象十分复杂,难于建立精确的数学模型,常规的控制方案很难得到理想的控制效果。
  
   浙大中控经过多年经验积累,在循环流化床燃烧控制上形成了一套成熟的模糊控制方案,把燃料量控制、料床温度控制、主蒸汽压力控制综合起来考虑。这是因为热力系统中的燃烧控制系统和汽水控制系统是相互耦合,难以割裂开,所以专家智能方案将整个复杂的燃烧过程合理的拆分成几个相互独立的部分,参数间的耦合通过建立合理的数学模型,以克服循环流化床锅炉复杂的燃烧过程特性,从根本上解决了循环流化床锅炉的燃烧控制。
  
   燃烧系统控制结构图如下:
  
  
  
  
   专家智能控制相对常规控制的扩展功能
  
   A.可以处理非数字化的、不精确的操作经验,进行复杂控制,提高控制质量
   B.模仿人的行为,采用专家经验,自动修改参数和算法,形成各种性质算法的选择和组合
   C.当部件失效、系统大扰动或出现突发事件时仍能进行有效处理
  
   专家智能控制规则库
  
   A.故障判断及事件处理规则
   如:通过烟气氧含量增大超过正常值来判断堵煤、断煤;床温变化超过正常值报警并作出相应的处理。
   B.正常状态控制规则库
   将炉膛温度状态和炉膛温度的变化趋势均量化为7个量,形成一7×7的规则库,仿人工操作,按照“等等、看看、调调”思想,综合考虑循环流化床对象的大滞后特性,进行交叉控制即“先加风再加煤、先减煤再减风”,对煤和一次风进行周期性的查表输出调节。
  
   3、炉、机各辅助设备顺控功能(SCS)
  
   根据工艺系统的运行方式,通过DCS组态环境,实现了炉、机各辅助设备的启停顺序和连锁功能,从而大大提高了机组运行的可靠性和降低运行人员的劳动强度。由于循环流化床锅炉和汽轮发电机组各辅助系统的运行方式日益成熟,已基本形成了特定的运行方式,所以DCS系统在实现炉、机各辅助设备顺控也常规化。
  
   4、炉膛安全监控功能 (FSSS)
  
   FSSS包括燃料安全系统(FSS)和燃烧器控制系统(BCS)。
   FSS包括下列四个功能:
  
   A.炉膛吹扫
  
   在锅炉每次冷态启动前或当总给料跳闸MFT(床温低于600℃)且无任何燃烧器在运行时,对炉膛进行通风吹扫。即在有效的时间内,通过规定的空气流量,将炉膛内和风室中残余可燃物清除,保证炉膛和烟道的清洁。吹扫可以从分散控制系统的CRT/KB进行启动。
  
   B. 锅炉冷态启动
  
   循环流化床锅炉一般采用两种点火方式:床上点火和床下点火。采用床下点火炉方式居多,床下点火即风道燃烧器点火。当点火气燃烧器把床层温度升高到大于600℃后加大一次风量并再启动给煤装置少量加煤,使锅炉床温逐步升高。油燃烧器的控制及管理风道由FSSS完成。运行人员只要在计算机屏幕上调出油燃烧器启动画面并进行相应操作,控制指令就会通过计算机网络传到现场控制站,发出招待指令动作有关现场设备。
  
   C.锅炉热态启动
  
   如果床温高于600℃,可逐步加大一次风量,少量加煤,使锅炉床温逐步升高。
   床温低于550℃时,投入风道燃烧器,并按冷态启动方式加热锅炉。床温,当床漫升至600℃以上时,可投煤。
  
   D.燃料跳闸
  
   机组启停止和正常运行时,FSSS对机组运行参数和状态进行临控,一旦检测到危及系统安全的条件时,立即进行MFT动作,切断主燃料,切断高温旋风分离器下的返料,指出产 跳闸原因,闭锁从动跳闸条件,以便事故分析。
  
   循环流化床锅炉MFT动作条件主要有:
   床温太高
   床温太低
   汽包水位低于一定值
   汽包水位高于一定值
   炉膛压力高于一定值
   炉膛压力低于一定值
   引风机跳闸
   一次风机跳闸
   一次风流量小于最小值,时间超过10秒
   手动MFT(包括就地手动MFT,控制室手动MFT)
  
