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鍋爐——南大傲拓NA400系列PLC在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

時(shí)間:2012-12-26 14:13:06來(lái)源:南大傲拓

導(dǎo)語(yǔ):?本公司的“基于南大傲拓PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng)”具有完善的故障診斷功能,大大提高了設(shè)備的可靠性,同時(shí)通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,實(shí)現(xiàn)真正節(jié)能目的,使鍋爐運(yùn)行達(dá)到較高效率

一、 系統(tǒng)簡(jiǎn)述

目前,熱水鍋爐只是利用計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)熱水鍋爐運(yùn)行參數(shù),熱水鍋爐運(yùn)行要人工進(jìn)行手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié),而要真正實(shí)現(xiàn)熱水鍋爐的自動(dòng)控制,只利用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,它一方面不可能使熱水鍋爐在較高的效率下運(yùn)行,另一方面也不可能達(dá)到真正節(jié)能目的。
 
本公司的“基于南大傲拓PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng)”具有完善的故障診斷功能,大大提高了設(shè)備的可靠性,同時(shí)通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,實(shí)現(xiàn)真正節(jié)能目的,使鍋爐運(yùn)行達(dá)到較高效率。
該系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和水泵電機(jī)、傳感器等構(gòu)成。以南大傲拓NA400系列可編程控制器為核心,一方面通過(guò)操作臺(tái)與PLC通訊,接收管理者的控制命令。另一方面與各變頻器進(jìn)行通信,分別對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵和補(bǔ)水泵等進(jìn)行啟??刂坪碗姍C(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定,操作人員也隨時(shí)可以通過(guò)操作臺(tái),了解現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)鍋爐的運(yùn)行狀況,對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵等電機(jī)進(jìn)行啟停控制。
 
二、 系統(tǒng)硬件配置與說(shuō)明
 
本系統(tǒng)包括配電系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)就地箱、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及傳感器系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)框圖如下圖所示。
 

 

2.1配電系統(tǒng)
 
實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、爐排、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、上煤系統(tǒng)、軟化水及傳感器等設(shè)備供電。
配電柜如下圖所示。
 
 

 配電柜

 

2.2 PLC控制系統(tǒng)
 
采用南大傲拓公司最先進(jìn)的NA-400系列控制系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)作為鍋爐房的自動(dòng)化系統(tǒng)硬件平臺(tái)。PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、流量采集和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
控制對(duì)象:
控制鍋爐主體設(shè)備(鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī))的啟動(dòng)、停止、運(yùn)轉(zhuǎn)速度,實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓全自動(dòng)控制的過(guò)程的生產(chǎn)自動(dòng)化。
控制鍋爐房輔助設(shè)備(補(bǔ)水泵、循環(huán)水泵、水處理設(shè)備等)啟動(dòng)、停止、運(yùn)轉(zhuǎn)速度,實(shí)現(xiàn)恒壓補(bǔ)水等水系統(tǒng)全自動(dòng)控制過(guò)程的生產(chǎn)自動(dòng)化。
控制鍋爐房上煤系統(tǒng)(斗提機(jī)、配煤皮帶,卸料器)的啟動(dòng)、停止,實(shí)現(xiàn)鍋爐煤倉(cāng)根據(jù)料位自動(dòng)配煤的生產(chǎn)自動(dòng)化。
 
鍋爐控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下圖所示。
 
 
 

現(xiàn)場(chǎng)PLC柜如下圖所示。

 

 

NA400冗余PLC柜
 
2.3 現(xiàn)場(chǎng)操作箱
 
完成現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鍋爐進(jìn)行手動(dòng)控制。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的“就地/遠(yuǎn)程”切換按鈕,當(dāng)旋鈕選擇為“就地”方式時(shí),就可以在就地狀態(tài)下,對(duì)鍋爐設(shè)備進(jìn)行就地啟動(dòng)和停止。
 
