- 相關(guān)推薦
熱電廠(chǎng)水汽采樣和化學(xué)加藥控制系統研究
【摘要】在熱力發(fā)電廠(chǎng)中，水汽品質(zhì)是1項重要指標。好的水汽品質(zhì)可以提高熱力設備的性能，延長(cháng)設備的使用壽命，節約能源，減少事故發(fā)生率。反之水汽品質(zhì)的失調將會(huì )給電廠(chǎng)的熱工設備造成不同程度的損傷，給機組的安全和電廠(chǎng)穩經(jīng)濟運行帶來(lái)隱患。所以水汽采樣和化學(xué)加藥是電廠(chǎng)熱工過(guò)程的兩個(gè)重要環(huán)節。
本文根據水汽采樣和化學(xué)加藥的工藝特點(diǎn)，從硬件和控制算法兩方面著(zhù)手設計熱力發(fā)電廠(chǎng)化學(xué)加藥控制系統，采用上位機和下位機相結合的系統。上位機用工業(yè)計算機和組態(tài)軟件構成友好的人機界面，方便了系統的操作；下位機采用西門(mén)子S7 400H PLC進(jìn)行數據采集和化學(xué)加藥控制。用工業(yè)以太網(wǎng)構成管理層，負責上位機和下位機之間、本系統和電廠(chǎng)其它系統之間的通信�，F場(chǎng)總線(xiàn)構成現場(chǎng)設備的控制層，負責現場(chǎng)設備和PLC間的數據傳輸。
設計上從上位機、下位機、以太網(wǎng)到現場(chǎng)總線(xiàn)均采用了冗余結構，來(lái)提高監控系統的可靠性。并把這樣的系統作為電廠(chǎng)DCS的子系統。為提高系統的實(shí)時(shí)性，本文研究了DCS的通信問(wèn)題，介紹了1些提高通信能力的方法。
隨著(zhù)電廠(chǎng)規模的日益擴大，工藝水平的不斷提高，要求采用更新穎的控制技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足工藝的需要。由于化學(xué)加藥控制系統的非線(xiàn)性、大時(shí)滯、時(shí)變的特點(diǎn)，常規的控制方法難以獲得滿(mǎn)意的控制效果。為了提高系統控制的魯棒性和自適應能力，本課題將模糊控制引入到熱電廠(chǎng)化學(xué)加藥控制系統中。在算法方面，經(jīng)過(guò)研究決定采用參數自適應模糊PID自動(dòng)加藥控制代替手動(dòng)控制或是傳統PID控制，并用仿真曲線(xiàn)來(lái)分析其動(dòng)態(tài)性能和抗擾動(dòng)能力。仿真結果表明，該策略的控制效果優(yōu)于常規的PID控制，它能適應對象參數的變化，具有較強的魯棒性和自適應能力。
關(guān)鍵詞:現場(chǎng)總線(xiàn)；加藥；時(shí)滯系統；模糊PID控制；原文word稿件點(diǎn)擊下載
Abstract
In the thermal power plant, the parameters of water and steam of thermal system is a importance target. The good parameters of water and steam of thermal system can improve the performance of thermal equipment, and prolong the useful life of equipment, the using of devices, and save energy, reduce the ratio of the accidents. Contrarily, it will cause varying degrees of damage inthermal equipment of the Power Plant, and bring hidden troubles in the secure and economic running of the power plant, so, the chemical vapor sampling and Dosing is an important link for thermal power plant.
On the bases of the Technological requirements of the water and steam of thermal system chemical and the dosing control system, the hardware and control algorithm is designed in the paper. In the hardware design, the upper and the hypogynous are combined in the design, the upper of the system is composed of PC and SCADA to be made of the friendly Man and Machine Interface, and it facilitates the operation of the system. The hypogynous of the system adopts Siemens S7 400H PLC to collect data and to control the process of the dosing control system. Industrial Ethernet is used of the management, and sees to communication between the upper and the hypogynous or between the system and other plant systems. FCS is used of the Control layer, it sees to the data transmission between on-site equipments and PLC.
In this paper, to increase the reliability of the Monitoring system, the redundant structure is used from the PC、the upper、the hypogy nous、the Ethernet to FCS. The system is looked on as the subsystem of the DCS. Many communication methods are introduced in this paper, to improve the real-time of the system.
