dcs在大型火力发电厂的应用wincc监控子系统
如今，DCS系统在大型火电厂的应用技术已经相当成熟。但由于其对安全，稳定的要求还是较为严格，其监控系统也要与时俱进，更加的及时，准确的反应现场的生产状况。本课题便是在这么一个环境下，利用WinCC组态软件，建立一个锅炉系统的监控画面，对锅炉系统的各个参数进行监控与记录。本毕业设计在充分了解火电厂锅炉控制工艺的情况下，提出了具体的监控方案；简单的介绍了PLC的工作原理及硬件组态；系统的介绍了过程画面、实时曲线画面、历史曲线画面、报警界面的组态，通过启动与停止的模拟按钮控制系统的启停，使管理者在办公室便可管理现场生产；在过程画面显示各个设备的具体运行参数并且具有数据实时监测与报警功能；通过数据归档功能、实时曲线以及历史曲线记录，方便分析和改进控制系统方案。关键词 WINCC,锅炉,监控,DCS
目 录
1 绪论 1
1.1 锅炉控制系统的发展历程 1
1.2 课题研究背景与意义 1
2 火力发电厂锅炉的控制工艺 2
3 锅炉系统监控方案 3
3.1 监控方案要求 3
3.2 主要画面设计 3
4 PLC简介及组态 4
4.1 PLC的产生、基本特点和功能 4
4.2 PLC硬件组态 8
5 WINCC监控系统的设计 13
5.1 火电厂锅炉监控系统的创建 13
5.2 创建锅炉监控工程 14
5.3 选择安装通讯驱动程序 18
5.4 定义变量 19
5.5 创建过程画面 21
5.6 过程值归档 26
5.7 消息系统 32
6 WINCC与PLC的通信 34
6.1 建立通讯步骤 34
6.2 连接通讯 34
6.3 系统调试仿真 35
结 论 38
致 谢 39
参 考 文 献 40
1 绪论
1.1 锅炉控制系统的发展历程
自19世纪蒸汽时代的工业革命开始，科技迅速发展。到了20世纪，科技已经根深蒂固于工业 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
生产以及人们的生活水平中，尤其在在工企领域以及自动控制领域，科技已经不可或缺。锅炉是能源转化的重要途径，它将煤炭等燃烧物的化学能转换成热能，是火电厂机组的动力的重要来源，是电能工业生产中不可或缺的设备。随着时代的发展，科技的飞速进步，其控制系统也从落后的人工控制日益发展到先进的自动化控制。人们大致经历了一下几个阶段：
（1）纯手工阶段 上世纪 60年代以前，由于自动化技术的不成熟以及人们落后的自动控制观念，导致对锅炉的控制主要为依靠工人经验的纯手工控制。无论是锅炉的给水，送风、引风，还是燃料的数量都由工人经验来决定。这种控制方式，不仅增强了工人的劳动强度，而且不能保证锅炉系统 的安全运行。在这个阶段，火电厂对工人要求很高，而事故率却是居高不下，不仅造成了资源的极大浪费，而且危及生命安全。
（2）仪表继电器阶段 70年代仪表控制系统应运而生，进入仪表控制阶段。随着自动化仪表的应用，锅炉控制系统得到改善。热效率得以提高，事故率也得到有效控制。70年代末，我国也相继研制出工业仪表，自动化技术在工业生产中得以应用。
（3）微机控制阶段 20世纪以来，计算机技术的快速发展给热电厂锅炉控制系统的发展带来了新的机遇。锅炉微机控制系统得到广泛地应用，人们进入微机控制阶段，锅炉运行状况得到极大改善。
（4）智能控制阶段 21世纪，人们迎来了智能控制阶段。这得益于现代控制理论及硬件的飞速发展。锅炉控制系统也将完成智能化控制。
1.2 课题研究背景与意义
