換熱機(jī)組自控方案

本方案介紹了嵌入式可編程控制器在換熱站自控系統(tǒng)中的應(yīng)用。嵌入式可編程控制器除了用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)采集和處理以外，還用來(lái)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化設(shè)備的控制。此外，工控組態(tài)軟件作為一種標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)界面被用于監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。本系統(tǒng)中基于軟件和硬件的執(zhí)行情況將在文中作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述。
　　
1換熱站自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

該換熱站主要由二臺(tái)汽水換熱器組成的換熱系統(tǒng)，四臺(tái)循環(huán)水泵組成的循環(huán)水系統(tǒng)及兩臺(tái)補(bǔ)水泵組成的補(bǔ)水系統(tǒng)來(lái)構(gòu)成。根據(jù)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)要求，換熱首站的自控系統(tǒng)采用典型的兩級(jí)監(jiān)控方式。上位機(jī)以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）作為主要的人機(jī)界面（HMI），為生產(chǎn)管理級(jí)，完成對(duì)下位機(jī)的監(jiān)控、生產(chǎn)操作管理等，主要面向操作人員；下位機(jī)由威控科技嵌入式可編程控制器－－RTU-6600構(gòu)成，為基礎(chǔ)測(cè)控級(jí)，完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集及過(guò)程控制等，面向生產(chǎn)過(guò)程。　　
　　
（1）在生產(chǎn)過(guò)程中，存在大量的物理量，如壓力、溫度、流量等模擬量參數(shù)。需要通過(guò)RTU-6600對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理。
　　
（2）換熱首站的自動(dòng)控制，即實(shí)現(xiàn)整個(gè)進(jìn)汽和供水過(guò)程的全自動(dòng)控制，進(jìn)行故障診斷，并在監(jiān)控畫(huà)面上顯示各工況參數(shù)并控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。
　　
（3）根據(jù)本地的氣候條件以及供熱對(duì)象的特性，給出一條室外溫度與二次供水溫度之間的對(duì)應(yīng)曲線。控制器可以通過(guò)這條曲線根據(jù)室外溫度傳感器測(cè)量的室外溫度對(duì)一次供汽流量進(jìn)行控制，已達(dá)到對(duì)二次供水溫度的控制。此設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于能夠通過(guò)室外溫度對(duì)二次供水的溫度進(jìn)行控制，以達(dá)到節(jié)省能源，提高供熱質(zhì)量的目的。另外在控制器中增加晚間節(jié)能的設(shè)置，根據(jù)需要設(shè)置晚間供熱溫度。
　　
（4）自控系統(tǒng)通過(guò)加入時(shí)間日程表的控制，實(shí)現(xiàn)一天當(dāng)中不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)不同的溫度。
　　
（5）通過(guò)采用壓力傳感器、控制器以及變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)二次供水壓力的控制，由于RTU-6600可編程的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)變頻器的低頻限制，以避免變頻器、水泵長(zhǎng)時(shí)間在低頻運(yùn)行，從而保護(hù)電機(jī)及變頻器。當(dāng)一臺(tái)補(bǔ)水泵無(wú)法通過(guò)變頻補(bǔ)水達(dá)到所要求的壓力時(shí)，控制器可使另一臺(tái)備用泵以工頻的方式進(jìn)行補(bǔ)水。最終實(shí)現(xiàn)更加智能化的恒壓補(bǔ)水控制。
　　
（6）對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可采用手操器控制，確保進(jìn)汽和供水的溫度、壓力準(zhǔn)確穩(wěn)定，使換熱溫度達(dá)到用戶的要求，并對(duì)其故障實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警和連鎖啟停切換控制。以1#換熱器為例，具體調(diào)節(jié)控制單元如下：
　　
①1#換熱器二次供水溫度調(diào)節(jié)控制回路
　　主要功能:通過(guò)控制1#換熱器一次蒸汽管網(wǎng)入口蒸汽調(diào)節(jié)閥CV-101A實(shí)現(xiàn)1#換熱器二次側(cè)熱水出口溫度的自動(dòng)控制。
　　控制回路名稱:TIC-101A
　　過(guò)程變量:TI-202A(1#換熱器二次供水溫度)
　　控制輸出:CV-101A(1#換熱器一次蒸汽調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)信號(hào))
　　
②1#換熱器冷凝水水位調(diào)節(jié)控制回路
　　主要功能:通過(guò)控制1#換熱器冷凝水排水調(diào)節(jié)閥CV-301A實(shí)現(xiàn)1#換熱器冷凝水水位的自動(dòng)控制。
　　控制回路名稱:LIC-301A
　　過(guò)程變量:LI-301A(1#換熱器冷凝水水位)
　　控制輸出:CV-301A(1#換熱器冷凝水排水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)信號(hào))
　　
③補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)控制回路
　　主要功能:通過(guò)控制補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥CV-302實(shí)現(xiàn)二次回水壓力的定壓自動(dòng)控制。
　　控制回路名稱:FIC-302
　　過(guò)程變量:PI-204(次回水壓力/泵入口)
　　控制輸出:CV-302(二次回水補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)信號(hào))

