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案例详细
标题石灰石-石膏湿法烟气脱硫（FGD）控制系统方案设计
技术领域
行业
简介本文叙述了对脱硫控制系统的设计方案，提高了信号传输的精度、准确性以及系统的可靠性和扩展性。设计方法具有先进、易于扩展和运行安全可靠等特点。实际运行表明该系统达到了非常令人满意的效果。 关 键 词：FGD，结构设计，控制系统，精度
内容
1.    引言
        近十年来，随着中国电力事业的飞速发展，电力环保越来越引起人们的关注。根据规划，到「十一五」末，中国火电装机将达到四点七七三亿至五点零三三亿千瓦，需要燃烧煤炭十三点五亿吨。耗煤量的大量增加，使严格控制燃煤产生的排放成为电力事业发展的一个重要组成部分。
从排放角度看，煤燃烧产生二氧化硫，是形成酸雨的主要原因，使用石灰石－石膏湿法脱硫可以很好的实现对二氧化硫排放量的控制
 
2.    脱硫系统控制概述
        在设计整体上，采用了＃1、＃2炉、公用系统的结构设计。这样既可以降低成本也符合自动化公化的故障分散的原则。系统工艺流程图如图1所示：


图1 石灰/石灰石湿法脱硫工艺流程图

         在系统的硬件和软件配置上，采用采用目前工业控制工程上十分成熟和应用广泛，达到国际先进水平的两级微机控制系统方案。下位机采用FOXBORO公司生产的I/A Series系列DCS。下位机（DCS）将完成系统的PH值控制、时间控制以及PID的闭环调节，完成各种报警信号的准确采集和报出。
        上位机采用Sun公司的Sun Blade550工业控制计算机，上位机软件采用ICC＋FoxView人机界面系统，通过这种人机接口软件实现3个系统的各个模拟量的数字显示，实时曲线描述和历史数据存储和调用，并能够作出故障诊断和预处理。可完成上位机的手、自动操作以及各个设备运行状态的实时监视；可完成各个调节回路的参数设定（给定值、P、I、D参数等）；可以描述整个脱硫的生产的总工艺流程画面；同时具有先进的后台运行和前他出发优先级设置、报警功能和报警记录、打印等功能。
        用上位机进行监控后，操作人员可以在上位机上观察到各炉的运行情况，及时的采用相应的措施，同时上位机可以存储大量的数据，管理者可以随时查阅过去所有的运行曲线。
 
1.    控制要求
⑴ 用I/A Series FBM模块实现现场信号的无故障传输，现场检测设备、执行器、调节阀、变频器等不变。
⑵ 整个系统分为：手动状态、自动状态。保留手动状态是为了在系统出故障的情况下，可以通过手动状态保证整个系统的正常运转。
⑶ 确保重要参数准确稳定，达到工艺生产要求。
⑷ 确保重要的PID控制回路，达到工艺生产要求。
⑸ 重要控制参数采用语音报警器报警。
⑹ 上位机采用Sun Blade150工业控制计算机，对整个脱硫系统进行动态监控管理，故障报警输出，趋势显示，参数设定和报表打印。
 
1.    系统硬件构成
根据以上要求，我们设计了脱硫监控系统，系统网络结构图如图2所示。


图2 系统网络结构图

4.1主要硬件配置：
采用FOXBORO公司的I/A Series系列DCS，根据系统的稳定性和信号冗余要求，DCS总体配置如下：
⑴ 中央处理模块（CPU）：选用CP60系列控制器3组（2块/组），实现冗余配置。
⑵ 数字量输入模块（DI）：选用FBM 207（DI16×DC24V），共88块（16点块），处理1137点输出信号。
⑶ 数字量输出模块（DO）：选用FBM 242（DO16×DC24V/0.5A），共一块（16点/块），处理652点输出信号。
⑷ 模拟量输入模块（AI）：选用FBM 201共25块（8点/块），处理166点输入信号。
⑸ 模拟量输入模块（AO）：选用FBM 204，共4块（8点/块），处理16点输出信号。
⑹ 温度模块：选用RTD，17块，处理103点信号。
⑺ 通信模块：选用FCM 10E，12块。DCS采用了10个机柜，借助通信底板和通信模块来实现数据传递。
 
4.2上位机配置
    上位机采用4台Sun Blade150 工业计算机：CPU为PⅢ-550MHz，128M内存，20G硬盘，21.4寸LED显示器。上位机以TCP-IP协议与系统通讯模块连接。
 
