化水程控及自动采集系统.ppt

电厂化水程控及自动加药和采集电厂化水程控及自动加药和采集控制系统控制系统刘建文 2007年7月电厂化水程控及自动电厂化水程控及自动加药和采集加药和采集主主 要要 内内 容容1 1 概述概述2 DCS2 DCS介绍介绍3 3 自动加药和采集系统自动加药和采集系统4 4 化水化水DCSDCS控制系统构成控制系统构成5 5 化水化水DCSDCS控制系统基本功能控制系统基本功能6 6 化水化水DCSDCS控制系统操作方式控制系统操作方式2大型机组化水程控及数据采集和自动加药控制系统，使用DCS、PLC等控制系统，如我厂设计的净化站监控采用PLC+CRT模式，站内运行监控均由设在化水处理车间的水区域PLC控制室负责实施。因此，正确认识分散控制系统（DCS）、可编程序控制器（又称工控机）（PLC）等，对300MW机组化水程控及自动数据的采集实际操作使用具有明确的指导意义。3化水程控系统的特点：1、具有丰富的运算控制能力和逻辑判断能力。2、采用专用操作员控制台，配有多功能显示器、多功能键盘、打印机，工作效率高，便于实现CRT为中心的集中控制。3、重要设备采用冗余配置，可靠性高。4、自动调节控制、顺序逻辑控制都是由模块化软件算法构成，系统扩展性好。4DCS与集中控制系统对比：1、系统整体安全性好。集中控制如果主机故障，影响严重。2、在分散控制系统中，不同的工作由不同的工作站完成，各工作站功能简单。集中控制系统要完成许多功能，实时响应性要差一性。3、分散控制系统可扩性能好。4、分散控制系统功能分散，便于就地控制。5WDPF系统组态图6分散控制系统（Distributed Control System）是一个大型的自动化控制系统，整个系统的功能分散化是以各个工作站在物理位置上的分散配置为基础的。如上图：包括工作站（过程控制单元）、数据通信网络、运行操作控制台、工程师站、历史数据存储和检索站（HSR）7通信网络一般由高速数据公路和数据公路控制器组成。数据公路是传输数据的主干道，采用光纤电缆或同轴电缆把分散的各种工作站连接成一个完整的网络。数据控制器，是工作站与系统的通信接口，通过它控制工作站中的功能处理器与数据公路间的数据传输。8数据通信网络的主要功能是：以设计预定的速率传送数据。如美国西屋公司的WDPF系统，其通信速率是每秒钟二百万个二进制数位；以某通信规约进行数据的传送和出错检验；实现工作站之间的通信令牌传递，使得各工作站 能够周而复始地按通信规约进行数据的传送和接收。9生产控制系统常常用总线结构和双环结构。在总线结构中，任何节点故障不影响其它工作站通信，可靠性较高，而且增减节点灵活方便，实时响应好。通信部分与工作站间的接口是在每个工作站配一个大容量的可快速直接存取的共享存储器，通过它实现通信接口控制器与工作站处理器之间的信息交流。通信控制器把从数据公路上接收到的数据存放在共享存贮器内，并把要发送的数据从存贮器里取出送到数据公路上。而工作站处理器则从共享存贮器上得到接收的数据，按系统规定进行加工处理，并把处理好的需要发送到数据高速公路上的 数据存放到共享存贮器里。10过程控制单元DPU（Distributed Processing Unit）是分散控制系统中的一个基本工作站。通过它与生产现场的各种设备连接，以实现对生产过程的数据采集、自动调节控制、顺序逻辑控制。过程控制单元，也可称为现场控制器，它是以微处理机为基础的装置，由CPU、ROM、RAM、时钟部件和“输入/输出”通道构成。如美国西屋电气公司的DPU，由功能处理器、通信控制器、共享存储器、过程输入输出接口、过程输入输出卡件。