小型控制系統(tǒng)R100在鍋爐控制中的應(yīng)用

控制系統(tǒng)石油化工自動(dòng)化

小型控制系統(tǒng)R100在鍋爐控制中的應(yīng)用隋國學(xué)（吉林化工工程公司，吉林吉林鍋爐給水三沖量、燃燒系統(tǒng)采用串級(jí)及前饋控制，有效地克服了蒸汽波動(dòng)大，燃燒不充分的弊端，完成鍋爐的自動(dòng)控制。

　　在卷煙生產(chǎn)過程中，各主要工序如蒸煙、膨化、有很大改善，同時(shí)系統(tǒng)擴(kuò)展更加靈活方便。

　　相比在硬件規(guī)格通訊速度和軟件的靈活性方面！制絲等都需要有汽壓穩(wěn)定的飽和蒸汽，而卷煙生產(chǎn)的用汽是間斷的。這就要求鍋爐在生產(chǎn)出品質(zhì)良好的蒸汽的同時(shí)，能適應(yīng)負(fù)荷的頻繁波動(dòng)。在某煙廠的鍋爐及控制系統(tǒng)改造時(shí)，模塊化自動(dòng)化系統(tǒng)。運(yùn)行實(shí)踐表明：該系統(tǒng)不但能滿足工藝要求，而且使蒸汽品質(zhì)明顯提高，同時(shí)，噸煤產(chǎn)汽量大大提高；使工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和環(huán)境條件明顯改善，在節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境方面發(fā)揮出常規(guī)儀表難以達(dá)到的作用。

　　該廠原有3臺(tái)8t/h蒸汽鍋爐，已運(yùn)行良久，能耗較大且故障率高。在此次技術(shù)改造過程中，將其改成兩臺(tái)20t/h鏈條式蒸汽鍋爐，整個(gè)鍋爐裝置包括水處理裝置和本體設(shè)有調(diào)節(jié)系統(tǒng)14套，其中復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)9套，共有模擬量監(jiān)測點(diǎn)80點(diǎn)，數(shù)字量監(jiān)控點(diǎn)32點(diǎn)，用R100構(gòu)成的系統(tǒng)配置圖如所示，其中，監(jiān)控站帶20"（50. 8cm）彩色CRT.控制器帶14"（35.56cm）單色操作員盤和8槽擴(kuò)展箱。

　　1R100控制系統(tǒng)R100小型控制系統(tǒng)是在S9000基礎(chǔ)上開發(fā)出來的高級(jí)開放型模塊化自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)1991年在歐洲推出，1993年進(jìn)入中國市場。和S9000系統(tǒng)支持多個(gè)S9000控制器和620邏輯控制器.

　　交通大學(xué)信息與控制工程系自動(dòng)控制專業(yè)，同時(shí)也可作為S9000控制器和620邏輯控制器的組態(tài)站，有臺(tái)式和盤裝兩種以適應(yīng)控制室和現(xiàn)場安裝的需求�？梢酝瓿煽刂撇呗缘纳�告格式的確定，以及系統(tǒng)組態(tài)的生成及修改等工程師站功能，也可以完成生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)視和操作，系統(tǒng)報(bào)警的顯示和處理，又可以實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的變更，以完成系統(tǒng)調(diào)試等操作員功能。同時(shí)，也可以在配有操作員盤時(shí)，進(jìn)行其他諸如控制軟件的變更及優(yōu)化等工作，而不必終止實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集，其規(guī)格中央處理單元CPU：Intel80486；內(nèi)存容量：8MB；硬盤容量：230MB. ~3個(gè)PCS可以通過MASnet和最多8個(gè)控制器構(gòu)成較大系統(tǒng)。

　　一高性能多用戶操作員（工程師）接口可通過MAS通訊網(wǎng)絡(luò)從控制器或620邏輯控制器上采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且集中多個(gè)MS數(shù)據(jù)到一個(gè)集中數(shù)據(jù)庫中，較PCS有更強(qiáng)的上位管理能力。每個(gè)系統(tǒng)可帶32個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可連5個(gè)終端。