   BCS包括下列四个功能:
   A.锅炉点火准备
   a.在炉膛吹扫成功后,由运行人员启动锅炉点火准备功能。
   b.将锅炉置于点火准备方式,作为自动启动第一支点火枪的先决条件。此时复置MFT,开启一个建立火焰的最大时间限值的计时器,当在时间限值内不能建立火焰,系统跳闸,并返回到吹扫所需的状态。
   B. 点火枪点火
  在锅炉点火准备方式的许可条件成立时,可允许点火枪投入。此外,证实点火系统的设备可用性和系统条件是否满足。
   C.燃油枪点火
  
   在燃油枪可投入运行之前,BCS至少检查下列许可条件:
   a.锅炉风量达到吹扫值
   b.火焰检测器冷却风压力满足
   c.所有燃烧器阀门关闭
   d.所有摆动燃烧器处于水平位置
   e.风箱/炉膛差压满足
   f.无MFT/燃油系统跳闸等跳闸存在
   g.系统泄漏试验完成
   h.燃油压满足点火要求
   i.点火系统已准备好
   k.任一火焰检测器检测到无火焰
   D.煤燃烧控制
  
   BCS对给煤机及相关的风门挡板的启/停和开/关、跳闸进行程控和监视。
   在启动每一运行步骤之前,系统确保满足与该步骤相的许可条件,并在整个启动过程中满足安全条件。
   丧失许可条件或在指定时间内不能完成运行程序,则中断此程序。
  
   5、汽机数字电液控制系统(DEH)
  
   汽机数字电液控制系统是控制汽机运行的主要参数,浙大中控经过多年的理论研究和现场实施相结合开发了新一代汽机数字电液控制系统。该系统按分级分层控制的原则设计,以便高一级控制系统故障退出时可降至较低一级继续维持安全运行,同时可以提供几种可供运行人员选择的运行方式,如手动运行方式、自动运行方式、遥控运行方式,任两种运行方式之间,均能进行无扰切换。
  
   6、汽机紧急跳闸系统(ETS)
  
   汽机紧急跳闸系统是汽轮发电机组危急情况下的保护系统,包括汽机的紧急跳闸、油系统投入、抽汽逆止门的控制(信号包括:汽机超速、润滑油压低、轴向位移大、凝汽器真空低、汽机轴瓦温度高、汽机轴承回油温度高、手动停机)。浙大中控可根据不同汽轮机厂家的设备和用户的特殊要求提供配套成熟的保护控制方案。
  
、  
   六、结束语
   浙大中控在循环流化床锅炉及热电机组的控制方面进行了大量的研究并积累了丰富经验,并已经在实际锅炉生产现场的应用中,取得了大量的成功案例。浙大中控期待为更多的用户提供优秀的整体解决方案与最完善的服务!
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24

Feb

2012

城市燃气管网SCADA系统

 城市燃气管网SCADA系统是基于计算机控制技术、通信技术及多媒体软件技术为核心,针对燃气企业专门设计的计算机监控系统,SCADA系统不仅对燃气企业生产安全是有力的保障,同时也为管网输配优化调度、故障分析、辅助决策提供了科学的手段。
     城市燃气输配管网SCADA系统的测控对象一般包括:城市门站、储气站、阀室、高/中压测量和调节配气站、中压测量/调节站、中压/低压调节配气站及管网测压点,阴极保护站等。

 

    1、数据的采集和处理
   
门站或储气站及高中压调压站所采用的数据采集系统一般为RTU或PLC,主要测量参数包括:过滤器的差压(AI)、进站压力(AI)、进站温度(AI)、出站温度(AI)、出站压力(AI)、流量计算、调压阀的调节阀位(AI)和差压(AI)、阴极保护电位和电流(AI),阀门的状态(DI)和参数的超限(DI)或过载报警(DI)以及可能的智能仪表如(气体组分分析仪、热量和比重的测量、H2S和污水的测量)、还有一些环境设备的状态和参数如:燃气浓度(AI)、耗电、空调、供电设备的状态(DI)。
    对于储气站,可能还配有压缩机,因此对压缩机工况的检测也是必须的。它包括正常停机、开机准备、正常运行、故障停机等DI信号。
    2、数据存储及恢复
   
