1000MW锅炉排污DCS控制系统设计

1、目录目录1.1 弓I言2.2 锅炉排污的概念2.2.1 什么是锅炉排污32.2 锅炉排污的意义32.3 锅炉排污的方式32.4 锅炉排污注意事项3.3 锅炉排污装置3.3.1 定期排污装置4.3.2 锅炉定连排控制系统原理图44 锅炉定期排污系统设计5.4.1 几种常见的排污系统 5.4.2 定排程控设计的策略 5.4.2.1设计方案5.4.2.2定排电动门开许可条件54.2.3 定排程控启动条件 64.2.4 定排程控中断条件 64.3 排污参数控制6.4.3.1排污量的确定6.4.3.2排污时间的确定7.4.3.3设计中注意事项7.4.3.4定期排污系统综述7.5 锅炉定排控制系统总设计.

2、8.5.1 系统工作原理8.5.2 定排程控设计策略8.5.3 基于现场总线的DCS与PLC网络控制系统软件组态 95.3.1 SIEMENS S 7 - 300 的组态95.3.2 DCS控制系统的总设计1.05.3.3 DCS 组态1.15.3.4 DCS系统I/O点设计135.3.4 DCS排污系统测点类型1.46 心得.16参考文献1.7600MV机组排污控制系统的设计摘要：锅炉排污既是锅炉运行调节的组成部分又是水质管理的重要环节； 正确合 理的控制锅炉排污是锅水达标的重要手段，同时又可以保证蒸汽质量，防止锅炉 金属腐蚀，降低能耗节约能源。Abstract : Removing the

3、 sewage of the boiler is not only the operation regulati on of boiler comp onent but also the importa nt link of quality man ageme nt; correct and reas on able con trol of the rem oving the sewage of the boiler is an importa nt means of keep ing the boiler water sta ndard, and it can guara ntee the

4、quality of steam, preve nt the boiler metal corrosi on, reduce and save the en ergy con sumpti on.关键字：锅炉定期排污DCS 组态现代科技的日新月异促进了电力事业的迅速发展，而火电厂大容量、高参数机组不断增加和电网调度自动化的程度日益提高，分散控制系统(DCS DitributeControl System)，它综合了计算机技术、网络通信技术、软件技术、输入输出 接口技术等前沿技术，从80年代开始，分散控制系统DCS自身的软硬件功能在 不断完善和强化，性能也在不断提高，因其可靠性高、功能完善、数据

5、共享及组 态方便等优点，在我国大型火电机组中得到广泛应用， 并成为主流。新建机组的 热工过程控制均采用分散控制系统，许多小机组也在进行分散控制系统DCS的改造，这不但减轻运行人员的劳动强度，改善了劳动条件，而且确保机组安全、 经济、高效的运行。火电厂中，一些辅助工艺如锅炉定期排污系统的运行，与机组的安全经济运行有着密切的联系，一般采用可编程控制器(PLC)来进行控制。而分散控制系统 DCS与可编程控制器PLC 一般是不同的生产厂商提供的，设备具有不同的通信机 制，由于不同软件中的通讯模块访问接口不尽相同，因而造成了工控软件相互之间不能通信，软件资源不能共享，数据没有实现整体管理，会使这些辅助工

6、艺过 程的控制成为“信息孤岛”。可采用PROFIBUDP方式将这些系统的当前状态 引入到分散控制系统DCS系统中，过程数据纳入分散控制系统 DCS进行统一监 视和管理，由集控运行人员集中监控，可减少监控点，节约了电厂的运行成本。本文将建立和利时 DCS HOLLIAS- MACSV与 SIEMENS PLC S300 基于 PROFIBUDP通信的网络控制系统。2锅炉排污的概念2.1 什么是锅炉排污进入汽包的给水总是带有一定的盐分， 锅内进行加药处理后，锅水的结垢性 物质转变为水渣，此外锅水腐蚀金属也要产生一些腐蚀产物。 因此，在锅水中含 有各种可溶性和不溶性杂质，在锅炉运行中，这些杂质只有很

