【正文】 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(chǎn)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。 (3)系統(tǒng)電量需求每套控制站750W每套操作站500W5．5．3可靠性和冗余措施5．5．3．1冗余措施1)系統(tǒng)設備有自動診斷功能2)主控模板CPU冗余3)主控制器模板可整體冗余配置4)操作站互為后備5)外部設備可根據(jù)需要配置后備6)通信控制器利電纜可雙重化配置7)系統(tǒng)電源模板可雙重化配置8)軟件及通訊廣泛采用容錯技術9)系統(tǒng)中的冗余部分能夠實現(xiàn)自動轉換，在轉換過程不能影響系統(tǒng)的正常工作。SunyTech6．0系統(tǒng)軟件：包括回路組態(tài)、各種顯示畫面、報警和流程畫面，以及趨勢和其他歷史數(shù)據(jù)等。所有設備均安裝在操作室或機房內。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。報表打?。褐饕ò鄨?、日報、月報、年報。另外，人機界面軟件TraceMode還提供了極為符合中國國情的報表軟件，能夠實現(xiàn)定時報表和事件驅動報表，如班報、日報、月報等。管理人員不需要深入生產(chǎn)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(chǎn)率和產(chǎn)品質量。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。仿真功能可以幫助組念人員在安裝軟件之前檢查軟件的正確性。并設定智能入輸出模塊的類型量程以及異常處理的沒定等等功能。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。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。操作站／工程師還可以經(jīng)管理網(wǎng)連接到管理站，構成一個集生產(chǎn)、管理、經(jīng)營于一體的全廠生產(chǎn)綜合自動化系統(tǒng)。SunyPCC800系統(tǒng)還可以成為一體化工作站形式，即控制站、操作站／工程師集成在一起，可就地安裝。所有物理模件：均可帶電插拔，在線修復。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)。5．先進性近二百種控制算法，幾乎覆蓋所有控制方案。4．開放性網(wǎng)絡結構兼顧了開放性、先進性、可靠性及安全性。信號回讀功能保證輸出無誤。 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。SunyPCC800系統(tǒng)特點：1．精確性I／O模塊單獨配置A／D或D／A轉換器，保證轉換精度。公司針對中小企業(yè)設計開發(fā)的小型集散控制系統(tǒng)SunyPCC800 DCS，獲國家科委鑒定。應當防止僅僅根據(jù)一次投資決定取舍的做法。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。由于DCS技術進步速度很快，集中更新?lián)Q代周期很短，過去由幾個主要國外DCS廠家壟斷的時代已經(jīng)過去，民族品牌的DCS廠家迅速發(fā)展成熟起來，目前已經(jīng)占據(jù)了中國DCS市場的半壁江山，其性能、可靠性和穩(wěn)定性及優(yōu)越的性價比得到了廣大用戶的認可。6．提供了控制系統(tǒng)構成的靈活性，具有組態(tài)便利和可擴展性。2．縮小控制室尺寸或控制表盤的長度。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。5．通訊理論和技術的發(fā)展，在對局域網(wǎng)(LAN)的大量研究過程中，通訊理論和技術得到了極大的發(fā)展和完善，這方面對DCS系統(tǒng)發(fā)展的影響是舉足輕重的。2．傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)通常使用多個生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品，使得工藝生產(chǎn)所需的備品備件品種繁多，為此而化費大量人力物力，并且工藝生產(chǎn)在相當程度上依賴這些儀表生產(chǎn)廠商。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。國產(chǎn)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。專用操作站也是可改變的。又如LONWORKS總線作為MOORE的353回路控制器的輸入、輸出。國內已有非對稱數(shù)字訂戶線(ADSL)技術。供管理人員查詢。自動化“孤島”的形成，既有歷史原因，也有商業(yè)原因，而更重要的是商業(yè)原因。七十年代操作站的硬件、操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件都是專用的，由各DCS廠家自己開發(fā)的，操作站也沒有動態(tài)流程圖，只有文本顯示。計算機公司設計的DCS的人機界面比較友好。有的DCS在開關量的處理方面不很方便，甚至要用語言來編?？刂破魇荄CS的核心部件，任務是完成以PID為主要功能的過程控制。隨后，相繼有幾十家美國儀表公司也推出自己的系統(tǒng)。具體軟件實現(xiàn)見圖4．8所示。 (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。(2)等待爐溫有變化時，比較工作點a和b的爐溫均值和。所以在本尋優(yōu)算法中采用變步長算法，具體見圖4—7。(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。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。所以爐膛溫度在時間上要比出口水溫超前得多，以爐膛溫度為目標函數(shù)去尋優(yōu)周期肯定要短。圖46的測試條件是燃料量保持不變，曲線1為爐膛溫度，曲線2為出口水溫。從定性的分析也可以得到類似的結論。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?！謩e為出口和入口水溫。式中 傳熱系數(shù)；平均溫壓(℃／h)；燃料耗量(kg／h)。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)。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。4．