【正文】 控制任務 124．1．1工業(yè)鍋爐燃燒過程分析 134．1．2鍋爐燃燒過程的動態(tài)特性 174．1．3工業(yè)鍋爐燃燒控制的任務 194．2鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎及國內外研究現(xiàn)狀 194．2．1鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎 194．2．2國內外研究現(xiàn)狀 224．3控制方案設計與研究 224．3．1 燃煤熱水鍋爐燃燒過程對象的實測特性 234．3．2控制方案的選取 234．4“爐溫尋優(yōu)”思想的提出及實驗驗證 254．4 .1“爐溫尋優(yōu)”思想的提出 254．4．2爐膛溫度和熱效率的關系 254 .4．3爐溫相對于風量的極值點 264．4. 4 “爐溫尋優(yōu)”思想的實驗驗證 274．5優(yōu)化控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 284．5．1“爐溫尋優(yōu)”應滿足的條件 284．5．2尋優(yōu)算法 284．5．3重新啟動尋優(yōu)的條件 30第五章DCS系統(tǒng)選型及其軟硬件設計開發(fā) 305．1 DCS系統(tǒng)概述 305．1．1國內外DCS系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 305．1．2 DOS系統(tǒng)的特點和優(yōu)勢 315．1．3 DCS系統(tǒng)選型原則 325．2 SunyPCC800小型集散控制系統(tǒng)簡介 335．3硬件體系設計 345．3．1網(wǎng)絡結構 345．3．2現(xiàn)場控制站 365．3．3操作站／工程師站 365．3．4采用一體化SunyTDCS800系統(tǒng) 365．4軟件體系設計 375．4．1實時數(shù)據(jù)庫 385．4．2硬件配置軟件SunyCfg 385．4．3算法編輯器SunyIEC 385．4．4實時運行軟件SunyRTM 385．4．5人機界面設計 385．4．6顯示功能設計 405．4．7報警功能設計 405．4．8報表打印功能 405．4．9系統(tǒng)生成及數(shù)據(jù)通信 415．5系統(tǒng)技術規(guī)格設計 415．5．1系統(tǒng)構成 415．5. 2系統(tǒng)供電 415．5．3可靠性和冗余措施 42第六章DCS系統(tǒng)可靠性設計 426．1 DCS系統(tǒng)的抗干擾問題 426．1．1電磁干擾源及對系統(tǒng)的干擾 426．1．2 DCS控制系統(tǒng)工程應用的抗干擾設計 446．1．3主要抗干擾措施 446．2 DCS系統(tǒng)冗余技術 456．2．1冗余技術 456．2．2控制系統(tǒng)冗余的關鍵技術 456 .2．3冗余技術在控制系統(tǒng)中的應用實現(xiàn)分析 46第七章效果及結論 477．1實施效果 47參考文獻 48摘 要本文介紹了浙大中自公司的SunyPCC800，3*17．5MW 燃煤鍋爐系統(tǒng)的工藝原理、工藝流程。控制器的運算和存儲能力要足夠，IO卡件具有很強的抗干擾能力。煙氣混合沖刷，對流管束區(qū)不積灰，能一直保持較好的傳熱狀態(tài)，尾部布置了省煤器和空氣預熱器。 系統(tǒng)的運行調整由集中調整和局部調節(jié)兩部分組成。采用質調節(jié)時，網(wǎng)絡供水溫度的改變要逐步進行，每小時水溫高或低不宜大于20℃ 以免管道產生不正常的溫度壓力。排放次數(shù)視水質情況而定，排污時鍋水溫度低100℃，防止鍋爐因排污而降壓，使鍋爐發(fā)生水擊和汽化。（8） 其他異常運行情況，且超過安全運行運行范圍。3．1．6執(zhí)行機構鼓風機和引風機選用角行程電動執(zhí)行器。