熱電廠分散式實時過程控制級的設計
對於許多中小型熱電廠來說, 自動控制水平仍相當落後 ,大部分電廠還是採用常規儀表來控制熱工設備。即使有的廠家使用了微機 ,也只是以數據採集為主 ,能投入自動控制的很少 。這是由於中小型熱電廠規模較小 ,需要監測與控制的迴路不多, 用常規儀表監測 、控制也能應付 ;二是採用進口 DCS 系統投資大,難以承受。
由於中小型熱電廠控制設備落後, 鍋爐和汽輪機的運行主要靠人工調節.不僅需要配備較多的操作人員,工人勞動強度大 ,而且系統運行也不穩定 ,熱效率低 ,煤耗高 ,安全運行可靠性差 .因此 ,自控設備落後 ,已成為影響中小型熱電廠經濟發展的一個主要因素.經過多年的開發, 各色各樣的鍋爐控制系統也不少 ,但能夠長期連續運行的控制系統很少, 套用效果不理想 。紹興縣熱電行業中已有少數中小電廠使用了控制系統, 但絕大多數不能運行,開發的 DCS 系統不能適應這些電廠的設備和工作條件 ,特別是不能適應煤種經常變化的實時調整 ,即軟體系統的適應性差 、主設備可靠性差 、配套的測量控制設備質量不高,往往造成自動控制系統無法投入運行, 不得不採用手動操作 。同時這些控制系統本身存在許多缺陷 ,如硬體穩定性 、可靠性差 ,功能不夠完善 ,難於長期連續運行 。
根據紹興縣某電廠的要求 ,我們開發了鍋爐計算機測控系統 ,以替換不能工作的鍋爐控制系統, 並在該熱電廠投入使用達一年 ,運行情況良好。
總體設計
過程控制級系統需對熱電廠的鍋爐、汽機、電氣系統和鍋爐水質運行實時監測和控制, 鍋爐檢測控制參數包括主汽溫度、主汽壓力 、主汽流量、給水流量、汽泡水位 、爐膛負壓 、管壓力等。汽機檢測控制參數包括主汽溫度、主汽壓力、主汽流量、給水溫度等。電氣系統檢測控制參數包括有功功率、無功功率、總有功功率、系統周波等 鍋爐水質檢測參數包括 pH 、DO、電導 、鹼度、鈉離子、氯離子、硬度、 等。檢測到的實時數據作如下處理:
鍋爐 、汽機 、主汽流量需經主汽壓力 、主汽溫度修正 ;
鍋爐給水流量需經給水溫度修正;
各發電機有功電量按有功功率時間積分計算 ;
累計電量按總有功功率時間積分計算;
汽機真空度按排汽溫度數據擬合公式計算;
累計各鍋爐 、汽機的主汽流量 ———累計各鍋爐的給水流量, 累計各發電機電量等的各累計量在每運行班結束時存入班報表 ,每天結束時存入日報表及月報表 ;
各鍋爐、汽機主汽溫度每一個運行班取一個平均值 ;
各鍋爐、汽機主汽壓力每一個運行班取一個平均值 ;
所有參數定時存檔;
所有參數可列印 、顯示實時曲線和歷史曲線;
給出鍋爐、汽機的累計運行時間;
診斷前端採集器工作是否正常 ;
實時分屏顯示機 、爐 、電、水參數。
系統的結構示意圖見圖 1
圖1部分硬體與軟體設計
IPC-PIII800 工業微機測控系統硬體結構如圖 2 所示 .其結構主要有工控機 、檢測卡、控制卡 、CRT 、鍵盤等組成 。採用一塊中泰公司生產的PC-6313 測控卡,可完成對 32路模擬量(12 位A/D 轉換)、32 路開關量和 2 路控制量進行巡迴檢測和控制;另用一塊中泰公司生產的 PC -6327B 控制卡, 可完成 7 路模擬量(12 位 D/A 轉換)控制;DO 輸出接口板用一塊台灣研祥產的 PCLD-785B 實現控制系統的手/自動切換 。測控卡採用PC-003 和 PC-006 接口板 ,以便與感測器 、儀表 、變送器 、操作器等的連線。
