1、摘 要隨著人們對(duì)能源需求量的日益擴(kuò)大以及對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，作為近年來(lái)國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的新一代高效、低污染的清潔燃燒鍋爐，循環(huán)流化床鍋爐得到了迅速的推廣。由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)大滯后、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，各個(gè)變量之間相互影響，而這就需要通過(guò)集散控制系統(tǒng)（DCS）來(lái)完成對(duì)循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)的自動(dòng)控制。本課題控制系統(tǒng)選用ABB公司的AC800F控制器及相關(guān)卡件為硬件結(jié)構(gòu)，運(yùn)用Control Build F軟件對(duì)循環(huán)流化床鍋爐電機(jī)的起停、連鎖控制、故障報(bào)警、鍋爐出口煙氣含氧量、鍋爐床溫等主要控制點(diǎn)及其它輔助控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)集散控制。該項(xiàng)目的成功實(shí)施為企業(yè)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有著巨大

2、的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞： 循環(huán)流化床鍋爐；集散控制系統(tǒng)；AC800F；Control Build FABSTRACTAs people growing demand for energy as well as continuously improve the environmental quality requirements, circulating fluidized bed boiler which is the new generation of high efficient and low pollution has make a rapid promotion in recent ye

3、ars. The circulating fluidized bed boiler combustion system is a large time delay and strong coupling of the nonlinear system which is the interaction between the variable parameters. As a result It is necessary to complete the automatic circulating fluidized bed boiler system control by distributed

4、 control system (DCS).The subject selected ABB's control system of AC800F and some cards of it as the hardware. Meanwhile we use software of Control Build F to achieve distributed control for irculating fluidized bed boiler motor starting, stopping and chain control, fault alarm, the boiler exit

5、 flue gas oxygen content, the boiler bed temperature and other major control points and other auxiliary control point.The successful implementation of the project has brought significant economic benefits for the business and social benefits, and it has great practical significance.Key words：circula

6、ting fluidized bed boiler ；distribute control system；AC800F；Control Build F目 錄摘 要IABSTRACTII1 前言11.1 循環(huán)流化床鍋爐簡(jiǎn)介11.2 DCS簡(jiǎn)介11.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.4 選題的目的及意義22.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案42.1 生產(chǎn)工藝42.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容52.3 控制方案及主要研究手段52.4 控制要求及主要控制要點(diǎn)62.4.1 DCS監(jiān)視部分62.4.2 DCS操作部分63.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)103.1 檢測(cè)原理103.2 DCS硬件設(shè)計(jì)113.2.1 DCS系統(tǒng)選型113.2.2輸入/輸出點(diǎn)的確定133.2

7、.3 DCS柜箱面設(shè)計(jì)143.2.4二次端子與卡件接線設(shè)計(jì)153.3電動(dòng)機(jī)控制設(shè)計(jì)164.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)184.1系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)184.1.1項(xiàng)目樹(shù)的建立184.1.2硬件組態(tài)設(shè)計(jì)194.2過(guò)程站控制程序設(shè)計(jì)254.2.1電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)264.2.2模擬量轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)304.2.2模擬量監(jiān)控報(bào)警程序設(shè)計(jì)314.2.4循環(huán)流化床鍋爐控制點(diǎn)程序設(shè)計(jì)324.3操作員站組態(tài)設(shè)計(jì)364.3.1主監(jiān)控界面組態(tài)374.3.2趨勢(shì)顯示395仿真調(diào)試415.1配置CBF地址415.2配置網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)425.3聯(lián)機(jī)調(diào)試42結(jié) 論47參 考 文 獻(xiàn)48致 謝49附 錄50附錄1 CBF部分程序50附錄2 模擬量，開(kāi)關(guān)量

8、部分點(diǎn)號(hào)表56- IV -濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1 前言1.1 循環(huán)流化床鍋爐簡(jiǎn)介循環(huán)流化床鍋爐( circulating fluidized bed boiler，簡(jiǎn)稱(chēng)CFBB)是在流化床鍋爐基礎(chǔ)上改進(jìn)和發(fā)展起來(lái)的一種新型鍋爐。其保留了流化床鍋爐的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而避免和消除了流化床鍋爐存在的熱效率低、埋管受熱面磨損嚴(yán)重和脫硫劑石灰石利用不充分、消耗量大和難于大型化等缺點(diǎn)。具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、負(fù)荷調(diào)節(jié)比大和負(fù)荷調(diào)節(jié)快等突出優(yōu)點(diǎn)。循環(huán)流化床鍋爐在結(jié)構(gòu)及燃燒方式上均與普通煤粉爐不同，因此其調(diào)節(jié)要求及調(diào)節(jié)方案與普通煤粉爐也有一定差異。循環(huán)流化床鍋爐采用布風(fēng)板上床層流化燃燒方式

9、，其燃燒調(diào)節(jié)方案與煤粉爐完全不一樣。循環(huán)流化床鍋爐作為環(huán)保鍋爐，在爐內(nèi)加人石灰石進(jìn)行脫硫，故流化床鍋爐必須增加石灰石給料調(diào)節(jié)系統(tǒng)。另外，循環(huán)流化床鍋爐煙氣中的未燃粒子經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器后，要由返料裝置送回爐床繼續(xù)燃燒，所以循環(huán)流化床鍋爐亦必須具有返料調(diào)節(jié)系統(tǒng)。循環(huán)流化床鍋爐正常燃燒時(shí)需要調(diào)節(jié)一定的床層厚度，床層厚度由排渣系統(tǒng)與返料系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此循環(huán)流化床鍋爐必須具有排渣調(diào)節(jié)床層厚度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)大滯后、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng),各個(gè)變量之間相互影響。有的被調(diào)參數(shù)同時(shí)受到幾個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)的共同影響，如床層溫度要受到給煤量、石灰石供給量等多個(gè)參數(shù)控制1 2 3。1.2 DCS簡(jiǎn)介 D

10、CS -Distribute Control System集中管理分散控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)集散控制系統(tǒng)。 DCS是計(jì)算機(jī)（Computer）、通信(Communication)、CRT顯示、控制（Control）技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)4C技術(shù)）發(fā)展的產(chǎn)物。采用危險(xiǎn)分散、控制分散、而操作和管理集中的基本設(shè)計(jì)思想，多層分級(jí)、合作自治的結(jié)構(gòu)形式，適應(yīng)現(xiàn)代化的生產(chǎn)和管理要求。它解決了原有集中控制系統(tǒng)危險(xiǎn)集中和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性。 目前DCS有兩個(gè)發(fā)展方向，一是向現(xiàn)場(chǎng)深入，二是向高層發(fā)展，使得面向控制過(guò)程的DCS和面向生產(chǎn)管理與調(diào)度的管理信息系統(tǒng)MIS可以互相傳遞信息，出現(xiàn)了將DCS與MIS集成在一起的計(jì)算機(jī)集

