垃圾焚烧炉控制方案.doc

绵竹万洁绵竹万洁 100T 100T 日生活垃圾焚烧炉系统日生活垃圾焚烧炉系统 恢恢 复复 方方 案案 四川捷惠特电气工程有限公司四川捷惠特电气工程有限公司 2 2 0 0 1 1 4 4 年年 4 4 月月 目 录 第一章 概述 1 第二章 系统设计方案 1 1 设计原则 1 2 设计依据 2 3 设计范围 2 4 设计标准 2 5 控制系统技术指标和基本内容 2 6 控制原理 4 第三章 系统网络结构及方案实现 6 1 系统网络结构图 6 2 系统特性 7 3 上位机操作站 17 4 上位机主要完成功能 17 第四章 控制设备技术参数 24 第五章 系统设备材料清单 50 第六章 交货日期 地点及运输方式 50 第七章 竣工验收 50 第八章 售后服务承诺 51 第一章 概述 随着国民经济的高速发展 都市产生的生活 工业 有害和医务垃圾也在日益增 长 许多大城市已经出现垃圾围城的现象 造成严重的环境污染与经济破坏 垃圾处 理可分为 填埋 焚烧 热解气化三种方式 填埋是成本最低的垃圾处理方法 先进 的热解气化技术投资价格高 所以目前我国大多数采用焚烧方式 为此我公司一直深 入对焚烧炉控制方面的研究和发展 在控制方面积累了一定的经验和技术 由于我公 司长期从事锅炉方面的控制 为各种炉子控制也取得了一定业绩 得到用户认可 为了满足系统的实用性 灵活性 扩展性和经济性等高质量控制系统的需要 该 垃圾炉系统采用西门子公司 SIEMENS S7 300 系列 PLC 控制系统完成垃圾焚烧炉控制系 统的数据采集 状态采集 模拟量控制 数字量控制 顺序控制 状态联锁等功能 并满足工艺各种运行工况的要求 确保每个控制阀 风机 水泵 油缸等设备安全 高效运行 系统提供灵活 高速的数据传输通道 使现场采集信号可以高速实时地在上位机 上显示 控制信号能高速实时地地传送到现场执行单元 系统实时性好 抗干扰能力 强 系统结构为分层 全分布 全开放系统 既便于功能和硬件的扩充 又能充分保 护应用资源和投资 采用分布式数据库及软件模块化 结构化设计 使系统能适应功 能的增加和规模的扩充 并能自诊断 本监测系统完全符合国际标准定义的开放式环 境 如采用 Windows XP 作为上位操作系统 实时更新数据库 运行数据存盘 历史数 据保存 保证数据的连续 第二章 系统设计方案 1 设计原则 工业自动化控制的设计本着先进性 可靠性 实用性 合理性 经济性的设计原则 采用西门子公司 S7 300 PLC 作为系统控制核心 采用组态王作为上位机操作监控软件 主要体现在以下几个方面 1 1 先进性 生产过程控制系统的设计方案综合国内外同行业的总体水平 不低于国内其它厂目 前的自动化水平 吸纳国外部分先进的技术和装备 S7 300 PLC 控制系统是西门子公 司推出的面向中型过程应用和设备集成控制的开放型控制系统 该系统由精练设计的 先进集成控制器和采用独立的并与开放的高性能 MPI Profibus DP 网络 操作员站组 成一套完整的并能很好地满足工业行业所有从简单到复杂的各种控制应用要求的监测 控制系统 1 2 可靠性 在总体设计上采用先进的 成熟的 有成功经验的技术和装备 西门子公司是德国 知名企业 是世界五百强之一 国外一流公司的品质保证体系以及相应产品在全世界 范围内的大规模应用业绩都保证了本系统的高度可靠性 在现行的一线 PLC 中市场占 有率最高 安全性和稳定性都是一流的 1 3 实用性 在保证技术先进 质量可靠 功能完善的前提下 通过合理的方案配置达到最佳的 性能价格比 S7 300PLC 能满足各种设备过程自动化控制的应用要求 是应用灵活 使用可靠的中型监测控制系统 也是中小企业过程控制系统的最理想的解决方案 1 4 可维护性 控制系统的硬件和软件选择做到全厂一致 