With the growing scale of power plants and with the continuous raising level of technology, it requires to update the control arithmetic. Since the chemical dosing control system of fossil power plant is characterized by nonlinearity, long time lag and variation with time, satisfying control effect can not be achieved with traditional control methods. In order to increase the robustness and self-adaptability of the chemical dosing control system in the system of dosing is designed. In this paper, fuzzy control system of dosing. In the algorithm, Fuzzy self-adaptation PID control is used instead of the traditional manual control or the traditional PID control, The dynamic performance and anti-disturbance is analyzed by simulation, Simulation results show that the control effect by this strategy is superior to that of normal PID cascade control. It is featured by strong robustness and self-adaptability, and can readily accommodate itself to the object's parameter variations.
KEY WORDS: FCS; Dosing; time-delay system; Fuzzy self-adaptation PID Control
目 錄
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 緒論 1
1.1課題研究的意義 1
1.2國內外研究現狀及趨勢 1
1.3本文的主要研究?jì)热?nbsp;2
第2章 電廠(chǎng)水汽監控系統介紹 4
2.1電廠(chǎng)DCS系統介紹 4
2.1.1DCS系統簡(jiǎn)介 4
2.1.2電廠(chǎng)控制級功能簡(jiǎn)介： 4
2.1.3西門(mén)子DCS系統 —— PCS7 4
2.1.4電廠(chǎng)輔控網(wǎng)組成 6
2.2火電廠(chǎng)水汽系統 7
2.3化學(xué)加藥系統原理 9
第3章 系統設計原理及功能 11
3.1上位機系統設計 11
3.1.1上位機硬件 11
3.1.2軟件設計 11
3.1.3利用InTouch 軟件實(shí)現冗余功能 14
3.1.4InTouch數據庫 16
3.2下位機PLC控制系統設計 17
3.2.1下位機控制系統硬件配置 17
3.2.2硬件系統的冗余設計 18
3.3系統時(shí)鐘設計 24
3.4電源設計 25
第4章 DCS系統通訊問(wèn)題研究 26
4.1現場(chǎng)總線(xiàn)應用及其安全可靠性的提高 26
4.1.1現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展與應用 26
4.1.2Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議。 27
4.1.3系統實(shí)時(shí)性研究 29
4.2工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性問(wèn)題及解決方案。 33
4.2.1工業(yè)以太網(wǎng)通信原理 33
4.2.2工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性問(wèn)題的研究 35
第5章 化學(xué)加藥控制理論研究 37
5.1加藥系統控制對象數學(xué)模型的建立 37
5.1.1 控制對象選擇 37
5.1.2 控制對象特性分析 37
5.1.3 建立控制模型 38
5.2 控制算法的確定 41
5.3 加藥模糊控制器的建立 41
5.4 化學(xué)加藥參數自調整模糊PID控制器的設計 46
5.5 仿真曲線(xiàn) 48
第6章 電廠(chǎng)化學(xué)加藥模糊控制系統的設計與實(shí)現 51
6.1控制系統的原理與控制指標 51
6.1.1控制系統的原理 51
6.1.2自動(dòng)加藥控制系統主要技術(shù)指標 52
6.2硬件系統設計方案 52
6.3軟件實(shí)現 57
第7章 總結與展望 61
致 謝 62
參考文獻 63
第1章 緒論
1.1課題研究的意義
