【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）題 目：基于MCGS的熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)組態(tài) 汽包水位控制系統(tǒng)學(xué)生姓名：邱玲學(xué) 號(hào)：200440503245專(zhuān) 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器班 級(jí)：測(cè)控042班指導(dǎo)教師：左鴻飛50內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）基于MCGS的熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)組態(tài)汽包水位控制系統(tǒng)摘 要電力資源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中是一項(xiàng)不可或缺的能源，在熱電廠的生產(chǎn)過(guò)程中，最基本的工藝過(guò)程是用鍋爐生產(chǎn)蒸汽，使汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。而鍋爐在發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中是必不可少的重要的動(dòng)力設(shè)備，因此，鍋爐生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)主要參數(shù)必須嚴(yán)格控制。本設(shè)計(jì)結(jié)合鍋爐的生產(chǎn)工藝要求，針對(duì)鍋爐汽包水位的動(dòng)態(tài)特性，具體分析了單沖量、雙沖量、三沖量鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)，并對(duì)其性能特點(diǎn)進(jìn)行深入的分析和比較，最終選擇了三沖量。本設(shè)計(jì)的主要工作包括：對(duì)象特性分析、系統(tǒng)方案分析比較和選擇、硬件組成、軟件控制方案以及控制組態(tài)等。 關(guān)鍵詞：汽包水位；三沖量；集散控制系統(tǒng)；MCGS組態(tài)軟件內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）the boiler control system configuration of the hot power plant based on MCGS drum water level control system Abstract The power resource is one kind of necessary energy in the national economy，and the most basic craft process is that using the boiler to produce steam and let the vapor to turn，then driving the generator to generate the boiler is the essential motive equipment in the production processes such as generate electricity ，each parameter in the boiler production process must be strictly controled.Connecting with the craft requirement of the boiler，the design analyzes the onevariable、twovarisble、threeariable boiler drum water level control system specificly aims at the dynamic characteristic of the boiler drum water level，and furtherly analyze their function and characteristics ，choosing the threeariable control system in the main work of this design includes：te object characteristic analysis、analyze pare and choose the system scheme、the hardware constitute、the software control scheme and control configuration etc.key words：drum water level；threeariable；total distributed control system；MCGS configuration目 錄摘 要 IAbstract II第一章 引言 1 電力行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 1 熱電廠發(fā)展趨勢(shì) 1 熱力發(fā)電廠生產(chǎn)流程[2] 4 鍋爐設(shè)備的工藝和分類(lèi)[2] 7 鍋爐設(shè)備的工藝 7 鍋爐分類(lèi) 9第二章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) 10 鍋爐汽包水位的動(dòng)態(tài)特性[4] 10 13 單級(jí)三沖量和串級(jí)三沖量汽包水位控制系統(tǒng)的分析和整定[5] 15 15 20 控制給水的手段 23第三章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 26[11] 26 27 30 30 31 32第四章 汽包水位控制系統(tǒng)的MCGS組態(tài) 38 38[17] 39 MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成 39 MCGS組態(tài)軟件的特點(diǎn) 41 42 42 43總結(jié) 47參考文獻(xiàn) 48致謝 49內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）第一章 引言 電力行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)火電廠是利用煤、石油、天然氣等固體、液體燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能以生產(chǎn)電能的工廠。