dcs的循环流化床锅炉控制系统的设计(附件)
本课题是以循环流化床锅炉控制的自动化水平较低为研究背景，借助浙大中控ECS-100和监控软件AdvanTrol-Pro为平台，对循环流化床锅炉控制系统进行设计。设计分为软件部分和硬件部分，硬件设计包括系统硬件配置图和整个系统的硬件组成；I/O硬件接口图。软件设计分实时监控软件设计和系统组态软件设计两部分。本文主要介绍了基于DCS循环流化床锅炉控制系统设计的组态步骤和常规控制方案的选择，对软硬件的设计作了详细的描述。关键词 循环流化床锅炉，DCS，系统设计
目 录
1 引言 1
2 循环流化床锅炉的工艺流程和设备构造 1
2.1 循环流化床锅炉的设备构造 1
2.2 循环流化床锅炉的工艺流程 2
3.1 系统硬件 3
3.2 系统软件 5
4 循环流化床锅炉DCS的硬件设计 6
4.1 硬件选型 6
4.2 卡件连接图 7
4.3 控制回路的选择 8
4.5 现场仪表选择 9
5 循环流化床锅炉DCS的系统组态 9
5.1 主机设置 9
5.2 控制站组态 12
5.3 操作站组态 22
5.4 组态调试 28
6 循环流化床锅炉的实时监控 28
6.1 总貌画面 28
6.2 控制分组画面和调整画面 29
6.3 报警一览 30
6.4 趋势图 31
6.5 流程图 31
6.6 数据一览 32
6.7 故障诊断 32
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
1 引言
DCS即集散控制系统，典型的DCS由现场控制站、操作站和高速通信总线组成，具备高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性、控制系统齐全等特点。DCS是一个由过程监控级和过程控制级组成的以通讯网络为纽带的一种多级计算机系统，它包括了计算机、通讯、显示和控制4C技术，具有集中操作、分散控制、分级管理、配置灵活、组态便捷的基本思想[1] *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
。现场控制站本质上其实是一个多回路控制器，它可以收集现场的信号，并按照一定的算法对信号进行运算和处理，然后对现场的执行器发送控制指令。操作站是控制站的上一级，它借助通信总线与控制站连接起来，建立信息交流的关系。操作员通过操作站的显示器对生产过程的总体到局部都可以进行监视、操作和管理。通信网络在DCS系统中也十分重要，多主站的令牌方式也使得通信的可靠性更强。
循环流化床锅炉是一种清洁高效的燃煤装置，具有环保、燃料利用率高、热效率高、负荷性能好等优点，在国内外都备受推崇，但它仍是一种工艺上存在很多缺陷，需要不断改良的新型锅炉。它的燃烧过程具有高度的非线性、不确定性、时变和大滞后及多变量耦合严重等复杂特性。这些复杂的特性使得一般的控制系统很难对其达到很好的控制效果，而DCS集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可灵活地加入特殊控制算法[2]。这些丰富的控制算法恰好可以有效地解决循环流化床锅炉控制过程中遇到的问题。不仅提高了锅炉的运行效率和热效率，而且对实现循环流化床锅炉的自动控制和社会经济的发展有十分重要的意义。
2 循环流化床锅炉的工艺流程和设备构造
2.1 循环流化床锅炉的设备构造
循环流化床锅炉拥有结构简单、钢材耗量低的有点，锅炉本体由给煤装置、床下点火装置、布风板风帽、分离和返料系统、空气预热器、高低温过热器、水冷壁系统、省煤器、平台扶梯、钢架、炉墙等组成[3]。其结构示意图如图2.1所示。
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图 2.1 循环流化床结构示意图
2.2 循环流化床锅炉的工艺流程
循环流化床锅炉的工艺流程主要包括锅炉本体水、汽侧流程和锅炉本体烟气、灰侧流程。
锅炉本体水、汽侧流程图如图2.2所示。
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图 2.2 锅炉给水流程图
锅炉本体烟气、灰侧流程图如图2.3所示。
/
图 2.3 烟气工艺流程图
3 ECS100系统
3.1 系统硬件
3.1.1 系统概述
控制站、操作员站、工程师站、过程控制网络等部分共同组成了ECS100控制系统[4]。
工程师站：工程师站是工程师拥有操作权限的操作站，工程师既可以线下对系统进行组态设置，也可以在线上根据需要组态，而且工程师站拥有更高的权限，可以在系统运行时了解更多的监控画面和采集的数据，还可以对系统进行日常维护。工程师利用组态软件能够进行相关的组态操作，而且可以在系统运行时随时了解各站的实时状况，并及时作出相应的调控。工程师可以根据实际生产要求去设置控制系统，主要包括以下功能：生成工程项目、定义项目公共项、定义现场控制站的控制功能、定义人机接口站的操作监视功能容、虚拟测试功能、下载项目定义的内容到目标系统、在人机接口站上设置操作监视功能、目标测试功能、设置和备份整定参数、备份项目并打印。
操作员站：操作员站是用来监视和操作生产过程的，它能够集中地显示实时的生产数据、完成监控和管理等功能的人机交互系统。
控制站：它能够与现场显示设备建立联系，全方位实时监控功整个生产过程。在同一系统中，任何信号均可采用冗余或不冗余的连接方式。改变软件的参数设定，然后和不同性能的硬件组合可以产生不一样的控制功能。
3.1.2 通信网络
ECS100控制系统的通信网络结构包括三个部分。
第一层为信息管理网，它通过建立网间桥接，采用了以太网络，安装双重网络转接接口的方式，获取系统的过程参数和信息，从而实现信息管理与传送。
第二层为过程控制网，它具有实时性和可靠性的优点，可以和系统的控制站、操作站、工程师站、通讯接口单元等直接连接。
