【正文】 排出泵，石膏漿液箱，石膏漿液泵，水力旋流器，真空皮帶脫水機(jī)，石膏儲(chǔ)倉。粗大顆粒富集在水力旋流器的周邊，而細(xì)小顆粒則富集在中心。 真空皮脫水機(jī)將已經(jīng)經(jīng)過水力旋流器一級(jí)脫水后的石膏漿液進(jìn)一步脫水至含固率達(dá)到90%以上。然而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展， PLC 采用微處理器作為其控制核心，它的功能已不再局限于邏輯控制的范疇。 國際電工委員會(huì) IEC（ International Electrical Committee） 對(duì)可編程序控制器作了如下的定義 ： “ 可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì) ” 。而 PLC 中的微處理器 CPU 只能處理數(shù)字量，所以 PLC 中配備了 A/D,D/A 轉(zhuǎn)換模塊，把現(xiàn)場(chǎng)輸入的模擬量經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送 CPU 處理，處理完的數(shù)字量結(jié)果，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換成模擬量去控制被控設(shè)備，以完成對(duì)連續(xù)量的控制。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是別的控制器所不具備的，或?qū)崿F(xiàn)起來不如 PLC 方便； ③閉環(huán)過程控制 運(yùn)用 PLC 不僅可以對(duì)模擬量進(jìn)行開環(huán) 控制，還可以進(jìn)行閉環(huán)控制。 的特點(diǎn)： ①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC 是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。 PLC 在設(shè)計(jì)中能抗諸如電噪聲，電源波動(dòng)，振動(dòng)，電磁干擾等的干擾，能在高溫，高濕以及空氣中存有各種強(qiáng)腐蝕物質(zhì)粒子的惡劣環(huán)境下可靠地工作。即使在電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作。 ②通用性強(qiáng)，靈活性好，功能齊全 由于 PLC 產(chǎn)品已系列化，模塊化，且軟件包齊全，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，只要改變存儲(chǔ)器中的控制程序即可。 PLC 的故障率很低，并有很強(qiáng)的自診斷能力，能隨時(shí)檢查出自身的故障，并顯示給操作人員進(jìn)行故障排查。 ④ 設(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試周期短 用 PLC 完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于硬軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。 集散控制系統(tǒng)（ DCS） 簡 述 集散控制系統(tǒng) (Total Distributed Control System)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種集中分散型控制系統(tǒng) [8]。 操作人員對(duì)自動(dòng)控制過程的管理則由中央控制室的操作站來完成 ， 而各工序的自動(dòng)控制過程由各控制站相對(duì)獨(dú)立地自動(dòng)完成 .中央操作站與各現(xiàn)場(chǎng)控制站一方面各自相對(duì)獨(dú)立地運(yùn)行 ， 從而將各種故障限制在局部范圍內(nèi) ， 極大地提高了自動(dòng)控制系統(tǒng)總體的安 全性和可靠性 。 現(xiàn)場(chǎng)控制站擔(dān)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)裝置的控制級(jí)。另外還要與操作站進(jìn)行實(shí) 時(shí)通訊 ， 將采集到的各種生產(chǎn)信息傳送到操作站供操作人員使用 ， 同時(shí)接收操作人員通過操作站發(fā)出的各種指令實(shí)時(shí)調(diào)整自動(dòng)控制方案、優(yōu)化生產(chǎn)過程。另一方面把操作人員的各種指令傳送給控制站對(duì)控制方案進(jìn)行調(diào)整 ， 以優(yōu)化生產(chǎn)過程或?qū)μ厥馇闆r的緊急處理。 “ 控制應(yīng)用軟件 ” 由安裝有 PLC 系統(tǒng)軟件的 PC 機(jī)上設(shè)計(jì) ， 完成后下載到 PLC ， 構(gòu)成控制站。 