数据的存储和恢复指的是SCADA系统在通讯中断的情况下,RTU的数据存储及在通讯恢复后的历史数据的恢复,是管理者在生产管理中最为关心的问题之一,它关系到整个系统的数据完整性。尤其在系统模拟和决策支持系统越来越可能得到广泛应用的情况下,数据的存储和恢复也就显得越来越重要了。
    在城市燃气行业中,并不是所有的数据都需要保存,需要保存的是流量,进出口压力、管网压力等重要数据。
    3、网络和通信方式
   
技术为SCADA通讯的一部分。基于TCP/IP的计算机网络互连与扩展技术,如网关、路由器、网桥、中继器、远程访问服务;基于存储器的动态数据交换技术;基于开放数据库的访问技术等构成控制网络与信息。事实上这部分应用最多的是SCADA系统以上管理层部分,但随着国家宽带数据网的建设和增值业务范围的扩大,利用它来实现SCADA系统的通讯,是未来SCADA系统发展的趋势之一。
    1)、无线线通信方式:GPRS、3G、扩频通信、短波通信、微波通信、卫星通信等通信方式;
    2)、有线通信方式:公共数据网(PSTN)、光纤专用网络等
    4、中央监控中心监控功能
    1)采用成熟通用的监控软件作为SCADA监控系统平台软件;
    2)对于城市燃气输配SCADA系统来说,它的基本要求如下:
      ·对站内工艺设备、工艺参数进行采集、存贮、报警和集中显示
      ·显示现场设备的运行状态、动态趋势、历史趋势和工艺模拟流程
      ·显示和打印天然气的瞬时和累积流量、打印报表
      ·生成生产报表、管理报表
      ·报警和事件信息的显示和打印
      ·对需要进行安全保护操作的工艺设备进行联锁控制
      ·RTU的数据修改
      ·接受SCADA系统GPS的时间同步,30天误差小于1秒。时间同步不影响数据的准确性,特别是天然气流量和水量
      ·通过站控计算机,可以遥控远端的电动球阀的开和关,而且还可以修改相关控制回路中的设点
      ·系统应具有RTU历史数据手动(即在本地从RTU中读出,以一定的数据格式方便地、快捷地、自动地存放在磁盘中)地恢复在报表系统数据库中
      ·SCADA系统软件的容错处理功能,如双主机冗余
      ·发送调度指令
      ·与其它数据库系统的连接。
     5、管网模拟及调度
   
ADA系统与管网地理信息系统GIS相结合,为城市燃气企业规划设计和管网维护部门服务,GIS系统记录了供气系统中所有的供气设施信息,用图形数据和属性数据存储,为决策支持系统提供供气系统静态基础资料。
     1)管线模拟和仿真一般分为在线模拟和离线模拟。管网系统在线模拟的模型应该是真正的动态模型,它用来自SCADA系统的实时数据来模拟管线实际的行为。可实时计算管网的储气量、泄露点的分析、及流量、压力等重要管网运行参数的预测。离线模拟,通过参数的设置,来预测管网的负荷及可能的参数值,为管网的科学设计和和合理调度提供参考。
     2)调度决策软件是城市供气系统自动化控制和优化调度系统的重要组成部分,它形成原始的操作指令,是以城市供气系统优化运行(费用最小化,安全性最高)为目标;调度决策形成过程有两种方法:宏观模型优化调度和微观模型优化调度,前一种方法要求的基础资料较少,受宏观模型的局限性限制;后一种方法考虑了管网微观结构,随着城市供气调度基础水平的不断提高,微观模型优化调度是发展方向。

