论文部分内容阅读
摘 要:本设计使用和利时公司的MACS系统进行组态,并对相应的硬件设备进行配置,设计实现给水除氧过程中的除氧器压力、除氧器水位、给水泵、给水泵电动门的自动控制。
关键词:集散控制系统MACS系统组态除氧器
中图分类号:TP202 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(c)-0089-01
引言
随着工业过程规模的不断扩大,需要测量处理的参数和控制回路成倍的增加,使得仪表数量大增,运行人员监控难度加大,系统的自动控制难度也同步加大。为了降低运行监控人员的劳动强度和减少故障率,降低工业过程运行成本,提高效率,电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业都使用了DCS(集散控制系统)。在电力行业中,其应用尤为突出。
本设计参照电厂中给水除氧系统的实际运行情况,进行测点统计,设定控制方案,应用和利时公司的第四代DCS系统——MACS系统的组态软件进行组态,并配置相应的FM系列模块,建立工程,实现电厂中给水除氧系统中除氧器压力、除氧器水位、给水泵、给水泵电动门的自动控制。将该工程应用在实际的电厂给水除氧设备的控制上,可以降低现场运行人员的劳动强度,提高系统的安全性,提高除氧效果,以及准确的控制锅炉给水的流量。
1 MACS系统介绍
MACS系统是和利时公司的第四代DCS系统,是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、打印服务站、数据服务器组成的综合自动化系统,能完成大、中型分布式控制系统、大型数据采集监控系统功能[1]。
其系统结构由三层网络结构组成,分别是监控网、系统网和控制网,设备主要有工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、打印服务站、数据服务器。
2 给水除氧原理、流程介绍
火力发电厂运行过程中,给水会不断地溶解入气体。溶解于给水系统中的气体,有的是由补充水带进,有的是由于系统中处于真空下工作的设备(凝汽器及部分低压加热器等)及管道附件中漏进了空气。当水和气体接触时,总有一部分溶于水中。溶于给水中的氧会引起汽水管道腐蚀,若有二氧化碳会加速氧对金属的腐蚀,从而使其工作可靠性和使用寿命降低。如果水中溶有0.03mg/L的氧,高温下工作的给水管道和省煤器在短期内就会出现导致穿孔的点状腐蚀,引起泄漏或者爆管。所有的不凝结气体都使热阻增加,引起传热设备传热恶化,凝汽器真空下降。因此给水中溶解任何气体都是有害的[2]。
2.1 除氧原理和方法
为了保证发电厂生产的安全和经济,必须除去锅炉给水中溶解的气体。给水除氧有两种方法,一种是化学除氧,一种是物理除氧。
(1)化学除氧。化学除氧是利用易和氧发生化学反应的化学药剂,使这些化学药剂和水中溶解的氧化合生成另一种物质,从而除去水中氧。化学除氧能达到彻底除氧的目的,但不能除去其他气体,且生成的氧化物还增加了给水中可溶性盐类的含量,而且价格昂贵,中小电厂很少采用。
(2)物理除氧。物理除氧用的最广泛的是热除氧法。它价格便宜,既能除氧又能除去其他气体,还没有任何残留物质,所以,目前所有电厂都毫无例外的采用它。即使在亚临界以及超临界参数电厂中,热除氧也是其主要的除氧手段[3]。热除氧原理是建立在亨利定律和道尔顿分压力定律基础上的。
2.2 除氧器水位控制
除氧器水箱的作用是为了保证锅炉有一定的给水储备量,一般就不小于锅炉额定负荷下连续运行15～20min的给水需要量,它还担负着向给水泵不断的供水的任务,为了保证给水泵的安全运行,要求避免给水泵入口发生汽化或缺水事故。除氧器给水箱水位过高,汽轮机汽封将进水,抽汽管将发生水击威胁汽轮机的安全运行；除氧器给水箱水位过低,除了影响给水泵的安全运行之外,甚至会威胁锅炉上水,造成停炉事故。除氧器水位控制系统的控制任务是保证除氧器给水箱保持规定的水位。
3 给水除氧系统设计
为了实现对除氧器压力、除氧器水位、给水泵、给水泵电动门进行控制以及对给水流量进行累计,要用MACS各组态工具进行组态后编译、下装,调试后在线测试,最终用于现场设备的实际控制。