本設(shè)計(jì)主要任務(wù) 本設(shè)計(jì)的課題是煙氣脫硫工藝過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其目的是設(shè)計(jì)煙氣脫硫的控制方案實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫，并設(shè)計(jì)硬件搭建與軟件編寫。 根據(jù)課題要求，分別完成如下具體任務(wù)： （ 1） 組成 煙氣 脫硫 工藝 過程控制系統(tǒng) ； （ 2）設(shè)計(jì)出滿足工藝要求的系統(tǒng)方框圖 ； （ 4）利用組態(tài)軟件對(duì) 煙氣 脫硫系統(tǒng)的組態(tài) ； （ 5） 進(jìn)行煙氣脫硫控制系統(tǒng)的連接，； 。雖然脫硫裝置的運(yùn)行控制遠(yuǎn)不如火電廠熱力設(shè)備的控 制復(fù)雜；但是，在運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)，控制指標(biāo)上有其特殊性，更具有化工過程控制的特點(diǎn) [4]。 控制原理的分析與選擇 由上述系統(tǒng)工藝分析可知，煙氣脫硫的工藝質(zhì)量受煙氣溫度、煙氣顆粒、堿性漿液的ph 值以及煙氣的含水量等因數(shù)影響。 輸入吸收塔的新石灰石漿液量取決于原煙氣量、煙氣二氧化硫濃度（二者乘積運(yùn)算結(jié)果為送入吸收塔的二氧化硫質(zhì)量流量）及實(shí)時(shí)檢測(cè)的 吸收塔石灰石漿液 ph 值。被控量為吸收塔內(nèi)的 ph 值，調(diào)節(jié)量為輸入吸收塔的石灰石漿液流量。采用前饋 反饋系統(tǒng)。 圖 31吸收塔漿液 ph 串級(jí) 前饋控制系統(tǒng) 環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)畢業(yè)論文 12 前饋控制器起前饋控制 作用，用來克服由于煙氣量與煙氣二氧化硫濃度的變化對(duì)被控制的 ph 值造成的影響。前饋與反饋控制共同作用產(chǎn)生一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)。使吸收塔內(nèi)漿液 ph 值維持在設(shè)定值上 為防止依據(jù) ph 測(cè)量可能造成的過調(diào)。 ph 測(cè)量仍構(gòu)成主反饋回路。主調(diào)節(jié)器接收漿液 ph 測(cè)量值，副調(diào)節(jié)器接收送進(jìn)吸收塔的石灰石漿液流量測(cè)量值。副調(diào)節(jié)器的輸出值與前饋信號(hào)（進(jìn)入吸收塔的二氧化硫質(zhì)量流量）疊加控制漿液供給閥的開度。改善了系統(tǒng)品質(zhì)特性，調(diào)節(jié)過程加快，具有超前控制的作用，并且具有一定的自適應(yīng)能力。 ； 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，因?yàn)閮蓚€(gè)控制器串在一起，互相之間或多或少有些影響，因此串級(jí)系統(tǒng)的整定 要比簡單系統(tǒng)復(fù)雜一些。 a)先整定副控制器 GT2。 Gm Gm2 是主副變送器的傳遞函數(shù)， G0 G02 是主副對(duì)象的傳遞函數(shù)。由圖可寫出串級(jí)控制系統(tǒng)的特征方程式： 011 10120220221 ???? mmTTT GGGGG GGG （ 31） 可得此時(shí)等效控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為 202210102201* 1mTmT GGG GGGGG ?? 環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)畢業(yè)論文 13 （ 32） 記作 [GT1] 1 。由圖可寫出串級(jí)控制系統(tǒng)的特征方程式為 0][1 1010212022 ??? mTmT GGGGGGG （ 33） 可得此時(shí)等效控制對(duì)象為 10102120202* mTm GGGGGGG ?? （ 34） 然后根據(jù)單回路系統(tǒng)的整定方法求出副控制器的參數(shù)， [GT2] 2。 主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，主控制器必須具有積分作用，一般都采用 PI 控制；而副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，副控制器為了能快速的跟蹤一般不帶積分作用，同時(shí)微分作用也是不需要的。主 PID 函數(shù)塊的給定值為目標(biāo) ph 值，按煙氣的二氧化硫濃度、流量等信息選定的。用它做為副控制回路的給定值。主 PID 函數(shù)塊輸出的給定漿液流量，即為它的 流量 給定值。 設(shè)置由 PID 控制組成的串級(jí) 前饋系統(tǒng)見圖 33。 