它包含著 ，是一個不確定的量，它因存儲、運輸或天氣條件變化而改變，是一個不可測的擾動。影響的因素很多，主要有燃料的揮發(fā)分、爐膛過量空氣系數(shù)、燃燒器設計、爐膛溫度以及爐內空氣動力工況等。燃燒首先是煤的揮發(fā)分燃燒，由于揮發(fā)分燃燒帶走附著在碳粒表面的大量氧氣，故碳的燃燒在揮發(fā)分未完成燃盡階段因缺氧而受到影響。同時，給煤機傳送具有純滯后時間。這樣的熱量損失最小。存在一個最佳的，在這一值附近燃料既可以充分燃燒，各項熱損失又最小，稱為最佳燃燒區(qū)；小于這一值，化學不完全燃燒和機械不完全燃燒損失開始增加，稱為空氣不足區(qū)；大于這一值時，雖然燃料燃燒完全，但是由于風量太多，導致爐溫降低，排煙損失增加，效率降低，稱為空氣高過剩區(qū)。4．3控制方案設計與研究要滿足供暖的需要，首先必須保證鍋爐的出口水溫和出口流量的穩(wěn)定；其次要保證煙氣氧含量和爐膛負壓維持在一定的范圍內，以保證生產的安全性和燃燒的經(jīng)濟性。“等等看”控制算法有如下優(yōu)點：1)我們研究的對象是供暖用燃煤低壓熱水鍋爐，出口溫度有177。所以必須加一個判斷，看煤量是增加還是減少，增加時，立即增加鼓風量；煤量減少時，可等待一段時間，等煤量改變前拋入的煤(尤其是粉狀煤)燃燒一段時間后再減小風量。對鍋爐輻射傳熱的計算大多采用如下經(jīng)驗公式： (2)爐內煙氣有效平均溫度的計算爐內煙氣有效平均溫度與燃燒溫度和爐膛出口煙溫有如下關系：—指數(shù)。從定性的分析也可以得到類似的結論。(4)由于爐內溫度分布場的存在，測取爐溫時最好測量有代表性的點，或多點測量然后求其平均值。具體軟件實現(xiàn)見圖4．8所示。計算機公司設計的DCS的人機界面比較友好。國內已有非對稱數(shù)字訂戶線(ADSL)技術。在投運初期，容易損壞的概率比較大，一旦投入運行，幾乎是不壞的。2．縮小控制室尺寸或控制表盤的長度。應當防止僅僅根據(jù)一次投資決定取舍的做法。信號回讀功能保證輸出無誤。所有物理模件：均可帶電插拔，在線修復。5．4軟件體系設計SunyPCC800系統(tǒng)運行基于Windows2000／NT操作系統(tǒng)的控制軟件工程管理器，由實時數(shù)據(jù)庫編輯器SuLyRdbEditot、硬件配置軟件：SunyCfg、算法編輯器SunyIEC和實時運行軟件SunyRTM四個部分組成。管理人員不需要深入生產現(xiàn)場，就可以獲得實時和歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制現(xiàn)場作業(yè)，提高生產率和產品質量。所有設備均安裝在操作室或機房內。5．5．3．4修理修理部件或設備更換，不影響DCS的下常運行第六章DCS系統(tǒng)可靠性設計6．1 DCS系統(tǒng)的抗干擾問題DCS控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關系到整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。系統(tǒng)可以在線組態(tài)報表，采用Excel標準的報表，并可通過ODBC支持MSAccess查詢報表功能。方便的工程管理功能，使不同的工程、不同的方案、不同的任務一日了然，用戶可以象操作Windows資源管理器一樣管理自己的程序文件。5．3．3操作站／工程師站操作站／工程師站為高可靠性工業(yè)控制計算機，運行基于Windows2000／NT操作系統(tǒng)的SunyTech6。低功耗電路設計，降低運行成本，是名符其實的“綠色”控制系統(tǒng)。 最優(yōu)化的通訊協(xié)議及檢錯技術使系統(tǒng)的容錯能力更強。機種的主要評價內容：1．系統(tǒng)硬件構成比較，主要項目如下：操作站、工程師站、打印機、上位機接口、輔助存儲器、網(wǎng)絡和內部通信、現(xiàn)場控制器、現(xiàn)場監(jiān)視站、輔助臺柜(安全柵柜、端子柜、繼電器柜、輔助操作臺等)、應用模塊及電源配備。