2.4上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
 
上位機(jī)由一臺(tái)操作員站和一臺(tái)工程師站組成。
 
采用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制器和二臺(tái)上位機(jī)間的通訊,Intnet工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)功能強(qiáng)大的局域和單元網(wǎng)絡(luò),可按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3的要求而用于工業(yè)應(yīng)用。 帶有光纖環(huán)網(wǎng)的總線結(jié)構(gòu)尤其適用于這種應(yīng)用,因?yàn)樗鼈兙哂泻芨叩目乖肼暩蓴_性能和極高的可用性。
 
以太網(wǎng)目前的市場(chǎng)份額已經(jīng)超過(guò) 80%,并且還有進(jìn)一步上升的趨勢(shì),因而在全球 現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。 工業(yè)以太網(wǎng)的重要特性已使其在使用過(guò)程中具有更多優(yōu)勢(shì)。
通過(guò)簡(jiǎn)單連接進(jìn)行快速調(diào)試
由于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)容易擴(kuò)展,具有高度靈活性
因?qū)楝F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而開(kāi)發(fā),具有高可用性
現(xiàn)場(chǎng)級(jí):過(guò)程檢測(cè)儀表信號(hào)和二次儀表信號(hào)以4~20mA DC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),使過(guò)程儀表和PLC可靠的通訊。
控制極:PLC控制系統(tǒng)與上位機(jī)工程師站和操作員站間采用工業(yè)以太網(wǎng),起優(yōu)點(diǎn)和可靠性上文已描述。
這種分層結(jié)構(gòu)大大提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性,使系統(tǒng)配置更為靈活,更適用于各種工業(yè)過(guò)程控制和企業(yè)生產(chǎn)管理場(chǎng)合。
 
在“集控”狀態(tài)下,用戶可通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐相關(guān)機(jī)械、電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控,用戶可以直接在上位計(jì)算機(jī)的圖形窗口中進(jìn)行相關(guān)操作,實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制要求。在“手動(dòng)”狀態(tài)下用戶只能對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,需通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)就地箱手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)控制要求。
上位計(jì)算機(jī)采用組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài),下圖所示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖片。
 
 
上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
 
主要畫面包括
 
① 工藝流程主界面
 
 

② 手動(dòng)操作界面

 

③ 溫度壓力實(shí)時(shí)曲線

 

④ 歷史報(bào)表查詢

 

 

2.5 傳感器系統(tǒng)
 
實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力(鍋爐爐膛負(fù)壓、省煤器出水壓力、省煤器入水壓力、鍋爐出水壓力、鼓風(fēng)機(jī)出口壓力、除塵器出口負(fù)壓等)、溫度(爐膛溫度、省煤器入水水溫、省煤器出水水溫、供水總溫度、回水總管溫度等)、流量(供水總管流量、回水總管流量、補(bǔ)水流量、軟化水流量等)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
 
本控制系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境溫度的變化及一天24小時(shí)的不同,自動(dòng)完成鍋爐熱負(fù)荷與用戶熱負(fù)荷的計(jì)算,將其比較、預(yù)報(bào)、校正內(nèi)部參數(shù),優(yōu)化相應(yīng)的控制參數(shù),相應(yīng)自動(dòng)調(diào)整鍋爐爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、煤層厚度。并用氧量信號(hào)校正送風(fēng)量,參與燃燒控制。保證使風(fēng)煤配比達(dá)到最優(yōu),鍋爐在較高的效率下運(yùn)行,從而能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)煤省電這一目的。該系統(tǒng)具有報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù),采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制和手動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)控制,手/自動(dòng)切換是無(wú)擾動(dòng)切換,真正實(shí)現(xiàn)鍋爐安全可靠的運(yùn)行,減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,保證供熱質(zhì)量,節(jié)約能源,實(shí)現(xiàn)鍋爐控制自動(dòng)化。
 