4“爐溫尋優(yōu)”思想的提出及實驗驗證無論是“模型優(yōu)化”還是“熱效率在線自尋優(yōu)”都存在一定的缺陷，尤其是對本文所研究的拋煤機鏈條爐，一方面由于是新建的鍋爐房，司爐對它的特性還不太熟悉，很難準確建立最佳空燃比a與負荷的關系模型；另外由于燃料煤的煤質、顆粒度、含水情況和煤量大小難以準確計量等原因，使鍋爐的熱效率難以準確計算，在線自尋優(yōu)也難以達到優(yōu)化的目的。另外，在調節(jié)器算法中規(guī)定一個死區(qū)，只要負壓不超過這個值，使調節(jié)器輸出不變來防止閥位的誤動作。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。如果煤量變化大，還會冒黑煙嚴重污染環(huán)境。這里采用了積分分離的PID算法，即在偏差大的時候取消積分作用。4)避免了煤量的頻繁調節(jié)。“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。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。這是因為燃煤鍋爐的燃燒過程具有較大的熱慣性，且受煤質、煤種、爐排配風是否合理及爐膛漏風等因素影響，這是燃煤鍋爐和燃油或燃氣鍋爐的最大差別，也使燃煤鍋爐燃燒過程的自動調節(jié)更困難，許多在燃油或燃氣鍋爐上運用十分成功的控制方案，照搬到燃煤鍋爐上往往是失敗的。為了對鍋爐燃燒對象有更深入的了解，以便采取更加合理的控制方案，我們采用階躍響應法，集中對煤量—出口溫度、鼓風量—煙氣合氧量、煤量—氧含量、引風量—爐膛負壓和鼓風量與負壓特性曲線進行了測試。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(chǎn)的安全性和燃燒的經(jīng)濟性。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。當負荷變化時，根據(jù)這一模型自動修幣氧含量的設定值，從而達到最佳燃燒的目的。為此，要真正實現(xiàn)最優(yōu)控制還必須加入“空燃比”修難功能。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)。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。對于燃燒過程自動控制系統(tǒng)的要求是：在負荷穩(wěn)定時，應使燃料量、給風量和引風量各自保持不變，及時地補償系統(tǒng)的內部擾動。爐膛容易向外噴火，既影響環(huán)境衛(wèi)生，又可能危及設備與操作人員的安全。這樣的熱量損失最小。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。如果出水溫度變了，就表示鍋爐的生產(chǎn)量與負荷設備的消耗量不相一致，因此，必須改變燃料的供應量，以改變鍋爐的燃燒發(fā)熱量，從而改變鍋爐的輸出，恢復出水溫度為額定值。在研究形成過程的動態(tài)特性時，可以分省煤器省煤段和循環(huán)系統(tǒng)段兩部分組成。同時，給煤機傳送具有純滯后時間?？纱致缘孛枋龇e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。風路參數(shù)時變主要是因為風路積灰、除塵等環(huán)節(jié)引起的風路氣阻R的時變。換熱器受熱后以熱傳導的方式，將熱能傳遞給工質，在無垢的情況，傳遞時間常數(shù)很小，結垢后換熱器壁厚增加，等效導熱系數(shù)改變，傳導時間常數(shù)隨結垢厚度不同而不同，特別在我固的工業(yè)鍋爐生產(chǎn)中，結垢問題是重大問題，由此引發(fā)的生產(chǎn)事故經(jīng)常出現(xiàn)。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。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。3．換熱過程特性分析爐內換熱的特點表現(xiàn)為以下幾個方面：(1)換熱方式有輻射和對流兩種，主要以輻射換熱為主，對流換熱一般不超過5％；(2)燃料不同，構成火焰的物質不同，輻射特性不同；(3)在火焰流動過程中，由于火焰溫度分布不同，火焰中輻射成分也不同，具有各項異性特點；(4)燃料不同，灰分不同，裹復在受熱面上的厚度、性質不同，灰塵表面具有高的溫度，是阻礙熱交換的重要因素。對于運行鍋爐，需測定各處灰中可燃物含量，并利用灰平衡法求得各處的a值，利用上述公式算出。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。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?！?；煙煤=1．09kJ／(kg其中按下式計算 （4—6）其中為燃料溫度，可取為20℃；為燃料應用基比熱容。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。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。研究鍋爐燃燒的實質是研究煤在空氣中燃燒的過程。鍋爐的燃燒換熱過程是一個復雜的工業(yè)過程。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。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。3．1．2壓力儀表3．1．2．1就地壓力顯示儀表(1)一般場合選用不銹鋼壓力表；(2)微壓或負壓場合選用不銹鋼膜盒壓力表：(3)泵出口等有振蕩場合選不銹鋼耐振壓力表。3．1．1．2遠傳溫度測量儀表(1)一般場合溫度測量選用分度號“K”型隔漏鎧裝型熱電偶，IEC標準：控制用溫度回路，另配架裝溫度變送器。（8） 其他異常運行情況，且超過安全運行運行范圍。（4） 鍋爐元器件損壞，危機運行人員的安全。天氣寒冷時，停泵時間不應過長，防止系統(tǒng)發(fā)生凍裂事故。正常停爐時，先停止供給燃料，然后關閉送風機，最后關閉引風機，但不可立即停泵 ，只有當鍋爐出口水溫降到50℃以下才能停循環(huán)泵。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。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。由于管道在彎頭、三通，變徑管及閥門等處容易被污物堵塞影響流量分配，因此對這些地方應勤加檢驗，最簡單的方法是用手觸摸，如果感覺溫度差別，很大，則該拆開處理。具體做法是：定期對鍋爐，網(wǎng)絡的最高點，除污器的排氣管進行排氣，同時定期清洗污器。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(chǎn)生不正常的溫度壓力。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)