近年來(lái)，我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，生產(chǎn)力不斷提高，電力作為經(jīng)濟發(fā)展的動(dòng)力得到了迅速的發(fā)展。為了節省能源和保護環(huán)境，提高火力發(fā)電的經(jīng)濟性，大容量超臨界機組因其能源利用率高、經(jīng)濟性能好而得到快速發(fā)展，已在世界發(fā)達國家廣泛應用。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及計算機更新升級，先進(jìn)的控制策略、專(zhuān)家系統、現場(chǎng)總線(xiàn)和智能變送器的廣泛應用，將有利于節約投資，降低能耗，便于維護和提高火電廠(chǎng)安全、經(jīng)濟運行水平[1]。
熱工自動(dòng)化是火電廠(chǎng)不可缺少的組成部分，而熱工自動(dòng)化的水平又是現代火力發(fā)電技術(shù)和管理水平的綜合體現。這主要有兩個(gè)因素推動(dòng)，1個(gè)是DCS，另1個(gè)是協(xié)調控制系統。DCS在電廠(chǎng)的普及應用，為火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎。而協(xié)調控制系統在單元機組普遍投入，使火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化達到前所未有的新高度。目前廣泛采用以微機為核心的DCS，其可靠性很高，可依賴(lài)性強，可以充分發(fā)揮自動(dòng)化的功能，并取得了很好的安全和經(jīng)濟效益。在熱工自動(dòng)化系統采用開(kāi)放的工業(yè)計算機系統和遠程智能I/O，有利于減少信號電纜，降低造價(jià)；應用先進(jìn)的控制策略、專(zhuān)家系統、可充分發(fā)掘DCS的潛力，解決1些老大難問(wèn)題，進(jìn)1步提高電廠(chǎng)安全與經(jīng)濟運行。
由于火電機組越來(lái)越大，對機組熱工自動(dòng)控制系統控制品質(zhì)的要求也隨之提高。為了保證單元機組的正常運行以及高度的安全性、經(jīng)濟性，對單元機組的自動(dòng)化水平提出了更高的要求。由于單元機組存在著(zhù)大遲延、大慣性和嚴重的非線(xiàn)性及擾動(dòng)頻繁等特點(diǎn)，傳統的控制方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足電網(wǎng)對機組的要求，用先進(jìn)的智能化控制策略取代常規控制策略成為火電廠(chǎng)過(guò)程控制發(fā)展的趨勢。目前，由于現有的給水加藥控制系統運行不穩定，加藥方式多采用手動(dòng)間歇控制或是采用傳統PID算法的自動(dòng)控制，工作費時(shí)費力，控制精度又不高。為提高系統的自動(dòng)化水平有必要研究新型的控制系統和控制策略，提高加藥控制系統的準確性、快速性和魯棒性。
1.2國內外研究現狀及趨勢
近年來(lái)，美國等發(fā)達國家對火電廠(chǎng)水汽監控方面做了大量研究，提出最佳的化學(xué)監控管理方案仍然是核心問(wèn)題。自動(dòng)化先進(jìn)的發(fā)達國家擁有先進(jìn)的設備和控制技術(shù)，其電廠(chǎng)監控自動(dòng)化水平已經(jīng)很高，但相對于快速發(fā)展的電力系統的要求來(lái)說(shuō)，仍還有不足。
在我國大容量機組的發(fā)電廠(chǎng)熱工系統發(fā)展迅速，而電氣系統的整體控制水平則進(jìn)展較慢，造成整個(gè)機組監控不協(xié)調，且在監控、管理技術(shù)上與國外水平有較大的差距�，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展和發(fā)電廠(chǎng)設備微機化程度的提高，為以數字通信方式建立電氣監控管理系統提供了技術(shù)上的保證。發(fā)電廠(chǎng)電氣監控管理系統是進(jìn)1步提高電廠(chǎng)自動(dòng)化水平，特別是電氣運行管理水平的必然趨勢，采用電氣監控管理系統新建或改造發(fā)電廠(chǎng)DCS系統將節省可觀(guān)的投資。而且，目前我國發(fā)電廠(chǎng)在控制上往往采用簡(jiǎn)單的PID控制，這也使控制能力大大降低[2]。
自910年代以來(lái)DCS系統在我國開(kāi)始推廣且不斷走向成熟，為我國電廠(chǎng)自動(dòng)化水平的提高做出了很大的貢獻，同時(shí)也不斷暴露出它的許多不足之處。以太網(wǎng)由于其開(kāi)放性好，應用廣泛以及價(jià)格低廉等特點(diǎn)，被工業(yè)控制系統都是采用以太網(wǎng)來(lái)統1管理層通信，而且各種現場(chǎng)總線(xiàn)也大多開(kāi)發(fā)出以太網(wǎng)接口，因此可以說(shuō)以太網(wǎng)已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主要通信標準�，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)由于其徹底的開(kāi)放性、分散性和完全互可操作性等特點(diǎn)，工業(yè)控制大量采用它做現場(chǎng)控制�？偩�(xiàn)技術(shù)和以太網(wǎng)通訊技術(shù)作為電廠(chǎng)DCS系統的補充，再加上先進(jìn)的控制技術(shù)，將大大提高電廠(chǎng)控制自動(dòng)化水平。
