【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，石膏儲倉。粗大顆粒富集在水力旋流器的周邊，而細小顆粒則富集在中心。 真空皮脫水機將已經(jīng)經(jīng)過水力旋流器一級脫水后的石膏漿液進一步脫水至含固率達到90%以上。然而隨著計算機技術(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 IEC（ International Electrical Committee） 對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?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計 ” 。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，以完成對連續(xù)量的控制。這個優(yōu)點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 運用 PLC 不僅可以對模擬量進行開環(huán) 控制，還可以進行閉環(huán)控制。 的特點： ①可靠性高，抗干擾能力強 PLC 是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 PLC 在設(shè)計中能抗諸如電噪聲，電源波動，振動，電磁干擾等的干擾，能在高溫，高濕以及空氣中存有各種強腐蝕物質(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，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)。當控制系統(tǒng)要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時，只要改變存儲器中的控制程序即可。 PLC 的故障率很低，并有很強的自診斷能力，能隨時檢查出自身的故障，并顯示給操作人員進行故障排查。 ④ 設(shè)計，安裝，調(diào)試周期短 用 PLC 完成一項控制工程時，由于硬軟件齊全，設(shè)計和施工可同時進行。 集散控制系統(tǒng)（ DCS） 簡 述 集散控制系統(tǒng) (Total Distributed Control System)是利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(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]。 操作人員對自動控制過程的管理則由中央控制室的操作站來完成 ， 而各工序的自動控制過程由各控制站相對獨立地自動完成 .中央操作站與各現(xiàn)場控制站一方面各自相對獨立地運行 ， 從而將各種故障限制在局部范圍內(nèi) ， 極大地提高了自動控制系統(tǒng)總體的安 全性和可靠性 。 現(xiàn)場控制站擔當現(xiàn)場裝置的控制級。另外還要與操作站進行實 時通訊 ， 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 ， 同時接收操作人員通過操作站發(fā)出的各種指令實時調(diào)整自動控制方案、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控制方案進行調(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 機上設(shè)計 ， 完成后下載到 PLC ， 構(gòu)成控制站。 本設(shè)計主要任務(wù) 本設(shè)計的課題是煙氣脫硫工藝過程控制系統(tǒng)的設(shè)計，其目的是設(shè)計煙氣脫硫的控制方案實現(xiàn)煙氣脫硫，并設(shè)計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)計出滿足工藝要求的系統(tǒng)方框圖 ； （ 4）利用組態(tài)軟件對 煙氣 脫硫系統(tǒng)的組態(tài) ； （ 5） 進行煙氣脫硫控制系統(tǒng)的連接，； 。雖然脫硫裝置的運行控制遠不如火電廠熱力設(shè)備的控 制復(fù)雜；但是，在運行參數(shù)檢測，控制指標上有其特殊性，更具有化工過程控制的特點 [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（二者乘積運算結(jié)果為送入吸收塔的二氧化硫質(zhì)量流量）及實時檢測的 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 前饋控制系統(tǒng) 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(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)生一個調(diào)節(jié)信號。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 測量可能造成的過調(diào)。 ph 測量仍構(gòu)成主反饋回路。主調(diào)節(jié)器接收漿液 ph 測量值，副調(diào)節(jié)器接收送進吸收塔的石灰石漿液流量測量值。副調(diào)節(jié)器的輸出值與前饋信號（進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。 ； 在串級控制系統(tǒng)中，因為兩個控制器串在一起，互相之間或多或少有些影響，因此串級系統(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 是主副對象的傳遞函數(shù)。由圖可寫出串級控制系統(tǒng)的特征方程式： 011 10120220221 ???? mmTTT GGGGG GGG （ 31） 可得此時等效控制對象的傳遞函數(shù)為 202210102201* 1mTmT GGG GGGGG ?? 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)畢業(yè)論文 13 （ 32） 記作 [GT1] 1 。由圖可寫出串級控制系統(tǒng)的特征方程式為 0][1 1010212022 ??? mTmT GGGGGGG （ 33） 可得此時等效控制對象為 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；而副回路是一個隨動系統(tǒng)，副控制器為了能快速的跟蹤一般不帶積分作用，同時微分作用也是不需要的。