按燃料的類(lèi)別可分為燃煤火電廠、燃油火電廠和燃?xì)饣痣姀S等。按功能又可分為發(fā)電廠和熱電廠。發(fā)電廠只生產(chǎn)并供給用戶以電能；而熱電廠除生產(chǎn)并供給用戶電能外，還供應(yīng)熱能。按服務(wù)規(guī)?？煞譃閰^(qū)域性火電廠、地方性火電廠以及流動(dòng)性列車(chē)電站。區(qū)域性電廠裝機(jī)容量較大，一般建造在燃料基地，如大型煤礦附近，又稱(chēng)坑口電廠，其電能通過(guò)長(zhǎng)距離的輸電線路供給用戶。地方性電廠多建在負(fù)荷中心，需經(jīng)長(zhǎng)距離運(yùn)進(jìn)燃料，它生產(chǎn)的電能供給比較集中的用戶。火電廠還按蒸汽壓力分為低壓電廠（～（MPa））、中壓電廠(2～4MPa）、高壓電廠（6～10MPa）、超高壓電廠（12～14MPa） 、亞臨壓力電廠（ 16～18MPa ）和超臨界壓力電廠（）。在全世界范圍內(nèi)，火電廠的裝機(jī)容量約占總裝機(jī)容量的70％ ，發(fā)電量約占總發(fā)電量的80％ ，％，％，可見(jiàn)火電廠對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高都起著重大作用。1882年，中國(guó)在上海建成一座裝有1臺(tái)12KW直流發(fā)電機(jī)的火電廠，這是中國(guó)第一座火電廠。 經(jīng)過(guò)了100多年電力行業(yè)的發(fā)展，截止2006年底，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到62200萬(wàn)千瓦。其中，水電達(dá)到12857萬(wàn)千瓦，%；火電達(dá)到48405萬(wàn)千瓦，%。， 220千伏及以上變電設(shè)備容量達(dá)到98131萬(wàn)千伏安。從電力生產(chǎn)情況看，2006年全國(guó)發(fā)電量達(dá)到28344億千瓦時(shí)。其中，水電發(fā)電量4167億千瓦時(shí)，%；火電發(fā)電量23573億千瓦時(shí)，%；核電發(fā)電量543億千瓦時(shí)，%?！笆晃濉逼陂g，我國(guó)將迎來(lái)電網(wǎng)建設(shè)的新高潮。到2010年，國(guó)家電網(wǎng)在跨區(qū)域電網(wǎng)建設(shè)方面，交流特高壓輸電線路建設(shè)規(guī)模將達(dá)到4200千米，變電容量達(dá)到3900萬(wàn)千伏安，跨區(qū)送電能力達(dá)到7000萬(wàn)千瓦；在城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)方面，220千伏及以上交直流輸電線路要超過(guò)34萬(wàn)千米，交流變電容量超過(guò)13億千伏安。 熱電廠發(fā)展趨勢(shì)在本世紀(jì)最后十幾年左右的時(shí)間里，我國(guó)熱電廠自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展，盡管經(jīng)歷過(guò)挫折和重重困難，但仍以前所未有的速度發(fā)展。可以預(yù)見(jiàn)，進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)熱電廠自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用很可能將以更快的速度發(fā)展，這是由于世界高科技飛速發(fā)展，世界進(jìn)入信息時(shí)代。㈠ 熱電廠將進(jìn)入信息網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代未來(lái)21世紀(jì)的最初10年，火電廠必將隨著不可抗拒的潮流加速進(jìn)入信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，火電廠乃至電力系統(tǒng)和電力企業(yè)集團(tuán)將形成生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的信息網(wǎng)絡(luò)?！　、?廠級(jí)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)廠級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng))由廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(Supervisory information system in plant level,簡(jiǎn)寫(xiě)SIS)和廠級(jí)管理信息系統(tǒng)(Management information system in plant level,簡(jiǎn)寫(xiě)MIS)組成。