控制系统的选型应本着全厂一致的原则 以利于全厂管控网络系统的形成和控制系统的备品 备件采购及维护方便 1 5 灵活性 在总体设计中 要考虑今后技术的发展和进步 使系统在软件和硬件的升级换代方 面留有余地 控制系统包括三大组成部分 系统监控 操作及管理部分 网络通讯部 分和实时控制部分 采用这样的结构为用户带来了各种灵活的应用 用户可以根据生 产控制与管理的实际需求来构筑其系统的规模以及功能 系统的规模可大可小 预留 的扩展能力可满足未来的系统扩展 保护用户的投资 1 6 可操作性 在上位机采用组态王作为操作站软件 提供直观 完整 丰富 友好的操作界面 满足生产和管理等多方面 多用户需求 操作员站运行环境采用用户熟悉的操作系统 WindowsXP 方便用户的操作 提供操作员 操作员站的系统安全保护功能 用户可自由设置菜单 采用菜单来调用画面或执行指定操作 用户可自由设置工具栏 采用工具栏上的工具来调用画面或执行指定操作 消息汇总区提供系统消息汇总显示功能 帮助用户对系统的运行情况进行分析 控制 命令区提供用户直接用命令方式来执行指定的任务 系统报警区为用户提供各种报警事件的在线报告功能 系统状态区为用户提供系统的在线运行情况 1 7 设计依据 技术资料 带控制点及热力设计参数的风烟系统图 焚烧炉及烟气处理等系统技术要求 200t d 垃圾焚烧炉风烟系统设备及电气控制方式一览表 一 200t d 垃圾焚烧炉风烟系统设备及电气控制方式一览表 二 200t d 垃圾焚烧炉污水系统设备及电气控制方式一览表 300t d 垃圾焚烧炉工艺对电气自控要求的说明 2 2 国内外自动控制现状及同类工程信息反馈 2 3 国家标准 行业标准和院标等标准及规定 2 4 设计中有关本专业的具体规定 3 设计范围 本工程自控的设计范围主要包括垃圾焚烧炉的炉膛温度自动控制 炉膛负压控制 烟 气含氧量控制 喷淋降温水压控制 喷雾干燥吸收塔进出口温度控制 布袋除尘器入 口温度控制 沉淀池水位的控制 垃圾储料坑和垃圾储仓渗滤液井水位的控制 连锁 控制 风烟温度和压力的监测 必要的工艺参数报警 生产报表 并在上位操作软件 上对相关参数进行显示 参数设定 报警 保存处理 设备制作等 4 设计标准 工程采用的标准尽可能使用现行有效的国际标准 国标 行业标准行业标准和院标等 标准及规定 5 控制系统技术指标和基本内容 确保垃圾组分变化时也能充分燃烧 热灼减率 5 及确保排放达标 保证垃圾充分燃烧 烟气含氧量 6 12 炉膛温度 T1 850 T1850 并在炉膛停留 2 秒 炉膛负压 P 20 40Pa 布袋除尘器入口温度控制 T5 180 主要检测和控制内容 序号检测或控制内容 1 炉膛温度 T1 检测 显示 自动调节 2 炉膛负压 P1 检测 显示 自动调节 3 烟气温度 T2 检测 显示 4 烟气含氧量 检测 显示 自动调节 5 空气预热器入口烟气温度 T3 检测 显示 6 空气预热器入口烟气压力 P3 检测 显示 7 喷雾干燥吸收塔入口烟气温度 T4 检测 显示 自动调节 8 喷雾干燥吸收塔入口烟气压力 P4 检测 显示 9 布袋除尘器入口烟气温度 T5 检测 显示 自动调节 10 布袋除尘器入口烟气压力 P5 检测 显示 11 布袋除尘器出口烟气压力 P6 检测 显示 12 一次风温度 T7 检测 显示 13 一次风压力 P2 检测 显示 14 预热器出口一次风温度 T6 检测 显示 15 喷淋降温水泵出口压力 P7 检测 显示 自动调节 16 沉淀池水位 检测 显示 17 垃圾储料坑水位 检测 显示 自动调节 18 垃圾储仓渗滤液井水位 检测 显示 自动调节 19 一次风机变频调速 20 二次风机变频调速 21 引风机变频调速 22 1 喷淋降温水泵变频调速 23 2 喷淋降温水泵变频调速 24 碱液搅拌器启停控制 25 1 