　　該高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，最多達(dá)12槽機(jī)架，32MHz處理器，硬盤可達(dá)520M，每個(gè)數(shù)據(jù)庫可管理3000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。）PC-X：MS的終端和S9000控制器的組態(tài)站，采用一般的臺(tái)式結(jié)構(gòu)，每個(gè)MS可通過MASnet連接5個(gè)PC-X.其硬件規(guī)格為：處理器Intel 4）9000控制器：執(zhí)行過程控制的重要工具，采用雙CPU結(jié)構(gòu)，提高了邏輯處理的速度和可靠性。

　　可以完成：回路控制、邏輯控制、順序控制、設(shè)定點(diǎn)編程和處方管理功能。其硬件采用母板式結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展方便。

　　控制器母板由回路處理器卡、邏輯處理器卡、電源卡及I/O卡組成。每個(gè)處理器可帶3個(gè)擴(kuò)展，29個(gè)單回路處理器和兩個(gè)多筆記錄儀及一臺(tái)就地操作口內(nèi)。

　　員盤。

　　每個(gè)控制器可處理32個(gè)回路，最大32K梯形邏輯，執(zhí)行速度為2.5ms/K此外，可同時(shí)處理8個(gè)并行順序。

　　1.2R100系統(tǒng)軟件1為核心。由標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)及顯示軟件、用戶圖形軟件、Excel構(gòu)成的報(bào)表軟件、以及Chinese-Star軟件幾部分組成。其基本控制策略由以下5個(gè)部分組成。

　　成-用戶圖形的生成，數(shù)據(jù)庫的生成生產(chǎn)報(bào)表和報(bào)tohingl繼電器梯形邏輯由標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)軟件產(chǎn)生的控制策略，由用戶圖形部分生成的動(dòng)態(tài)PID圖等監(jiān)控界面以及由Ex（el生成的過程報(bào)表程序3部分構(gòu)成了應(yīng)用軟件的最基本結(jié)構(gòu)。下面僅對回路控制策略的CCC圖進(jìn)行說明。在回路控制功能中，每個(gè)控制器的控制功能由50種不同的功能塊組合成不同的控制策略。其功能塊分類為：回路塊、算術(shù)運(yùn)算塊、布爾塊、輔助塊及報(bào)警塊和計(jì)算塊。其中回路塊提供3種類型的PID，分別用于實(shí)現(xiàn)簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)和復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)。同時(shí)，每種PID分別有兩種控制算法，以適應(yīng)不同過程的控制要求。

　　Ti積分時(shí)間常數(shù)；Td微分時(shí)間常數(shù)；a微分增益；PV過程測量值。

　　2R100在鍋爐控制中的應(yīng)用該裝置3臺(tái)20t/h鍋爐共用一個(gè)控制室，操作臺(tái)上除R100外還配置了手操器和電氣操作臺(tái)，根據(jù)監(jiān)視規(guī)模系統(tǒng)配置如下。

　　8cm）彩顯1臺(tái)熱電阻輸入模件RTD8點(diǎn)X3塊24VDC有源數(shù)字量輸入DI16點(diǎn)X1塊24VDC有源數(shù)字量輸出DO16點(diǎn)X1塊模擬量輸入4~20mADCDUT4點(diǎn)X5塊針對該廠鍋爐的具體特點(diǎn)和工藝過程要求，本系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)置了自動(dòng)給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自動(dòng)燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)（由給煤、鼓風(fēng)、負(fù)壓系統(tǒng)組成）、除氧器水位等自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。還有其他一般工藝參數(shù)的指由于該廠的蒸汽用量隨生產(chǎn)的批量性波動(dòng)很大，有時(shí)波動(dòng)幅度可高達(dá)8t/h，所以，本系統(tǒng)采用了三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。并對給水流量和蒸汽流量進(jìn)行累積。同時(shí)，將其水位的報(bào)警、連鎖信號(hào)送到RLL去觸發(fā)聲光報(bào)警和聯(lián)鎖動(dòng)作。

