锅炉自动控制系统

1、自动控制工程项目实践报告 小组项目：锅炉自动控制系统燃烧部分项目时间周期：班级：小组组长： 小组成员：报告完成时间：2012年07月11日目 录一、 生产实习目的及意义 3二、 锅炉自动控制系统的要求 3(一) 操作设备说明 3(二) 生产实习整体要求 5(三) 控制系统设计要求 5(四) 开车步骤和各部件要求 6三、 锅炉工艺介绍 8(一) 工艺流程介绍 8(二) 工艺过程介绍 9四、 生产实习的具体安排 10五、 小组成员具体分工 10六、 燃烧工程设计方案 10七、 自动化仪表选择方案 14(一) 仪表选择 14(二) 仪表主要参数 21八、 组态仿真测试 26九、 组态王仿真测试 32

2、十、 matlab测试仿真 41 十一、财务简要分析及项目可行性总评 44十二、生产实习感想 44十三、对本次生产实习方案的评价 45十四、对本次生产实习的建议 45参考文献 45一、 生产实习目的及意义1. 认识、了解现代工业生产的组织和管理模式;2. 认识、了解所学专业在国民经济中的作用、位置，以及社会对于科技、知识的需求程度的一种重要方式;3. 学会中如何观察、分析问题，搜集、整理数据资料，开展调查研究的能力;4. 培养综合运用不同学科的知识，分析、解决工作中所遇到的问题的能力;5. 培养团队之间相互帮助，相互协作，即分工明确又深入沟通的能力；6. 通过实习，全面检查我们技能的强弱和专业

3、知识的掌握程度，及时发现问题，采取改进措施，以提高我们的综合能力;二、 锅炉自动控制系统的要求（一）操作设备说明 （1）检测仪表 位号检测点说明单位位号检测点说明单位AI1101烟气含氧量%PT1101燃料压力MPaFT1101锅炉上水流量kg/hPT1102炉膛压力MPaFT1102去减温器的锅炉上水流量kg/hPT1103汽包压力MPaFT1103燃料流量kg/hPT1104过热蒸汽压力MPaFT1104空气量m3/sPT1106除氧器压力MPaFT1105过热蒸汽流量kg/hTT1101炉膛中心火焰温度FT1106软化水流量kg/hTT1102汽水分离后的过热蒸汽温度FT1107烟气流量

4、kg/hTT1103进入减温器的过热蒸汽温度LT1101除氧器液位%TT1104最终过热蒸汽温度LT1102汽包水位%TT1105烟气温度（2）执行机构 位号执行机构说明位号执行机构说明V1101锅炉上水管线调节阀V1106软化水管线调节阀V1102直接去省煤器的锅炉上水管线调节阀PV1101除氧蒸汽管线调节阀V1103去减温器的锅炉上水管线调节阀S1101鼓风机变频器V1104燃料管线调节阀DO1101烟道挡板V1105过热蒸汽管线调节阀（3）开关阀 位号执行机构说明位号执行机构说明XV1101锅炉上水泵出口阀/截止阀XV1104汽包顶部放空阀XV1102燃油泵出口阀/截止阀XV1106通入

5、除氧器下水箱的除氧蒸汽管线阀（4）手操阀 位号执行机构说明HV1101锅炉上水管线调节阀旁路阀（二）、生产实习整体要求：小组共同完成一个完整的自动化工程项目。实际的自动化工程项目从设计到实施投运的全过程包括：1）接受用户的委托协议部分；2）根据用户提出的要求，设计一个合理的自动化控制解决方案，包括： 根据工艺条件和用户要求，设计若干个自动控制系统； 选择合理的控制方案（包括算法）； 为每个系统选择合适的自动化仪表；3）为用户进行软件开发进行控制系统的组态，并进行运行测试4）对部分控制系统进行实际运行，整定测试；5）将调试结果和设计结果形成设计报告提交给甲方。（三）控制系统设计要求：组态要求：1