對照國內外研究的情況，不難看出加藥系統未來(lái)的發(fā)展方向：
(1)進(jìn)1步加強環(huán)境保護意識，真正確立“綠色”無(wú)公害的加藥系統。
(2)消滅化學(xué)原因的爐管漏爆事故，消滅汽輪機低壓葉片、葉輪的腐蝕與積鹽，取消鍋爐化學(xué)清洗。
(3)從配藥到加藥全面實(shí)現自動(dòng)控制，真正實(shí)現全自動(dòng)無(wú)人值班。
(4)針對系統時(shí)滯的特點(diǎn)運用智能控制理論分析并建立智能控制系統。
(5)充分挖掘加藥系統的潛力，使加藥系統的功能向靈活化、多元化發(fā)展，實(shí)現監測與控制的1體化、網(wǎng)絡(luò )化和智能化[5]。
1.3本文的主要研究?jì)热?br />通過(guò)工作實(shí)踐和調研，并閱讀了大量的資料文獻，了解到目前我國熱電廠(chǎng)水汽采樣和化學(xué)加藥控制系統存在著(zhù)諸多問(wèn)題，針對這些問(wèn)題本文從硬件控制結構和控制算法兩個(gè)方面提出了解決方案。
系統分為上、下位機兩部分。
上位機部分采用工控機和組態(tài)軟件進(jìn)行監控，這部分要對計算機系統進(jìn)行配置，編輯人機界面。友好的人機界面應能實(shí)現以下功能：實(shí)時(shí)顯示現場(chǎng)信息；隨時(shí)的歷史數據庫查詢(xún)；定時(shí)打印和報警專(zhuān)家系統。計算機、組態(tài)軟件和工業(yè)以太網(wǎng)作DCS的子站的管理層。
下位機選用西門(mén)子S7-400H的熱備冗余系統，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與上位機和電廠(chǎng)的DCS通信，用Profibus 總線(xiàn)擴展3個(gè)遠方從站，控制現場(chǎng)的數據的采集和化學(xué)加藥。同時(shí)還要研究現場(chǎng)信號采集和傳輸、DCS中現場(chǎng)總線(xiàn)的通信問(wèn)題和冗余系統的容錯問(wèn)題[8]。
針對化學(xué)加藥系統的大時(shí)滯的特點(diǎn)，本文將模糊自適應PID控制應用于化學(xué)加藥系統，代替手動(dòng)加藥系統和傳統的PID控制，由于目前的各種先進(jìn)的控制理論在電廠(chǎng)的化學(xué)加藥系統中應用都處在研究階段，本文將給出其仿真曲線(xiàn)說(shuō)明其可行性。
因此，本論文研究的是1種利用總線(xiàn)系統做現場(chǎng)控制，以以太網(wǎng)系統做監控管理，結合DCS系統再加上先進(jìn)的模糊控制技術(shù)，由現場(chǎng)控制層、監控層和企業(yè)管理層組成的先進(jìn)完整的電廠(chǎng)水質(zhì)監控管理系統[9]。
第2章 電廠(chǎng)水汽監控系統介紹
2.1電廠(chǎng)DCS系統介紹
2.1.1DCS系統簡(jiǎn)介
DCS是分散控制系統(Distributed Control System)的簡(jiǎn)稱(chēng)，國內1般習慣稱(chēng)為集散控制系統。它是1個(gè)由過(guò)程控制級和過(guò)程監控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò )為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS的構成方式10分靈活，可由專(zhuān)用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現場(chǎng)控制站和數據采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構成。處于底層的過(guò)程控制級1般由分散的現場(chǎng)控制站、數據采集站等就地實(shí)現數據采集和控制，并通過(guò)數據通信網(wǎng)絡(luò )傳送到生產(chǎn)監控級計算機。生產(chǎn)監控級對來(lái)自過(guò)程控制級的數據進(jìn)行集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統計報表、故障診斷、顯示報警等 [10]。
2.1.2電廠(chǎng)控制級功能簡(jiǎn)介：
廠(chǎng)級管理工作站的功能：管理全廠(chǎng)的運行自動(dòng)化。即全廠(chǎng)經(jīng)濟管理(EDC)；自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)；自動(dòng)電壓控制(AVC)；事故分析及事故處理；歷史數據保存及檢索管理；系統授權管理；運行報表打
[1]
【熱電廠(chǎng)水汽采樣和化學(xué)加藥控制系統研究】相關(guān)文章：
范數有界不確定采樣系統的魯棒控制03-07
供配電自動(dòng)化控制系統研究11-19
牧原公司豬舍環(huán)境控制系統研究03-14
淺論內部控制和企業(yè)控制文化03-20
五加雙參片對輻射和化學(xué)物質(zhì)損傷細胞的影響03-20