【正文】 控制任務(wù) 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(wù) 194．2鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎(chǔ)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 194．2．1鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎(chǔ) 194．2．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 224．3控制方案設(shè)計與研究 224．3．1 燃煤熱水鍋爐燃燒過程對象的實(shí)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(guān)系 254 .4．3爐溫相對于風(fēng)量的極值點(diǎn) 264．4. 4 “爐溫尋優(yōu)”思想的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 274．5優(yōu)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 284．5．1“爐溫尋優(yōu)”應(yīng)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(shè)計開發(fā) 305．1 DCS系統(tǒng)概述 305．1．1國內(nèi)外DCS系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 305．1．2 DOS系統(tǒng)的特點(diǎn)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(shè)計 345．3．1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 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(shè)計 375．4．1實(shí)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(shí)時運(yùn)行軟件SunyRTM 385．4．5人機(jī)界面設(shè)計 385．4．6顯示功能設(shè)計 405．4．7報警功能設(shè)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(shù)規(guī)格設(shè)計 415．5．1系統(tǒng)構(gòu)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(shè)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(yīng)用的抗干擾設(shè)計 446．1．3主要抗干擾措施 446．2 DCS系統(tǒng)冗余技術(shù) 456．2．1冗余技術(shù) 456．2．2控制系統(tǒng)冗余的關(guān)鍵技術(shù) 456 .2．3冗余技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)分析 46第七章效果及結(jié)論 477．1實(shí)施效果 47參考文獻(xiàn) 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?？刂破鞯倪\(yùn)算和存儲能力要足夠，IO卡件具有很強(qiáng)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(yù)熱器。 系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)整由集中調(diào)整和局部調(diào)節(jié)兩部分組成。采用質(zhì)調(diào)節(jié)時，網(wǎng)絡(luò)供水溫度的改變要逐步進(jìn)行，每小時水溫高或低不宜大于20℃ 以免管道產(chǎn)生不正常的溫度壓力。排放次數(shù)視水質(zhì)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(yùn)行情況，且超過安全運(yùn)行運(yùn)行范圍。3．1．6執(zhí)行機(jī)構(gòu)鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)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(yùn)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(shè)計、爐膛溫度以及爐內(nèi)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(jī)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(xiàng)熱損失又最小，稱為最佳燃燒區(qū)；小于這一值，化學(xué)不完全燃燒和機(jī)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(fēng)量太多，導(dǎo)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(shè)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(fù)壓維持在一定的范圍內(nèi)，以保證生產(chǎn)的安全性和燃燒的經(jīng)濟(jì)性。“等等看”控制算法有如下優(yōu)點(diǎn)：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(fēng)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(fēng)量。對鍋爐輻射傳熱的計算大多采用如下經(jīng)驗(yàn)公式： (2)爐內(nèi)煙氣有效平均溫度的計算爐內(nèi)煙氣有效平均溫度與燃燒溫度和爐膛出口煙溫有如下關(guān)系：—指數(shù)。從定性的分析也可以得到類似的結(jié)論。(4)由于爐內(nèi)溫度分布場的存在，測取爐溫時最好測量有代表性的點(diǎn)，或多點(diǎn)測量然后求其平均值。具體軟件實(shí)現(xiàn)見圖4．8所示。計算機(jī)公司設(shè)計的DCS的人機(jī)界面比較友好。國內(nèi)已有非對稱數(shù)字訂戶線(ADSL)技術(shù)。在投運(yùn)初期，容易損壞的概率比較大，一旦投入運(yùn)行，幾乎是不壞的。2．縮小控制室尺寸或控制表盤的長度。應(yīng)當(dāng)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(fù)。5．4軟件體系設(shè)計SunyPCC800系統(tǒng)運(yùn)行基于Windows2000／NT操作系統(tǒng)的控制軟件工程管理器，由實(shí)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(shí)時運(yùn)行軟件SunyRTM四個部分組成。管理人員不需要深入生產(chǎn)現(xiàn)場，就可以獲得實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制現(xiàn)場作業(yè)，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。所有設(shè)備均安裝在操作室或機(jī)房內(nèi)。5．5．3．4修理修理部件或設(shè)備更換，不影響DCS的下常運(yùn)行第六章DCS系統(tǒng)可靠性設(shè)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(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。系統(tǒng)可以在線組態(tài)報表，采用Excel標(biāo)準(zhǔn)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(wù)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(jī)，運(yùn)行基于Windows2000／NT操作系統(tǒng)的SunyTech6。低功耗電路設(shè)計，降低運(yùn)行成本，是名符其實(shí)的“綠色”控制系統(tǒng)。 最優(yōu)化的通訊協(xié)議及檢錯技術(shù)使系統(tǒng)的容錯能力更強(qiáng)。機(jī)種的主要評價內(nèi)容：1．系統(tǒng)硬件構(gòu)成比較，主要項(xiàng)目如下：操作站、工程師站、打印機(jī)、上位機(jī)接口、輔助存儲器、網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)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(yīng)用模塊及電源配備。DCS系統(tǒng)是相對于計算機(jī)集中控制系統(tǒng)而言的計算機(jī)(或微機(jī))控制系統(tǒng)，它是在對計算機(jī)局域網(wǎng)的研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是過程控制專家們借用計算機(jī)局域網(wǎng)的研究成果，把局域網(wǎng)變成一個實(shí)時性、可靠性要求很高的網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng)，運(yùn)用于過程控制領(lǐng)域。