6、、回路组态画面，2、分组画面，3、纵观画面，4、趋势画面，5、流程图组态，6、报警画面。A、上水部分主要由除氧器和上水泵构成，主要参考变量为：软化水流量、除氧器液位以及除氧器压力。（1） 要求：本部分所构成的控制系统需包括：单回路控制系统、串级控制系统等。（2）安全要求：主要参考变量需有报警提示。B、燃烧及产品产出部分主要由炉膛、燃油泵、风机以及过热蒸汽出口管线构成，主要参考变量为：燃料流量、空气量、过热蒸汽压力。（1） 要求：本部分所构成的控制系统需包括：比值控制系统、串级控制系统等。（2）安全要求：主要参考变量需有报警提示。C、锅炉汽包构成，主要参考变量为：汽包水位、汽包压力。（1） 要求

7、：本部分所构成的控制系统需包括：单回路系统、三冲量控制系统等。（2）安全要求：主要参考变量需有报警提示。D、炉膛负压及出口温度，主要由炉膛和过热蒸汽出口管线部分系统构成，主要参考变量为：炉膛负压、最终过热蒸汽温度。（1 要求：本部分所构成的控制系统需包括：前馈控制系统、串级控制系统等。（2）安全要求：主要参考变量需有报警提示。E、烟气排放部分，主要由省煤器和烟气排放管线部分系统构成，主要参考变量为：烟气含氧量、烟气出口温度。（1） 要求：本部分所构成的控制系统需包括：串级控制系统等。（2）安全要求：主要参考变量需有报警提示。（四）、开车步骤和各部件要求：1、启动前阀位检查 检查所有的阀门和开关

8、都处于关闭状态。 2、除氧器投运 1) 将软化水管线调节阀V1106打开，手动向除氧器充水，使液位指示达到400(mm)，并保持稳定。开除氧器下水箱蒸汽管线阀XV1106加热到100后关闭 2) 打开除氧蒸汽管线调节阀PV1101，将除氧器压力升至1000mmH2O。 3、锅炉上水 1) 打开汽包放空阀XV1104。 2) 开启上水泵出口阀XV1101，全开去省煤器锅炉上水管线调节阀V1102。 3) 缓开给水调节阀的小旁路阀HV1101，手控上水（注意上水流量不得大于10t/h，因为上水过快，排气不畅，会导致局部受压，损坏设备）。待水位升至250mm，关闭旁路阀HV1101。 4) 调节V1

9、101，使汽包水位达到300mm，并保持稳定。 5) 调节PV1101，将除氧器压力达到2000 mmH2O，并保持稳定。 4、锅炉点火升压 1) 检查汽包放空阀XV1104是否打开。 2) 全开烟道挡板DO1101，开启风机S1101通风5分钟，使炉膛不含可燃气体。 3) 将烟道挡板DO1101调至20%左右。 4) 按下操作台上的点火按钮，点燃开工烧嘴。 5) 打开油路截止阀XV1102，开调节阀V1104，投入主燃料系统。 6) 升压过程应缓慢平稳，时间应严格控制不得小于10分钟，以免过热器管壁温度急剧上升和对流管束胀口渗水等现象发生。当蒸汽压力达到1.5MPa时，关闭汽包放空阀XV11

10、04。 7) 过热蒸汽温度达到400时，投入减温器，打开V1103，开度为50%。 8) 当压力升至3.6MPa之后，保持此压力达到平稳。 5、锅炉负荷提升 1) 检查蒸汽温度不低于420。 2) 调整汽包水位为250300mm。 3) 调整过热蒸汽压力在3.63.65MPa。 4) 缓慢开蒸汽管线调节阀V1105，约5%。 5) 调节蒸汽压力达到3.8MPa，并保持稳定。 6) 缓慢调节蒸汽管线调节阀V1105，提升燃烧负荷，使产汽量达到20t/h左右。 7) 检查燃油管线调节阀V1104位于小开度，调节蒸汽管线调节阀V1105，使负荷提至35t/h。 8) 缓慢调节V1105继续提升负荷，

11、提升速度每分钟不得超过3-5t/h，同时注意调节燃油管线调节阀V1104补充燃油量，直至负荷升至65t/h。 9) 调整蒸汽温度达到440，并使其保持稳定。 6、锅炉正常运行工况 1) 调整烟道挡板DO1101，使烟气含氧量维持在2%左右。 2) 蒸汽温度保持在(440±5) 范围内。 3) 均衡进水，保持正常水位，使给水量和蒸汽负荷达到平衡。汽包水位控制在(300±30)mm。 4) 过热蒸汽压力保持在(3.8±0.05) MPa范围内。 5) 给水压力保持在4.85.5MPa。 6) 炉膛压力小于400mmH2O。 7) 排烟温度在200左右。 8) 燃料气压