11运行操作员控制台是分散控制系统中的一个重要的人-机接口站。在硬件组态上包括后备硬手操控制站、CRT显示器、键盘、打印机、存储器等设备部件；在软件配置方面，它装载有系统工作软件和适合用户操作控制需要的应用软件。硬手操控制站构成了运行操作台的低级人-机接口，CRT显示器和键盘组成了运行操作员控制台的高级人-机接口。这些组合，能够满足各种具体过程控制的需要，实现操作员对整个系统中生产过程信息的监视和操作控制。12WDPE系统采用总线式通讯网络，系统中的各种工作站并列地挂在高速数据公路上。主要的工作站是过程控制单元（DPU）、工程师站（ENG）、操作员站（OPR）、历史数据存储及检索WDPE系统采用总线式通讯网络，系统中的各种工作站并列地挂在高速数据公路上。主要的工作站是过程控制单元（DPU）、工程师站（ENG）、操作员站（OPR）、历史数据存储及检索站（HSR）。13CRT显示屏是一台具有矢量显示功能的高分辨率彩色显示器。在使用中被分为两个不同功用的显示区域：主屏显示区主要用于显示相关参数，用户图形、趋势曲线，报警信息，过程控制站信息以及各种一览显示等；子屏显示区主要显示内容有3行报警信息、过程控制操作键提示、层次组织的图形调用操作键提示、系统维护检查操作提示等等。14简简 介介在电厂锅炉水气系统中，溶解氧、PH值和磷酸根含量等是引起热力设备腐蚀、威胁锅炉安全运行的几个主要因数，必须对它们进行控制。在锅炉给水中加入一定量的联氨、氨，在炉水中加入适量的磷酸盐，是防止锅炉氧化和腐蚀的重要方法。通过采用变频调速进行自动加药，系统可靠，具有良好的控制效果。汽水采集的自动化，数据的定时存储和报表，将极打的降低工人劳动强度，减少人为的数据错误，方便厂级的数据管理。系统由五个部分组成：（1）远程控制单元远程控制单元 （2）自动加磷酸盐单元自动加磷酸盐单元 （3）自动加联氨单元自动加联氨单元 （4）自动加氨单元自动加氨单元 （5）数据采集单元数据采集单元 15（一）典型加药工艺流程（一）典型加药工艺流程(A)磷酸盐（联氨/氨）加药工艺搅拌泵除盐水配药罐运行泵安全阀去1#炉储药罐溶解框排污水备用泵安全阀输送泵运行泵安全阀去2#炉16（二）加药自动控制原理（二）加药自动控制原理给定值给定值磷酸根调节磷酸根调节变频器调节变频器调节加药泵加药泵控制对象控制对象磷酸根检测仪表磷酸根检测仪表 炉水磷酸盐的自动加药控制，目的在于控制炉水中磷酸根含量在给定的范围内，从而使锅炉系统安全运行。炉水磷酸盐加药控制系统中，控制器的输入信号为炉水磷酸根检测值，控制器输出420mA信号控制磷酸根加药变频器，通过控制控制器的输出来改变变频器的频率进而控制加药泵的转速，达到控制磷酸盐加药量，从而使磷酸盐稳定在给定范围。、炉水磷酸盐加药控制、炉水磷酸盐加药控制17 给定值给定值联氨调节联氨调节变频器调节变频器调节加药泵加药泵控制对象控制对象联氨值检测仪表联氨值检测仪表、给水加联氨控制系统概述、给水加联氨控制系统概述 锅炉给水加联氨的目的是，通过在给水中加一定量联氨，除去给水中的残余氧，防止残余氧对省煤器等管路的氧腐蚀。在自动加联氨控制系统中，控制器的输入信号为给水联氨检测值，控制器输出420mA信号控制联氨加药变频器，通过控制控制器的输出来改变变频器的频率进而控制加药泵的转速，达到控制联氨加药量，从而使给水中联氨稳定在给定范围，防止管路氧腐蚀。18 给定值给定值PH值调节值调节变频器调节变频器调节加药泵加药泵控制对象控制对象PH值检测仪表值检测仪表 锅炉给水中加入适量的氨是为了将给水的PH值控制在一定的碱性范围之内（一般为8.89.2），防止出现管道腐蚀。