控制系統(tǒng)的控制層為 DCS（ 分散 式 控制系統(tǒng) ）架構(gòu) ，現(xiàn)場(chǎng)層為 PLC（ 可編程控制 器） ， 系統(tǒng) 最為主要 特點(diǎn) 具有分散控制系統(tǒng) DCS 的 分散控制、集中管理的 優(yōu)點(diǎn)和可編程控制 器 PLC 的分散性和靈活性： 由于控制層采用了 DCS 系統(tǒng) ，本控制系統(tǒng)具有 功能全 、 可靠性高 ， 系統(tǒng)開放易擴(kuò)展 ，采用了安全可靠的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù) ， 具有綜合性和專業(yè)性、人機(jī)對(duì)話功能強(qiáng) ， 管理能力強(qiáng) 等 特點(diǎn)。 本控制 系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實(shí)時(shí)順序控制、條件控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)控制等功能；能夠完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等基本功能。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫可采用 SQL Server、 Orcale、 Access 完成統(tǒng)計(jì)報(bào)表。個(gè)控制站主要負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、根據(jù)工藝要求控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如泵、閥等。這兩個(gè)工作站均連在 10M 以太網(wǎng)上。 集散 控制系統(tǒng)構(gòu)成 硬件構(gòu)成 本設(shè)計(jì)的硬件設(shè)備主要分為三個(gè)大部分： PLC 部分、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè) 備以及操作員站和工程師控制站部分，主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選用 標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)?式環(huán)形結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備采集數(shù)據(jù)連接到 PLC 的輸入模塊、并接收 PLC 的命令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)； PLC 接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)并接收計(jì)算機(jī)下達(dá)的控制命令，并內(nèi)部通過強(qiáng)大的內(nèi)部運(yùn)算，進(jìn)行 PLC 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變量的 PID 自動(dòng)調(diào)節(jié)。組態(tài)軟件選用 MCGS。 制備石灰石漿液的流量傳感器與流量信號(hào)轉(zhuǎn)換器相連接， 變送器元件 —— 信號(hào)轉(zhuǎn)換器 直接與相應(yīng)的 PLC 模塊連接， 信號(hào)轉(zhuǎn)換器 把流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成 0~20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到 PLC 的AI 模塊。 PLC 設(shè)備的選型 PLC 機(jī)的選擇 PLC 選用西門子的 S7200 系列 PLC—— CPU224XPCN。 在本系統(tǒng)中的西門子 S7224XP CN 模塊內(nèi)置 10KB RAM， 2 個(gè) RS485 通信口。 外加用于擴(kuò)展的 模擬量輸入模塊 EM231CN（ 4 路模擬量輸入），和 EM222（ 8 路數(shù)字量繼電器型輸出，見附錄圖 1） 。 注意到 S7224XPCN PLC 上的通信口是 RS485 標(biāo)準(zhǔn)；如果通信對(duì)象是 RS232 設(shè)備，則需要 RS232/PPI（多主站）電纜。 PLC 機(jī)的設(shè)置 S7224 XP 的兩路模擬量輸入通道被出廠設(shè)置為電壓信號(hào)（ 0~10V）輸入。 S7224 XP 的一路模擬量輸出，通 過電流接線端（或電壓接線端）選擇模擬量輸出類型。32022，靈敏度 0~ 12 位讀數(shù)是左對(duì)齊的。 在單極性格式中， 3 個(gè)連續(xù)的 0 使得 ADC 計(jì)數(shù)值每變化 1 個(gè)單位，數(shù)據(jù)字中則以 8 為單位變化。 圖 43模擬輸入量雙極性格式 ： 圖 44模擬輸出量的電流 /電壓格式 注意到，電壓型的模擬量信號(hào)，由于電壓輸入端的輸入內(nèi)阻很高（例如 S7200 的模擬量模塊為 10 兆歐），極易引入干擾。