1.    软件控制实现
     烟气脱硫计算机监控系统的软件主要有两个部分：DCS监控软件和上位机人机操作界面软件。
 
5.1 DCS监控软件的实现
     DCS监控软件主要用I/A Series ICC编程软件来实现，语句表、梯形图、功能块三种编程方式相结合来完成。
根据系统要求，我们设计了以下几种模块：
⑴ Calc（功能）模块：主要用于完成常规PID计算和温度控制的PID计算。
⑵Valve、Motor模块：用于实现对单体设备的调控,例如单体Motor模块逻辑程序为：
cst
or bi01 bi03 ; stack 1
and bi02 bi12 ; stack 2
or 2 ;stack 1
stm m01 ; start request 1, stack 1
and bi04 ~bi13 ; stack 2
stm m02 ;stack 2
and m01 ~m02 ;2
out bo02 ; start failed ; 2
and m01 m02 ;stack 1
stm m04 ; start set, stack 1
or m08 bi05 ; 2
or bi11 m11
or 2;start reset ; 2
mrs ; 1
stm m05 ;start request ; 1
and m05 ~bo05 ; 2
out bo01 ;start command ; 2
and bi07 bi12 ; 2
or bi06 bi08 ;3
or 2 ; 2
stm m06 ; 2
and bi09 ~bi13 ; 3
stm m07 ; 3
and 2 ; 2
stm m08 ; stop set, 2
or m04 bi10
or bi11 m11
or 2; stop reset, 3
mrs ; 2
stm m09 ; stop request, 2
and m09 ~bo05; 3
out bo03 ;stop command, 3
and m06 ~m07 ; 3
out bo04 ; stop failed, 3
or m05 m09; 1
don 10 ;device fault 1
stm m10 ;timeout
and bi05 bi10 ;device fault 2
or 2
or m04 m08
mrs
or bi13
out bo05
lac m10
or m04 m08
mrs
stm m11
end
⑶AI、AO、DI、DO（背景数据块）模块：用于实现数据通信、数据采集，下传数据处理、模拟量输出等功能。
⑷GC（组织块）模块：用于调用以上各种模块来完成对整个系统功能组，子组的运行的调控，实现报警，预测等功能。
 
5.2 上位机人机界面软件功能的实现
    人机接口软件FoxView功能强大，操作简便，利用它可以开发出颇具人性化的人机操作界面。使用时操作简便，可设置密码，限制用户操作级别。根据系统的需要，并考虑到操作员的习惯，我们设计了以下几个主要界面：
（1） 主画面：用以显示系统全图，包括浆液密度、温度、PH值、石膏厚度的显示，还可观察到风机、闸板、电机机等的工作状态。
（2）状态画面：包括＃1系统、＃2系统、公用系统的状态。显示增压风机、石灰石湿磨、供浆系统、石膏排出系统、旁路烟道、增压风机风机、阀门、电机的工作状态，以及运行时间、输出功率、报警信号等等。＃1吸收塔系统状态画面如图3所示：


（3）修改参数画面：操作手可以修改温度、设定PH值、供浆流量、阀门开度、电机转速等的参数。
（4） 报警画面：在语音报警同时，弹出报警框，提示报警位置，并作历史记录。
（5）历史曲线画面：实时趋势的画面可动态显示参数的变化曲线，历史趋势画面可保留30天的参数变化曲线，并都可打印输出。
（6）温度画面：显示＃1系统、＃2系统、公用系统的各个温度参数。
 
6. 结语
        本文提出了智能优化、过程控制和过程管理三层结构组成的石灰石－石膏湿法烟气脱硫（FGD）控制系统，从而实现了对烟气脱硫的优化控制和管理，保证了系统的远程监控和稳定运行。
         系统已在某电厂成功应用，运行期间系统稳定，其效率 96％，并在远超初始设计工况（烟气含硫量3000 ）的情况下，仍能保证其稳定运行。
         实践证明了整个系统设计合理、操作简单、信号传输精确、系统运行可靠，达到了令人满意的效果。此外，此系统还可以应用于其他控制工程方面，有很高的推广价值。
 
参考文献：
[1].    何克忠，李伟编，计算机控制系统．北京：清华大学出版社，2003年
[2].    鄢景华主编，自动控制原理．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000年
[3].    常斗南，李全利，张学武编，可编程控制器原理，应用，实验，机械工业出版社
[4].    FOXBORO I/A Series模板规范，FOXBORO公司
[5].    脱硫控制系统装置说明，国电龙源环保公司
[6].    汪道辉主编. 逻辑与可编程控制系统. 北京：机械工业出版社，2004
[7].    钟肇新. 可编程控制器原理及应用. 广州：华南理工大学出版社，2002
[8].    何衍庆等编. 集散控制系统原理及应用. 北京：化学工业出版社，2002
[9].    现代控制工程，[美]Katsuhiko Ogata,电子工业出版社，1999
[10].              严隽薇，严隽永.计算机实时控制软件设计导论，北京:清华大学出版社，1990
 

 
附作者简历：
李亘军（1982 - ），男，山西人，硕士研究生，研究方向为电力系统及其自动化。