主 PID 函數(shù)塊的給定值為目標 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 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)場層為 PLC（ 可編程控制 器） ， 系統(tǒng) 最為主要 特點 具有分散控制系統(tǒng) DCS 的 分散控制、集中管理的 優(yōu)點和可編程控制 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、人機對話功能強 ， 管理能力強 等 特點。 本控制 系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實時順序控制、條件控制、計數(shù)控制、步進控制等功能；能夠完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)、實時監(jiān)控等基本功能。后臺數(shù)據(jù)庫可采用 SQL Server、 Orcale、 Access 完成統(tǒng)計報表。個控制站主要負責(zé)采集現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、根據(jù)工藝要求控制現(xiàn)場設(shè)備，如泵、閥等。這兩個工作站均連在 10M 以太網(wǎng)上。 集散 控制系統(tǒng)構(gòu)成 硬件構(gòu)成 本設(shè)計的硬件設(shè)備主要分為三個大部分： PLC 部分、現(xiàn)場數(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 標準拓撲 式環(huán)形結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場儀表和設(shè)備采集數(shù)據(jù)連接到 PLC 的輸入模塊、并接收 PLC 的命令對現(xiàn)場設(shè)備進行控制和調(diào)節(jié)； PLC 接收現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸給計算機并接收計算機下達的控制命令，并內(nèi)部通過強大的內(nèi)部運算，進行 PLC 對現(xiàn)場變量的 PID 自動調(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轉(zhuǎn)換器相連接， 變送器元件 —— 信號轉(zhuǎn)換器 直接與相應(yīng)的 PLC 模塊連接， 信號轉(zhuǎn)換器 把流量信號轉(zhuǎn)換成 0~20mA 的標準信號送到 PLC 的AI 模塊。 PLC 設(shè)備的選型 PLC 機的選擇 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 RS485 通信口。 外加用于擴展的 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 標準；如果通信對象是 RS232 設(shè)備，則需要 RS232/PPI（多主站）電纜。 PLC 機的設(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（ 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)是左對齊的。 在單極性格式中， 3 個連續(xù)的 0 使得 ADC 計數(shù)值每變化 1 個單位，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，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。因為電流輸入端的輸入阻抗較小，所以電流型信號不容易受到傳輸線沿途的電磁干擾，因而在工業(yè)現(xiàn)場獲得廣泛的應(yīng)用。理論上 ，電流信號的傳輸距離受到以下幾個因素的制約：信號輸出端的帶載能力，以歐姆數(shù)值表示（如 700Ω ）；信號輸入端的內(nèi)阻；傳輸線的靜態(tài)電阻值（來回是雙線）信號輸出端的負載能力必須大于信號輸入端的內(nèi)阻與傳輸線電阻之和。 一般先用信號變送器把模擬信號變換成統(tǒng)一的標準信號（如 4~20mA 的直流電流信號，1~5V 的直流電壓信號等），然后再送入模擬量輸入模塊。 模擬量擴展模塊 EM231 電流信號用 3 個端子并采用四線制接法（例環(huán)境監(jiān)測與治理技術(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）通過隔離輸入信號或輸入信號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，確保輸入信號范圍在技術(shù)規(guī)范所規(guī)定的共模電壓之內(nèi)。 同時ph300 具有微機接口 ,可輸出電流 4~20mA 對應(yīng) ~% ； 電壓 1~5V 對應(yīng) ~%。2%滿量程 ； 溫度范圍： 20~225℉ （ 7~107℃ ） ； 輸出信號： 4~20mA。 邏輯運算及報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)省掃描時間。 控制功能的完成 本系統(tǒng)的自動控制功能主要分以下幾個部分： 、煙氣控制與吸收塔的聯(lián)動控制 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)機與增壓風(fēng)機以及煙氣系統(tǒng)中的吹入風(fēng)機全部實行聯(lián)動控制；當漿液制備系統(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)機和增壓風(fēng)機才能 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。這些參數(shù)分別是過程變量當前值 (PVn)，過程變量前值 (PVn1)，設(shè)定值 (SPn)，輸出值 (Mn)，增益 (KC)，采樣時間 (Ts)，積分時間 (TI)，微分時間 (TD)和積分項前值 (MX)。采樣時間必須通過回路表輸入到 PID 運算中。作為數(shù)字計算機解決的重復(fù)性的結(jié)果，可以得到在任何采樣時刻必須計算的方程的一個簡化算式。這個改進型算式是： Mn = MPn + MIn + MDn (52) 其中：輸出 Mn 是在采樣時間 n 時的回路輸出的計算值 比例項 MPn 是在采樣時間 n 時回路輸出比例項的數(shù)值 MPn = KC * (SPn PVn) 積分項 MIn是在采樣時間 n 時回路輸出積分項的數(shù)值 MI=KC ??ISTT (SPPV)+MI 微分項 MDn 是在采樣時間 n 時回路輸出微分項的數(shù)值 MD=KC ??STTD (PVn1PVn)+MI 為了下一次計算微分項值，必須保存過程變量，而不是偏差。 其中： MPn 是在采樣時間 n 時的回路輸出的比例項值