12、力在0.290.31MPa。 9) 除氧器压力在(2000±100) mmH2O。除氧器液位在(400±30)mm。三、 锅炉工艺介绍（一）工艺流程介绍 所选被控对象为工业领域广泛应用的自然循环锅炉。经处理的软化水进入除氧器V1101上部的除氧头，进行热力除氧，除氧蒸汽由除氧头底部通入。除氧的目的是脱除水中的氧气和其他溶解性气体。除氧后的软化水经由上水泵P1101泵出，分两路，其中一路进入减温器E1101与过热蒸汽换热后，与另外一路混合，进入省煤器E1102。进入减温器E1101的锅炉上水走管程，一方面对最终产品（过热蒸汽）的温度起到微调（减温）的作用，另一方面也能对锅炉上

13、水起到一定的预热作用。省煤器E1102由多段盘管组成，炉膛产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的物料换热，回收烟气中的余热使物料进一步预热。从对流段流出的物料全部进入F1101辐射段炉管，接受燃烧器火焰的辐射热量，达到所要求的高温以后出加热炉，进入换热器E1101的壳程，进行温度的调节并为冷物料预热，最后以工艺所要求的物料温度输送给下一生产单元，整个过程的重点在于对于燃烧时炉膛的燃料气和空气的输送比值的设定和出口温度的稳定输出。被烟气加热成饱和水的锅炉上水全部进入汽包V1102，再经过对流管束和下降管进入锅炉水冷壁，吸收炉膛辐射热在水冷壁里变成汽水混合物，.。分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛F1

14、101进行汽相升温，成为过热蒸汽。.过热蒸汽温度输送给下一生产单元。 燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器；空气经由变频鼓风机K1101送入燃烧器。燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生蒸汽。燃烧产生的烟气带有大量余热，加热炉对流段由多段管排组成，炉膛产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的物料换热，回收烟气中的余热使物料进一步预热。 （二）工艺过程介绍 软化水流量为F1106，温度为常温20，经由调节阀V1106进入除氧器V1101顶部。给水由给水泵送到锅炉房来，先引入省煤器，在其中被加热提高温度后，送往汽包。锅炉上水流量为F1101，锅炉上水管线上设有上水泵出口阀XV1101，先送

15、入省煤器预热，预热后送进汽包。 汽包V1102顶部设放空阀XV1104，汽包压力为P1103。汽包中部设水位检测点L1102。过热蒸汽进入减温器E1101，经主蒸汽管道送往汽轮机做功。燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器，.燃料燃烧后生成的灰渣 ，一部分（较粗的灰渣）落入燃烧室下部的灰渣斗中，另一部分（较细的飞灰）被烟气带走，在除尘器中大部分被分离出来，落入其下部的飞灰斗中。然后由除灰装置将灰渣和细灰送往储灰场。省煤器烟气出口处的烟气流量为F1107，温度为T1105。烟气含氧量A1101。在传热过程中烟气温度逐渐降低，此后利用除尘器清楚烟气中携带的大部分飞灰，最后由引风机将烟气

16、送入烟囱排向大气。四、 生产实习的具体安排1. 生产实习动员及分组；2. 完成锅炉自动化工程设计；3. 完成锅炉自动化控制的仪器仪表选择；4. 上机运用CS3000集散控制系统完成功能组态测试；5. 运用组态王进行测试运行；6. 用matlab对所设计的系统进行仿真与整定；五、 小组成员主要分工XX：仪表的选型汇总，组态王测试仿真，完成整体报告。XXX：控制回路的设计，控制系统方块图。XXX：CS3000集散控制系统的功能测试。XXX：matlab仿真测试。XXX：仪表的选型，控制系统流程图。XXX：完成阶段性报告，制作PPT,成果展示。整个过程都是大家共同讨论的，基本上每个环节每个人都有参与