因?yàn)殡娏鬏斎攵说妮斎胱杩馆^小，所以電流型信號(hào)不容易受到傳輸線沿途的電磁干擾，因而在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)獲得廣泛的應(yīng)用。理論上 ，電流信號(hào)的傳輸距離受到以下幾個(gè)因素的制約：信號(hào)輸出端的帶載能力，以歐姆數(shù)值表示（如 700Ω ）；信號(hào)輸入端的內(nèi)阻；傳輸線的靜態(tài)電阻值（來回是雙線）信號(hào)輸出端的負(fù)載能力必須大于信號(hào)輸入端的內(nèi)阻與傳輸線電阻之和。 一般先用信號(hào)變送器把模擬信號(hào)變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如 4~20mA 的直流電流信號(hào)，1~5V 的直流電壓信號(hào)等），然后再送入模擬量輸入模塊。 模擬量擴(kuò)展模塊 EM231 電流信號(hào)用 3 個(gè)端子并采用四線制接法（例環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)畢業(yè)論文 17 如 RC， C+， C， 其中 RC 要與 C+端子短接， 見附錄圖 3）。 表 41 EM231 4路輸入的 DIP開關(guān)設(shè)置表 SW1 SW2 SW3 滿量程輸入 分辨率 ON ON OFF 0~5V 0~20mA 5μA ON OFF ON 0~10V （ 1）傳感器線盡可能短； （ 2）傳感器線使用屏蔽的雙絞線； （ 3）僅在傳 感器側(cè)將屏蔽接終端； （ 4）未用通道應(yīng)短接； （ 5）通過隔離輸入信號(hào)或輸入信號(hào)參考于模擬量模塊外部 24 V電源的公共端，即電源端子 M、輸入通道 A、 B等相連，確保輸入信號(hào)范圍在技術(shù)規(guī)范所規(guī)定的共模電壓之內(nèi)。 同時(shí)ph300 具有微機(jī)接口 ,可輸出電流 4~20mA 對(duì)應(yīng) ~% ； 電壓 1~5V 對(duì)應(yīng) ~%。2%滿量程 ； 溫度范圍： 20~225℉ （ 7~107℃ ） ； 輸出信號(hào)： 4~20mA。 邏輯運(yùn)算及報(bào)警處理程序等放在主程序中，系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時(shí)間。 控制功能的完成 本系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能主要分以下幾個(gè)部分： 、煙氣控制與吸收塔的聯(lián)動(dòng)控制 在本系統(tǒng)中，漿液制備系統(tǒng)的攪拌存放的漿液、吸收塔系統(tǒng)中的氧化風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)以及煙氣系統(tǒng)中的吹入風(fēng)機(jī)全部實(shí)行聯(lián)動(dòng)控制；當(dāng)漿液制備系統(tǒng)中的漿液制備開始后，制備的漿液滿足吸收塔的漿液要求且輸送到吸收塔中，煙氣系統(tǒng)中的吹入風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)才能 開啟。 ph 控制與石灰石漿液的流量控制 吸收塔的石灰石漿液 ph 值是影響二氧化硫吸收的一個(gè)重要因數(shù)，用作吸收的漿液 ph值 一般在 ~ 之間 。 吸收漿液 ph 值的 PID 控制作為 主 PID 控制。以確保有合適流量的漿液流入吸收塔，維持吸收塔中漿液的 ph 值在預(yù)定的范圍。 在程序中最多可以用 8 條 PID 指令。不同的 PID 指令不能使用相同的回路編號(hào)。這些參數(shù)分別是過程變量當(dāng)前值 (PVn)，過程變量前值 (PVn1)，設(shè)定值 (SPn)，輸出值 (Mn)，增益 (KC)，采樣時(shí)間 (Ts)，積分時(shí)間 (TI)，微分時(shí)間 (TD)和積分項(xiàng)前值 (MX)。采樣時(shí)間必須通過回路表輸入到 PID 運(yùn)算中。作為數(shù)字計(jì)算機(jī)解決的重復(fù)性的結(jié)果，可以得到在任何采樣時(shí)刻必須計(jì)算的方程的一個(gè)簡化算式。這個(gè)改進(jìn)型算式是： Mn = MPn + MIn + MDn (52) 其中：輸出 Mn 是在采樣時(shí)間 n 時(shí)的回路輸出的計(jì)算值 比例項(xiàng) MPn 是在采樣時(shí)間 n 時(shí)回路輸出比例項(xiàng)的數(shù)值 MPn = KC * (SPn PVn) 積分項(xiàng) MIn是在采樣時(shí)間 n 時(shí)回路輸出積分項(xiàng)的數(shù)值 MI=KC ??ISTT (SPPV)+MI 微分項(xiàng) MDn 是在采樣時(shí)間 n 時(shí)回路輸出微分項(xiàng)的數(shù)值 MD=KC ??STTD (PVn1PVn)+MI 為了下一次計(jì)算微分項(xiàng)值，必須保存過程變量，而不是偏差。 其中： MPn 是在采樣時(shí)間 n 時(shí)的回路輸出的比例項(xiàng)值