随着科技的发展，人民生活水平的提高。用电需求在不断地加大，电力资源的生产要求也越来越高。生产效率的提高，生产过程的稳定，迫切要求发电厂配有更加智能、稳定的控制系统，以提高经济效益。PLC即可编程逻辑控制器是一种广泛应用于到工业控制领域控制器。它涉及到的领域十分广泛，主要包括自动化技术、通信技术、计算机技术，是专用于工业生产的特殊计算机。它具有价格便宜、可靠性高、维护方便等优点。WINCC是与PLC相配套的监控系统。它是由Siemens 公司和Microsoft 公司共同开发的一款监控软件，它的控制精度较高高，快速性能比较好，适用范围极广，扩展性能较强，并且能兼容不同厂家PLC，具备友好界面、动态可视化的特点[1] 。通过画面设计，实现更加简洁、生动、快速、易操作的锅炉监控画面，与PLC相结合保证锅炉系统稳定安全的运行，将直接关系着整个火力发电厂的经济效益，具有深刻意义。
2 火力发电厂锅炉的控制工艺
在热电厂中，锅炉系统是重要设备之一。它主要将煤炭等燃料燃烧以产生热能，是一种重要的热力设备。锅炉种类很多。按燃料分：燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉；按其蒸汽压力分：常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉等[2]；按燃烧方式又可以分为火床炉、室燃炉等；火力发电厂用的主要是以燃煤为主的室燃炉。尽管锅炉种类多种多样，工作原理基本相同，其蒸气发生系统及处理系统基本相似。火力发电厂锅炉的主要作用就是通过燃烧煤炭，产生热量，将热量传递，对锅炉汽包中水进行加热、汽化，经过蒸汽过热产生符合要求的的过热蒸汽。即过热蒸汽具有一定的压力值即达到需要的温度要求，这样才能起到动力作用。其工艺流程图如下图：
图2.1 火力发电厂锅炉工艺流程图
3 锅炉系统监控方案
3.1 监控方案要求
我本次设计主要设计一个适用于热电厂锅炉系统监控的监控界面。主要的监控对象为锅炉的汽包水位，给水量的阀门开度，减温水的阀门开度，引风机的运行状态，炉膛负压，氧气含量，蒸气温度。通过建立的界面不仅要显示以上的主要控制量，还可以修改PID参数进行控制整定。另外还可以通过分析实时曲线及历史曲线，对控制方案进行优化。并提供数据打印，消息报警，过程值归档等服务。其功能图如下所示
图3 .1 监控系统功能简图
目 录
1 绪论 1
1.1 锅炉控制系统的发展历程 1
1.2 课题研究背景与意义 1
2 火力发电厂锅炉的控制工艺 2
3 锅炉系统监控方案 3
3.1 监控方案要求 3
3.2 主要画面设计 3
4 PLC简介及组态 4
4.1 PLC的产生、基本特点和功能 4
4.2 PLC硬件组态 8
5 WINCC监控系统的设计 13
5.1 火电厂锅炉监控系统的创建 13
5.2 创建锅炉监控工程 14
5.3 选择安装通讯驱动程序 18
5.4 定义变量 19
5.5 创建过程画面 21
5.6 过程值归档 26
5.7 消息系统 32
6 WINCC与PLC的通信 34
6.1 建立通讯步骤 34
6.2 连接通讯 34
6.3 系统调试仿真 35
结 论 38
致 谢 39
参 考 文 献 40
1 绪论
1.1 锅炉控制系统的发展历程
自19世纪蒸汽时代的工业革命开始，科技迅速发展。到了20世纪，科技已经根深蒂固于工业 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
生产以及人们的生活水平中，尤其在在工企领域以及自动控制领域，科技已经不可或缺。锅炉是能源转化的重要途径，它将煤炭等燃烧物的化学能转换成热能，是火电厂机组的动力的重要来源，是电能工业生产中不可或缺的设备。随着时代的发展，科技的飞速进步，其控制系统也从落后的人工控制日益发展到先进的自动化控制。人们大致经历了一下几个阶段：