空压机启停控制 26 2 空压机启停控制 27 热风放空阀 D1 开度控制 28 冷风调节阀 D2 开度控制 自动调节 T1 温度作为信号源 29 二次风调节阀 D3 开度控制 30 烟气调节阀 D4 开度控制 31 烟气调节阀 D5 开度控制 32 烟气调节阀 D6 开度控制 33 热风调节阀 D7 开度控制 34 1 渗滤液加压泵启停控制 35 2 渗滤液加压泵启停控制 36 潜污泵启停控制 37 搅匀潜水泵就地启停 PLC 控制系统信号统计 a 模拟量输入 30 温度 T1 T7 共 7 个测温点 压力 P1 P7 共 7 个测点 氧含量 1 个测点 酸度计 1 个测点 水位 3 个测点 变频器频率 6 个测点 烟风调节电动执行机构位置 7 个 b 模拟量输出 11 变频器频率给定 6 点 烟风电动执行机构位置给定 7 点 c 数字量输入 52 变频器状态信号 4 点 变频器故障信号 4 点 空压机状态信号 2 点 空压机过电流信号 2 点 碱液搅拌器状态信号 1 点 碱液搅拌器过电流信号 1 点 渗滤液加压泵 潜污泵 潜水泵状态信号 4 点 渗滤液加压泵 潜污泵 潜水泵过电流信号 4 点 液压油缸前进到位和后退到位信号 24 点 火焰检测信号 4 点 d 数字量输出 49 变频器启停信号 4 点 变频器故障复位信号 4 点 空压机启停信号 2 点 碱液搅拌器启停信号 1 点 渗滤液加压泵 潜污泵 潜水泵启停信号 4 点 液压油缸前进和后退信号 24 点 6 控制原理 a 炉膛负压 P1 的控制 炉膛负压的大小取决于引风机的转速 因此要控制炉膛的负压就需要控制引风机 的转速 引风机的转速由变频器控制 而引风机的转速和其工作电压频率成正比例关 系 故 PLC 控制系统控制变频器的输出频率就能控制引风机的转速 PLC 控制系统对炉膛负压的控制首要任务是要控制负压稳定在误差允许的范围之内 即实际炉膛负压和炉膛负压设定值的偏差在误差允许的范围之内 在控制理论中 要 使被控量稳定在误差范围内 应采用负反馈控制系统 PLC 控制系统采用 PID 控制算法完成炉膛负压的稳定控制 将负压的实际测量值和 负压设定值进行偏差比较 然后把比较结果进行 PID 运算 最后将运算结果作为频率 设定值传送给引风机变频器 控制引风机转速来控制炉膛负压 b 炉膛温度 T1 的控制 在炉膛内燃烧的垃圾从本质上看就是焚烧炉内的燃料 因此一般正常情况下 控 制炉膛内温度的主要措施是控制投入焚烧炉的垃圾量 一次风和二次风风量比 当一 次风和二次风风量比在满足工艺情况下 在一定时间内炉膛温度超过炉膛温度设定值 表明投入焚烧炉的垃圾量过多 应减少投入焚烧炉的垃圾量 炉膛温度低于炉膛温度 设定值表明投入焚烧炉的垃圾量不足 应增加投入焚烧炉的垃圾量 垃圾投送是由 12 支液压油缸顺序移动完成的 因此控制投入焚烧炉的垃圾量即需要控制动作液压油缸 的数量及动作顺序 PLC 控制系统采用多变量模糊控制算法及顺序控制算法控制液压 油缸的动作 由于炉膛内的助燃空气 一次风是经空气预热器加热的高温空气 控制一次热 风的排空可以控制进入炉膛的一次风热量从而控制炉膛内温度 炉膛温度超过炉膛温 度设定值表明炉膛内的热量过多 开排空阀将热风适量排空可以减小进入炉膛内的一 次风热量 降低炉膛温度 炉膛温度低于炉膛温度设定值表明炉膛内的热量不足 关 排空阀可以减小进入炉膛的一次风热量的散失 增加炉膛温度 不论开或关排空阀都 应控制排空阀动作的幅度 PLC 控制系统采用比例算法控制排空阀开或关的幅度 二次风是常温 掺入到一次风可以降低一次风的温度 因此控制炉膛内温度还可 以通过控制掺入一次风的二次风量进行 炉膛温度超过炉膛温度设定值表明炉膛内的 热量过多 开二次风调节阀 D2 增加进入一次风管的二次风量 同时开启热风防空阀 保持入炉空气量不变的情况下 