SIS主要處理全廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成廠級(jí)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理，廠級(jí)故障診斷和分析，廠級(jí)性能計(jì)算、分析和經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度等；MIS主要為全廠運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)和行政的管理工作服務(wù)，主要完成設(shè)備和維修管理、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理(包括電力市場(chǎng)報(bào)價(jià)子系統(tǒng))、財(cái)務(wù)管理等。SIS和MIS可以是設(shè)置在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的2個(gè)功能，共用計(jì)算單元和數(shù)據(jù)服務(wù)器， SIS網(wǎng)與MIS網(wǎng)用網(wǎng)關(guān)(G)或其它接口分隔成2個(gè)網(wǎng)，分別設(shè)置相應(yīng)的計(jì)算單元和數(shù)據(jù)服務(wù)器，以提高SIS網(wǎng)的安全性。電力集團(tuán)企業(yè)MIS和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)與火電廠的廠級(jí)MIS相連，而電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)則通過(guò)發(fā)電端的遠(yuǎn)程發(fā)送單元(RTU)與網(wǎng)內(nèi)火電廠的的廠級(jí)SIS相連，進(jìn)行1級(jí)或2級(jí)調(diào)度，也可采用傳統(tǒng)方法連接到網(wǎng)絡(luò)站監(jiān)控系統(tǒng)。隨著光纜在各地區(qū)，乃至全國(guó)范圍內(nèi)的鋪設(shè)，有可能不再需要RTU，而可以由專(zhuān)用Intrenet網(wǎng)實(shí)現(xiàn)上述通信。⑵ 輔助車(chē)間監(jiān)控系統(tǒng)一個(gè)火電廠有十幾個(gè)輔助車(chē)間，國(guó)外已有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集中到1個(gè)控制室進(jìn)行集中控制的做法。過(guò)去國(guó)內(nèi)都是一個(gè)輔助車(chē)間內(nèi)由PLC和上位機(jī)構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在車(chē)間控制室內(nèi)控制。目前趨向于采用適度集中控制的方案，例如全廠形成煤、灰、水3個(gè)網(wǎng)絡(luò)、3個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，待今后條件成熟時(shí)再減少控制點(diǎn)。輔助車(chē)間網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到上層網(wǎng)——廠級(jí)SIS網(wǎng)，不連接到單元機(jī)組DCS網(wǎng)，再將信息引到SIS網(wǎng)的做法，因?yàn)檫@樣增加了DCS負(fù)荷，降低了單元機(jī)組監(jiān)控可靠性，很難處理單元機(jī)組公用車(chē)間運(yùn)行管理不同的矛盾，而且單元機(jī)組對(duì)大量輔助車(chē)間信息也沒(méi)有需要。㈡ 單元機(jī)組自動(dòng)化將展現(xiàn)新的特點(diǎn)火電廠單元機(jī)組的自動(dòng)化水平，無(wú)論國(guó)外和國(guó)內(nèi)，都是比較高的。未來(lái)10年左右時(shí)間里，可以斷定，單元機(jī)組自動(dòng)化必將在下列幾個(gè)方面進(jìn)一步向前發(fā)展：⑴ 控制系統(tǒng)全計(jì)算機(jī)化，控制室緊湊小型化單元機(jī)組實(shí)現(xiàn)全CRT監(jiān)控，傳統(tǒng)監(jiān)控盤(pán)臺(tái)將取消，控制室(2臺(tái)單元機(jī)組)面積由目前的350～4000m2，降到150 m2以下。⑵ 監(jiān)控系統(tǒng)的功能配置和物理配置① 物理配置隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)將由以前的全部集中到一個(gè)控制樓里的配置方式，逐步趨向于采用適度物理分散配置的原則。龐大的控制樓將取消，變成若干個(gè)小型的電子設(shè)備間，分別布置在鍋爐、汽輪機(jī)房或其它主設(shè)備附近。節(jié)省電纜，并為主廠房模塊化設(shè)計(jì)、安裝、縮短工期，以及主廠房合理布局創(chuàng)造條件。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的信號(hào)，將大量采用遠(yuǎn)程I/O控制。② 功能配置縱觀DCS發(fā)展史，結(jié)合火電廠單元機(jī)組控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，DCS功能配置將與物理配置走正好相反的方向，正在趨向再適度集中一點(diǎn)的方向發(fā)展。首先，單元機(jī)組各個(gè)控制系統(tǒng)間有著千絲萬(wàn)縷的信號(hào)聯(lián)系，一對(duì)控制器故障，往往會(huì)導(dǎo)致另一對(duì)控制器因沒(méi)有正確的聯(lián)系信號(hào)而不能正常工作，甚至誤動(dòng)；其次，由于目前大多沒(méi)有常規(guī)后備監(jiān)控設(shè)備，因此，對(duì)于大部分重要控制器，只要其中一對(duì)控制器故障，可能就要被迫停機(jī)，而過(guò)多的控制器實(shí)際上反而增加了故障停機(jī)的概率；再次，目前控制器容量和速度均大大提高，多個(gè)相互聯(lián)系密切的控制系統(tǒng)集中在一對(duì)控制器中，反而因內(nèi)部信息交換方便而提高可靠性。目前有的公司推出的DCS，CPU采用22冗余(由于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，成本增加很小)，可靠性進(jìn)一步提高。