國產(chǎn)的DCS系統(tǒng)在技術(shù)上可能不如進(jìn)口的，但也能滿足基本要求。供管理人員查詢。有的DCS在開關(guān)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(jìn)行。4．5優(yōu)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)4．5．1“爐溫尋優(yōu)”應(yīng)滿足的條件“爐溫尋優(yōu)”前應(yīng)滿足的條件要進(jìn)行尋優(yōu)之前，應(yīng)滿足以下條件：(1)鍋爐出口水溫應(yīng)達(dá)到精度要求，氧含量和爐膛負(fù)荷維持在要求的范圍內(nèi)。列出爐膛內(nèi)熱平衡方程式：燃燒過程中熱量平衡項(xiàng)目如下：屬于熱量收入的有燃料的化學(xué)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(yīng)關(guān)系。如果煤量變化大，還會冒黑煙嚴(yán)重污染環(huán)境。但是，考慮到本鍋爐控制系統(tǒng)中，下位機(jī)運(yùn)算速度和內(nèi)存容量的限制，有些控制算法雖然比較好，但運(yùn)算量大、占機(jī)時多；有些算法需要對象有精確的數(shù)學(xué)模型，我們實(shí)測得到的模型是在某一工作點(diǎn)附近測得的，由于對象的非線性，模型不可能很準(zhǔn)確。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是不需要對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，只需知道它有極值關(guān)系存在，就可以在線尋找到最優(yōu)點(diǎn)，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(jì)性指標(biāo)難于直接測量，常用煙氣中的合氧量，或者燃料量與給風(fēng)量的比值來表示?？纱致缘孛枋龇e灰等原因造成的風(fēng)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(zhì)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(guān)鍵參量的確定和控制策略的制定將起到至關(guān)重要的作用。如鍋爐有再熱器時，鍋爐有效利用熱應(yīng)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(yīng)用基(用上角標(biāo)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(yīng)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(zhì)液位測量選用玻璃板液位計。（4） 鍋爐元器件損壞，危機(jī)運(yùn)行人員的安全。當(dāng)突然停電時，必須迅速打開爐門，撤出爐膛煤火，使?fàn)t溫很快降低，關(guān)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(dāng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中發(fā)生局部故障，需要切斷維修時，更應(yīng)對循環(huán)水壓力加強(qiáng)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(chǎn)。選擇DCS機(jī)種主要考慮以下方面；選擇工程實(shí)力較強(qiáng)的知名公司，選擇符合有經(jīng)驗(yàn)的專家推薦的主流機(jī)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(yīng)滿足“功能需要”的要求，具有國際先進(jìn)水平（但不一定是最先進(jìn)的）系統(tǒng)應(yīng)具有開放式的結(jié)構(gòu)，有靈活的系統(tǒng)可擴(kuò)展性；制造廠家的后備支持系統(tǒng)完備，有工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐能力，服務(wù)良好，性價比最好，備件供應(yīng)和及時響應(yīng)。對浙大中自有限公司的unyPCC800 DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，進(jìn)行了硬件選型及設(shè)計，進(jìn)行了軟件設(shè)計，進(jìn)行了系統(tǒng)整體技術(shù)規(guī)格設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)軟件的可維護(hù)性要好。鍋爐升火前應(yīng)先開啟循環(huán)水泵，待網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的水循環(huán)起來以后，才能點(diǎn)火。在供水溫度不變的情況下，改變向網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)生水擊，應(yīng)先逐漸關(guān)閉水泵出口閥門，待出口閥門基本關(guān)閉后再停泵。管道及設(shè)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(xué)和物理反應(yīng)過程，這些反應(yīng)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(dāng)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(yīng)計算此項(xiàng)，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(zhì)、燃燒器設(shè)計、爐膛溫度、爐膛設(shè)計和爐膛過量空氣系數(shù)等。結(jié)垢的熱傳導(dǎo)時滯常數(shù)可用來描述，為結(jié)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(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。4．2．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀針對最佳空氣過剩率隨負(fù)荷變化的情況，很多學(xué)者展開了研究，并產(chǎn)生了很多的處理方法。其輸入輸出變量之間的關(guān)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(nèi)無須改變煤量，從而保證爐排上煤層厚度均勻。從投運(yùn)效果來看，在鼓風(fēng)量或煤量變化后，能通過調(diào)節(jié)引風(fēng)閥，將負(fù)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(diǎn)結(jié)論：(1)爐膛溫度相對于空氣過剩系數(shù)的極值點(diǎn)的確是存在的。假定鍋爐初始工作點(diǎn)在a，初始的尋優(yōu)步長為rate0(每次風(fēng)量閥位改變的百分?jǐn)?shù))，尋優(yōu)過程如下：(1)為防止由于尋優(yōu)方向錯誤而導(dǎo)致的鍋爐昌黑煙，第一次改變風(fēng)量時，以rate0為步長，向風(fēng)量增加的方向進(jìn)行。同時，由于DCS的高額利潤，負(fù)責(zé)制造傳動設(shè)備的公司和計算機(jī)公司也開始涉及DCS的開發(fā)、生產(chǎn)。通訊網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議基本上都是采用輪詢方式的，在網(wǎng)絡(luò)上設(shè)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(shí)現(xiàn)過程實(shí)時參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)的管理，提供性能計算，設(shè)備壽命計算功能。受到眾多企業(yè)的廣泛好評。標(biāo)準(zhǔn)的用戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)，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(shí)時數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用IEC611313標(biāo)準(zhǔn)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(diào)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(shè)計1)顯示方式：CRT或液晶顯示屏2)顯示內(nèi)容：5．4．7報警功能設(shè)計1)報警方式具備標(biāo)準(zhǔn)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(guān)停止報告，并進(jìn)行存儲。留有用戶可以方便地從上位機(jī)對DCS數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)定點(diǎn)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