组态也就是把通用系统提供的模块化的功能单元按一定的逻辑结合起来,形成一个能完成特定要求的应用系统。组态后将产生应用系统的数据库、控制运算程序、历史数据库、监控流程图以及各类生产管理报表。
4 测试
为了确保系统能够正确、稳定的运行,在使用前必须进行详尽的测试。首先是测试环境的搭建:工程师站一台(配备四块网卡,分别连到监控网和系统网),操作员站一台(配备两块网卡),服务器两台,路由器两个,现场控制站一台,其中配备:风机单元,为现场控制站柜内设备通风散热；主控单元,包括冗余主控器和电源模块；设备组态时用到的I/O模块；接着下装:打开数据库总控组态软件,进行基本编译、联编和生成下装文件；按顺序进行测试:由于测试时I/O模块中并没有实际的输入信号(端口并没有连接到实际设备上),所以靠外部输入的AI、AO都只能强制修改值,并且也只能修改进入的初始值,而不是已经转换过的,也就是在“POUs/IO/P_H_E(PRG)”中修改左端输入值,而对于一些自己定义的变量则需要手动输入值。
5 结语
本设计应用和利时公司的MACS系统,按照组态流程,经过测点定义、模块配置、使用组态软件进行组态后对各个程序块和操作界面都进行了详尽的测试,实现了设计目标。经过进一步的优化和完善后可以用于实际设备的控制。
在整个设计过程中,测点清单的定义和控制方案的确定是整个工程的基础,所有的数据流都是以测点数据库为基础,而控制器算法组态是整个控制的核心,主要是参照控制方案来进行编写程序的。
根据市场分析机构ARC的研究,中国DCS市场预计在未来五年内的复合增长率将达到近14％。中国传统的重工业行业,如电力、炼油、油气和石化行业,本土工厂建设的稳固增长大大促进了DCS市场的快速发展。爆炸式的增长预计也会出现在其他工业行业,如制药、食品和饮料以及水和污水处理,虽然这些行业中没有大规模的采用先进的自动化技术。在所有行业中,电力行业对DCS的需求仍然是主要的推动因素,在未来的五年内,这个市场的增长仍然十分可观。
参考文献
[1] 和利时自动化.HOlliAS-MACS硬件FM系列使用手册.北京和利时公司内部手册 2005,1:500.
[2] 郑体宽.热力发电厂[M].北京:中国电力出版社.1998:87-94.
[3] 邓庆松,周世平.300MW火电机组调试技术[M].北京:中國电力出版社.2002:55-64.
关键词:集散控制系统MACS系统组态除氧器
中图分类号:TP202 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(c)-0089-01
引言
随着工业过程规模的不断扩大,需要测量处理的参数和控制回路成倍的增加,使得仪表数量大增,运行人员监控难度加大,系统的自动控制难度也同步加大。为了降低运行监控人员的劳动强度和减少故障率,降低工业过程运行成本,提高效率,电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业都使用了DCS(集散控制系统)。在电力行业中,其应用尤为突出。
本设计参照电厂中给水除氧系统的实际运行情况,进行测点统计,设定控制方案,应用和利时公司的第四代DCS系统——MACS系统的组态软件进行组态,并配置相应的FM系列模块,建立工程,实现电厂中给水除氧系统中除氧器压力、除氧器水位、给水泵、给水泵电动门的自动控制。将该工程应用在实际的电厂给水除氧设备的控制上,可以降低现场运行人员的劳动强度,提高系统的安全性,提高除氧效果,以及准确的控制锅炉给水的流量。
1 MACS系统介绍
MACS系统是和利时公司的第四代DCS系统,是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、打印服务站、数据服务器组成的综合自动化系统,能完成大、中型分布式控制系统、大型数据采集监控系统功能[1]。
其系统结构由三层网络结构组成,分别是监控网、系统网和控制网,设备主要有工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、打印服务站、数据服务器。
2 给水除氧原理、流程介绍