在自动加氨控制系统中，控制器的输入信号为给水PH检测值，控制器输出420mA信号控制氨加药变频器，通过控制控制器的输出来改变变频器的频率进而控制加药泵的转速，达到控制氨加药量，从而使给水中氨稳定在给定范围，防止管路氧腐蚀。、给水加氨控制系统概述、给水加氨控制系统概述 19 在电厂加药（磷酸盐、联氨、氨）控制系统中，由于取样管路很长和仪表测量的反应时间的限制，该系统中的纯滞后时间很长，并且随着取样流量的变化而变化，因此控制对象均为时变对象。从控制理论的角度可以采用前馈控制调节，但由于控制对象含量除了受加药量的影响外还受水质等多种因素影响，因此前馈控制实现起来比较困难。我们在磷酸盐、联氨、氨自动加药控制中采用了先进的变频调速技术，在此控制算法中我们借助模糊控制的思想，采用仿人的智能算法，根据偏差量的大小借助PID调节方法进行适量补偿。真正做到变频调速的人工智能化控制，从而克服手动控制困难和直流调速控制可靠性差的缺点。该控制方法在医药、化工等领域得到了很好应用效果，产生了良好的经济效益和社会效益。（4 4）、）、系统特性和对策系统特性和对策20Profibus-DP（现场总线）（三）控制系统图（三）控制系统图计算机激光打印机 UPS电源PLC系统主站显示屏MPIHGY-001远程控制单元远程控制单元现场控制柜(磷酸盐）I/O远程从站分布式控制结构YK-01自动加磷酸盐单元自动加磷酸盐单元现场控制柜(联氨）I/O远程从站现场控制柜(氨）I/O远程从站数据采集 I/O远程从站YK-02自动加联氨单元自动加联氨单元YK-03自动加氨单元自动加氨单元YK-04自动数据采集单元自动数据采集单元21（五）现场控制柜结构（五）现场控制柜结构控制柜布局氨加药就地控制按钮区就地 程控Profibus-DP接口I/O 电源 输出继电器排 端 子 排 联氨加药就地控制按钮区就地 程控 1#变频器2#变频器配电磷酸盐加药就地控制按钮区就地 程控1机组操作面板就地 程控2机组核工业北京化冶院核工业北京化冶院核工业北京化冶院就地 程控就地 程控1机组1机组2机组2机组22（六）控制系统特点（六）控制系统特点 主站PLC现场控制柜（1）现场控制/测量设备现场控制柜（2）现场控制/测量设备（现场总线）现场总线）Profibus-DP网网I/OI/O系统采用主从站式的分布式控制结构（现场控制柜作为从站），有如下特点：系统采用主从站式的分布式控制结构（现场控制柜作为从站），有如下特点：1：从站按功能分类，结构清晰结构清晰2：从站I/O就地接入，接线简洁，易于维护。易于维护。3：现场总线(Profibus-DP)连接从站，组成网络，数字通讯更加可靠数字通讯更加可靠；4：网络连接：只是一根屏蔽双绞线，简捷！（消除了大把的连线）4：消除长距离长距离I/O引线带来的干扰干扰和安全隐患安全隐患。5：扩展从站设备非常简单(现场总线上)。现场控现场控制柜制柜=从站从站23 功能特点功能特点1、系统开放，可根据现场要求进行参数修改、编程，修改结果下载到PLC，运行中，计算机故障对自动加药系统控制无影响。2、现场控制柜具备完全的就地手动操作。3、系统时时显示每种设备的工况运行情况。4、磷酸盐采用模糊控制，消除滞后效应引起磷酸盐波动过大，可保证在0.5mg/L以内。5、液位到低限时，相关泵可以自锁，并报警，避免系统中加入空气。