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24

Feb

2012

闸站群自动化监控系统方案

 闸站群自动化监控系统方案主要对闸站群的联合运行进行有效监视和控制,保证闸门更加安全、可靠运行。适用于水电机组的工作闸门、泄洪闸门,以及水利、航运、供排水系统的节制闸、船闸等各种闸门的自动化控制与远方调度。
    闸站群现地监控站按照"无人值班、少人值守"的目标进行设计。闸站群监控采取常规就地监控与远程监控相结合的模式,以远程监控为主,现地监控站监控系统综合利用成熟的工业控制技术、传感器技术、通信技术以及计算机技术,建立先进的控制系统,提高闸站群运行的安全性、可靠性,充分发挥闸站建设的效益,促进管理的科学化、现代化。
闸站群自动化控制系统
·闸门的安全联锁控制
·自动监测被控闸门开度及工况
·自动监测闸门上下游水位
·可定开度自动控制或定流量自动控制
·计算各闸门过流量、合计流量及各泄水建筑累计过水总量
·闸门运行的应急处置预案
·闸门通行信号灯控制(港航船闸)
语音广播指挥系统(港航船闸)
电气照明系统包括配电系统
电视监控系统
过闸调度收费系统(港航船闸)
防雷接地系统

 

 

 

水利泵站自动化监控系统

    大、中型泵站要求实现“无人值班(少人值守)”,新建或改建的泵站要求泵变合一管理以提高工作效率和管理规范化。因此,对泵站自动化要求不断提高,自动化的范围不断扩大,涉及变电站、泵组、辅助设备、闸门等的自动检测和控制以及流域梯级泵站的经济运行和优化调度等。其主要功能为:
    ·实现泵站主机的自动开停机及叶片、励磁的自动调节;
    ·泵站辅机的监测与控制(油、气、水等公用系统)
    ·动态图像显示泵站主机、辅机及各类设备运行参数与状态;
    ·事故告警和事故自动记录,具有多媒体自动告警功能;
    ·自动生成实时数据库与历史数据库;
    ·具有可靠的软件与硬件互锁功能。
    ·打印各类报表、各类参考趋势图;

 

水文自动测报系统 (水情、雨情、水质)
    水情自动测报是采用现代科技对水文信息进行实时遥测、传送和处理的专门技术,是有效解决江河流域及水库洪水预报、防洪调度及水资源合理利用的先进手段。它综合了水文、检测技术、通信、数学模型和计算机等多学科的有关最新成果,用于水文测量和计算,提高了水情测报速度和洪水预报精度,改变了以往仅靠人工测量水情数据的落后状况,扩大了水情测报范围,对江河流域及水库安全度汛和电厂经济运行以及水资源合理利用等方面都能发挥重大作用。
水情自动测报系统
·数据通信网络构建
·数据采集及处理
·洪水预测预报
水质监测系统
·设置水质监测站,自动采集电导率、温度、浊度、PH值、ORP值、溶解氧、氨氮等重要水质参数;
·对未实现自动采集的重要水质参数,人工检测后输入;
·建立水质数据库
·建立预测分析模型、水质评价等模型
·水质预测预报 

 

水库大坝安全监测系统

    大坝安全监测是保证大坝安全、充分发挥工程效益的重要手段。为了提高监测系统的可靠性和实用性,实现大坝管理现代化,一般采用专用的传感元件、数据采集器及相应的力学计算软件来实现大坝及岩石工程的监测自动化。
    变形监测 :水平位移 、垂直位移 、挠度 、倾斜

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24

Feb

2012

中控大型仓储设施综合监控系统集成方案

中控大型仓储设施综合监控系统集成方案采用以计算机为核心的数据采集及监视控制系统(简称SCADA系统),实时采集库区储存及收发过程的温度、压力、流量等工艺参数及各种电机、泵运行状况的信号,进行显示、联动、报警和报表打印,并操作电/气动阀门、机泵。
    以中心控制室、仪表机柜间、汽车装车现场控制室等子站独立完成数据采集和控制,与锅炉房现场控制室、火车装卸控制室及码头控制室通讯实现数据交换。
    SCADA控制系统是公司处理油品的接收、储存及发送,并进行商业结算的系统,并能通过通讯网络与其它第三方系统(如码头系统、储罐测量系统、定量装车控制系统、锅炉房现场控制系统、铁路控制系统、消防系统、工业电视监控系统、办公信息OA系统、ERP系统、海关保税系统等)进行数据交换。
    中控大型仓储设施综合监控系统集成方案建立全厂区调度指挥中心,在正常情况下操作人员在控制中心通过计算机系统即可完成对全库区的操作和运行管理等任务。