　　示記錄完成的鍋爐報(bào)漏和聯(lián)鎖系統(tǒng)lishi運(yùn)算塊的偏置同時(shí)fe功能塊7*9中：編號(hào)為58，5960的功能塊分別將采集到的給水流量、蒸汽流量、汽包水位信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的工程單位，經(jīng)轉(zhuǎn)換及運(yùn)算后作為67號(hào)PID調(diào)節(jié)85，86，87分別對蒸汽和給水流量進(jìn)行累積。70，7274完成水位高限聯(lián)鎖；71，73，75完成水位低限聯(lián)鎖；76 77，78實(shí)現(xiàn)水位報(bào)警；7273，77塊分別將水位高聯(lián)鎖、水位低聯(lián)鎖、水位報(bào)警以標(biāo)簽量形式如LA-101A等送到PCS及操作員盤作報(bào)警顯示用。

　　同時(shí)經(jīng)過74，75，78將聯(lián)鎖及報(bào)警狀態(tài)寫入寄存器，經(jīng)RLL部分進(jìn)行處理后執(zhí)行聲光顯示和聯(lián)鎖動(dòng)作，SCB功能塊決定前饋強(qiáng)度和高低限監(jiān)視的設(shè)定值，以便在線修改組態(tài)參數(shù)，這一點(diǎn)對系統(tǒng)在線調(diào)試時(shí)將十分方便。

　　蒸汽流量有時(shí)在兩分鐘內(nèi)波動(dòng)達(dá)8t/h左右，為了及時(shí)克服假水位的影響，故在控制算法中采用微分先行算法B調(diào)試證明，其調(diào)節(jié)品質(zhì)較由普通算法構(gòu)成調(diào)節(jié)系統(tǒng)有明顯提高。

　　2.2鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)該系統(tǒng)由給煤、鼓風(fēng)和引風(fēng)三部分構(gòu)成。由于在不同季節(jié)，蒸汽需求量以及蒸汽壓也要變化，故該系統(tǒng)在控制策略上主要著眼于鼓風(fēng)量和給煤量的協(xié)調(diào)。因此，分別以給煤機(jī)轉(zhuǎn)速和鼓風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)作為副環(huán)，以蒸汽壓力為主環(huán)構(gòu)成兩套串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。同時(shí)在鼓風(fēng)系統(tǒng)中引入煙道氧含量這一校正信號(hào)，以提高燃燒經(jīng)濟(jì)性和減少環(huán)境污染。

　　引風(fēng)調(diào)節(jié)也可稱之為負(fù)壓調(diào)節(jié)，其主要目的是維持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。由于負(fù)壓受鼓風(fēng)量干擾較大，因而引入鼓風(fēng)量作為前饋系統(tǒng)構(gòu)成前饋-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其CCC圖如所示。

　　載引起的事故，該系統(tǒng)增加了“啟動(dòng)保護(hù)”功能，既當(dāng)兩個(gè)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的一段時(shí)間內(nèi)（0~60s）使鼓風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)的風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，其余時(shí)間其開度受調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制。中的6162模塊及9192模塊就完成上述功能。SCB196決定含氧量的校正點(diǎn)和校正強(qiáng)度。例如要求含氧量在6%時(shí)為最佳，而在其變化2%時(shí)鼓風(fēng)量變化10%則SCB196的表達(dá)式為y二一5x+30，而其校正點(diǎn)、強(qiáng)度又可以在線調(diào)整，為調(diào)試帶來較大方便，能夠確保在不同條件下使燃燒處于理想狀態(tài)。

　　WDIG199，WDIG200分別將超壓聯(lián)鎖信號(hào)PS-105B及壓力報(bào)警信號(hào)PA-105B送到內(nèi)部寄存器中，以便在RLL中進(jìn)行邏輯運(yùn)算后執(zhí)行聯(lián)鎖動(dòng)作。