第三层为控制站内部网络，它可以将控制站内部I/O控制总线、主控制卡、与数据转发卡I/O卡连接起来，并可以在三者之间进行信号交流。
目 录
1 引言 1
2 循环流化床锅炉的工艺流程和设备构造 1
2.1 循环流化床锅炉的设备构造 1
2.2 循环流化床锅炉的工艺流程 2
3.1 系统硬件 3
3.2 系统软件 5
4 循环流化床锅炉DCS的硬件设计 6
4.1 硬件选型 6
4.2 卡件连接图 7
4.3 控制回路的选择 8
4.5 现场仪表选择 9
5 循环流化床锅炉DCS的系统组态 9
5.1 主机设置 9
5.2 控制站组态 12
5.3 操作站组态 22
5.4 组态调试 28
6 循环流化床锅炉的实时监控 28
6.1 总貌画面 28
6.2 控制分组画面和调整画面 29
6.3 报警一览 30
6.4 趋势图 31
6.5 流程图 31
6.6 数据一览 32
6.7 故障诊断 32
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
1 引言
DCS即集散控制系统，典型的DCS由现场控制站、操作站和高速通信总线组成，具备高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性、控制系统齐全等特点。DCS是一个由过程监控级和过程控制级组成的以通讯网络为纽带的一种多级计算机系统，它包括了计算机、通讯、显示和控制4C技术，具有集中操作、分散控制、分级管理、配置灵活、组态便捷的基本思想[1] *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
。现场控制站本质上其实是一个多回路控制器，它可以收集现场的信号，并按照一定的算法对信号进行运算和处理，然后对现场的执行器发送控制指令。操作站是控制站的上一级，它借助通信总线与控制站连接起来，建立信息交流的关系。操作员通过操作站的显示器对生产过程的总体到局部都可以进行监视、操作和管理。通信网络在DCS系统中也十分重要，多主站的令牌方式也使得通信的可靠性更强。
循环流化床锅炉是一种清洁高效的燃煤装置，具有环保、燃料利用率高、热效率高、负荷性能好等优点，在国内外都备受推崇，但它仍是一种工艺上存在很多缺陷，需要不断改良的新型锅炉。它的燃烧过程具有高度的非线性、不确定性、时变和大滞后及多变量耦合严重等复杂特性。这些复杂的特性使得一般的控制系统很难对其达到很好的控制效果，而DCS集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可灵活地加入特殊控制算法[2]。这些丰富的控制算法恰好可以有效地解决循环流化床锅炉控制过程中遇到的问题。不仅提高了锅炉的运行效率和热效率，而且对实现循环流化床锅炉的自动控制和社会经济的发展有十分重要的意义。
2 循环流化床锅炉的工艺流程和设备构造
2.1 循环流化床锅炉的设备构造
循环流化床锅炉拥有结构简单、钢材耗量低的有点，锅炉本体由给煤装置、床下点火装置、布风板风帽、分离和返料系统、空气预热器、高低温过热器、水冷壁系统、省煤器、平台扶梯、钢架、炉墙等组成[3]。其结构示意图如图2.1所示。
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图 2.1 循环流化床结构示意图
2.2 循环流化床锅炉的工艺流程
循环流化床锅炉的工艺流程主要包括锅炉本体水、汽侧流程和锅炉本体烟气、灰侧流程。
锅炉本体水、汽侧流程图如图2.2所示。
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图 2.2 锅炉给水流程图
锅炉本体烟气、灰侧流程图如图2.3所示。
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图 2.3 烟气工艺流程图
3 ECS100系统
3.1 系统硬件
3.1.1 系统概述
控制站、操作员站、工程师站、过程控制网络等部分共同组成了ECS100控制系统[4]。
工程师站：工程师站是工程师拥有操作权限的操作站，工程师既可以线下对系统进行组态设置，也可以在线上根据需要组态，而且工程师站拥有更高的权限，可以在系统运行时了解更多的监控画面和采集的数据，还可以对系统进行日常维护。工程师利用组态软件能够进行相关的组态操作，而且可以在系统运行时随时了解各站的实时状况，并及时作出相应的调控。工程师可以根据实际生产要求去设置控制系统，主要包括以下功能：生成工程项目、定义项目公共项、定义现场控制站的控制功能、定义人机接口站的操作监视功能容、虚拟测试功能、下载项目定义的内容到目标系统、在人机接口站上设置操作监视功能、目标测试功能、设置和备份整定参数、备份项目并打印。
操作员站：操作员站是用来监视和操作生产过程的，它能够集中地显示实时的生产数据、完成监控和管理等功能的人机交互系统。
控制站：它能够与现场显示设备建立联系，全方位实时监控功整个生产过程。在同一系统中，任何信号均可采用冗余或不冗余的连接方式。改变软件的参数设定，然后和不同性能的硬件组合可以产生不一样的控制功能。
3.1.2 通信网络
ECS100控制系统的通信网络结构包括三个部分。
第一层为信息管理网，它通过建立网间桥接，采用了以太网络，安装双重网络转接接口的方式，获取系统的过程参数和信息，从而实现信息管理与传送。
第二层为过程控制网，它具有实时性和可靠性的优点，可以和系统的控制站、操作站、工程师站、通讯接口单元等直接连接。
第三层为控制站内部网络，它可以将控制站内部I/O控制总线、主控制卡、与数据转发卡I/O卡连接起来，并可以在三者之间进行信号交流。
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