DCS系統(tǒng)是相對于計算機集中控制系統(tǒng)而言的計算機(或微機)控制系統(tǒng)，它是在對計算機局域網(wǎng)的研究基礎上發(fā)展起來的，是過程控制專家們借用計算機局域網(wǎng)的研究成果，把局域網(wǎng)變成一個實時性、可靠性要求很高的網(wǎng)絡型控制系統(tǒng)，運用于過程控制領域。國產的DCS系統(tǒng)在技術上可能不如進口的，但也能滿足基本要求。供管理人員查詢。有的DCS在開關量的處理方面不很方便，甚至要用語言來編。 (4)如果，說明尋優(yōu)方向錯誤，為了加快尋優(yōu)速度，下次尋優(yōu)以2rateO為步長反向進行。4．5優(yōu)化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)4．5．1“爐溫尋優(yōu)”應滿足的條件“爐溫尋優(yōu)”前應滿足的條件要進行尋優(yōu)之前，應滿足以下條件：(1)鍋爐出口水溫應達到精度要求，氧含量和爐膛負荷維持在要求的范圍內。列出爐膛內熱平衡方程式：燃燒過程中熱量平衡項目如下：屬于熱量收入的有燃料的化學熱，即燃料的低位發(fā)熱量； 空氣帶入的熱量； 燃料帶入的物理熱。而爐膛溫度比出口溫度要超前的多，在燃料量一定的情況下，爐膛溫度和鍋爐熱效率有一一對應關系。如果煤量變化大，還會冒黑煙嚴重污染環(huán)境。但是，考慮到本鍋爐控制系統(tǒng)中，下位機運算速度和內存容量的限制，有些控制算法雖然比較好，但運算量大、占機時多；有些算法需要對象有精確的數(shù)學模型，我們實測得到的模型是在某一工作點附近測得的，由于對象的非線性，模型不可能很準確。這種做法的優(yōu)點是不需要對象準確的數(shù)學模型，只需知道它有極值關系存在，就可以在線尋找到最優(yōu)點，方法簡便易行。各種熱損失中，和占主要部分，而且它們是隨空氣過剩系數(shù)的變化而變化。燃燒的經(jīng)濟性指標難于直接測量，常用煙氣中的合氧量，或者燃料量與給風量的比值來表示。可粗略地描述積灰等原因造成的風道氣阻變化，對于一個非線性氣阻的流量可用下式表示 （417）其中為質量流量；為流量系數(shù)；為空氣流通面積；為經(jīng)氣阻后的流通密度；為氣阻前后壓差；為重力加速度。因此，分析燃燒換熱過程特性對鍋爐測控過程關鍵參量的確定和控制策略的制定將起到至關重要的作用。如鍋爐有再熱器時，鍋爐有效利用熱應增加再熱器吸收量量 （49）其中為再熱器中熱水流量；、為再熱器出口、入口處熱水焓。煤的成分基于應用基(用上角標y表示)的百分含量為 (41)其中分別為碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水的應用分析基的百分含量。3．1．4液位儀表3．1．4．1就地液位測量儀表(1)就地清潔介質液位測量選用玻璃板液位計。（4） 鍋爐元器件損壞，危機運行人員的安全。當突然停電時，必須迅速打開爐門，撤出爐膛煤火，使爐溫很快降低，關閉回水及出水總閥，開啟再循環(huán)管道路閥門保證省煤器的冷卻。當網(wǎng)絡系統(tǒng)中發(fā)生局部故障，需要切斷維修時，更應對循環(huán)水壓力加強監(jiān)視。(2) 所有安全閥經(jīng)校正鉛封后不能亂動。第二章 工藝介紹及流程簡述2．1 鍋爐系統(tǒng)簡述 型號：——AIII,有濰坊生建鍋爐廠生產。選擇DCS機種主要考慮以下方面；選擇工程實力較強的知名公司，選擇符合有經(jīng)驗的專家推薦的主流機型，首先考慮DCS系統(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性和可操作性其次考慮DCS功能應滿足“功能需要”的要求，具有國際先進水平（但不一定是最先進的）系統(tǒng)應具有開放式的結構，有靈活的系統(tǒng)可擴展性；制造廠家的后備支持系統(tǒng)完備，有工程經(jīng)驗和實踐能力，服務良好，性價比最好，備件供應和及時響應。