45t/h餘熱**鍋爐
dcs控制系統技術方案
一、 概述
造氣吹風氣餘熱**裝置屬造氣工段熱能**配套工程。該工程通過充分利用低溫餘熱，集中**熱能，降低系統阻力，以達到增產、節能、降耗的目的。
本方案是針對45t/h餘熱**鍋爐而設計的dcs控制系統，通過先進的自動控制手段(包括控制方案及系統軟、硬體)對45t/h餘熱**鍋爐執行過程中的重要引數，如一次風、爐膛壓力等實施必要的控制，對鍋爐裝置的全部執行工況(裝置啟停、高低負荷調節等)進行自動控制，保證鍋爐裝置始終處於最佳的執行狀態，達到最佳的環保與節能效果。這也是餘熱**鍋爐能否成功執行的關鍵。
同時，從節約能源方面考慮，對於本系統中的主要動力裝置，採用變頻調速控制方式，為了保證整個系統的更加安全可靠，保留了備用操作盤的控制結構。備用操作盤上配有主要裝置如變頻器、調節閥等備用手操器、關鍵引數顯示儀表、報警音響指示器、事故急停按鈕等。
二、 控制系統設計
1、 控制系統組成
dcs控制系統硬體由過程控制站、操作員站組成。過程控制站實時控制鍋爐執行狀態；操作員站負責顯示實時控制畫面、設定控制引數、報表列印等；過程控制站採用德國西門子公司的s7-300系列可程式設計控制器，操作員站採用美國戴爾商用計算機。為了保證系統安全，操作站設計為兩套，實現互為冗餘。
系統的過程控制站和操作員站之間採用工業乙太網結構，通訊速率為100/10m，完全滿足工業控制需要，同時乙太網中還可隨時擴充套件其它過程控制站和操作員站，滿足系統擴充套件和公升級的需要。
系統軟體採用德國西門子公司的wincc工控軟體，全中文顯示和操作。應用控制軟體由本公司根據系統要求進行編制。配有雷射印表機，以完成歷史報表列印、報警列印等。
系統結構圖如下：
印表機 1#操作員站2#操作員站
100/10m乙太網
鍋爐過程控制站
i/o單元
2、控制方式
採用集控、單機控制方式，集控方式下可以通過操作員站的鍵盤和滑鼠，對主、輔機裝置進行啟停，並由聯鎖功能；對各調節迴路進行手動和自動控制；在手動方式下，通過備用操作盤啟停裝置和用硬手操對調節迴路進行控制。系統主要執行在集控方式，只有控制系統故障時才在單機方式下執行。
集控方式下控制的裝置有：引風機，鼓風機， 1#、2#給水幫浦等。集控方式下的調節迴路有：爐膛負壓調節，汽包水位調節，除氧器水位、壓力調節等。
3、系統控制軟體
本系統選用目前世界上功能最強大的三大軟體之一的simatic wincc 6.0組態軟體。該軟體的顯著特點就是全面開放性，它很容易結合標準的和使用者的程式建立人機介面，精確地滿足生產過程實際需要。
pc軟體技術的強大功能的產品系列，它是現代化的系統，具有廣泛的應用和極高的相容性，適用於辦公和工業自動化各領域；wincc提供成熟可靠的操作和高效的組態效能，同時具有靈活的伸縮能力，無論是簡單或複雜任務都能勝任；wincc還能很容易整合到全廠範圍的應用系統中，而且可整合於mes和erp中。
wincc是乙個開放的過程視覺化系統，廣泛適用於各個工業領域，因其具有開放性，因此支援不同的組態方式，而且操作十分簡單，任何熟悉microsoft windows的操作人員都能很快地了解如何使用wincc開發器—simatic wincc的核心。
利用wincc 6.0組態軟體，可以方便地組態各畫面流程圖，引數動態資料圖、實時資料曲線、歷史曲線、歷史報表查詢與列印、報警事件輸出列印等。
4、主要畫面監視及操作功能：
● 流程圖引數顯示
● 調節迴路操作顯示
● 電機控制顯示
● 順序啟停操作
● 事件、報警顯示
● 趨勢記錄顯示
● 保護報警顯示
● 訊號一攬表顯示
● 報表列印
5、系統設計效能
本系統以實現設計的高可靠性、先進性、易維護性、易組態擴充套件等為設計思想。具體如下：
（1） 可靠性設計
**控制室計算機採用國際知名品牌美國戴爾計算機、intel微處理器，效能穩定，可靠性高，具有防潮、防塵、抗震、抗強電磁干擾等防護效能。
現場控制站採用西門子s7-300控制器，專為工業現場設計，具有防潮、防塵、抗震、抗強電磁干擾等防護效能，露天效能優於國內任何dcs廠家產品，平均無故障在十萬小時以上。現場模擬訊號都通過耐壓達1500vac隔離的模組進行隔離，既使現場有大的干擾訊號，也不會進入plc控制器內損壞控制單元。
（2） 先進性設計
系統是通過乙太網結構，使網路中各結點在系統中處於同等地位，都是網路的乙個結點，任乙個操作站出現故障，現場plc控制器仍能正常工作，而不受網路中其它機器影響。網路中還可任意接入其它操作站，達到將來公升級擴充套件的功能。
（3）維護性設計
支援帶電熱插拔，便於更換模組，即插即用；系統自診斷至通道級，通道故障由面板led顯示；選用模組化的功能組態軟體，提高軟體透明度。
（4）擴充套件性設計
控制單元櫃中，siemens s7-300 cpu314的i/o能力為數字量1024點，模擬量256點，因此系統具有強有力的擴充套件效能，根據需要可以隨時將其它控制納入到本系統中，而不必停機和改變原系統總體面貌。
