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DeltaV 系统在锅炉汽包水位控制中的应用系统在锅炉汽包水位控制中的应用摘要:摘要:本文主要介绍 DeltaV 控制系统在锅炉汽包水位三冲量控制中的组态及应用。关键词:关键词:DeltaV 组态 应用 三冲量Abstract: The paper introduces the application of the DeltaV Control System in three-impulse cascade regulation.Keywords: DeltaV Application extraction three-impulse1 1 前言前言DCS 系统也称分布式控制系统,其实质是计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的新型控制技术。DeltaV系统是在传统 DCS 系统优势基础上结合 90 年代的现场总线技术,并基于用户的最新需求开发的新一代控制系统,其功能特点是:模块化设计、开放的网络结构、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等。汽包水位是锅炉运行的主要指标,是一个非常重要的被控变量,维持水位在一定范围内是保证锅炉正常运行的首要条件。水位过高时,饱和水蒸气带水过多,同时过热蒸汽温度急剧下降,影响运行的安全性和经济性。水位过低且负荷较大时,水的汽化速度加快,如不及时补水调节,就会使汽包内水全部汽化,导致炉管损坏,甚至引起爆炸。因此,对汽包内锅炉水位控制要求比较高。使用DeltaV 系统能够较好的满足控制、操作、诊断、维护等要求。2 2 DeltaV 系统介绍系统介绍DeltaV 系统是在传统 DCS 系统优势基础上结合 90 年代的现场总线技术,并基于用户的最新需求开发的新一代控制系统,它主要具有如下技术特点:开放的网络结构与 OPC 标准;基金会现场总线(FF)标准的数据结构;模块化结构设计;即插即用、自动识别系统硬件,所有卡件均可带电插拔,操作维护可不必停车;同时系统可实现真正的在线扩展;常规 IO 卡件采用 8 通道分散设计,且每一通道均与现场隔离,充分体现分散控制安全可靠的特点;DeltaV 系统由冗余的控制网络、操作站及控制部分构成。2 21 1 冗余的控制网络冗余的控制网络DeltaV 系统的控制网络是以 10M/100M 以太网为基础的冗余的局域网(LAN)。系统的所有节点(操作站及控制器)均直接连接到控制网络上,不需要增加任何额外的中间接口设备。简单灵活的网络结构可支持就地和远程操作站及控制设备。网络的冗余设计提供了通讯的安全性。通过两个不同的网络集线器及连接电缆,建立两条完全独立的网络,分别接入工作站和控制器的主副两个网口。DeltaV 系统的工作站和控制器都配有冗余的以太网口。DeltaV 系统可支持最多 120 个节点,100 个(不冗余)或 100对(冗余)控制器,60 个工作站,80 个远程工作站;它支持的区域也达到 100 个,使用户安全管理更灵活。2 22 2 DeltaV 系统工作站系统工作站DeltaV 系统工作站是 DeltaV 系统的人机界面,通过这些系统工作站,企业的操作人员、工程管理人员及企业管理人员随时了解、管理并控制整个企业的生产及计划。DeltaV 系统工作站分为三种:ProfessionalPlus 工作站;操作员工作站;应用工作站;图 1 DeltaV 系统结构2.2.12.2.1 ProfessionalPlus 工作站工作站每个 DeltaV 系统都需要有一个 ProfessionalPlus 工作站。该工作站包含 DeltaV 系统的全部数据库。系统的所有位号和控制策略被映像到 DeltaV 系统的每个节点设备。2.2.2.2.2.2. 操作员工作站操作员工作站DeltaV 操作员站可提供友好的用户界面、高级图形、实时和历史趋势、由用户规定的过程报警优先级和整个系统安全保证等功能。2.2.3.2.2.3. 应用工作站应用工作站应用工作站用于支持 DeltaV 系统与其它通讯网络,还可运行第三方应用软件包,并将第三方应用软件的数据链接到 DeltaV 系统中,能提供快速、可靠的信息集成。2.32.3 DeltaVDeltaV 系统控制器与系统控制器与 IOIO 卡件卡件2.3.1.2.3.1. 控制器控制器DeltaV 系统控制器的功能特点:自动分配地址控制器有自动向 DeltaV 控制网络标识自己的能力,当控制器被插入时,它自动给自己分配一个唯一的地址,以即插即用。自动 I/O 检测控制器能够检测到安装在子系统上的 I/O 接口通道。一旦插入 IO 卡件,控制器就能知道 I/O 卡件所连接的现场设备的常用属性。不间断控制操作DeltaV 系统提供了控制器冗余。在系统中可以加入副控制器使其在备用方式下等待,并映象主控制器的操作。出现故障时,备用控制器就会无扰动地切换为主控制器而不中断过程操作,同时向用户发出控制器切换信息。