對浙大中自有限公司的unyPCC800 DCS控制系統(tǒng)進行了分析研究，進行了硬件選型及設計，進行了軟件設計，進行了系統(tǒng)整體技術規(guī)格設計?？刂葡到y(tǒng)軟件的可維護性要好。鍋爐升火前應先開啟循環(huán)水泵，待網(wǎng)絡系統(tǒng)中的水循環(huán)起來以后，才能點火。在供水溫度不變的情況下，改變向網(wǎng)絡供水的流量即加減循環(huán)水的流量。4．合理分配配水量。停泵時，為了防止產生水擊，應先逐漸關閉水泵出口閥門，待出口閥門基本關閉后再停泵。管道及設備上安裝均采用DN40法蘭連接”。它主要包括煤的燃燒氧化釋熱和換熱兩大歷程，二者均存在多相化學和物理反應過程，這些反應過程的宏觀時滯性和非線性是影響鍋爐燃燒過程控制穩(wěn)定性的主要問題。當用外熱源加熱燃料(蒸汽干燥器等)及系統(tǒng)使燃料干燥時應計算此項，并根據(jù)爐前燃料狀態(tài)取用和燃燒水分。影響的主要因素有：燃料性質、燃燒器設計、爐膛溫度、爐膛設計和爐膛過量空氣系數(shù)等。結垢的熱傳導時滯常數(shù)可用來描述，為結垢厚度。其傳遞函數(shù)可表示為省煤器省煤段的傳遞函數(shù)可表示為其中為循環(huán)系統(tǒng)蓄熱過程的時間常數(shù)，；為循環(huán)系統(tǒng)蓄熱過程的放大系數(shù)；為省煤器省煤段的停留時間，；為省煤器省煤段的放大系數(shù)。爐膛負壓太大，爐膛漏風量增大，增加引風機的電耗和煙氣帶走的熱量損失。4．2．2國內外研究現(xiàn)狀針對最佳空氣過剩率隨負荷變化的情況，很多學者展開了研究，并產生了很多的處理方法。其輸入輸出變量之間的關系可近似用(4．28)式表示。如果入口溫度沒有大的變化，長時間內無須改變煤量，從而保證爐排上煤層厚度均勻。從投運效果來看，在鼓風量或煤量變化后，能通過調節(jié)引風閥，將負壓的均值控制在給定值的177。從(2)可以看出，爐膛溫度升高時，由于對于一定的燃料一定，則爐膛出口溫度升高，則(3)式中增加，幽增加。從圖中可以得出以下幾點結論：(1)爐膛溫度相對于空氣過剩系數(shù)的極值點的確是存在的。假定鍋爐初始工作點在a，初始的尋優(yōu)步長為rate0(每次風量閥位改變的百分數(shù))，尋優(yōu)過程如下：(1)為防止由于尋優(yōu)方向錯誤而導致的鍋爐昌黑煙，第一次改變風量時，以rate0為步長，向風量增加的方向進行。同時，由于DCS的高額利潤，負責制造傳動設備的公司和計算機公司也開始涉及DCS的開發(fā)、生產。通訊網(wǎng)絡的協(xié)議基本上都是采用輪詢方式的，在網(wǎng)絡上設交通指揮器。把兩個控制回路的控制器的控制回路增加到25個控制回路。這一狀況也希望有所改變。7．實現(xiàn)過程實時參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)的管理，提供性能計算，設備壽命計算功能。受到眾多企業(yè)的廣泛好評。標準的用戶／服務器結構，保證了數(shù)據(jù)的一致性、安全性和大容量的需求。如圖5．2所示。5．4．3算法編輯器SunyIEC 算法編輯器SunylEC以實時數(shù)據(jù)庫為基礎，采用IEC611313標準的FBD或IL文本編程方式，根據(jù)不同的過程完成控制方案(如PID調節(jié)順控等)，并允許在線組態(tài)、在線下裝。5．4．6顯示功能設計1)顯示方式：CRT或液晶顯示屏2)顯示內容：5．4．7報警功能設計1)報警方式具備標準的報警匯總顯示、事件匯總顯示，報警功能及時提醒操作員報警時間、報警原因、報警等級(大于3個等級)；事件記錄操作員的操作情況及相關停止報告，并進行存儲。留有用戶可以方便地從上位機對DCS數(shù)據(jù)進行存取的接IS]。二10％AC頻率：50Hz士lHZDCS供電根據(jù)需要可為與DCS連接的現(xiàn)場變送器等提供電源。3)過程報警過程變量的報警包括：測量值超限或偏離超限設定點超限；輸出值超限，輸入／輸出值變化率超限開／停報警儀表(包括熱偶