根據(jù)電廠特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)在提高每一組控制器的可靠性上下功夫，而在控制器容量和速度允許情況下，可以合理地配置控制器，適當(dāng)提高功能配置的集中度。⑶ 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)DCS的本質(zhì)是監(jiān)控集中，控制分散，故又稱(chēng)集散控制系統(tǒng)(TDCS)，F(xiàn)CS的全數(shù)字化通信將引起真正的革命。傳統(tǒng)DCS的一個(gè)致命弱點(diǎn)是，它可以控制和監(jiān)視工藝過(guò)程，對(duì)自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于其I/O信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)，因此，它無(wú)法在DCS的工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表(變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS的現(xiàn)場(chǎng)總線和全數(shù)字的現(xiàn)場(chǎng)總線智能化儀表熔入DCS后，將徹底解決這個(gè)問(wèn)題。㈢ 輔助車(chē)間高度集中控制一個(gè)電廠有十幾個(gè)輔助車(chē)間，過(guò)去在每個(gè)車(chē)間都設(shè)一個(gè)控制室，采用PLC實(shí)現(xiàn)順序控制，值班人員多達(dá)100～200人，不少電廠輔助車(chē)間實(shí)際達(dá)到的自動(dòng)化水平不高。輔助車(chē)間實(shí)現(xiàn)高度集中控制：(1) 提高可控性，并集中解決好某些特殊檢測(cè)問(wèn)題，使設(shè)計(jì)的順序控制得以可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在當(dāng)?shù)鼗緹o(wú)人值班；(2) 配置好輔助車(chē)間的計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)若干輔助車(chē)間遠(yuǎn)方集中監(jiān)控。 熱力發(fā)電廠生產(chǎn)流程[2]熱力發(fā)電是利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能，通過(guò)發(fā)電動(dòng)力裝置（包括電廠鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)及其輔助裝置）轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式。在所有發(fā)電方式中，熱力發(fā)電是歷史最久的，也是最重要的一種。發(fā)電廠是把各種動(dòng)力能源的能量轉(zhuǎn)變成電能的工廠。根據(jù)所利用的能源形式可分為熱力發(fā)電、水利發(fā)電、核電、地?zé)岚l(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等。熱力發(fā)電廠簡(jiǎn)稱(chēng)熱電廠，是利用煤、石油、天然氣等燃料的化學(xué)能產(chǎn)生出電能的工廠。按其功用可分為兩類(lèi)，即凝汽式電廠和熱電廠。前者僅向用戶供應(yīng)電能，而熱電廠除供給用戶電量外，還向熱用戶供應(yīng)蒸汽和熱水，即所謂的“熱電聯(lián)合生產(chǎn)”。火電廠的容量大小各異，具體形式也不盡相同，但就其生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)卻是相似的。燃煤，用輸煤皮帶從煤場(chǎng)運(yùn)至煤斗中。大型火電廠為提高燃煤效率都是燃燒煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤機(jī)內(nèi)磨成煤粉。磨碎的煤粉由熱空氣攜帶經(jīng)排粉風(fēng)機(jī)送入鍋爐的爐膛內(nèi)燃燒。煤粉燃燒后形成的熱煙氣沿鍋爐的水平煙道和尾部煙道流動(dòng)，放出熱量，最后進(jìn)入除塵器，將燃燒后的煤灰分離出來(lái)。潔凈的煙氣在引風(fēng)機(jī)的作用下通過(guò)煙囪排入大氣。燃煤燃盡的灰渣落入爐膛下面的渣斗內(nèi)，與從除塵器分離出的細(xì)灰一起用水沖至灰漿泵房?jī)?nèi)，再由灰漿泵送至灰場(chǎng)。在除氧器水箱內(nèi)的水經(jīng)過(guò)給水泵升壓后通過(guò)高壓加熱器送入省煤器。在省煤器內(nèi)，水受到熱煙氣的加熱，然后進(jìn)入鍋爐頂部的汽包內(nèi)。在鍋爐爐膛四周密布著水管，稱(chēng)為水冷壁。水冷壁水管的上下兩端均通過(guò)聯(lián)箱與汽包連通，汽包內(nèi)的水經(jīng)水冷壁不斷循環(huán)，吸收燃燒過(guò)程中放出的熱量。部分水在冷壁中被加熱沸騰后汽化成水蒸汽，這些飽和蒸汽由汽包上部流出進(jìn)入過(guò)熱器中。飽和蒸汽在過(guò)熱器中繼續(xù)吸熱，成為過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽有很高的壓力和溫度，因此有很大的熱勢(shì)能。具有熱勢(shì)能的過(guò)熱蒸汽經(jīng)管道引入汽輪機(jī)后，便將熱勢(shì)能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能。高速流動(dòng)的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，形成機(jī)械能。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)連