三、 dcs系統測量點及硬體介紹
1、系統測量點統計
對於dcs控制系統的測點分類主要有模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出四大類，分別介紹如下：
1． 1 模擬量輸入：
1）溫度測量點（計21點）：
2）壓力測量（計16點）
3）液位測量（計2點）
lt1101 汽包水位測量 lt1103 除氧器水位測量
4）流量測量（計2點）：
ft1101 過熱蒸汽流量 ft1102 給水流量
5）閥位測量（計4點）：
vi1101 進水調節閥vi1102 減溫水調節閥
vi1103 除氧器進水調節閥 vi1104 除氧器進汽調節閥
6）變頻頻率測量（計3點）：
hi1101 引風頻率hi1102 鼓風頻率
hi1103 水幫浦變頻頻率
7）交流電流測量（計4點）：
ci1101 引風機電流ci1102 鼓風機電流
ci1103 1#水幫浦電流ci1104 2#水幫浦電流
1． 2模擬量輸出
模擬訊號輸出主要控制變頻器頻率輸出，本系統設計3臺變頻器，即有3路模擬量輸出。
1． 3開關量輸入
系統中每台電機裝置設計3個狀態點，即程式控制允許訊號（備妥）、執行訊號、故障訊號，涉及的裝置有引風機、鼓風機、3臺給水幫浦等，電動門狀態訊號為8個，閥位狀態訊號為8個，水位報警、超壓報警等6點，計46點。
1． 4開關量輸出
電機執行控制訊號為8點，調節閥控制為8點，電動門控制為8點，報警聯鎖等2點，計26點。
1． 5各測量點與實際配置數量如下表：
2、現場訊號採集處理
為了防止現場訊號造成對控制站的干擾，所有輸入的現場訊號都通過訊號隔離器進入plc模組。對於壓力、液位等變換標準訊號（如4～20ma電流訊號）採用帶24vdc輸出的配電隔離器將現場訊號和plc模組隔開，需要備用儀表顯示的訊號，採用一進兩齣的隔離器，一路進顯示儀表，另一路進plc內；對於溫度測量是用熱電偶或熱電阻來測量的，一般採用架裝式的溫度變送器，將不同的現場訊號轉換為統一的4～20ma標準電流訊號送入plc；對於現場閥位訊號、變頻頻率訊號等，也都統一轉換成標準的4～20ma訊號，這樣既減少干擾源，又便於plc模組型號的統一，保證系統更加穩定可靠。框圖如下：
3、控制站配置
系統設定西門子s7-314控制單元櫃一台，安裝主機架、cpu、i/o模組、中間隔離繼電器、訊號線和端子排等輔助元件，完成資料採集、控制程式執行、控制訊號輸出等任務。
◇ cpu：西門子s7-314，效能：24vdc/48kb工作記憶體、1024點數字量處理能力或256點模擬量處理能力；
◇ di模組：西門子ssm321，效能：32點24vdc/光電隔離/40針前置聯結器。
◇ do模組：西門子sm322，效能：16點繼電器輸出/24vdc/2a/光電隔離/20針前置聯結器/故障查詢led顯示。
◇ ai模組：西門子sm331，效能：模擬量8通道輸入/4～20ma/15位+符號位/光電隔離/20針前置聯結器。
◇ ao模組：西門子sm332，效能：模擬量8通道輸出/電壓、電流/12位/光電隔離/40針前置聯結器/故障自診斷。
◇ 電源：西門子ps307電源，效能：120vac～230vac輸入/24vdc、10a輸出/執行狀態led顯示。
4、操作站配置
1)系統配置2臺工業級控制計算機（操作站），完**機互動任務。
構成： 操作站：品牌：dell， 規格：p 3.0gcpu 80g硬碟記憶體512m 乙太網介面卡、usb、鍵盤、滑鼠等。
顯示器：品牌：dell，17寸液晶，解析度：1024×768；
系統設定1臺印表機，完成報表、引數、畫面定時或即時列印任務。印表機採用惠普hp-1010雷射印表機。
在系統中，操作站為操作員提供實時資料顯示、系統總纜圖、報警、控制操作、圖形、列表、列印、歷史資料查詢等功能，是操作人員與系統對話握手的得要工具，為過程工程師提供組態、維護、**/離線修改、程式生成和下裝服務，也是系統生成的工具。
四、動力控制設計
從節約能源方面考慮，對於本系統中的主要動力裝置，採用變頻調速控制方式，為了保證整個系統的安全，採取了優化設計，保留了備用手操的控制結構。具體如下：
1、主電機採用變頻控制，包括鼓風機、引風機、、兩台給水幫浦，具有軟啟動特性，以達到節能執行、調節靈敏、使用壽命長等目的。其中鼓風機（355kw）、引風機（280kw）各設定一台變頻器櫃，一台110kw給水幫浦變頻器配置一面控制櫃，用於控制兩台給水幫浦，兩台幫浦之間採用手動/自動切換方式控制；另一台給水幫浦設計為自耦降壓啟動方式佔一台控制櫃。整個系統通過優化，共設計了3臺變頻控制櫃，這樣既經濟實用又滿足了控制安全可靠的目的。
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