三、 系統(tǒng)功能
 
3.1監(jiān)控功能
 
系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中,上位機(jī)將下位機(jī)采集上來(lái)的鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)和熱力站傳送上來(lái)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,通過(guò)上位機(jī)的分析,判斷,實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、液位、流量等工藝過(guò)程參數(shù)的模擬動(dòng)態(tài)顯示,通過(guò)下位機(jī)的反饋至上位機(jī)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表、風(fēng)機(jī)、水泵及上煤系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。用產(chǎn)地通過(guò)上位機(jī)手動(dòng)和自動(dòng)切換,實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī),水泵的啟、停控制。系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表,電氣設(shè)備配合可實(shí)現(xiàn)多變量閉環(huán)調(diào)節(jié)(如送風(fēng)變頻控制、引風(fēng)機(jī)變頻控制、給煤機(jī)變頻控制)和聯(lián)鎖控制(如上煤聯(lián)鎖控制)。
 
3.2調(diào)節(jié)控制功能
 
供暖燃煤鍋爐是一種多變量系統(tǒng),被控量之間的關(guān)系耦合程度高,因此本套系統(tǒng)配以優(yōu)化的控制軟件,該套軟件以供水溫度、煙氣氧量、爐膛負(fù)壓等為控制指標(biāo),室外溫度為補(bǔ)償量,同時(shí)具有PID控制,通過(guò)配置風(fēng)煤化,前饋系統(tǒng),來(lái)加大或解除給煤調(diào)節(jié),送風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)和引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)輸出間的前饋聯(lián)鎖,以求取給煤量,送風(fēng)量和引風(fēng)量的最佳控制參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)燃燒的最優(yōu)控制。考慮到鍋爐的此三環(huán)節(jié)的對(duì)象為電機(jī),所以PID手/自動(dòng)切換時(shí),加有無(wú)擾動(dòng)切換。
 
3.3報(bào)警功能
 
系統(tǒng)具有故障報(bào)警(風(fēng)機(jī)、水泵、上煤系統(tǒng)等的啟、停故障等)和超限報(bào)警(高、低液位、壓力、流量、溫度報(bào)警及用戶指定的其它參數(shù)報(bào)警)。
 
3.4上煤聯(lián)鎖功能
 
本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作,計(jì)算機(jī)聯(lián)動(dòng)和自動(dòng)控制。
 
3.5數(shù)據(jù)報(bào)表記錄功能
 
可根據(jù)用戶的要求,對(duì)熱網(wǎng)的供、回水流量、溫度、壓力、爐膛負(fù)壓等工藝參數(shù)及電機(jī)負(fù)載情況,報(bào)警記錄形成報(bào)表匯總。
 
3.6數(shù)據(jù)查詢
 
計(jì)劃,打印功能,用戶對(duì)記錄的報(bào)表數(shù)據(jù),報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、打印。
 
3.7曲線功能
 
對(duì)用戶關(guān)心的溫度、流量等信號(hào),系統(tǒng)以實(shí)時(shí),歷史趨勢(shì)曲線的形式直觀地表示出來(lái)。
 
3.8遠(yuǎn)程通訊功能
 
熱力站和控制中心通過(guò)以太風(fēng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。
 
3.9冗余功能
 
為保障系統(tǒng)運(yùn)行的可靠,計(jì)算機(jī)測(cè)控通訊網(wǎng)采用雙冗余以及網(wǎng),當(dāng)一條網(wǎng)絡(luò)線出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響系統(tǒng)正常工作。兩臺(tái)上位機(jī)同為服務(wù)器,測(cè)控?cái)?shù)據(jù)各存于兩臺(tái)計(jì)算機(jī)中,當(dāng)一臺(tái)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),另一臺(tái)照樣運(yùn)行,不受影響。下位機(jī)控制器也采用NA400系列中CPU401-0501雙冗余控制器,以保障系統(tǒng)不間斷地進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)持續(xù),穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。
 
四、 小結(jié)
 
該系統(tǒng)自投運(yùn)行以來(lái),設(shè)備運(yùn)行良好,整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)任何故障。得到煤礦領(lǐng)導(dǎo)及運(yùn)行工人的一致好評(píng)。
 
 

 

 

 

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