11、成制造系統(tǒng)CIMS和計(jì)算機(jī)集成過(guò)程控制系統(tǒng)CIPS。 實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是各個(gè)子系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通訊接口：以太網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)、TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)、SQL、ODBC、OPC、DDE。DCS的基本組成部分為三點(diǎn)一線。一線是指DCS骨架計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。三點(diǎn)是面向過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)站（PS），面向操作人員的操作站（OS），面向DCS監(jiān)督管理人員的工程師站（ES）4。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著人們對(duì)能源需求量的日益擴(kuò)大以及對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，作為近年來(lái)國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的新一代高效、低污染的清潔燃燒鍋爐，循環(huán)流化床鍋爐得到了迅速的推廣。自循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，循環(huán)流化床鍋爐已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，大容量的循環(huán)

12、流化床電站鍋爐已被發(fā)電行業(yè)所接受。世界上最大容量的 250MW循環(huán)流化床鍋爐已在1997年運(yùn)投，多臺(tái)200250MW大容量循環(huán)流化床鍋爐已投產(chǎn)。我國(guó)從60年代開(kāi)始對(duì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行研究，并在90年代以后和外國(guó)公司聯(lián)合研究并取得了較大有發(fā)展，現(xiàn)在循環(huán)流化床鍋爐已發(fā)展成熟并在全國(guó)廣泛應(yīng)用，已成為世界上大型流化床循環(huán)流化床鍋爐總臺(tái)數(shù)最多，總裝機(jī)功率最大的國(guó)家。我國(guó)集中于中型CFB的研制與開(kāi)發(fā)，目前已完全商業(yè)化。到1998年底，我國(guó)已投運(yùn)及訂貨的35t/ h以下的循環(huán)流化床鍋爐共計(jì)約600臺(tái)，已開(kāi)始走向電力市場(chǎng)，并且開(kāi)始大型CFB的研制工作。在西歐、北美和日本，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的開(kāi)發(fā)受到高度重重視

13、，許多有關(guān)的高等院校，科研機(jī)構(gòu)一直在開(kāi)展研究工作，經(jīng)常舉行各種國(guó)際性學(xué)術(shù)會(huì)議研討循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展技術(shù)?，F(xiàn)在國(guó)外一些電力公司正在考慮設(shè)計(jì)制造新一代的、更大的容量的循環(huán)流化床鍋爐。為了開(kāi)發(fā)、完善循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，世界上各工業(yè)國(guó)家在技術(shù)、人力、財(cái)力等各方面都做了大量投入，而走在世界前列的仍然是幾個(gè)比較發(fā)達(dá)的資本主義工業(yè)國(guó)家。目前國(guó)外主要開(kāi)發(fā)研制單位和生產(chǎn)廠家有德國(guó)魯奇(Lurgi)公司、芬蘭奧斯龍(Ahlstrom)公司、美國(guó)巴特爾(Battle)研究中心、美國(guó)福斯特·惠勒(Foster Wheeler)公司，德國(guó)巴布科克和斯坦繆勒公司、瑞典斯圖特斯維公司美國(guó)的燃燒工程公司和法國(guó)斯坦因

14、公司引進(jìn)德國(guó)魯奇公司的技術(shù)，也是當(dāng)今世界上循環(huán)流化床鍋爐生產(chǎn)能力較強(qiáng)的廠家3 5。1.4 選題的目的及意義本選題是DCS在工業(yè)控制領(lǐng)域比較典型的應(yīng)用案例。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，企業(yè)也在不斷的改造設(shè)備提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。在循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)中，電機(jī)的順序控制，煙氣含氧量，床溫等模擬量的實(shí)時(shí)控制及整個(gè)系統(tǒng)的故障報(bào)警和連鎖保護(hù)都是至關(guān)重要的，而這就需要通過(guò)DCS控制來(lái)完成對(duì)循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)的自動(dòng)控制，從而取代以往各種的大型繼電器設(shè)備，不僅能大大降低了該設(shè)備的生產(chǎn)成本，減小設(shè)備的體積重量，節(jié)省人力，提高工效，更重要的是大大提高了控制精度和安全系數(shù)，具有很高的實(shí)用價(jià)值4 6。循環(huán)流化床鍋爐的低溫

15、、分段燃燒可以滿(mǎn)足環(huán)保的要求，減少?gòu)U氣的排放；穩(wěn)定的燃燒源、高速度、高濃度的循環(huán)硫態(tài)化技術(shù)是劣質(zhì)煤燃燒的要求得到提高，同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)灰渣的再利用，提高生產(chǎn)效率，滿(mǎn)足政府政策的要求。通過(guò)本選題使我了解了國(guó)外對(duì)循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)研究的成果和發(fā)展方向，找到了國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)外在這方面的差距，明確在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的課題的難點(diǎn)和重點(diǎn)以及自己在設(shè)計(jì)中應(yīng)該努力的方向、查找的參考資料、注意的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步了解自動(dòng)化控制中一些復(fù)雜系統(tǒng)的檢測(cè)、調(diào)節(jié)、控制過(guò)程，對(duì)自己所學(xué)的課程有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，把DCS的設(shè)計(jì)步驟和方法，系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)運(yùn)用于實(shí)際。深入掌握CBF等軟件的使用，達(dá)

16、到熟練應(yīng)用的程度以提高自己的專(zhuān)業(yè)能力。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1生產(chǎn)工藝循環(huán)流化床鍋爐主要工藝過(guò)程如圖2.1所示： 圖2.1 循環(huán)流化床鍋爐工藝簡(jiǎn)圖循環(huán)流化床鍋爐主要由燃燒系統(tǒng)、氣固分離循環(huán)系統(tǒng)、對(duì)流煙道三部分組成。其中燃燒系統(tǒng)包括風(fēng)室、燃燒室、爐膛、給煤系統(tǒng)等幾部分；氣固分離循環(huán)系統(tǒng)包括物料分離裝置和返料裝置兩部分；對(duì)流煙道包括過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等幾部分。本論文主要研究燃燒子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。燃燒子系統(tǒng)主要分為2部分-物料系統(tǒng)和風(fēng)煙系統(tǒng)。（1）物料系統(tǒng)：新燃料(煤) 、脫硫劑(石灰石) 不斷加入到爐膛燃燒室的料層中，床層底料在風(fēng)的作用下開(kāi)始硫化，被煙風(fēng)帶出燃燒室的粉塵被分離器分離捕捉，由返料設(shè)

17、備再返回到燃燒室中，形成了循環(huán)硫化的過(guò)程。（2）風(fēng)煙系統(tǒng)：循環(huán)硫化床的一次風(fēng)( 大約60 %總風(fēng)量) 從爐膛床層底部吹入，推動(dòng)床層硫化，并且形成還原燃燒氣氛；在一定高度加入二次風(fēng)，二次風(fēng)完成燃料的充分燃燒；高壓風(fēng)是完成循環(huán)返料返回燃燒室；為了煤、石灰石給入，需要加入播煤風(fēng)、石灰石給料風(fēng) 7。2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 針對(duì)2.1所提到的生產(chǎn)工藝，本論文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：按照DCS規(guī)范書(shū)的規(guī)定和適用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，配置完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)；按照工藝流程圖、初步I/O清單和控制要求，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙，完成I/O接口布置圖；實(shí)現(xiàn)集散系統(tǒng)電機(jī)啟停、連鎖等數(shù)字量控制，以及爐膛負(fù)壓等模擬量調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)；按照鍋爐工藝流程設(shè)計(jì)