24（七）人机界面部分图例（七）人机界面部分图例1数据采集总貌 2炉水磷酸盐加药控制3给水加联氨控制4给水加氨控制5参数一览6控制回路7系统报警8历史趋势9 报表打印25加药控制系统画面加药控制系统画面126加药控制系统画面加药控制系统画面227加药控制系统画面加药控制系统画面328加药控制系统画面加药控制系统画面429加药控制系统画面加药控制系统画面530加药控制系统画面加药控制系统画面631加药控制系统画面732加药控制系统画面加药控制系统画面833报表打印报表打印报表打印报表打印控制系统设三种打印方式：控制系统设三种打印方式：自动打印：整点自动打印自动打印：整点自动打印即时打印：即时打印：操作员可以手操作员可以手动在任意时刻打印当前的数动在任意时刻打印当前的数据。据。打印历史：打印历史：操作员可以手操作员可以手动打印一个月以内的任何一动打印一个月以内的任何一天的历史记录数据。天的历史记录数据。数据报表的打印，为操作人员和管理人员了解整个系统运行情况提供了有利依数据报表的打印，为操作人员和管理人员了解整个系统运行情况提供了有利依据；同时据；同时为官方的查询提供相应的文档依据；此外还能监视产品特性变化，分为官方的查询提供相应的文档依据；此外还能监视产品特性变化，分析设备性能，节省大量时间和资金。析设备性能，节省大量时间和资金。3435净化站运行一天24小时连续制水，净化站监控采用PLC+CRT模式，站内运行监控均由设在化水处理车间的水区域PLC控制室负责实施 36锅炉补给水处理系统拟采用活性炭过滤一级除盐+混床，其流程为：化学水泵活性炭过滤逆流再生阳离子交换器除二氧化碳器中间水箱中间水泵逆流再生阴离子交换器混合离子交换器除盐水箱除盐水泵主厂房过滤器采用并联、一级除盐系统采用串联，混床采用并联。一级除盐系统采用串联单元制运行，正常情况一列运行另一列备用，机组启动或事故时两列设备同时投入运行。过滤器的反洗、运行，一级除盐及混床的再生、投运均采用程序控制。机组启动或事故时、过滤器反洗走旁路。37补给水处理系统树脂再生用的酸碱来自工业废水集中处理站的酸碱库，贮存罐内的酸碱经酸碱喷射器稀释至规定的浓度后分别送至相应的离子交换器。稀释碱液用的除盐水可经电加热器加热到温度至35左右。38根据工业废水的排放周期，可以将工业废水分为经常性排水和非经常性排水。经常性排水是指锅炉补给水处理系统排水、试验室排水、取样系统排水、净水站排泥水、生活污水处理站排泥水及主厂房内工业排水。非经常性排水是指机组启动排水、锅炉化学清洗排水、煤系统排水等。其中锅炉化学清洗排水是很长时间才会排放一次，但一次的排放量很大。工业废水集中处理系统采用程序控制，自动运行，其控制盘放在锅炉补水处理车间控制室，各处理单元可根据运行工况及废水流量达到自动加药和程序控制。391.上位机的启动、口令的使用 上位机打开电源后自动启动上位监控软件，但这时并未能进入监控画面，必须单击“Fix Login”登录，输入用户名“guest”,口令“3116”，再单击“Fix View”，即可进入监控画面。这里口令是用于防止未授权人员的非法操作，画面题头栏上也有一个锁标志的按扭，单击该按扭，出现的提示框可注册登录进行正常操作，也可注销注册，使未授权人员无法操作画面。402.画面介绍 本系统共设计了11幅画面，系统主画面1幅、清水箱1幅、一级除盐2幅、混床1幅、除盐水箱1幅、酸碱系统1幅、运行参数1幅、原水参数棒图1幅、报警显示及设定画面1幅、报警总览1幅。各画面之间可以方便地转换，从主画面单击相应的系统，即转入对应的画面，从清水箱、一级除盐、混床、除盐水箱、酸碱系统画面单击相关画面的按扭或使用键盘的功能键，即可进入该画面，从一级除盐、混床画面进入酸碱系统画面，则单击这些画面的酸碱计量箱。