 

 

 SCADA系统主要分为:
管理层

    使用了STRATIX 8000管理型工业级以太网交换机组建了冗余的、100M光纤工业以太网,和计算机监控系统中央控制室的数据库服务器、WEB服务器、MIS服务器、操作员工作站、工程师工作站等共同构成了系统的管理层。
控制层
    使用热备冗余的ControlLogix系统系列PLC产品和构成了系统的控制层,完成油库现场的数据收集,实现集中管理,分散控制。该系统与中央控制室的监控计算机系统相连接,融合为一个有机的整体,整个监控系统使用罗克韦尔公司RSLogix 5000 Professional编程软件进行所有可编程控制器的集中管理、组态、维护,实现对整个油库项目的工艺流程、工艺参数、趋势、报警、操作记录等进行显示和记录,并对阀门、泵等设备进行控制。
现场层
    选用远程RIO接口模块和MB+ 网桥/多路转换器现场通信接口构成了系统的现场层。
系统架构图如下所示:

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24

Feb

2012

中控DCS在南京化纤粘胶纤维制胶工艺中的应用

    南京化纤股份有限公司是一家大型化纤纺织股份制企业,具有近40年生产历史,属于化工类流程性生产企业。目前具备年产粘胶短、长丝各一万吨的生产能力。为加快企业发展、增强竞争能力,提升生产力及产品质量,南化公司目前实施的《制胶降耗环保技改工程》中,其主要的生产设备为引进设备,该工程设计生产力为年产两万吨粘胶短纤制品,其他设备为国内配套设备。为提高自动化水平,增强仪表控制系统的可靠性,我们在设计时考虑到该系统的繁杂性、逻辑关系严谨、顺序控制多的特点,因此采用了DCS。
  • 关键字:DCS [221篇] 纤维制胶
  一前言
  
  南京化纤股份有限公司是一家大型化纤纺织股份制企业,具有近40年生产历史,属于化工类流程性生产企业。目前具备年产粘胶短、长丝各一万吨的生产能力。为加快企业发展、增强竞争能力,提升生产力及产品质量,南化公司目前实施的《制胶降耗环保技改工程》中,其主要的生产设备为引进设备,该工程设计生产力为年产两万吨粘胶短纤制品,其他设备为国内配套设备。为提高自动化水平,增强仪表控制系统的可靠性,我们在设计时考虑到该系统的繁杂性、逻辑关系严谨、顺序控制多的特点,因此采用了DCS。
  
  浙大中控SUPCONJX-300XDCS充分利用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠成熟的先进控制算法,使其兼具了高速可靠的数据输入输出运算、过程控制和PLC联锁逻辑控制功能,获得了广泛应用,特别是其性能价格比优于同等规模的常规仪表系统,成了此项工程自动控制系统首选的产品。
  
  二工艺流程简介
  
  本工程是以化纤制胶工艺过程为控制对象的自动控制系统。工艺流程由原液车间制胶工艺和短丝车间纺丝工艺组成。系统构架与工艺流程如图1所示。
  
  1.原液车间
  
  原液车间是以制胶工艺过程为主的生产车间,是整个制胶生产过程的核心组成部分。目前该车间的关键生产设备都是进口的,包括黄化机2台、一道KK滤机5台、二道KK滤机3台、脱泡桶1台。该生产过程有较多密切相关的逻辑互联关系,对自动控制系统而言显得较复杂。我们设置黄化工序设立主操作站一个,另外2个现场操作站分别设在浸压粉和熟成工序,主操作站有权接管其他2个现场操作站、正常状态3个操作站也可独立运行。
  
  (1)浸压粉现场操作站涵盖I/O:118点,其中AI:85、AO:11、DI:12、DO:10。
  
  (2)黄化主操作站涵盖I/O:418点,其中AI:67、AO:15、DI:198、DO:138。
  
  (3)熟成现场操作站涵盖I/O:200点,其中AI:40、AO:19、DI:112、DO:29。
  
  2.短丝车间
  
  I/O变量:429,其中AI为81,AO为13,DI为136,DO为199。
  
  短丝车间设纺丝、精炼操作站各一个,操作站根据生产工艺提出的要求进行控制。每个操作站都配备中规模可编程控制器各一套。纺丝和精炼操作站所使用的控制系统应采用三级通信网络并设人机接口,由上位机组成控制系统。远程I/O网络使控制系统与采样系统和控制设备间通信更为密切,而预留的数据通道将扩展向中央控制室提供可靠的通信网络。
  