18、DCS的監(jiān)控畫(huà)面。包括工藝流程，回路控制、順序控制，趨勢(shì)等顯示；利用CBF組態(tài)軟件及仿真器，對(duì)設(shè)備備妥、驅(qū)動(dòng)等信號(hào)及連鎖關(guān)系進(jìn)行仿真；利用DIGIVIS對(duì)鍋爐燃燒環(huán)節(jié)各設(shè)備OS顯示進(jìn)行仿真。2.3 控制方案及主要研究手段本課題結(jié)合我們循環(huán)流化床鍋爐生產(chǎn)的現(xiàn)狀，來(lái)設(shè)計(jì)35t/h循環(huán)流化床鍋爐燃燒子系統(tǒng)集散控制，采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐燃燒子系統(tǒng)的全線自動(dòng)控制，應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)，來(lái)研制一套低造價(jià)、高性能的集散控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)硬件采用ABB AC800F控制器及I/O模塊。采用CBF軟件對(duì)系統(tǒng)編程，完成工藝流程顯示、趨勢(shì)顯示、超限報(bào)警、工藝參數(shù)及采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

19、圖見(jiàn)圖2.2。圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖本設(shè)計(jì)研究手段主要采用收集閱讀資料與上機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方式。利用互聯(lián)網(wǎng)及圖書(shū)館查閱有關(guān)本設(shè)計(jì)的書(shū)籍和論文。并利用計(jì)算機(jī)來(lái)熟悉軟件的使用并最終完成組態(tài)與編程。2.4 控制要求及主要控制要點(diǎn)對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐集散型控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其作用主要分為監(jiān)視和操作兩部分。DCS 的監(jiān)視部分又包括數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示兩部分，DCS 操作又分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作。2.4.1 DCS監(jiān)視部分DCS的監(jiān)視部分分為數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示兩部分。（1）數(shù)據(jù)顯示部分?jǐn)?shù)據(jù)處理部分又分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)計(jì)算處理。數(shù)據(jù)采集：一次參數(shù)的模擬量要經(jīng)過(guò)報(bào)警設(shè)置、信號(hào)轉(zhuǎn)換及熱偶補(bǔ)償?shù)阮A(yù)處理；一次參數(shù)的開(kāi)關(guān)量要經(jīng)過(guò)

20、報(bào)警設(shè)置等預(yù)處理。數(shù)據(jù)計(jì)算處理：對(duì)DCS 數(shù)據(jù)采集的一次數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，得到DCS 的二次數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)顯示部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示部分包括報(bào)警顯示，趨勢(shì)顯示和主控界面顯示。報(bào)警顯示：報(bào)警系統(tǒng)是將被檢測(cè)對(duì)象的異常情況及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出來(lái)，并提醒操作人員注意，以防異常情況的進(jìn)一步惡化。對(duì)于報(bào)警要有閃光提示，只有通過(guò)操作人員確認(rèn)后，閃光變?yōu)槠焦?；平光只有在?bào)警信號(hào)消失后，才變?yōu)樵瓉?lái)正常狀態(tài)。目的是只有操作人員認(rèn)可(知道) 后，報(bào)警信息才消失，否則應(yīng)一直提示操作人員。趨勢(shì)顯示：其主要是反映模擬量的變化狀況，便于運(yùn)行檢測(cè)、運(yùn)行操作和數(shù)據(jù)相關(guān)分析。主控界面顯示：在DCS運(yùn)行中，監(jiān)視、操作畫(huà)面非常重要，也是非常直觀

21、的。主控界面能夠?qū)崟r(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備下達(dá)控制指令，因此，監(jiān)控界面的好壞直接影響著整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況8。2.4.2 DCS操作部分DCS操作部分分為手動(dòng)操作部分和自動(dòng)操作部分。（1）手動(dòng)操作部分手動(dòng)操作部分就是人機(jī)接口部分，操作人員通過(guò)DCS 提供的界面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的手動(dòng)調(diào)節(jié)、控制。（2）自動(dòng)操作部分自動(dòng)操作部分是按控制點(diǎn)來(lái)劃分的，循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制點(diǎn)主要包括電機(jī)的起停、連鎖控制、故障報(bào)警、鍋爐出口煙氣含氧量的調(diào)節(jié)、鍋爐床溫調(diào)節(jié)、鍋爐爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)、鍋爐料床差壓調(diào)節(jié)、一次風(fēng)量調(diào)節(jié)。另外，還有排渣系統(tǒng)和返料系統(tǒng)等輔助控制點(diǎn)的調(diào)節(jié)。通過(guò)設(shè)備之間的

22、聯(lián)鎖完成電機(jī)的順序控制，電機(jī)完成備妥后才能啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)順序啟動(dòng)，停止時(shí)逆序停止。每個(gè)設(shè)備啟/ 停操作都有一定條件，以保證設(shè)備安全啟/ 停。在運(yùn)行過(guò)程中，如果設(shè)備的運(yùn)行條件失去或系統(tǒng)的運(yùn)行條件失去，在確保設(shè)備運(yùn)行安全的前提下，停止設(shè)備運(yùn)行,甚至停止系統(tǒng)運(yùn)行。在循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)中，風(fēng)路（引風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)）控制關(guān)系到整個(gè)循環(huán)流化床鍋爐安全穩(wěn)定，起著至關(guān)重要的作用。引風(fēng)最主要功能是保證爐膛維持一定的負(fù)壓；一次風(fēng)最主要作用建立起流化狀態(tài)；二次風(fēng)主要作用補(bǔ)充一次風(fēng)量不足，使煤實(shí)現(xiàn)富氧燃燒，同時(shí)抑制煤中氮與空氣中的氧反應(yīng)產(chǎn)生NOx，從而達(dá)到降低的NOx排放值10。因此，含氧量控制主要是通過(guò)調(diào)節(jié)二次

23、風(fēng)量來(lái)完成的，本設(shè)計(jì)采用含氧量-二次風(fēng)量PID串級(jí)控制方案。通過(guò)調(diào)節(jié)二次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)二次風(fēng)量，通過(guò)調(diào)節(jié)二次風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)鍋爐出口煙氣含氧量，保證燃料在適當(dāng)?shù)目諝膺^(guò)量系數(shù)下燃燒，煙氣含氧量調(diào)節(jié)方框圖如2.3所示； 圖2.3 煙氣含氧量調(diào)節(jié)方框圖控制時(shí)把床溫的影響也納入控制方案中。床溫增加減小燃料量，床溫降低則增大燃料量。由于循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時(shí)床溫可以在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，故在控制方案中設(shè)置了不調(diào)溫死區(qū)，即床溫在該死區(qū)內(nèi)時(shí)不改變?nèi)剂瞎┙o量。本設(shè)計(jì)采用床溫-燃料量PID串級(jí)控制方案，通過(guò)調(diào)節(jié)給煤機(jī)與石灰石給料機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)燃料量，通過(guò)燃料量調(diào)節(jié)床溫，保證鍋爐負(fù)荷滿(mǎn)足系統(tǒng)要求，鍋爐床溫調(diào)節(jié)方框圖如2.4所示；