圖2熱電偶(E,K 型)、熱電阻(Pt100)溫度感測器分別配用東輝智慧型儀器有限公司的 SBWR-21,SBWR-22和SBWR-24 型溫度變送器,使輸出電壓信號滿足數據採集卡的要求,以提高檢測數據的精度和穩定性 。
系統採用Windows 98 作業系統與MCGS 工控組態軟體開發的測控套用軟體, 系統顯示的虛擬運行工作環境基本與實際運行工作環境一致, 以方便操作者, 並實現友好的用戶操作界面。
檢測系統對主蒸汽壓力、汽泡壓力 、爐膛負壓 、主汽溫度、給水溫度、排煙溫度 、過熱器後溫度 、空預溫度、主蒸汽流量 、給水流量 、減溫水流量、鍋爐水位 、給水閥位、減溫水閥位、彭風閥位 、引風機閥位 、爐排轉速等 18項數據進行採集處理和顯示。
系統對水流量、主汽溫度 、爐膛負壓 、主汽壓力 、爐排轉速等參數進行控制, 實現鍋爐水位控制系統、溫度控制系統、壓力控制系統和燃燒控制系統全部採用閉環控制.系統採用自動和手動兩種方式是為了保證系統的安全性和可靠性(原手動作業系統仍保留使用),使系統能正常工作 ;採用 6 路開關鈕實現總體和單一控制的手/自動切換。
系統有封面視窗 、系統測控視窗、鍋爐流量/水位實時監測視窗、鍋爐溫度實時監測視窗、鍋爐壓力實時監測視窗 、實時數據報表視窗 、主蒸汽流量異常視窗 、給水流量異常視窗、給水壓力異常視窗 、給水電機異常視窗 、鼓風電機異常視窗 、引風電機異常視窗 、爐排電機異常視窗 、報警視窗 、報警參數修改視窗、鍋爐水位報警視窗、汽泡壓力報警視窗、主蒸汽溫度報警視窗、主蒸汽壓力報警視窗、控制參數設定視窗、重要歷史數據/曲線查詢處理等20 多個視窗組成 ;並具有實時數據報表列印 、歷史數據報表列印、歷史曲線列印和報警數據報表列印功能。
系統的過程控制 :
a.主汽溫度控制 ———帶死區的 PID增量式控制策略 ;
b .爐膛負壓控制———比值控制策略(風量/耗煤量);
c.蒸汽流量(壓力)控制 ———比值控制策略(耗煤量/蒸汽流量(壓力));
d.鍋爐水位控制———帶前饋的 PID 增量式控制策略.
針對燃煤鍋爐控制難的問題, 我們對不同的控制對象採用不同的控制方式 ,系統套用了改進和補充,很容易線上修改各種控制參數和控制策略 ,以便不斷完善控制質量.因此, 該系統控制靈活方便、魯棒性好 ,這是本控制系統所特有的優點。
該測控系統支持 Intranet/Internet 網路系統,為企業實現集散型控制系統打下技術基礎 ,也為連線國際網際網路,方便地實現信息交流 、資源共享與遠程數據的監測控制提供了技術保證 。
結語
熱電廠的設備主要包括鍋爐、汽機 、電氣系統等,及時、準確地掌握設備的運行工況和設備平均利用率等參數,可為生產計畫、檢修計畫的安排提供可靠依據 ,同時 ,對於維護廠用設備 ,提高廠用設備利用率, 保證電廠安全穩定生產具有實際意義 。設計方法已在某熱電廠實現 ,它集生產控制自動化 、通訊自動化及辦公自動化於一身.極大地提高了熱電廠的管理水平和經濟效益, 具有很好的推廣價值 。