火力发电厂运行过程中,给水会不断地溶解入气体。溶解于给水系统中的气体,有的是由补充水带进,有的是由于系统中处于真空下工作的设备(凝汽器及部分低压加热器等)及管道附件中漏进了空气。当水和气体接触时,总有一部分溶于水中。溶于给水中的氧会引起汽水管道腐蚀,若有二氧化碳会加速氧对金属的腐蚀,从而使其工作可靠性和使用寿命降低。如果水中溶有0.03mg/L的氧,高温下工作的给水管道和省煤器在短期内就会出现导致穿孔的点状腐蚀,引起泄漏或者爆管。所有的不凝结气体都使热阻增加,引起传热设备传热恶化,凝汽器真空下降。因此给水中溶解任何气体都是有害的[2]。
2.1 除氧原理和方法
为了保证发电厂生产的安全和经济,必须除去锅炉给水中溶解的气体。给水除氧有两种方法,一种是化学除氧,一种是物理除氧。
(1)化学除氧。化学除氧是利用易和氧发生化学反应的化学药剂,使这些化学药剂和水中溶解的氧化合生成另一种物质,从而除去水中氧。化学除氧能达到彻底除氧的目的,但不能除去其他气体,且生成的氧化物还增加了给水中可溶性盐类的含量,而且价格昂贵,中小电厂很少采用。
(2)物理除氧。物理除氧用的最广泛的是热除氧法。它价格便宜,既能除氧又能除去其他气体,还没有任何残留物质,所以,目前所有电厂都毫无例外的采用它。即使在亚临界以及超临界参数电厂中,热除氧也是其主要的除氧手段[3]。热除氧原理是建立在亨利定律和道尔顿分压力定律基础上的。
2.2 除氧器水位控制
除氧器水箱的作用是为了保证锅炉有一定的给水储备量,一般就不小于锅炉额定负荷下连续运行15～20min的给水需要量,它还担负着向给水泵不断的供水的任务,为了保证给水泵的安全运行,要求避免给水泵入口发生汽化或缺水事故。除氧器给水箱水位过高,汽轮机汽封将进水,抽汽管将发生水击威胁汽轮机的安全运行；除氧器给水箱水位过低,除了影响给水泵的安全运行之外,甚至会威胁锅炉上水,造成停炉事故。除氧器水位控制系统的控制任务是保证除氧器给水箱保持规定的水位。
3 给水除氧系统设计
为了实现对除氧器压力、除氧器水位、给水泵、给水泵电动门进行控制以及对给水流量进行累计,要用MACS各组态工具进行组态后编译、下装,调试后在线测试,最终用于现场设备的实际控制。
组态也就是把通用系统提供的模块化的功能单元按一定的逻辑结合起来,形成一个能完成特定要求的应用系统。组态后将产生应用系统的数据库、控制运算程序、历史数据库、监控流程图以及各类生产管理报表。
4 测试
为了确保系统能够正确、稳定的运行,在使用前必须进行详尽的测试。首先是测试环境的搭建:工程师站一台(配备四块网卡,分别连到监控网和系统网),操作员站一台(配备两块网卡),服务器两台,路由器两个,现场控制站一台,其中配备:风机单元,为现场控制站柜内设备通风散热；主控单元,包括冗余主控器和电源模块；设备组态时用到的I/O模块；接着下装:打开数据库总控组态软件,进行基本编译、联编和生成下装文件；按顺序进行测试:由于测试时I/O模块中并没有实际的输入信号(端口并没有连接到实际设备上),所以靠外部输入的AI、AO都只能强制修改值,并且也只能修改进入的初始值,而不是已经转换过的,也就是在“POUs/IO/P_H_E(PRG)”中修改左端输入值,而对于一些自己定义的变量则需要手动输入值。
5 结语
本设计应用和利时公司的MACS系统,按照组态流程,经过测点定义、模块配置、使用组态软件进行组态后对各个程序块和操作界面都进行了详尽的测试,实现了设计目标。经过进一步的优化和完善后可以用于实际设备的控制。
在整个设计过程中,测点清单的定义和控制方案的确定是整个工程的基础,所有的数据流都是以测点数据库为基础,而控制器算法组态是整个控制的核心,主要是参照控制方案来进行编写程序的。
根据市场分析机构ARC的研究,中国DCS市场预计在未来五年内的复合增长率将达到近14％。中国传统的重工业行业,如电力、炼油、油气和石化行业,本土工厂建设的稳固增长大大促进了DCS市场的快速发展。爆炸式的增长预计也会出现在其他工业行业,如制药、食品和饮料以及水和污水处理,虽然这些行业中没有大规模的采用先进的自动化技术。在所有行业中,电力行业对DCS的需求仍然是主要的推动因素,在未来的五年内,这个市场的增长仍然十分可观。
参考文献
[1] 和利时自动化.HOlliAS-MACS硬件FM系列使用手册.北京和利时公司内部手册 2005,1:500.
[2] 郑体宽.热力发电厂[M].北京:中国电力出版社.1998:87-94.
[3] 邓庆松,周世平.300MW火电机组调试技术[M].北京:中國电力出版社.2002:55-64.