7、少部分被蒸汽带走， 绝大部分留在锅水中，随着锅水的不断蒸发，这些杂质浓度逐渐增大。锅水杂质 浓度过大，不仅影响蒸汽品质，而且还可造成受热面的结垢与腐蚀， 影响锅炉安 全运行。为了控制锅炉锅水的水质符合规定的标准， 使炉水中杂质保持在一定限 度以内，需要从锅炉中不断地排除含盐、碱量较大的炉水和沉积的水渣、污泥、 松散状的沉淀物。在运行中采取排除部分锅水，补充清洁的给水，以控制锅水品质的过程就是 锅炉排污。锅炉排污量的大小，和给水的品质直接有关。给水的碱度及含盐量越 大，锅炉所需要的排污量愈多。2.2 锅炉排污的意义锅炉排污既是锅炉运行调节的组成部分， 又是水质管理的重要环节；正确合 理的控制锅炉

8、排污是锅水达标的重要手段，同时又可以保证蒸汽质量，防止锅炉 金属腐蚀，降低能耗，节约能源。2.3 锅炉排污的方式锅炉排污分连续排污和定期排污两种：连续排污又称表面排污，要求连续不断地从炉水盐碱浓度最高部位排出部分 炉水，以减少炉水中含盐、碱量，含硅酸量及处于悬浮状态的渣滓物含量， 所以 连排管常设在正常水位下200300mn处。定期排污，目的是排出锅水中不溶性水渣及泥污等沉积物， 因此要从沉积物 聚集最多的水冷壁下联箱排出，即其排污口多设置在锅筒的下部及联箱底部。 排 污时间是间断的，间隔时间与排污量，应根据汽水品质的要求来确定。定期排污主要排除炉内，所以定期排污操作过程时间短暂， 应当选择在

9、锅炉 高水位、低负荷或压火状态时进行排污。2.4 锅炉排污注意事项锅炉排污不仅造成工质的损失，也造成热量的损失，因此要注意排污的原则: 勤排、少排、均匀排。除了尽量设法回收排污的损失外锅炉排污量也应受到限制，故设置了调节 阀、节流孔板等装置。另外，为了回收排污损失一般设置排污扩容器等设备。3锅炉排污装置排污装置指锅炉本体范围内的排污短管、排污阀及锅筒内部排污导管等。排污导管要求有足够的长度并且水平安装，导管的一端封死。每台锅炉应装独立的排污管。排污管应尽量减少弯头，保证排污畅通并接到安全的地点。 排污 管和锅筒、集箱、排污阀连接部分要牢靠、无腐蚀。排污阀宜采用闸阀、扇形阀或斜截止阀。排污阀的公

10、称直径为中2S65mmm 额定蒸发量It /h或工作压力t>0 . 7Mpa的锅炉，排污管应装两个串联的排污 阀。排污时，排污阀承受高温液体的冲刷及污垢的磨损，停止排污后将逐渐冷到室温。为了改善排污阀的频繁承受压差（压降较大）、积垢腐蚀磨损、振动、热冲 击等恶劣的工作条件，串联的排污阀有一定的操作顺序，其连接顺序为锅筒（或下集箱）一一阀1（慢阀）、阀2（快阀）。3.1 定期排污装置一般每组应装两个串联的排污阀， 额定蒸发量小于1t /h时并且额定 蒸汽 压力小于0. 7Mpa（Tkg/cm ）的锅炉的每根排污管上可以只装一个排污阀。热水 锅炉而定供水温度低于120"C时，每根排

11、污管上方可只装一个排污阀。定期排污阀通常采用闸阀、扇形阀等容易密封，温度变化不易擦伤，维修容 易，并且动作敏捷迅速，排污效果好的阀门。排污管上串联两个排污阀（两个排污阀应尽量靠近，方便操作），一般是一个 快开式（阀1）和一个慢开式（阀2）。排污时，排污阀承受高温液体的冲刷及污垢 的磨损，停止排污后将逐渐冷到室温。为了改善排污阀的频繁承受压差（压降较大）、积垢腐蚀磨损、振动、热冲击等恶劣的工作条件，串联的排污阀有一定的 操作顺序，其连接顺序为锅筒（或下集箱）一一阀1（慢阀）、阀2（快阀）。并且动 作时有顺序，排污时先开阀1再开阀2，停止排污时，先关阀2再关阀1,这样 阀1处于无压差下启、闭，工作