  纺丝现场操作站涵盖:I/O:156点,其中AI:58、AO:5、DI:40、DO:53。
  
  精炼现场操作站涵盖:I/O:273点,其中AI:23、AO:8、DI:96、DO:146。
  
  三控制系统功能及要求
  
  (1)该系统在浸压粉工序和熟成工序设立相对独立的现场操作站,每个操作站负责各自的生产维护功能彼此相互独立,互不影响。
  
  (2)该系统在黄化工序设立总操作站,除了负责黄化工序的正常生产控制,还应具备控制浸压粉工序和熟成工序的操作维护功能,并且对其相应的操作站有更高的优先权。
  
  (3)各操作站之间的设备通过标准的工业以太网连接,该网络要进行相应的冗余设计,以保证网络运行的可靠性。
  
  (4)该系统最上层要预留符合TCP/IP协议的以太网管理操作接口,以备连接管理调度计算机,为今后实现全厂综合管理自动化作好准备。
  
  (5)对重要关键部位的控制器、网络、模块、电源要进行冗余配置,以保证各工序生产过程的可靠性。
  
  (6)该系统与防爆设备相连的接口要采用相应的防爆处理措施,达到所要求的防爆等级。
  
  (7)该系统设计时要考虑到一定预留量,以备今后的扩容。
  
  (8)该系统的总操作站要有开发和运行软件功能,其余各操作站要有相应的运行功能,该系统的软件要采用性能价格比相对较高的软件,保证整个系统的稳定可靠运行。
  
  (9)组态实用程序应具备以下功能:过程变量的零点、量程及报警限设定;控制回路组态;建立实时和历史数据库;建立显示趋势图画面;建立报表;程序编辑和编译;组态下载;组态在线修改;过程变量监视;显示和修改所有参数。
  
  四系统配置
  
  JX-300XDCS由一个多功能站、5个操作站、5个控制站和过程控制网络组成,系统结构如图2。
  
  多功能站既可作操作站使用也可作工程师站使用。工程师站内装有相应的组态平台和系统维护工具。操作站是操作人员完成生产过程监控管理任务平台。多功能站和操作站的硬件组成完全一样,包括工控PC机、CRT、鼠标、键盘、网卡、专用操作员键盘、操作台等。
  
  控制站完成整个工业过程的实时监控功能,由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元等组成。控制站的各种卡件均可冗余配置,为了增加系统的可靠性,我们对控制站的主控制卡、数据转发卡进行了冗余配置,控制回路的I/O卡件也采用冗余配置。
  
  五工程组态
  
  SUPCONJX-300XDCS的组态包括主机设置、控制站组态、操作站组态,三者必须按顺序完成。工程组态还包括组态下载和运行维护。
  
  1.主机设置
  
  它是对系统各主控制卡、操作站、工程师站在系统中的位置进行组态,也就是每个站在过程控制网络上的地址、每个控制站的运算周期、是否冗余等的组态。
  
  2.控制站组态
  
  它是指对控制站硬件和控制方案的组态,图3为控制站组态流程。
  
  在进行控制站组态时须注意事项:
  
  (1)首先进行I/O组态,包括数据转发卡、I/O卡件、信号点、信号点参数设置的组态,组态时要按图3中箭头所示顺序进行;
  
  (2)在进行自定义控制方案组态时,最好先完成I/O组态、自定义变量定义,然后在SCKey组态软件中启动SCX编程语言编程(不要单独启动SCX编程语言),这样SCX编程语言能直接引用已经组态的信号点位号,减少输入和编译错误;
  
  (3)自定义控制方案程序编译通过后,必须在自定义回路中登录,登录的自定义回路号要和程序中的引用号相同;
  
  (4)各种卡件的组态地址要和硬件地址相同;
  