（1）纯手工阶段 上世纪 60年代以前，由于自动化技术的不成熟以及人们落后的自动控制观念，导致对锅炉的控制主要为依靠工人经验的纯手工控制。无论是锅炉的给水，送风、引风，还是燃料的数量都由工人经验来决定。这种控制方式，不仅增强了工人的劳动强度，而且不能保证锅炉系统 的安全运行。在这个阶段，火电厂对工人要求很高，而事故率却是居高不下，不仅造成了资源的极大浪费，而且危及生命安全。
（2）仪表继电器阶段 70年代仪表控制系统应运而生，进入仪表控制阶段。随着自动化仪表的应用，锅炉控制系统得到改善。热效率得以提高，事故率也得到有效控制。70年代末，我国也相继研制出工业仪表，自动化技术在工业生产中得以应用。
（3）微机控制阶段 20世纪以来，计算机技术的快速发展给热电厂锅炉控制系统的发展带来了新的机遇。锅炉微机控制系统得到广泛地应用，人们进入微机控制阶段，锅炉运行状况得到极大改善。
（4）智能控制阶段 21世纪，人们迎来了智能控制阶段。这得益于现代控制理论及硬件的飞速发展。锅炉控制系统也将完成智能化控制。
1.2 课题研究背景与意义
随着科技的发展，人民生活水平的提高。用电需求在不断地加大，电力资源的生产要求也越来越高。生产效率的提高，生产过程的稳定，迫切要求发电厂配有更加智能、稳定的控制系统，以提高经济效益。PLC即可编程逻辑控制器是一种广泛应用于到工业控制领域控制器。它涉及到的领域十分广泛，主要包括自动化技术、通信技术、计算机技术，是专用于工业生产的特殊计算机。它具有价格便宜、可靠性高、维护方便等优点。WINCC是与PLC相配套的监控系统。它是由Siemens 公司和Microsoft 公司共同开发的一款监控软件，它的控制精度较高高，快速性能比较好，适用范围极广，扩展性能较强，并且能兼容不同厂家PLC，具备友好界面、动态可视化的特点[1] 。通过画面设计，实现更加简洁、生动、快速、易操作的锅炉监控画面，与PLC相结合保证锅炉系统稳定安全的运行，将直接关系着整个火力发电厂的经济效益，具有深刻意义。
2 火力发电厂锅炉的控制工艺
在热电厂中，锅炉系统是重要设备之一。它主要将煤炭等燃料燃烧以产生热能，是一种重要的热力设备。锅炉种类很多。按燃料分：燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉；按其蒸汽压力分：常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉等[2]；按燃烧方式又可以分为火床炉、室燃炉等；火力发电厂用的主要是以燃煤为主的室燃炉。尽管锅炉种类多种多样，工作原理基本相同，其蒸气发生系统及处理系统基本相似。火力发电厂锅炉的主要作用就是通过燃烧煤炭，产生热量，将热量传递，对锅炉汽包中水进行加热、汽化，经过蒸汽过热产生符合要求的的过热蒸汽。即过热蒸汽具有一定的压力值即达到需要的温度要求，这样才能起到动力作用。其工艺流程图如下图：
图2.1 火力发电厂锅炉工艺流程图
3 锅炉系统监控方案
3.1 监控方案要求
我本次设计主要设计一个适用于热电厂锅炉系统监控的监控界面。主要的监控对象为锅炉的汽包水位，给水量的阀门开度，减温水的阀门开度，引风机的运行状态，炉膛负压，氧气含量，蒸气温度。通过建立的界面不仅要显示以上的主要控制量，还可以修改PID参数进行控制整定。另外还可以通过分析实时曲线及历史曲线，对控制方案进行优化。并提供数据打印，消息报警，过程值归档等服务。其功能图如下所示
图3 .1 监控系统功能简图
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