　　同時(shí)，作為標(biāo)簽量PS-105B和PA-105B的信號(hào)可以在操作員盤和監(jiān)控站上反顯以提醒操作者注意。并可觸發(fā)外部信號(hào)燈和蜂鳴器，進(jìn)行聲光報(bào)警，充分保證裝置的操作安全性能。

　　3系統(tǒng)運(yùn)行情況該系統(tǒng)自1993年12月安裝以來，經(jīng)歷近半年的非正常工作環(huán)境。當(dāng)時(shí)，鍋爐處于試運(yùn)行狀態(tài)，爐膛經(jīng)常出現(xiàn)正壓，加上裝置地面未處理，控制室空調(diào)未安裝，致使控制室灰塵較大，干燥且溫度過高。尤其是計(jì)算機(jī)接地一直未能連接，這可以說是最不利的情況，但該系統(tǒng)一直正常工作，未出現(xiàn)故障，充分體現(xiàn)了該系統(tǒng)硬件的可靠性。

　　在系統(tǒng)調(diào)試過程中，由于系統(tǒng)配置了就地操作員盤，它可以和控制器構(gòu)成最基本系統(tǒng)，可以獨(dú)立完成過程監(jiān)控和PID參數(shù)的整定。而此時(shí)，PCS可以完成組態(tài)的修改及其他上位管理功能，而不致影響到數(shù)據(jù)庫的更新。實(shí)踐表明：該系統(tǒng)的硬件構(gòu)成相當(dāng)靈活，整定方便、容易，特別是可以在線修改參數(shù)而不必修改組態(tài)結(jié)構(gòu)，就可得到不同控制方案。給調(diào)試帶來事半功倍之效。

　　4運(yùn)行效果由于該廠蒸汽用量波動(dòng)頻繁且劇烈，三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)有效地克服了這一擾動(dòng)以及由此而帶來的假水位，取得了較為滿意的運(yùn)行效果。歷史趨勢曲線如所示，該系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)負(fù)荷變動(dòng)5t/h時(shí)水位顯示信號(hào)變化50該廠的用汽壓力和用汽量隨生產(chǎn)情況和季節(jié)由于鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，水位波動(dòng)小，從而提高了鍋爐出汽品質(zhì)。原來手動(dòng)狀態(tài)下，膨化工序反映蒸汽不同都有所變化。由于在控制策略上采用了以蒸汽壓力為被調(diào)量，分別以鼓風(fēng)量和給煤量作為調(diào)節(jié)量，使燃料、風(fēng)量聯(lián)動(dòng)，在廣義上形成相應(yīng)的風(fēng)煤比，加上含氧量的校正使燃燒趨于經(jīng)濟(jì)。這樣構(gòu)成的系統(tǒng)使運(yùn)行狀態(tài)的改變十分方便，僅僅改變壓力設(shè)定值到所需值即可。

　　燃燒自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投運(yùn)后，煤的燃燒較以前更充分�？稍跔t排上看到4個(gè)較為明顯的分區(qū)，既預(yù)熱區(qū)、燃燒區(qū)、紅碳區(qū)、灰區(qū)，且鍋爐排煙溫度可維持在130*C以下。在鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)風(fēng)門關(guān)不嚴(yán)的情帶水嚴(yán)重，有時(shí)無法正常工作，自動(dòng)運(yùn)行以后，沒有出現(xiàn)過蒸汽帶水現(xiàn)象，滿足了生產(chǎn)要求。

　　總之，由于軟件設(shè)計(jì)充分考慮了具體運(yùn)行情況，以及隨著自動(dòng)化水平的提高，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了蒸汽品質(zhì)和鍋爐效率，降低了爐體周圍和排煙灰塵含量，使環(huán)境條件和工人的勞動(dòng)條件都有明顯改善，為提高卷煙質(zhì)量和企業(yè)上等級(jí)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。況下能維持負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)。

站控制系統(tǒng)功能全面，可靠性高，對提高首站生產(chǎn)管理水平，保證設(shè)備安全、平穩(wěn)運(yùn)行起到了促進(jìn)作用。