  (5)在进行热电阻信号点参数设置组态时,必须指明量程范围;
  
  (6)在进行信号点参数设置组态时,信号点的报警使能状态要组为使能(也就是选中报警)状态,这样,在监控软件运行时,既可使该点有报警,也可禁止该点报警,否则在运行时就不能使该点具有报警功能,如要更改,必须重新组态、编译、下载;
  
  (7)在进行信号点参数设置组态时,报警值要根据工艺要求组态,如留到监控软件运行时更改,当重新下载软件时,报警值就会变为原组态值,影响安全运行;
  
  (8)报警级别并不是各种报警的优先权,而是为了方便不同的操作小组查看相应级别的报警。
  
  3.操作站组态
  
  它是面向操作人员的计算机操作平台的定义,主要包括操作小组设置、标准画面组态(总貌画面、趋势曲线、控制分组、数据一览)、流程图、报表、自定义键、语音报警等6部分。操作站组态要注意以下事项:
  
  (1)在进行操作站组态时,必须先进行操作小组设置,一个系统最多可组16个操作小组,每个操作小组可有不同的操作画面;
  
  (2)流程图组态软件、报表制作软件最好在组态软件SCKey下启动;
  
  (3)在绘制流程图时,动态对象(数值、图形)可以和非动态对象、其他动态对象重叠,当动态对象和非动态对象重叠时,动态对象要置于图形的最上层,一个动态对象不能和其他任何对象组合成组合对象,否则监控软件运行时没有动态效果,动态对象不能进行剪切、粘贴,但可以在同一张流程图上复制;
  
  (4)趋势(历史)数据在操作站计算机硬盘上记录的时间由趋势画面组态的存储点数和存储间隔决定。每张趋势画面的存储点数可在1920~2592000点间选择,存储间隔可在1~3600s间任选,存储点数乘以存储间隔就是趋势数据记录的时间(s),如一张趋势画面组态的存储点数为1920点,存储间隔为1s,则可记录1920s(32min)的趋势数据,如存储间隔改为60s,则可记录1920min(32h)的趋势数据;
  
  (5)每张趋势画面显示的最大时间范围为“960*存储间隔”,如存储间隔为1s,则最大显示时间为960s(16min);如存储间隔为60s,则最大显示时间为960min(16h);
  
  (6)在趋势画面组态时,如组态的存储间隔较长,观察到的趋势可能会和实际不一样,特别是对变化较快的参数,因此对同一组参数,建议组两张趋势画面,一张时间间隔为1s,一张时间间隔为60s,前者比较真实地反映参数的变化情况,后者便于观察操作是否平稳,便于生产管理;
  
  (7)趋势画面中不能包含模拟输出点,如想查看模拟输出点的趋势,可用参数:控制回路位号.MV。注意:模拟输出点也不能操作,要想操作,必须建一个控制回路和其相连。
  
  4.组态下载
  
  组态下载用于将上位机上的组态内容编译后下载到控制站。在修改与控制站有关的组态信息(主控制卡配置、I/O卡件配置、信号点组态、常规控制方案组态、SCX语言组态等)后,需要重新下载组态信息;如果修改操作站组态信息(标准画面组态、流程图组态、报表组态等)则不需要下载组态信息。
  
  在组态下载画面上有将要下载的组态文件信息和已经下载(控制站正运行)的文件信息,两者都包括文件名、编译日期及时间、文件大小、特征字。如果组态编译后两者的特征字相同,就可以不进行组态下载;如果组态编译后两者的特征字不同,就必须进行组态下载。在监控软件运行时,如果指示操作站和控制站运行软件是否一致的指示灯闪烁,也必须进入组态软件进行组态下载。
  