17、，上述只是每部分主要负责人。六、 燃烧部分工程设计方案设计原则：设计基础：把锅炉设备看成一支热量计，用测量锅炉内蒸发量的变化来间接监视和控制燃烧系统。由热量平衡关系CKdPBdt+D=DQ=QBi''CK压力对象的储热系数，及锅炉在压力变化时的储热能力D锅炉蒸发量DQ炉膛热负荷，即单位时间内进入炉膛的燃料产生的热量QB折算成蒸汽流量单位i''饱和蒸汽的热焓值上式称为热量信号，用CKdPBdt+D来反应燃料量，但由于从燃料量的的变化到产生热量传递给蒸发系统要经过一系列的环节，所以存在着容量滞后。根据经验，热量信号大约在15s左右能反应出燃料量的变化。蒸汽压力PM的

18、变化与汽包压力PB之间存在着对应关系。燃烧系统自动调节的关键测量问题：1. 在燃料量改变时，对于一台锅炉的气压对象，它的动态特性为单容积分环节和具有纯滞后的一阶滞后环节的串联，等效纯滞后时间大约10-20s左右，因此，根据汽压的变化去调节燃料量能够及时有效的控制汽压，并适应负荷的需要。在改变燃料量的同时，应协调地改变送风量和引风量。2. 在蒸汽负荷扰动时PM的反应曲线，有与负荷变化成比例的比例段，因此，可以用过热蒸汽压力作为负荷变化的调节信号。3. 为了使锅炉承担规定负荷，必须正确而又快速地测量燃烧率（燃料量和风量）；为了保证经济燃烧，必须准确而又快速地测量反应燃烧的经济性指标。控制系统方案如

19、图：方框图：设计分析：系统上半部分是以蒸汽压力为主参数，以燃料油流量为副参数的串级控制系统；下半部分是以燃料油为主动量，以空气为从动量的比值调节系统。如果蒸汽压力因为某种原因突然大幅度降低，这是蒸汽压力调节器的输出信号大幅度增加，燃料油控制器接受偏差信号，就会使燃料油流量增加的过多，就能使设备受到损坏。为了防止这种现象的发生，在蒸汽压力调节器的输出设置了低选器，给一个最大燃油值，对燃料油流量起上限幅作用，以防止油量过大，烧坏设备。具有逻辑提降量的控制系统：在生产过程中，有时工艺上不仅要求物料成一定比例，而且要求在负荷变化时，它们的提、降量有一定的先后次序。实现相应功能的比值控制系统称为有逻辑规

20、律的比值控制系统。所谓逻辑规律，就是指工艺上对主、副流量提、降时的先后要求，所以具有逻辑规律的比值控制也称为逻辑提量。在锅炉燃烧系统中，希望燃料量与空气量成一定的比例，而燃料量取决于蒸汽量（负荷）的需要，用蒸汽压力反映。当蒸汽量需求增加（提量）时，即蒸汽压力降低，燃料量也要增加，为了保证燃烧完全，应先加大空气量，后加大燃料量。反之在降量时，应先减少燃料量，后减少空气量，以保证燃料的完全燃烧。方框图：七、 自动化仪表选择方案（一）仪表选择仪 表 选 型 目 录序号位号仪表型号表号1FI1103TS120表7.12FI1104TS100表7.23PI1101PMD-99B系列压力变送器表7.34P

21、I1104PTC305H压力变送器表7.45V1104ZMAW-6(B/K)G表7.51、 FT1103:燃料油入口流量变送器(见表7.1):2.FI1104:空气入口流量变送器（见表7.2）3.PI1101:燃料油入口压力变送器（见表7.3）4. PI1104:过热蒸汽压力变送器（见表7.4）5. V1104：燃料管线调节阀（见表7.5）（二）仪表主要参数 表7.1仪 表 数 据 表项目名称：加热炉装置图号：位 号FI1103用 途燃料油入口流量P&ID号操 作 条 件工艺介质粘稠液体操作压力0-2MPa操作温度0-100操作流量0-10000m3/h变 送 器 规 格型 号TS12