④二次供水壓力調(diào)節(jié)控制回路
　　主要功能:通過(guò)控制循環(huán)水泵變頻器轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)二次供水壓力的定壓自動(dòng)控制。
　　控制特性:
　　變頻器最小轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的20%(10Hz)。
　　控制偏差為±0.625%(±0.01MPa)
　　待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后將1#/2#補(bǔ)水泵調(diào)節(jié)回路設(shè)為自動(dòng)控制。
　　控制回路名稱:BPQ2
　　過(guò)程變量:PI-203(二次供水壓力/換熱器出口總管)
　　控制輸出:2BPQ-F(1#/2#循環(huán)水泵變頻器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào))
　　
⑤二次回水壓力自動(dòng)控制回路
　　主要功能:通過(guò)控制疏水水泵變頻器轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)二次回水壓力自動(dòng)定壓控制。
　　控制特性:
　　當(dāng)二次回水壓力低于0.46MPa時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)變頻器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水,當(dāng)壓力達(dá)到額定值時(shí)變頻器穩(wěn)定在某轉(zhuǎn)速恒定運(yùn)行,系統(tǒng)穩(wěn)定后可手動(dòng)停止變頻器運(yùn)行。
　　為避免變頻器在達(dá)到額定壓力時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的情況,控制死區(qū)寬度設(shè)置為1.6×±0.625%=±0.01MPa,即當(dāng)測(cè)量壓力與設(shè)定壓力出現(xiàn)±0.01MPa誤差時(shí),變頻器轉(zhuǎn)速恒定不變。
　　變頻器最小轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的20%(10Hz)。
　　待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后將1#/2#補(bǔ)水泵調(diào)節(jié)回路設(shè)為自動(dòng)控制。
　　控制回路名稱:BPQ1
　　過(guò)程變量:PI-204(二次回水壓力/濾污器出口)
　　控制輸出:1BPQ-F(1#/2#疏水泵變頻器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào))
　　
（7）該換熱首站監(jiān)控系統(tǒng)共需處理72個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)、64個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)、48個(gè)模擬量輸入點(diǎn)和10個(gè)模擬量輸出點(diǎn)。
　　
（8）可使運(yùn)行操作人員通過(guò)上位機(jī)中的視頻窗口實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況。
　　按照上述設(shè)計(jì)要求，整個(gè)換熱首站自控系統(tǒng)可具有良好的自適應(yīng)能力，完全可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、高效節(jié)能的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
　　
　　3系統(tǒng)選型及特點(diǎn)
　　
　　為了滿足上面提到的換熱首站自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，我們選用北京威控RTU-6600嵌入式可編程控制器和沈陽(yáng)鷺島的12寸人機(jī)界面GR12T-BO構(gòu)成的自控系統(tǒng)，再配以先進(jìn)的組態(tài)王監(jiān)控軟件，來(lái)實(shí)現(xiàn)換熱首站自控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。
　　
當(dāng)前嵌入式可編程控制器是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制單元，已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心位置，它不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，還能完成各種順序或定時(shí)的閉環(huán)控制功能，并且抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好、體積小，能在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間、不間斷運(yùn)行，且編程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，可方便各級(jí)連接。
　　
RTU-6600采用嵌入式結(jié)構(gòu)、適合密集安裝，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。在一塊機(jī)架底板上可安裝電源、CPU、I/O模板、通信處理器CP等模塊，并且可以通過(guò)接口模塊實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)架的擴(kuò)展工作方式。根據(jù)要求本系統(tǒng)所選用的硬件產(chǎn)品，如下所示：
　　
（1）人機(jī)界面GR12T-BO

參數(shù)表：

CPU