入炉空气温度使进入炉膛的一次风热量减小 从而减 小进入炉膛的辅助热量 降低炉膛温度 炉膛温度低于炉膛温度设定值表明炉膛内的 热量不足 关二次风调节阀 D2 减小进入一次风管的二次风量 使进入炉膛的一次风热 量增加 从而增加进入炉膛的辅助热量 增加炉膛温度 不论开或关二次风调节阀都 应控制二次风调节阀动作的幅度 PLC 控制系统采用比例算法控制二次风调节阀开或 关的幅度 PLC 控制系统将上述三种调节方式同时交叉进行 通过模糊逻辑判断控制三种调节方 式的调节顺序及调节幅度 既能满足炉膛温度的调节要求 又不致影响烟气的氧含量 C 烟气氧含量的控制 烟气中的氧含量主要取决于进入炉膛的风压 当烟气的温度低时说明引风机的风量 大了 这时候就可以调整引风机的频率 当烟气的温度高时说明鼓风风机的风量大了 这时候就可以调整鼓风机的频率 让炉膛燃烧温度保持在合理水平 因此调节烟气中的 氧含量通过调节一次风量进行 一次风量的调节是通过调节一次风机的转速实现的 一次风机的转速通过变频器调节 一次风机的转速和其工作电压的频率成正比例关系 因此烟气中的氧含量调节通过调节变频器的输出频率实现 d 喷雾干燥吸收塔入口烟气温度 T4 的调节 喷雾干燥吸收塔入口烟气温度的调节通过降温装置进行 变频调节水压 使水压保 持恒定值 达到调节水量控制烟温 e 布袋除尘器入口烟气温度 T5 的调节 布袋除尘器入口烟气温度的调节通过喷雾干燥吸收塔进行 PLC 控制系统采用 PID 控制算法及模糊逻辑顺序判断综合控制来控制布袋除尘器入口的烟气温度 f 喷淋降温水泵出口水压 P7 的控制 喷淋降温水泵出口水压的大小取决于喷淋降温水泵的转速 因此要控制喷淋降温水 泵出口水压就需要控制喷淋降温水泵的转速 喷淋降温水泵的转速由变频器控制 而 喷淋降温水泵的转速和其工作电压频率成正比例关系 故 PLC 控制系统控制变频器的 输出频率就能控制喷淋降温水泵的转速 PLC 控制系统采用 PID 控制算法完成喷淋降温水泵出口水压的控制 将喷淋降温水 泵出口水压的实际测量值和喷淋降温水泵出口水压设定值进行偏差比较 然后把比较 结果进行 PID 运算 最后将运算结果作为频率设定值传送给喷淋降温水泵变频器 控 制喷淋降温水泵转速来控制喷淋降温水泵出口水压 降温水的压力由变频控制电动机 的转速来实现恒压调节 当压力低电机转速自动上升 达到设定压力时自动调整输出 频率 维持管网压力恒定 g 联锁控制 1 引风机和一次风机的联锁 启动联锁 引风机没有启动时 一次风机不能启动 停机联锁 一次风机停机后运行 3 分钟 引风机才能停机 h 液压油缸的工作原理 液压油缸的最大工作压力由溢流阀调定 液压缸的工作压力由减压阀调定 缸头 可用来夹紧工件 一级减压回路之二液压油缸活塞下行时通过减压阀获得低于溢流阀 调定压力的某一稳定值 回程时液压缸上腔的油可经单向阀回油箱 液压缸的最大工 作压力由溢流阀调定 减压阀出口压力由阀本身调定 当阀遥控口与阀口接通时 阀 的出口压力则由阀体调定 阀 2 可用小流量的远程调压阀 液压油缸活塞右移时压力 由减压阀调定 左移时 其压力由减压阀调定 用小规格的比例先导压力阀接在减压 阀的遥控口 使减压阀的出口压力在一定范围内得到无级调整 该种方法 易于实现 对减压阀工作压力的遥控 采用比例减压阀减压 既可实现对减压阀出口的压力无级 调节 又可以大大减少液压元件的数量 使系统简化 控制性能提高 我们通过欧姆龙的行程开关检测各个阀位的位置信号 每个阀都处于正常位置时 按时控器的发出的时间指令通过 PLC 发出前进或后退的动作信号 行程开关反馈动作 过程是不是按照设定的动作过程运行 这样可以对每一个液压油缸进行监控 使垃圾 按设定的程序一层一层推进 当哪个油缸位置不在正常状态 该油缸的监控画面出现 报警并闪烁 提示操作者检查该油缸 在故障报表中体现 第三章 