12、条件好，寿命长，大修时重点检修阀2既可；也可以是两个快开的。允许只装一个 排污阀时应采用快开式的。3.2 锅炉定连排控制系统原理图锅炉定连排控制系统基本原理图如图 1：电导率电极排污严仪控哆报醫搦怕气泡A连续排污图1锅炉定连排控制系统原理图4锅炉定期排污系统设计4.1 几种常见的排污系统排污方式一：所示是把定期排污和连续排污并联放在一起， 此方式结构虽然 简单，但是在水冷系统中的沉积杂质不易排除。排污方式二：所示由大直径下降管最低处排出，排出的水仍是锅筒中的 水，因此水冷系统中的沉积杂质仍未排出。排污方式三：所示是把定期排污从水冷壁下集箱底部引出，与连续排污严 格分开布置，这是一种较理想的系统

13、。4.2 定排程控设计的策略4.2.1设计方案开始检测器越水位扌丁开排污阀门x/J图2软件流程图4.2.2定排电动门开许可条件1）汽包水位高于低一值2）灭火保护未动作且汽包水位不高，必须满足以上两个条件，定排电动门 才能打开。否则电动门处于闭锁状态。3）必须等上一个电动门排污后已经关闭，才打开下一个电动门，不允许同 时打开两个电动门。423定排程控启动条件定排程控必须具备下面所有条件才能启动。1）017号电动门必须处于关闭。2）定排电动门具备开许可条件。3）定排程控按钮投入且定排程控复位信号为 0。4）定排电动门未送电时，定排程控启动被禁止。4.2.4定排程控中断条件发生以下任意一种情况，定排

14、程控将中断运行。1）在程控运行中，0号电动门开/关运行超时信号产生，或 119号电动 门中任有两个以上电动门开/关运行超时信号产生。2）MFT动作且汽包水位不高。3）汽包水位低一值信号产生。4）手动停止程控。5）锅炉安全门动作。4.3 排污参数控制4.3.1排污量的确定目前多数锅炉的定期排污带有不同程度的盲目性。排污量控制的基本概念是水位表下降25-5Omm由此，排污率不是过大，就是过小。这势必造成热量和 软水的损失或达不到有效调节炉水有关指标的作用。在工作中要求司炉工和水处 理人员协同操作。由水处理人员在查验水质的基础上，计算出排污率，并确定与一定排污率相对应的排污量。然后，严格按计算结果排

15、污。其程序如下：（一）计算排污率：P= A0/（A-A0）X100 %P排污率A给水碱度（毫克当量/升）A炉水总碱度（毫克当量/升）锅炉排污率一般控制在5%-1o %（二）确定排污量：Q排=0给 PQ给锅炉在两次排污期间的给水量（吨）Q排一一与P对应的排污量（吨）432排污时间的确定一般情况下，每8小时排污一次，当锅炉水质较差时，特别在锅炉启动过程 中，排污次数还需增加。每组阀门开启时间为 30秒。433设计中注意事项(1) 定期排污系统工作特点是间断性工作，当工作时所有零部件的温度达到饱和 温度，停止排污后逐渐冷却到室内温度。 呈周期性变化且温差大，因此选材 时应按锅炉要求。(2) 定期排污

16、管路布置时，应将一次阀门、排污小集箱尽可能靠近水冷壁下集箱。管路应设置支架，要充分注意热膨胀补偿，以防止运行中热应力破坏。(3) 锅炉排污阀、排污管的连接，中、低压可以采用法兰连接，高压采用焊接方 式连接。(4) 排污系统阀门不能采用普通的截止阀， 必须采用排污阀，这种阀门的阀瓣和 阀座密圭寸面均用特殊材料制造，具有较强的抗冲蚀、抗摔伤性能。(5) 由于定期排污系统由锅炉制造厂和设计院共同设计布置，因此设计与供货应有明确分工，并做好接口配合。4.3.4定期排污系统综述锅炉定期排污属于间断排污，用于排出锅内杂质及化学沉淀物。严格按照操 作要求进行锅炉定期排污，可有效防止锅内结垢，延长锅炉使用寿命

17、。锅炉定期 排污自动控制系统是根据锅炉相关操作规程， 利用计时技术，根据用户具体水质， 调整设定电控柜中计时器，定时控制电动截止阀排污开启时间及时间间隔，从而实现锅炉 自动定期排污。图3排污系统流程图5锅炉定排控制系统总设计5.1 系统工作原理本系统以PLC为控制主机，上位机或DCS操作员站为人机界面，在上位机或 DCS操作员站上进行系统设置和完成对排污阀门的监控。在自动运行方式时，PLC控制整个工艺流程，定排系统所有电动门根据预定 的程序，自动完成排污工作。程序装载在 PLC的CPU内。在手动运行方式时，操作员可根据意愿对四组排污管路分别单独排污。在画 面上设置“强关总阀”按钮以便操作员在手