24、圖2.4 鍋爐床溫調(diào)節(jié)方框圖影響爐膛負(fù)壓的因素很多，但影響最強(qiáng)烈的是引風(fēng)。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，就要相應(yīng)的制引風(fēng)使?fàn)t膛負(fù)壓穩(wěn)定。爐膛負(fù)壓過(guò)高則爐煙外冒至噴火，危及人身和設(shè)備安全，并污染環(huán)境；負(fù)壓過(guò)低，會(huì)有大量冷空氣進(jìn)入爐膛內(nèi)，降低爐膛溫度，增大引風(fēng)負(fù)荷和排煙損失。因此，爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐至關(guān)重要。本設(shè)計(jì)采用爐膛負(fù)壓?jiǎn)位芈稰ID控制，通過(guò)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓，保證爐膛內(nèi)在微負(fù)壓或微正壓的環(huán)境下燃燒，爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)方框圖如2.5所示；圖2.5 爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)方框圖料層差壓控制也稱(chēng)為料層控制。由于料層高度與床壓近似成比例關(guān)系，用差壓大小推算床料高度。循環(huán)流化床鍋爐的料層差壓高低與床渣數(shù)

25、量和返料量有關(guān)。若料層高、太厚則使布風(fēng)板阻力加大，分層嚴(yán)重，可能引起床下風(fēng)室風(fēng)道振動(dòng)，且增大風(fēng)機(jī)電耗；若料層薄、高度太小則會(huì)發(fā)生吹穿，燃燒熱量減小，運(yùn)行不穩(wěn)定，帶負(fù)荷能力受到影響。當(dāng)負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，床渣堆積量增加時(shí)料層差壓明顯升高，可通過(guò)底部灰渣的排放來(lái)降低料層差壓；返料量不足時(shí)料層差壓明顯降低，可通過(guò)適當(dāng)增加返料量來(lái)提高料層差壓。因此，本循環(huán)流化床鍋爐料層差壓控制采用人工設(shè)定報(bào)警限，計(jì)算機(jī)報(bào)警提示人工就地排渣和加返料方式，料層差壓調(diào)節(jié)方框圖如2.6所示；圖2.6 料層差壓調(diào)節(jié)方框圖在循環(huán)流化床鍋爐中，一次風(fēng)量主要調(diào)整控制流化程度，但又隨著負(fù)荷的大小變動(dòng)而改變，并呈現(xiàn)出一定的階躍性。因此，在本系統(tǒng)

26、中采用人工根據(jù)參數(shù)的變化設(shè)定一次風(fēng)量給定值方式的單回路PID調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)一次風(fēng)的風(fēng)量，實(shí)施安全、經(jīng)濟(jì)燃燒，一次風(fēng)量調(diào)節(jié)方框圖如2.7所示。圖2.7 次風(fēng)量調(diào)節(jié)方框圖3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 檢測(cè)原理本論文的模擬量檢測(cè)包括流化床床料溫度、鍋爐風(fēng)室溫度等溫度參數(shù)；鍋爐爐膛上部壓力、鍋爐爐膛中部壓力等壓力參數(shù)；一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、煙氣含氧量等其它參數(shù)。本設(shè)計(jì)應(yīng)用的測(cè)溫元件有熱電偶、熱電阻傳感器；測(cè)壓元件為壓電傳感器；測(cè)風(fēng)量元件為智能流量計(jì)；測(cè)煙氣的元件為氣體分析儀。下面對(duì)這些元件進(jìn)行一下簡(jiǎn)單的介紹。（1） 溫度傳感器本設(shè)計(jì)采用熱電偶和熱電阻傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量。熱電偶的測(cè)溫原理：兩

27、種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，將他們的兩個(gè)接觸點(diǎn)分別置于不同溫度各為T(mén)及T的熱源中，則在該回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)。則熱電偶回路中產(chǎn)生的總電動(dòng)勢(shì) EAB(T,T0)可寫(xiě)成： EAB(T,T0)=eAB(T)+eB(T,T0)-eAB(T0)-eA(T,T0) （3.1） 由于溫差電動(dòng)勢(shì)比接觸電動(dòng)勢(shì)小，又T>T0,所以在總電動(dòng)勢(shì)EAB(T,T0)中，以導(dǎo)體A、B在T端的接觸電動(dòng)勢(shì)eAB(T)所占的百分比最大，故總電動(dòng)勢(shì)EAB(T,T0)的方向取決于eAB（T）的方向，因NA>NB，故A為為正極，B為負(fù)極。 熱電阻傳感器測(cè)溫原理：熱電阻傳感器是利用電阻隨溫度變化的特

28、性制成的傳感器。經(jīng)常使用電橋作為傳感器的測(cè)量電路，標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)室用的鉑電阻的引線采用四線制，既金屬熱電阻兩端各焊兩根引出線，其測(cè)量電路如圖3.1所示。當(dāng)引線電阻R1=R2=R3=R4時(shí)，A表的指示仍與引線電阻無(wú)關(guān)。此外，通過(guò)A表的各個(gè)支路的節(jié)點(diǎn)數(shù)為偶數(shù)，它們的接觸電勢(shì)恰好抵消，這樣，圖3.1所示線路不僅消除了連接引線電阻的影響，而且還可以消除測(cè)量電路中寄生電勢(shì)引起的誤差。圖3.1 四線式結(jié)構(gòu)，R1、R2、R3、R4為引線電阻（2）壓力傳感器本設(shè)計(jì)檢測(cè)壓力的傳感器采用壓電傳感器。 壓電傳感器工作原理：對(duì)于某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)λ┘訅毫r(shí)，內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的的比表面上便產(chǎn)生符號(hào)

29、相反的電荷；當(dāng)外力去掉后有重新恢復(fù)不帶點(diǎn)狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)9。（3）智能流量計(jì)本設(shè)計(jì)采用智能渦街流量計(jì)來(lái)檢測(cè)風(fēng)量。智能渦街流量計(jì)檢測(cè)原理：在流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱(chēng)為卡門(mén)旋渦，旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱(chēng)地排列。渦街流量計(jì)便是依據(jù)卡門(mén)旋渦原理進(jìn)行封閉管道流體流量測(cè)量的新型流量計(jì)。因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，無(wú)需溫度壓力補(bǔ)償即可直接測(cè)量蒸汽、空氣、氣體、水、液體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測(cè)量

30、標(biāo)況體積流量和質(zhì)量流量，是節(jié)流式流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。（4）氣體分析儀本設(shè)計(jì)采用熱導(dǎo)式氣體分析儀來(lái)檢測(cè)氧氣在煙氣中的含量。熱導(dǎo)式氣體分析儀檢測(cè)原理：熱導(dǎo)式氣體分析儀是一種物理類(lèi)的氣體分析儀表。它根據(jù)不同氣體具有不同熱傳導(dǎo)能力的原理，通過(guò)測(cè)定混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)推算其中某些組分的含量。這種分析儀表簡(jiǎn)單可靠，適用的氣體種類(lèi)較多，是一種基本的分析儀表。但直接測(cè)量氣體的導(dǎo)熱系數(shù)比較困難，所以實(shí)際上常把氣體導(dǎo)熱系數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，再用電橋來(lái)測(cè)定。熱導(dǎo)式氣體分析儀的熱敏元件主要有半導(dǎo)體敏感元件和金屬電阻絲兩類(lèi)。半導(dǎo)體金屬氧化物敏感元件吸附被測(cè)氣體時(shí)，電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率即發(fā)生變化，元件的散熱狀態(tài)也隨之變化