系统网络结构及方案实现 1 系统网络结构图 整个系统分成二层控制系统 控制系统由 I O 输入 输出控制层 上位监控管理 操作层构成 I O 输入 输出控制层由德国西门子公司的 S7 300 PLC 控制器及下层 I O 模块组成 是系统的控制核心 上位监控管理操作层由 2 台操作员站组成 可对每台 现场设备进行操作控制 启动 停止 开 关 对过程数据进行监控 实时显示以及各 种功能 包括 报警 趋势 安全 报表 诊断 打印 事件记录等 2 系统特性 系统主画面 标准的报警汇总画面可使操作人员将注意力集中在所出现的问题上 下列功能提供一 个强大且具有相当灵活性的操作环境 可选区域窗口支持对发动机设备区域的快速报警过滤并提供报警汇总统计清单 可选细目显示窗口显示更详细的报警情况细节 查看组态生成工具可将用户操作报警内容存盘和重新调出浏览 按指定的区域 时间 被过滤的点 用户过滤器工具可对报警画面的所有显示列加以过滤功能 以便操作人员快速地查找 到问题的所在 所有报警信息均能采用优先级进行过滤 在报警汇总画面中的报警可以单条或按页确认 在用户流程图上 报警也可单条或按 页进行确认 在报警汇总画面和用户流程图上 用户根据自己的监控要求来设定各种 报警优先级的颜色 该系统支持报警优先级颜色的组态 各个优先级报警均可在所有 的用户流程画面上显示出来 除了这些功能外 在操作员站 Station 状态栏上的报 警指示会将未经报警确认的最高优先级的报警用预先设定的颜色闪烁显示 2 8 报表 系统提供许多内置的报表功能 系统标准报表包括 报警 事件日志报表报告在指定时间周期内的所有报警和事件 通过使用过滤器 这类 报表可以提供操作员和 或点跟踪报表功能 报警持续时间日志报表报告在指定时间周期内指定的报警点在返回到正常前的报警持 续的时间 集成的 EXCEL 报表 类似其他标准报表的生成方式 用户可以通过微软的 EXCEL 电子 表格生成报表 采用开放式数据访问 ODA 的软件选项 Microsoft EXCEL 可以读取数 据库的数据 自由格式报表 生成的报表采用灵活多样的报表打印格式 并包括算术计算和统 计功能 如最大值 最小值和标准偏差计算等功能 点属性日志报表 报告显示控制点当前的特殊属性 如中断扫描 坏值和禁止报警 等 点交叉参考报表 提供指定点的数据库参考 便于在数据库点作废或重新命名后 的系统维护 参数设定 报警查询 实时曲线 实时性地采集各仪表数据并显示 参数修正设置 更新实时数据库 运行数据存盘 历史数据保存 保证数据的连续 4 2 监视检测数据 检测数据变化监视 根据工艺参数要求 对检测数据进行实时监视 当检测数据不满 足要求时 在画面上相应位置要进行状态闪光和变色报警提示 并将这种状态保存记 录下来供操作人员查询 打印事故追忆记录 4 3 趋势分析 趋势数据包括温度 压力 流量等 趋势显示画面还同时用数字显示出变量的数值 趋势显示可存储在内部存储器中 便于运行人员调用 运行人员亦可按要求组态趋势 并保存在外部存储器中 以便今后调用 提供趋势分析功能以用于显示一些变量的变 化 趋势分析程序能在趋势显示画面上以曲线形式显示趋势数据 系统能提供无限点 历史数据的趋势和无限点实时数据的趋势显示 趋势显示可用整幅画面显示 也可在 任何其它画面的某一部位 用任意尺寸显示 所有模拟量信号及计算值 均可设置为 趋势显示 在同一幅 CRT 显示画面上 在同一时间轴上 采用不同的显示颜色 能同时显示 8 个 模拟量数值的趋势 在一幅趋势显示的画面中 运行人员可重新设置变量 趋势显示 数目 时间变量 时间基准及趋势显示的颜色 提供 600 根实时数据趋势曲线显示 每个实时趋势值的时间分辨率为 1 秒 存储速率 提供 600 根历史数据趋势曲线显示 每个历史趋势值的时间标度可由运行人员按 0 5 分钟 1 分钟