18、动方式时能强制关闭所有总阀。5.2 定排程控设计策略基于PROFIBUS - DP现场总线的DCS与PLC网络控制系统硬件方案 PROFIBUS总线是一种由SIEMENS公司倡导的一种国际性的开放式现场总线， 协议满足了 ISO /OSI网络化参考模型对开放系统的要求。PROF BUS在性能、开放程度、可互换性、可互操作性及应 用业绩上都是一种比较突出的产品，DP协议是目前欧洲乃至全球应用最广泛的总线系统，其具有安装简单、拓扑结构 多样、易于实现冗余、通信实时可靠、功能比较完善等性能。PROFIBUS-DP是一种高速的低成本通讯连接，用于设备级控制系统与分散式通信，实现自控系统和分散外围设备I

19、 /O及智能现场仪表之间的高速数据通信；PROFIBUS线设 备可分为主站和从站，DCSK制站为主站，当主站得到总线控制权时不用外界 请求就可以主动发送信息；S7 30可编程序控制器为从站，它仅仅对接收到 的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。采用PROFIBUS-D®场总线技术实现DCS与 PLC系统的联网，其系统结构 见下图。图4 DCS与 PLC系统的联网PROFIBUS-D主站和从站的制造商向用户提供 GSD文件，使用设备数据库 文件可以在DP系统的组态阶段检查设备数据，以避免错误的发生。因为定义好 了设备数据库文件的格式，所以对于PRO - FIBUS DP系统来说

20、，制造商实现 独立的组态工具是可能的。组态工具使用GSD文件测试与独立设备。5.3 基于现场总线的DCS与PLC网络控制系统软件组态5.3.1 SIEMENS S 7 - 300 的组态采用SIEMENS S300编写PLC程序，其编程软件为 STEP7,先进行硬件组态，其输出与排污阀的对应关系见表1 表1 P LC 输出与排污阀的对应表P b C输出排污阀Q 0 . 0总排污阀0Q 0 . 1 Q 3 . 6排污阀1148依据电厂定期排污的工艺过程，设计PLC的程序，主程序OB1中，进行PROF IBU DP通信需调用系统功能SFC1和SFC2其程序如下：CALL “ DP- SENDCPL

21、ADDR=W# 16 # 150 ; CP模块的起始地址SEND =P # Q 0.0 BYTE 4 ;发送数据存储区DONE =M100.1 ; 发送完成一次产生一个脉冲ERROR=M1OO.2 ; 错误位STATUS =MW4 调用时产生的状态字CALL “ DF- RECVCPLADDR W# 16 # 150 ; C P模块的起始地址RECV =P # I 4.0 BYTE 4; 接收数据存储区NDR =M110.0; 接收完成一次产生一个脉冲ERROR=M11O.1 ; 错误位STATUS =MW112 调用时产生的状态字DPSTATUS =MB 114 ; P RO F I B U

22、S D P 的状态字节 初始化程序块OB1OO的程序如下：L 0T MW 0L 0T MW 1L 0T MW 2L 0T MW 3SET=M 0 . 0; 置位初始状态SIEMENS S 7.300程序编写完成后， 下载到S 7.300即可。532 DCS控制系统的总设计图5锅炉定期排污DCS控制图tTfnld拱作员站工程竝5£回矣圭轨屯杠炉第 MIS)5NETT图6 DCS系统拓扑图5.3.3 DCS 组态图7 DCS硬件系统结构图8 DCS软件组态步骤为了完 成DCS与S7 300的PROFIBUS-D通信，DCS必须完成如下的组态。首先，将siem80d6.gsd文件复制到DC

23、S安装目录下粘贴；进入数据总控编 译。然后，进入“控制器算法组态”： 切换进行“ MACS己置” 一 “FM121VAR”点右键“Append Subelent ”选中“ CP342-5 Cu Lave VAR ” 右边窗口 “ Input/Output ” 选项卡“ Input Module ” 4byte D1 constcy 1 byte ”、“ 4 byte DO constcy 1 byte ”; “ DP Parameters” 选项卡站地址“17”。(2) “POUS 的“ Get DP. DevState PEG ” 页面右键“后节”添加DP模块。(3) “ 资源” “Glob