22、0测量范围0.1-10000m3/h精 度05级输出信号两线制4-20mA电流输出 测量原理法拉第电磁感应定律测量元件材料不锈钢材质公称直径DN10-600本体材料不锈钢防爆等级Exdeia11BT4-T6 防护等级IP65 安装形式法兰式 制造厂北京天泰兴业科技有限公司备 注设 计日 期审 核日 期表7.2仪 表 数 据 表项目名称：加热炉装置图号：位 号FI1104用 途空气入口流量P&ID号操 作 条 件工艺介质空气操作压力0-2MPa操作温度0-100操作流量0-10000m3/h变 送 器 规 格型 号TS100测量范围220000m3/h精 度05级；1级输出信号两线制4-

23、20mA电流输出 测量原理卡门涡街原理测量元件材料不锈钢材质公称直径300mm本体材料304不锈钢；不锈钢1Ci18Ni9Ti防爆等级 隔爆型Exd CT5 本安型Exia CT2-CT64防护等级IP65 ;IP67;IP68安装形式夹持式 DN15DN300 法兰式 DN15DN500 插入式> DN300制造厂北京天泰兴业科技有限公司备 注设 计日 期审 核日 期表7.3仪 表 数 据 表项目名称：加热炉装置图号：位 号PI1101用 途燃料入口压力P&ID号操 作 条 件工艺介质燃料油操作压力0-2.5MPa操作温度0-100操作流量0-10m3/h变 送 器 规 格型

24、号PMD-99B系列压力变送器测量范围0.0025-60MPa精 度0.50%输出信号两线制4-20mA电流输出 测量元件材料SS316不锈钢本体材料铜铝合金压铸件防爆等级ExibCT6防护等级IP65制造厂烟台东润仪表备 注设 计日 期审 核日 期表7.4仪 表 数 据 表项目名称：加热炉装置图号：位 号PI1104用 途过热蒸汽压力P&ID号操 作 条 件工艺介质高温蒸汽介质温度：-30160200400环境温度-2085变 送 器 规 格型 号PTC305H压力变送器测量范围-0.101150(MPa) 精 度0.25%FS、0.5%FS输出信号420mA(二线制)、0

25、5V、15V、010V(三线制)电气接口防水密封端子或赫丝曼接头本体材料316不锈钢振动影响在机械振动频率20Hz1000Hz内，输出变化小于0.1%FS供电电压24DCV(936DCV)防护等级IP65制造厂广东省佛山市昊明电子仪器有限公司备 注设 计日 期审 核日 期表7.5仪 表 数 据 表项目名称：加热炉装置图号：位 号V1104用 途燃料管线调节阀P&ID号操作条件工艺介质燃料油操作压力0-0.5MPa操作温度40450操作流量0-10000Nm3/h变 送 器 规 格型号ZMAW-6(B/K)G型气动蝶阀结构特点结构简单紧凑，加工方便，易制成大口径，具有自清洗作用，阴力系数

26、小，流通能力大技 术 参 数 和 性 能阀体型式气动蝶阀公称通径DN50500公称压力0.6MPa接管法兰按JB78-59对夹式法兰连接材料ZG230-450，ZG1Cr18Ni9Ti，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti上 阀 盖-40450流量特性近似等百分比阀芯材料ZG230-450;1Cr18Ni9Ti;ZG1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni12Mo2Ti执行机构型式多弹簧式薄膜气动执行机构 弹簧范围20100，40200 kPa 八、 组态仿真测试燃烧环节包括蒸汽压力为主参数，以燃料油流量为副参数的串级控制系统，以燃料油为主动量，以空气为从动量的比值调节系统。该方案的组态如下：(一

27、)、创建新项目1、点击开始/程序/YOKOGAWA CENTUM/System View2、在System View窗口中， 窗口。3、在Outline窗 tion(Compact Type)，点击确定，弹出Great New HIS窗口。在Station Type处选择PFCD-H Duplexed Field Control Station，点击确定。(二)、定义IOM模块1、点击FCS0101/鼠标右键/Great New/IOM，点击确定。2、双击FCS0101，点击IOM，在Name处双击1-1AMN11，弹出IOM Builder窗口。(三)、功能模块组态1、在System Vie

28、w-IOM窗口上，点击FUNCTION BLOCK，双击DR0001，弹出Control Drawing Builder窗口，点击Function Block按钮，弹出Select Function Block窗口，串级模块组态时，在Model Name处，选择PID，点击OK，将PID功能块放到控制图中。工位号为“PIC001”，双击该功能块，弹出Function Block窗口，定义Tag Comment、Lvl等内容，点击应用/确定。2、生成另一个PID功能块FIC001，双击该功能块，弹出Function Block窗口，定义Tag Comment、Lvl等内容,点击应用/确定。3、点