图 2 控制器说明2.3.2.2.3.2. IOIO 卡件卡件DeltaV 系统的所有 IO 卡件均为模块化设计,可即插即用、自动识别、带电插拔。3 3 锅炉汽包水位控制锅炉汽包水位控制锅炉正常运行中,汽包液位是一个重要的监视参数,它反映了锅炉负荷与给水的动平衡关系。液位过高,会影响汽水分离的效果,产生蒸汽带液现象,液位过低会破坏水循环,影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。因此及时而准确地把水位控制在允许的范围之内,并能适应各种工况的运行,是保证机炉安全运行的重要条件。3.13.1 包给水控制方式包给水控制方式3.1.13.1.1 单冲量单冲量控制控制启动阶段,当锅炉负荷较小,产气量在 30%以下时,主要采用采用单冲量控制,汽包水位经过二选一选择器,传送至副给水控制器 PI,在汽包压力 01P08,01P09,汽包水位 01L03,01L04,主蒸汽温度 02T10,主蒸汽流量 02F01,给水流量 01F01 高低报警均无时,根据水位设定值对测量值进行比例积分运算,自动控制指令由 DCS送出,控制信号送至副给水阀 01YC02,调节副给水阀开度,改变汽包给水流量,最终使汽包水位等于设定值,当汽包压力,水位,主蒸汽温度,流量,给水流量任意出现报警时,副给水控制器将退出自动控制状态,强制进行手动控制,以保证过路的安全运行。图 3 控制原理图3.1.23.1.2 三冲量三冲量控制控制负荷继续升高,产气量达到一定程度时,仅用单冲量调节器,当遇到负荷急剧变化,虚假液位出现时,PI 控制器就会误以为汽包液位突然升高,从而关小给水阀,控制给水流量,影响生产并造成了危险,所以当负荷(蒸汽流量)大于 30以后,将采用三冲量控制方案。汽包水位经二选一,进入 PID 调节器 1(称为三冲量水位调节器),将汽包水位与给定值的偏差进行 PID 运算,其输出送至主给水流量调节器 PID2,成为主给水调节器的设定值。主给水流量调节器 PID2 接受给水流量 01F01 反馈信号,并将主蒸汽流量 02F01 与01F01 进行运算,作为主给水流量调节器 PID2 的前馈信号,这样不但可以控制给水阀,迅速克服给水流量的波动。还可以使进入汽包的给水与送出的蒸汽保持平衡,从而有效地克服虚假液位对调节品质的影响,使汽包液位维持在设定值。同样当运行工况或设备发生异常时,既在汽包压力 01P08,01P09,汽包水位 01L03,01L04,主蒸汽温度 02T10,主蒸汽流量 02F01,给水流量 01F01 任一存在高低报警时,将被强制转入手动操作状态,并且禁止外部切换,以保证生产过程的安全运行。4 4 DeltaV 系统在汽包水位控制中的应用系统在汽包水位控制中的应用4.14.1 三冲量组态三冲量组态程序中用到了传递功能块,PID 功能块,以及计算/逻辑功能块。传递功能块 XFR1 的主要作用是进行信号选择,并在特定时间之后把选择的信号传递到输出。PID 功能块 1 作为控制回路的主调节器,PID 功能块 2 作为控制回路的负调节器。计算/逻辑功能块 CALC1主要用于逻辑处理。计算/逻辑功能块 CALC2 实现计算功能。图 3 系统组态图汽包液位 01L03,01L04 由两个外部参数 IN1 和 IN2 引入至传递功能块 XFR1 的 IN_1 和 IN_2 参数。SELECT 是布尔量,与流程图中的按钮相连接,作为中间变量,将按钮的赋值传递给功能块XFR1 的 SELECTOR 参数,实现液位的选择,当流程图中的按钮处于释放状态时,SELECTOR 被赋值 0,传递功能块将 IN_1 的值传递至输出,当 SELECTOR 为 1 时,IN_2 传递值输出。传递功能块 XF1 的输出引致 PID1,做为主调节器的 PV 值,SP值与外部相连,由操作人员,通过流程图画面中的 Faceplate 面板赋值。通过比例,积分,微分运算之后,赋给副调节器 PID2 的CAS_IN 参数,在串级控制模式下,CAS_IN 就作为副调节器的给定值参与控制。在计算/逻辑功能块 CLAC2 中,给水流量与主蒸汽流量进行运算后,作为副调节器的 PV 值,引入到 PID2 中。最终将计算后的值送至 AO,控制 01YC01 动作。计算/逻辑功能块 CALC2 主要是用于逻辑判断,对控制器的控制模式进行切换。当汽包压力 01P08,01P09,汽包水位01L03,01L04,主蒸汽温度 02T10,主蒸汽流量 02F01,给水流量01F01 高低报警出现时,主,副调节器均被强制到手动控制状态,禁止外部切换,保证生产过程的正常运行。当单冲量投自动运行模式时,三冲量的主,副控制器保持在手动控制模式,同样,在三冲量投用串级控制模式时,单冲量被保持在手动模式,实现单/三冲量的互不干扰。5 5 综述综述DeltaV 运用于三冲量控制能够较好的控制汽包液位,消除干扰,在化工领域中被广泛应用。
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