24、al Variables ” “ SysDev” “Global VariableSysDev RETAIN ”增加“ IO11_17:BOOL” 等。 定义DP设备的输出与输入：“资源” “Global Variables ” SysDeV “ Global Variable SysDevRETAIN ” 下增加如下定义： PLCQ0_00 AT% IX26.0 : BOOL ( 17P L C 输出及输入模道变量) 在“POUS卡中“ MACPRG加入下列程，将DP通信的DI赋值给全局变 量：PLC000 =PLCQ0_00PLCOO 仁 PLCQOO_01完成DCS组态后，完成编译，然后

25、就进入了图形组态，完成后再进人数据 总控进行全部联编。下装服务器和操作员站。运行操作员站，就可由分散控制系 统DCS操作员对定期排污系统进行实时监控，而不用另设监控站，达到减人增效的目的。 wr-a ?単ftF 斗"ETftMwH 国at:'Jn«*B出 口 ABtt!««» Firn ; 笛*事ft*:ffe坤EJ«F<1 :Hnwl*11I專啊卜窜AIi*upta wwifc wat *aw» | MU* >fTMW I HlPM图9锅炉排污防水系统534 DCS系统I/O点设计单元机组10点（564

26、5点RTDTC420皿A0DID0PI汽机侧IQ点数14812626249117550?0锅炉侧10点数103923821321379581电气IQ点数006905241083总计10点251218713131307811963表2 I/O卡件的基本种类I/O卡件的基本种类类型中文名称功能通道数:AI模拟量输入卡4200mA,15v模拟量输入16通道AI模拟量输入卡TC热电偶输入16通道AI模拟量输入卡Pt100等热电偶输入16通道:DI开关量输入卡开关量信号输入32通道nSOE事件顺序记录卡SOE开关量事件顺序输入32通道AO模拟量输出卡4200mA,15v模拟量输出8通道dDO:离散量输出

27、卡开关量节点输出16通道nPI脉冲量输入卡无源脉冲输入4通道BC:以太网站控制卡管理I/O站内各卡，与DPU1信LC回路控制卡集 AI X 8,AOX 2,DI X 4,DOX 4 于一体SMC转速控制卡有源脉冲计数，可测转速CAI:交流米样卡交流电压，电源输入12通道:VCC阀门控制卡控制汽机阀门开度 AI X 7, AOX 1, DI X8VPC阀位控制卡阀门伺服控制SDP转速检测与保护卡测速并判断是否超速，输出开关量MCP测量与控制卡高性能脉冲量计数机测频OPC:超速保护卡用于DEH中的硬件超速和保护LPC逻辑保护卡可编程逻辑保护卡可冗余使用 DI X 24，DCX 6PDEX344双机

28、切换卡用于双CPU跟踪，仲裁切换及主机通讯 等SYN同期卡专为线路投切合机组并网设计BZT:备自投卡备用电源自投保护DI X 12，D6 10EMU仿真卡高性能仿真卡，实现仿真算法534 DCS排污系统测点类型表3排污系统测点类型序号債号类型量程WQ300Al1LD1014 20mAmm2roioi氏冈压丿+-2D»A010Mr aAl3FD101.主倾星4 *30“0-35T/MAl序号名揺没字说窗信号类型量程单位1LD101汽包水位300手00mmAl2PD101汽包压力4-20010NPaJU3FD101主汽流量0-35T/KAl4PD102炉膛负压4202000-3000FA

29、l5LD2D1凝汽器水位4-2002500JUEFD2DZ騙结水硫量000I7HST7PD112凝錯水担管压力4-200rsMpa.AlSZD01甲聒入口冷风门阀位4-200100%Al§ZD2O1P底汽器水位调节门阀位反愦4-20WV0100%JU10AD2D1甲關结水泵电疣420aA.0100矗Al11AD202乙凝结水泵电流42DbA.D00AAl12TD145鰭水温度PtlOO0300Al13TD1M拱油温度PtlOO0-200£JU14TD105甲磨煤机出口谓度PHDO0-150cAlISTD101主肓温度K热电偶D600Al15TD1O2减温器前温度K护电偶0百00cAlITZD2O1D凰汽器水位调节门阀位4-2CWI0-100%盘0阮余）序号名希祝字说圈置t%明豊1说瞄测点类翌18U2