29、击FIC001/鼠标右键/Edit detail，弹出Function Block Detail Builder窗口，点击Show/Hide Detailed Setting Items按钮,把MAN mode改为Yes，把Fully-open/Tightly-shut改为No，点击File/Update/Save/Exit Function Block Detail Builder。4、生成另一个PID功能块FIC002，双击该功能块，弹出Function Block窗口，定义Tag Comment、Lvl等内容,点击应用/确定。5、生成一个RATIO模块KIC001，点击确定。6、在Con

30、trol Drawing Builder窗口上，点击Function Block/Link Block/PIO/OK，把PIO放到控制图上，定义为%Z011101,依次定义第二个为%Z011102，第三个为%Z011103，第四个为%Z011104，第五个为%Z011105。7、点击Wiring按钮，点击功能块一个×号，再双击另一个功能块的×号进行连接如下图。SET设定的方法是：双击选中IN，输入 SET。(四)、 趋势窗口组态1、双击HIS1064，点击CONFIGURATION/TR0001/鼠标右键/Properties,弹出Properties窗口。定义Trend

31、Format为Continues and Rotary Type，定义Sampling Period为1 Second，点击确认。2、双击TR0001，弹出Trend Acquisition Pen Assignment Builder窗口。点击Group01，在Acquisition Data处定义（PIC001.SV,PIC001.PV,PIC001.MV,FIC001.MV,FIC001.PV,FIC002.PV,FIC002.MV,KIC001.SV）点击Save/File/Exit Trend Acquisition Pen Assignment Builder。（五）、分组窗口组态

32、1、点击WINDOWS，双击CG00012、点击鼠标左键选择第一块仪表面板，点击鼠标右键/Properties，弹出Instrument Diagram窗口。将Instrument Diagram中的工位号定义为PIC001，点击Apply/OK。3、选择第二块仪表面板，将Instrument Diagram中的工位号定义为FIC001，点击Apply/OK 。4、选择第三块仪表面板，将Instrument Diagram中的工位号定义为FIC002，点击Apply/OK 。5、选择第四块仪表面板，将Instrument Diagram中的工位号定义为KIC001，点击Apply/OK 。6、

33、最后，点击File/Save/File/Exit Graphic Builder。（六）、组态测试1、在System View窗口中，点击生成项目的FCS0101/FCS/Test Function，进入测试状态。2、在Test Function窗口中，点击Tool/Wiring Editor。3、点击File/Open/DR0001.wrs/打开。4、在Lag中，回路都输入10，修改如下。5、点击File/Download/OK，并将窗口最小化。6、点击系统信息区的NAME，输入“CG0001”。点击OK，弹出CG0001窗口。分别点击PIC001,FIC001,FIC002,KIC001面

34、板，点击Toolbox/Tuning Panel,调出调整画面。7、在PIC001的调整画面中，点击仪表图，设定P=150、I=20,然后关闭窗口；对FIC001,FIC002,KIC001做相同的操作。8、 FIC001的运行方式设定为CAS（点击CG0001中的FIC001仪表图的MAN，选择即可）。PIC001的运行方式设定为AUT, FIC002的运行方式设定为AUT ,KIC001的运行方式设定为AUT。9、 在NAME中输入TG0101，点击OK，弹出趋势窗口TG0101，观察趋势的变化如下图所示。稳定后加一上阶跃九、 组态王仿真测试新建一个工程1.定义外部设备在组态王工程浏览器树型目录中，选择设备，在右边的工作区中出现了“新建”图标, 双击此“新建”图标，弹出“设备配置向导”对话框，选择如图。单击“下一步”，弹出对话框，取名“PLC”: 单击“下一步”,弹出如图所示对话框选择COM1单击“下一步”，弹出设备地址对话框单击“下一步”，弹出通信参数对话框，设置如下：单击“下一步”，系统弹出信息总结对话框检查各项设置正确，确认完成。2.数据词典中定义数据变量3.创建监控中心画面生成的画面如图：通过应用