单击画面题头栏的形象按扭，可进入运行参数、棒图、报警显示及设定画面。41系统设有“自动”、“步操”、“点操”三种控制方式，控制方式都是针对具体的设备或系统而言，如一级除盐、混床、清水泵都有自己的控制方式。酸碱系统和再生泵等公用系统的控制方式由使用它们的系统或设备决定，若一套一级除盐或混床正在再生，另一套一级除盐或混床即使在“点操”也不能控制它们，否则则可。42一级除盐、混床有多种不同的设备状态，一级除盐设有“漂洗”、“运行”、“备用”、“失效”、“再生”、“大再生”六种状态，混床设有“漂洗”、“运行”、“备用”、“失效”、“再生”五种状态。这些设备状态除“失效”仅具有显示功能外，其它状态可以在条件允许的情况下由操作人员用鼠标单击按扭或用键盘的功能键选择进入。43设备状态在“备用”，可以使用“点操”控制方式，要选择设备的“漂洗”、“再生”、“大再生”，控制方式必须先选择“自动”或“步操”。44单击一级除盐、混床状态的“漂洗”、“再生”（“大再生”）等字体，可以打开对应状态的步序画面。45系统在“漂洗”、“再生”、“大再生”时，控制方式“自动”“步操”可以自由切换。如某设备正在“再生”，我们可以从其任一步序起（“停止”步除外），“自动”切往“步操”或“步操”切往“自动”。“自动”切往“步操”时，即可以将某步序的控制时间延长，又可以根据情况选择其它步。“步操”切往“自动”时，可以从某步起交由程序自动控制。在“自动”情况下，若中途要停止程序执行，必须先切换到“步操”，再单击步序“停止”。46由于清水泵、两台中间泵采用了变频器调速，所以设计了三个调节器用于控制变频器的输出。单击这些泵，可以打开相应的调节器画面。单击（或使用键盘功能键）该画面的AUTO/MAN切换按扭，可设定调节器为自动或手动控制输出。调节器处于自动方式时，总是不断地将被调量（这里为泵出口的流量）调整到跟给定值一致，手动方式时，由操作人员调整调节器的输出从而人工调节泵出口流量。47 单击（或使用键盘功能键）INT/EXT切换按扭，可设定调节器的给定值为内部给定或外部给定。所谓内部给定指调节器的给定值由PLC自动给出，外部给定是指调节器的给定值由操作人员设定。当清水泵、一级除盐的控制方式为“点操”时，还可以由调节器画面的 STAR（STOP）键启停清水泵或中间泵。48任何时候，两列一级除盐和两台混床中只能有一列或一台设备处于“漂洗”或“再生”（“大再生”）。若系统中有一列或一台设备已处于“漂洗”或“再生”、“大再生”时，再操作其它设备，系统将不预理睬。49一级除盐要“漂洗”、“运行”、“再生”、“大再生”，必须先选择要运行的清水泵，并将其控制方式放“自动”。50混床要“漂洗”、“再生”，不仅要选择需运行的清水泵，并将其控制方式放“自动”，还要将某一列一级除盐的控制方式置“自动”。51系统可以以步操形式制水，控制方式放“步操”，单击相应设备的“运行”按扭，可将该设备投运，但运行一级除盐时，必须先运行混床。停止设备运行时使用“备用”或“停止”按扭（注：当设备运行到“失效”提示时，“备用”按扭变成“停止”按扭），要停止混床运行时，必须先停一级除盐。52系统具备自动制水功能，当把选择运行的一台清水泵、一列一级除盐、一台混床置“自动”后，单击“自动制水”按扭，并在自动制水对话框，根据需要选择一级除盐或混床是否漂洗，确认后系统自动启动设备制水。当两个除盐水箱都满或单击“停止制水”，系统则停止制水。535455565758596061626364