31、。元件溫度變化使鉑線圈的電阻變化，電橋遂有一不平衡電壓輸出，據(jù)此可檢測(cè)氣體的濃度。3.2 DCS硬件設(shè)計(jì)DCS的硬件設(shè)計(jì)部分包括DCS的系統(tǒng)選型，輸入/輸出點(diǎn)的確定，DCS柜的箱面設(shè)計(jì)與端子排的接線設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)DCS硬件的設(shè)計(jì)，使其與軟件部分更好的結(jié)合起來(lái)，以此來(lái)達(dá)到最終的目的。3.2.1 DCS系統(tǒng)選型針對(duì)35t/h循環(huán)流化床鍋爐的工藝特點(diǎn)，本課題控制系統(tǒng)選用ABB公司的Industrial IT系統(tǒng)，使用AC800F控制器及相關(guān)卡件為硬件結(jié)構(gòu)并輔以現(xiàn)場(chǎng)總線儀表實(shí)現(xiàn)集散控制。該系統(tǒng)融傳統(tǒng)的DCS和PLC優(yōu)點(diǎn)于一體并支持多種國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。其優(yōu)點(diǎn)如下：（1）系統(tǒng)分兩級(jí)：操作管理級(jí)和

32、過(guò)程控制級(jí)。在操作管理級(jí)上不僅實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)監(jiān)控操作功能，而且完成系統(tǒng)硬件診測(cè)及不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換等功能。過(guò)程控制級(jí)實(shí)現(xiàn)包括復(fù)雜控制在內(nèi)的各種回路調(diào)節(jié)和高速邏輯控制、順序控制等功能。（2）大眾化的PC機(jī)和Windows操作系統(tǒng)在全世界已被廣泛使用于各個(gè)領(lǐng)域，成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)平臺(tái)。Industrial IT系統(tǒng)的操作站OS、工程師站ES及即采用了這一平臺(tái)，從而確保了系統(tǒng)的通用性、開(kāi)放性和易用性，并對(duì)將來(lái)的技術(shù)升級(jí)和維護(hù)帶來(lái)很大方便。（3）整個(gè)系統(tǒng)的工程組態(tài)非常方便。組態(tài)語(yǔ)言基于IEC61131_3工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提供了功能塊圖(FBD)、梯形圖(LAD)、指令表(IL)和順序功能圖(SFC)

33、、ST(結(jié)構(gòu)化文本)等圖形化組態(tài)手段。系統(tǒng)還帶有包含近190多個(gè)功能塊的算法庫(kù)和具有200多個(gè)圖形符號(hào)的基本圖庫(kù)和內(nèi)含大量3D圖符的擴(kuò)充圖庫(kù)。系統(tǒng)使用同一套組態(tài)工具軟件完成過(guò)程級(jí)、操作級(jí)乃至現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的組態(tài)以及調(diào)試，并使用同一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。（4）AC800F 控制器通過(guò)多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口，它作為ABB工業(yè)IT標(biāo)準(zhǔn)控制器即可以覆蓋傳統(tǒng)DCS功能又可以實(shí)現(xiàn)面向未來(lái)的FCS控制功能10。鑒于上述諸多突出優(yōu)點(diǎn)并且要保證鍋爐的安全運(yùn)行，所以本設(shè)計(jì)選用帶有冗余的AC800F控制器及S800系列I/O控制模件組成的DCS控制系統(tǒng)。其具體DCS硬件構(gòu)架如圖3.2所示。 圖3.2 DCS硬件構(gòu)架圖

34、圖中網(wǎng)絡(luò)分成兩部分：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，具體功能如下：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)操作員站、工程師站及現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程站之間的數(shù)據(jù)通訊的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。傳輸介質(zhì)為光纖，傳輸速率為100Mbit/s，抗干擾能力強(qiáng)，可完全滿(mǎn)足系統(tǒng)要求?，F(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程站中控制器的現(xiàn)場(chǎng)總線MASTER插件與相應(yīng)S800 I/O 站之間的通訊?？刂破髋c各分布式I/O站之間采用標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS DP通訊電纜，傳輸速率最高可達(dá)12Mbps，抗干擾能力強(qiáng)，配置靈活，布線方便，極好地滿(mǎn)足了系統(tǒng)的控制要求。這兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有效的溝通了現(xiàn)場(chǎng)管理層與操作管理層之間的數(shù)據(jù)通訊，覆蓋了整個(gè)控制系統(tǒng)的所有自動(dòng)控

35、制設(shè)備。各層之間，以及各層內(nèi)部各智能設(shè)備之間既相對(duì)獨(dú)立又能有機(jī)的聯(lián)系，完全達(dá)到了DCS集中管理、分散控制的目的4 10。3.2.2輸入/輸出點(diǎn)的確定在本次設(shè)計(jì)中主要涉及到（溫度，壓力等），開(kāi)關(guān)量（電機(jī)聯(lián)鎖）、以及系統(tǒng)報(bào)警等。因此，根據(jù)工藝要求，共有輸入開(kāi)關(guān)量(DI)20個(gè)，輸出開(kāi)關(guān)量(DO)10個(gè)，輸入模擬量(AI)41個(gè)，輸出模擬量(AI)38個(gè)。I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3.1。表3.1 I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表模塊名稱(chēng)類(lèi)型通道數(shù)點(diǎn)數(shù)塊數(shù)DI810BOOL 1620 2DO810BOOL 1610 1AI810UINT 841 6AO810UINT 838 5截取部分I/O點(diǎn)號(hào)表如下圖3.3所示。圖3.3

36、 部分I/O點(diǎn)號(hào)表簡(jiǎn)圖3.2.3 DCS柜箱面設(shè)計(jì)因此整個(gè)系統(tǒng)設(shè)1個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，整個(gè)控制系統(tǒng)的過(guò)程站PS之間及其與中控室的OS及ES之間的通訊網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)，通訊介質(zhì)選用屏蔽雙絞線；各從站與I/O模件之間的通訊選用Profibus-DP總線來(lái)完成。AC800F中插入一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡FI830F模件，一個(gè)以太網(wǎng)卡EI803F和一個(gè)電源模件?，F(xiàn)場(chǎng)總線接口卡FI830F模件接入2個(gè)S800/CI801，其中一個(gè)S800/CI801應(yīng)接入5個(gè)8通道的AO810和6個(gè)8通道的AI810；另一個(gè)S800/CI801應(yīng)接入2個(gè)16通道DI810， 1個(gè)16通道DO10，具體布置見(jiàn)