  组态下载有全部下载和部分下载两种方式。全部下载将组态的所有内容下载到控制站;部分下载可以选择下载总体组态、AI、AO、常规控制回路信息,SCX语言程序、梯形图程序或折线表定义。其中AI、AO、常规控制回路信息还可以选择部分回路下载,此时必须指定想要下载的回路号,常规控制回路的回路号就是组态登记的回路号;AI的回路号就是所有已经组态的AI点按硬件地址排列的顺序号;如某控制站的1号和2号机笼均组态有一块4回路AI卡件,1号机笼内组态了4个AI点,2号机笼的卡件上组态了3个AI点,分别在卡件的1、2、4通道,则2号机笼AI卡件第4通道对应的AI点的回路号就是7。同样,AO的回路号就是所有已经组态的AO点按硬件地址排列的顺序号。
由于JX-300XDCS的内部软件地址采用上述方法确定,所以位号一旦组态,就不能删除(除非所删位号位于最后),硬件上空的点也不能插入组态新点(如上例中2号机笼中AI卡件的第3通道就不能组态使用),否则后面所有位号的软件地址都会移位,造成系统混乱。因此在组态时,特别是需要在线修改时还要注意以下事项:
  
  (1)最好I/O卡件的所有通道都要组态,无实际位号的用假位号代替,作为备用,这样才能发挥硬件富余量的作用,将来如要用某一点,更改位号名并重新设置即可;
  
  (2)不要删除已经组态的位号(除非所删位号位于最后),不用的位号可以保留作为备用;
  
  (3)如要增加位号,只能在所空硬件的最后增加,不可在中间插入,也就是说空的硬件点如没有预先组态,就不能再使用,从而造成浪费;
  
  (4)增加自定义变量时,应在所有已定义的自定义变量的最后增加;
  
  (5)自定义控制方案程序中应尽量不用临时变量(全局变量和局部变量),而使用自定义变量;
  
  (6)自定义控制方案程序中的临时变量也要在已有临时变量的最后增加。
  
  如果进行了组态下载,就必须从工程师站向各操作站进行组态传送。否则,指示操作站和控制站运行软件是否一致的指示灯就会闪烁。
  
  5.运行维护
  
  4路电流输入卡SP313的每一路均可接收0~10mA或4~20mA信号,既可向变送器供电也可以不供电,这4路信号分为两组,其中1、2通道为一组,3、4通道为一组,两组间的信号互相隔离,并且与控制站的电源隔离,但同一组内的两个信号采用同一个隔离电源供电,实际应用中如需点点隔离,SP313卡就只能接受两路信号,并且这两路信号要分别接入不同组的两个通道上。在对同一组的两个现场变送器进行维护时,要特别注意一个回路对另一个回路的影响,因为如果其中一个回路短路或因变送器故障输出电流大于30mA(向外供电时的短路保护电流),SP313卡就会自动保护,造成两个回路都无输入。因此建议如需拆接变送器的端子接线,最好在室内接线端子处先断开回路,以免造成短路。
  
  另外,如果同一组的两个现场变送器全是智能变送器,那么手持通信器就不能和智能变送器通信,要想实现两者间的通信,就必须断开一个回路。
  
  开关量输入卡SP363X接收无源触点信号或开关量输出卡SP362X输出无源晶体管触点信号,通过卡件上的跳线可以选择是7路或是8路输入,当选择7路输入时,一块卡件上的7个回路公用一根地线;当选择8路输入时,同一机笼中的所有SP363X或SP362X卡件的所有回路公用一根地线。因此,为了减少公用地线引起的风险,应将SP363X或SP362X卡件设置为7路输入,维修时不要随意动这根地线。
  
  否则,如果公用地线断路可能会造成使用同一公用地线的所有SP363X或SP362X卡件相继烧毁。
  
  JX-300XDCS提供的故障诊断画面比较全面地显示了控制站软、硬件的运行情况,一旦自检到操作站和控制站通信、主控制卡、数据转发卡、I/O卡件故障,故障诊断画面就会有相应的显示,并进行声音报警。
  
  对于系统本身的各种故障,操作或DCS维护人员可根据操作画面综合信息栏内的系统报警指示灯状态进行判断。该指示灯正常时为绿色,一旦注意到该指示灯以红色闪烁就可以利用故障诊断画面进行故障分析和排除。
  
  六结束语
  
  该工程采用JX-300XDCS是国内首次在粘胶行业成功应用的中大型控制系统,具有较高的推广价值。JX-300XDCS组态工作简单明了,软件功能丰富,能方便地实现一些复杂的控制方案。该系统自投用以来,运行效果良好,大大降低了操作人员的劳动强度,控制效果平稳,故障率很低。
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