37、圖3.4。圖3.4 DCS箱面布置圖3.2.4二次端子與卡件接線設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)二次接線及DCS柜內(nèi)接線涉及到數(shù)字量與模擬量，具體見(jiàn)圖紙。本節(jié)主要以AI810為例來(lái)闡述。AI810模件接線原理圖如圖3.5所示。圖3.5 AI810模件接線原理圖 在上圖中，CT為控制柜內(nèi)接線端子，CTP為控制柜內(nèi)電源接線端子，TB為現(xiàn)場(chǎng)接線盒內(nèi)端子，T為現(xiàn)場(chǎng)變送器，T1到T2為二線制變送器，T5到T8為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)變送器。一個(gè)AI810模件有8個(gè)通道，最多可以接8個(gè)模擬信號(hào)。其二次端子與卡件的接線設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3.6。（其余模件接線圖見(jiàn)圖紙）圖3.6 二次端子與卡件的接線設(shè)計(jì)3.3電動(dòng)機(jī)控制設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，涉及到變頻電機(jī)，如引

38、風(fēng)機(jī)，一次風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)機(jī)等電機(jī)。下面將對(duì)變頻電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。變頻電機(jī)就是在電機(jī)的主控主回路上加了一個(gè)變頻器，通過(guò)改變頻率來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻電機(jī)控制原理圖如下圖3.7所示。圖3.7 變頻電機(jī)控制原理圖上圖中電機(jī)的主回路是由由繼電器KM的常開(kāi)節(jié)點(diǎn)控制L1，L2和L3的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟停動(dòng)作。與普通電機(jī)相同，變頻電機(jī)的控制回路也是通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)S2提供L1相電源。當(dāng)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S3切換到C端03-C-05接通，此時(shí)繼電器KM線圈帶電與否由手動(dòng)開(kāi)關(guān)S1控制，即現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)旁手動(dòng)控制，同時(shí)繼電器KA1線圈斷電，禁止中控操作。當(dāng)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S3切換到L端時(shí)，03-L-09接通，繼電器KA1線

39、圈帶電，DCS備妥，此時(shí)允許自動(dòng)控制，此時(shí)繼電器KM線圈帶電與否由繼電器KA2的常開(kāi)節(jié)點(diǎn)控制。中控操作使繼電器KA2線圈通電時(shí)，控制回路的KA2節(jié)點(diǎn)吸合，KM線圈接通，電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)DCS應(yīng)答接通。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)熱繼電器就吸合，控制回路斷電，KA1和KM線圈斷電，此時(shí)DCS的備妥和應(yīng)答信號(hào)斷開(kāi)，現(xiàn)場(chǎng)控制層和集中操作監(jiān)視層作出相應(yīng)的判斷和報(bào)警處理。同時(shí)，變頻電機(jī)需要變頻器來(lái)調(diào)節(jié)點(diǎn)擊的轉(zhuǎn)速。具體方法是操作員給出的電機(jī)轉(zhuǎn)速給定值通過(guò)DCS傳送到變頻電機(jī)AI通道來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，使之達(dá)到所要求的值。當(dāng)43-45接通時(shí)變頻器運(yùn)行；當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，47-49接通，變頻器停止運(yùn)行11 12。4.系統(tǒng)的軟

40、件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用Control Build F軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。Control Build F是Industrial IT系統(tǒng)的工程工具，它是集組態(tài)(包括硬件配置、控制策略、HIS即人機(jī)接口等組態(tài))、工程調(diào)試和診斷功能為一體的工具軟件包。Control Build F采用統(tǒng)一的系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)和交叉參考工具，不僅能方便地完成控制組態(tài)，而且是一個(gè)高性能的過(guò)程調(diào)試工具。Industrial IT系統(tǒng)過(guò)程控制站PS和現(xiàn)場(chǎng)控制器AC800F所需的各種控制算法和策略都是由Control Build F來(lái)組態(tài)的，并采用圖形化的組態(tài)方法(符合IEC1131- 3標(biāo)準(zhǔn))。 Control Build F也

41、用于對(duì)操作站人機(jī)接口(HIS)功能的組態(tài)并還可直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備進(jìn)行組態(tài)10。4.1系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)Control Build F的組態(tài)使用的是統(tǒng)一的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)的組態(tài)保存在預(yù)先設(shè)定的項(xiàng)目子目錄中的項(xiàng)目文件中。項(xiàng)目文件包含文件名和項(xiàng)目名，在缺省狀態(tài)下，二者相同。在項(xiàng)目管理器中，可以存儲(chǔ)、改名和刪除一個(gè)項(xiàng)目。實(shí)際的組態(tài)、調(diào)試和文檔管理將從項(xiàng)目樹(shù)中進(jìn)行。Control Build F有兩種操作方式：Configuration和Commissioning。在Configuration方式下，進(jìn)行硬件配置，軟件組態(tài)和進(jìn)行項(xiàng)目文檔工作。Configuration可離線進(jìn)行。 在 Commissionin

42、g 方式下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)后，ES/OS自動(dòng)與過(guò)程站建立通訊連接。4.1.1項(xiàng)目樹(shù)的建立 項(xiàng)目樹(shù)是用戶(hù)組態(tài)、調(diào)試系統(tǒng)的接口，它以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明清晰的樹(shù)狀分支形式，并將系統(tǒng)資源逐級(jí)列開(kāi)，使工程師極為方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理。項(xiàng)目樹(shù)的最頂層是Configuration即CONF，所有的系統(tǒng)資源和項(xiàng)目對(duì)象都在 CONF 的組織之下。CONF 匯總了整個(gè)項(xiàng)目的所有信息。啟動(dòng)Control Build F ：開(kāi)始à程序àABB Industrial ITàFreefance 800F V8.2àControl Build F。 軟件啟動(dòng)后首先顯示版本信息

43、，按 <繼續(xù)> 鍵進(jìn)入到項(xiàng)目管理器，從項(xiàng)目管理器的Project菜單中按<新建>按鈕。在對(duì)話框中，輸入文件名guolu，則在CBF Freelance Proj 目錄中生成一個(gè)guolu .pro 的文件。對(duì)于本設(shè)計(jì)“35t/h循環(huán)流化床鍋爐燃燒子系統(tǒng)集散控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”，項(xiàng)目樹(shù)按照控制要求從生成到系統(tǒng)資源的配置經(jīng)過(guò)逐級(jí)的完成，建立了完整的清晰的結(jié)構(gòu)。如圖4.1所示。圖4.1 循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目樹(shù)該項(xiàng)目樹(shù)中，可以清晰地了解所作工程中的各個(gè)環(huán)節(jié)的從屬關(guān)系。在CONF之下，項(xiàng)目主要分支為：過(guò)程站 EMULATOR、操作員站 VIS。其中的控制功能都在過(guò)程站 EMUL

44、ATOR里完成，它又繼續(xù)分支，由“過(guò)程站.USRTask任務(wù)列表”和“過(guò)程站.SYSTask任務(wù)列表”組成。前者為用戶(hù)任務(wù)，由用戶(hù)根據(jù)控制要求自主編寫(xiě)，并根據(jù)工程師特長(zhǎng)和靈活性在下一分支的程序列表中選擇使用豐富的FBD（功能方塊圖）、LD（梯形圖）、SFC（順序功能圖）、IL（指令表）、ST（結(jié)構(gòu)化文本）幾種語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)控制功能。而后者則是系統(tǒng)任務(wù)，隨著用戶(hù)任務(wù)列表的生成由系統(tǒng)自動(dòng)生成，并不得改動(dòng)。本次設(shè)計(jì)采用LD(梯形圖）對(duì)所涉及到的控制點(diǎn)及監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行組態(tài)。4.1.2硬件組態(tài)設(shè)計(jì)建立好系統(tǒng)項(xiàng)目樹(shù)后，即可配置過(guò)程站，在項(xiàng)目樹(shù)中，從系統(tǒng)à硬件結(jié)構(gòu)或按硬件解構(gòu)按鈕進(jìn)入硬件結(jié)構(gòu)管理器。在圖形顯

45、示中，以太網(wǎng)的上方配置操作員站，下方配置控制站。項(xiàng)目樹(shù)中的資源必須與實(shí)際的硬件相對(duì)應(yīng)。硬件結(jié)構(gòu)用于配置系統(tǒng)的硬件資源，包括網(wǎng)絡(luò)配置，卡件分配，I/O通道的定義等，見(jiàn)圖 4.2 。圖4.2 硬件結(jié)構(gòu)配置圖（1）AC800F過(guò)程站組態(tài)AC800F既可從樹(shù)型結(jié)構(gòu)中又可從系統(tǒng)圖形中插入。其操作步驟如下：1)在樹(shù)型結(jié)構(gòu)中選擇系統(tǒng)目標(biāo)(HWSYS)à編輯à插入à選擇過(guò)程站類(lèi)型à選擇插入位置；2)在圖形區(qū)選擇過(guò)程站位置，雙擊鼠標(biāo)左鍵，插入一個(gè)過(guò)程站AC800F冗余控制器之后，為其分配系統(tǒng)資源(雙擊過(guò)程站上方的灰色方塊)，以便激活過(guò)程站，見(jiàn)圖4.3。圖4.3 過(guò)程站AC

46、800F激活后畫(huà)面根據(jù)課題要求，所用AC800F冗余控制器可插入以下模件，見(jiàn)圖4.4。圖4.4 AC800F模件示意圖圖中SA801F為電源115 V AC / 230 V AC； EI803為以太網(wǎng)模件10BaseT；FI830F為Profibus模件。（2）Profibus組態(tài)點(diǎn)擊FI830卡件，可進(jìn)行Profibus組態(tài)，見(jiàn)圖4.5。 圖4.5 Profibus模件圖操作步驟如下：1)雙擊F1槽中的Profibus接口模件(FI830)，如上圖，雙擊紅色方塊插入Profibus主設(shè)備。2)雙擊Profibus主設(shè)備(上圖)，進(jìn)入Profibus從設(shè)備的配置。3)點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇插入sl

47、ave。4)選擇PROFI_S_DEV Profibus slave (GSD based)，然后點(diǎn)擊確認(rèn)鍵，出現(xiàn)圖4.6。圖4.6 插入Profibus從設(shè)備對(duì)話框5)選擇從設(shè)備的節(jié)點(diǎn)號(hào)和節(jié)點(diǎn)地址。節(jié)點(diǎn)號(hào)：1126；節(jié)點(diǎn)地址：0125，點(diǎn)擊確認(rèn)鍵，出現(xiàn)圖4.7。圖4.7 設(shè)置從設(shè)備位置對(duì)話框6)選擇從設(shè)備類(lèi)型(S800/CI801)。在設(shè)計(jì)7GSD 目錄中導(dǎo)入S800的GSD文件，見(jiàn)圖4.8。圖4.8 導(dǎo)入S800/CI830對(duì)話框7)導(dǎo)入GSD文件之后，S800節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在Profibus總線上，見(jiàn)圖4.9。圖4.9 插入S800節(jié)點(diǎn)的示意圖由于I/O點(diǎn)數(shù)決定，需要兩個(gè)S800/CI801節(jié)

48、點(diǎn)，因此依次按照從步驟2至7插入第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，則出現(xiàn)兩個(gè)S800/CI801節(jié)點(diǎn)接在Profibus總線上，見(jiàn)圖4.10。圖4.10 插入第二個(gè)S800節(jié)點(diǎn)的示意圖8)S800 I/O站的配置過(guò)程：雙擊S800站的圖標(biāo)，進(jìn)入下面的畫(huà)面，見(jiàn)圖4.11：圖4.11 S800 I/O站編輯畫(huà)面S800站由CI801通訊接口模塊和最多24個(gè)I/O模塊組成，鼠標(biāo)右擊 0 位插入CI801模塊，在其余位置可以插入AI810，AO810，DI810，DO810等模塊，見(jiàn)圖4.12。 圖4.12 插入S800站的通訊接口模塊和I/O模塊9)編輯I/O：從菜單中選擇I/O編輯器，進(jìn)入I/O的編輯。編輯S800 I

49、/O要參考CI801 Memory Map 手冊(cè)。根據(jù)手冊(cè)說(shuō)明編輯S800 I/O，分別輸入課題所需開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)、開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)及模擬量輸入信號(hào)、模擬量輸出信號(hào)，部分I/O編輯變量表分別見(jiàn)圖4.13圖4.16。圖4.13 開(kāi)關(guān)量輸入變量編輯圖4.14 開(kāi)關(guān)量輸出變量編輯圖4.15 模擬量輸入變量編輯圖4.16 模擬量輸出變量編輯4.2過(guò)程站控制程序設(shè)計(jì)通過(guò)上一節(jié)的I/O編輯，已經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所連接的I/O通道進(jìn)行了有效的定義，使得每一個(gè)I/O通道都有唯一的變量名與之對(duì)應(yīng)，控制程序可以完成對(duì)被控對(duì)象的控制作用，故就可以在過(guò)程級(jí)各資源完成過(guò)程站的程序的編輯。對(duì)于編程語(yǔ)言的選擇，采用的是LD編輯。

50、以下所有程序都是以循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)來(lái)介紹程序的編輯情況。其中包括順序啟動(dòng)控制、逆序停止控制、連鎖控制、故障報(bào)警、模擬量轉(zhuǎn)換、模擬量監(jiān)控、主要控制點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)。4.2.1電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)電機(jī)的順序啟動(dòng)控制與逆序停止不只在循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)DCS控制中占有重要的成份，幾乎所有的集散控制系統(tǒng)都是離不了順序控制的。本次程序編輯，是對(duì)引風(fēng)機(jī)，一次風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)機(jī)等電機(jī)的控制進(jìn)行程序編輯的。電機(jī)在接受到現(xiàn)場(chǎng)的備妥信號(hào)后才可以運(yùn)行13 14。但是，為了仿真的需要，需給電機(jī)造一個(gè)備妥信號(hào)，在編輯程序時(shí)將造備妥程序也進(jìn)行了編輯，如圖4.17所示。圖4.17 電機(jī)造備妥程序電機(jī)備妥完畢后，操作員給kaig

51、uai的信號(hào)為1時(shí)電機(jī)就可以順序啟動(dòng)，再給kaiguan一個(gè)為0的信號(hào)電機(jī)就逆序停止。循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的電機(jī)啟動(dòng)順序?yàn)镸01àM02àM03àM04àM05àM06àM07àM08，其中M01到M08分別為鍋爐引風(fēng)機(jī)，一次風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)機(jī)，高壓風(fēng)機(jī)，播煤風(fēng)機(jī)，石灰石給料風(fēng)機(jī)，給煤機(jī)和石灰石給料機(jī)。由于電機(jī)要逆序停止，所以電機(jī)停止順序應(yīng)為M08àM07àM06àM05àM04àM03àM02àM08。電機(jī)啟動(dòng)與停止程序如圖4.184.21所示。圖4.18

52、 電機(jī)啟動(dòng)與停止開(kāi)關(guān)程序圖4.19 電機(jī)順序啟動(dòng)部分程序圖4.20 電機(jī)逆序停止部分程序圖4.21 電機(jī)控制，連鎖及報(bào)警部分程序上圖為M01引風(fēng)機(jī)和M02一次風(fēng)機(jī)的啟停程序，當(dāng)備妥信號(hào)為1時(shí)，電機(jī)M01備妥信號(hào)BT_1M_YFJ為1，按下kaiguan按鈕，經(jīng)過(guò)定時(shí)器延時(shí),開(kāi)啟信號(hào)start1， QD_1M_YFJ的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，M01運(yùn)行信號(hào)YX_1M_YFJ為1，在沒(méi)有按下停止信號(hào)時(shí)，開(kāi)路控制功能塊自動(dòng)控制，當(dāng)出現(xiàn)無(wú)備妥信號(hào)或急停信號(hào)時(shí)，電機(jī)報(bào)故障并將其驅(qū)動(dòng)信號(hào)置零，設(shè)備停止。YX_1M_YFJ作為M02的連鎖信號(hào)，即只有前一個(gè)設(shè)備的運(yùn)行才能啟動(dòng)下一設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)控制方案中所提到的順序啟動(dòng)

53、電機(jī)的要求，再經(jīng)定時(shí)器延時(shí)后啟動(dòng)M02的開(kāi)啟信號(hào)start2。剩余電機(jī)起停的原理相同，均由定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。啟動(dòng)時(shí)，從引風(fēng)機(jī)到石灰石給料機(jī)每隔3秒運(yùn)行一個(gè)電機(jī)；停止時(shí)，從石灰石給料機(jī)到引風(fēng)機(jī)逆序每隔5秒停一個(gè)電機(jī)。其中定時(shí)器模塊TON和單向觸發(fā)模塊MONO_F的參數(shù)設(shè)定見(jiàn)圖4.22和圖4.23。圖4.22 開(kāi)延時(shí)定時(shí)器模塊TON參數(shù)設(shè)定示意圖圖4.23 單向觸發(fā)模塊MONO_F參數(shù)設(shè)定示意圖程序中M01是一個(gè)IDF單向電機(jī)，它有開(kāi)啟和停止兩個(gè)狀態(tài)，這兩個(gè)狀態(tài)需要雙擊IDF，并在其設(shè)置屬性中進(jìn)行設(shè)置，因?yàn)槌绦虿捎昧朔答佋O(shè)置，所以必須選中“反饋?zhàn)兞坑行А保瑫r(shí)為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，還需要設(shè)置故障判斷功能

54、，即選中“監(jiān)控ON”，這樣，當(dāng)電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，長(zhǎng)時(shí)間不能產(chǎn)生運(yùn)行返回信后，則說(shuō)明設(shè)備此時(shí)存在故障，由于上面的設(shè)置，系統(tǒng)將在10秒后自動(dòng)撤掉驅(qū)動(dòng)信號(hào)，發(fā)出故障報(bào)警，以便及時(shí)作進(jìn)一步處理。程序中，設(shè)置了手動(dòng)/自動(dòng)切換，正常運(yùn)行時(shí)，程序處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，而當(dāng)某個(gè)電機(jī)需要檢修和調(diào)試時(shí)，則需要調(diào)到手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)失效。此外，引風(fēng)機(jī)程序中還設(shè)置了錯(cuò)誤及故障報(bào)警功能和復(fù)位功能，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)了上述的任一種故障時(shí)，電機(jī)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并及時(shí)停止電機(jī)的運(yùn)行。相應(yīng)的，如果希望電機(jī)恢復(fù)初始狀態(tài)時(shí)，可采用復(fù)位按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。開(kāi)路控制IDF_1功能塊，其參數(shù)設(shè)定，見(jiàn)圖4.24。 圖4.24 開(kāi)路控制IDF_

55、1功能塊參數(shù)設(shè)定示意圖4.2.2模擬量轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)一次參數(shù)的模擬量需要經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換處理才能使DCS識(shí)別，模擬量輸入信號(hào)需由“無(wú)符號(hào)整型”轉(zhuǎn)化為“實(shí)型”，模擬量輸出信號(hào)需由“實(shí)型”轉(zhuǎn)化為“無(wú)符號(hào)整型”。模擬量轉(zhuǎn)換部分程序如圖4.25所示。圖4.25 模擬量轉(zhuǎn)換部分程序如上圖，模擬量輸入轉(zhuǎn)換應(yīng)選用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的“數(shù)據(jù)類(lèi)型到REAL” 功能塊，其設(shè)定見(jiàn)圖4.26。同理模擬量輸出轉(zhuǎn)換應(yīng)選用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的“數(shù)據(jù)類(lèi)型到UINT” 功能塊。圖4.26 數(shù)據(jù)類(lèi)型到REAL功能塊設(shè)定經(jīng)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)量程應(yīng)為028480，所以選用量程轉(zhuǎn)換模塊SCAL，其參數(shù)設(shè)定見(jiàn)圖4.27。 圖4.27 量程轉(zhuǎn)換模塊SCAL參數(shù)設(shè)定示意圖

56、4.2.2模擬量監(jiān)控報(bào)警程序設(shè)計(jì)報(bào)警系統(tǒng)是將被檢測(cè)對(duì)象的異常情況及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出來(lái)，并提醒操作人員注意，以防異常情況的進(jìn)一步惡化。本設(shè)計(jì)使用模擬量監(jiān)控模塊對(duì)被檢測(cè)對(duì)象實(shí)施監(jiān)控，當(dāng)被檢測(cè)對(duì)象出現(xiàn)異常情況就會(huì)報(bào)警，模擬量監(jiān)控部分程序見(jiàn)圖4.28。圖4.28 模擬量監(jiān)控部分程序 以床溫監(jiān)控為例，當(dāng)床溫高于950攝氏度和低于850攝氏度時(shí)就會(huì)報(bào)警，模擬量監(jiān)控模塊參數(shù)設(shè)定見(jiàn)圖4.29。圖4.29 模擬量監(jiān)控模塊參數(shù)設(shè)定示意圖 除了床溫監(jiān)控外，還應(yīng)對(duì)煙氣含氧量，一次風(fēng)量，爐膛負(fù)壓，料層差壓等量實(shí)施監(jiān)控報(bào)警。鍋爐出口氧氣含氧量應(yīng)為3%5%；一次風(fēng)量應(yīng)控制在600012000 m3/h之間；爐膛負(fù)壓應(yīng)控制在0.5kpa2kpa