畢業(yè)設(shè)計---煙氣脫硫工藝過程控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　煙氣脫硫工藝過程控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　誠信承諾書</b></p><p>　　本人鄭重承諾：我所呈交的畢業(yè)設(shè)計《煙氣脫硫工藝過程控制系統(tǒng)設(shè)計》是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點和材料，均在文后按順序

2、列出其參考文獻(xiàn)，設(shè)計使用的數(shù)據(jù)真實可靠。</p><p>　　承諾人簽名： </p><p>　　日期： 年 月 日</p><p>　　煙氣脫硫工藝過程控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著國家對環(huán)境

3、保護(hù)的日益重視，有效地控制二氧化硫的污染已成為國家規(guī)劃的一部分。本文在眾多煙氣脫硫方法中，選擇了常用的濕式石灰石煙氣脫硫技術(shù)，并對煙氣脫硫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和原理進(jìn)行介紹。根據(jù)濕式石灰石煙氣脫硫工藝及方案，文中給出以參與采集數(shù)據(jù)與過程控制的可編程控制器（PLC）為現(xiàn)場控制級，通過以太網(wǎng)技術(shù)搭建集散式控制系統(tǒng)，并以MCGS組態(tài)軟件實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案。其中，針對濕式石灰石-石膏煙氣脫硫過程具有的大慣性、時滯，非線性等特點，利用PLC的PID

4、算法實現(xiàn)煙氣脫硫中的吸收塔ph控制與流量控制。MCGS作為上位機軟件提供友好的用戶界面，實現(xiàn)了運行參數(shù)流程與列表數(shù)據(jù)顯示。</p><p>　　關(guān)鍵詞：集散控制系統(tǒng) 可編程控制器 組態(tài)軟件 PID控制</p><p>　　THE DESIGN OF WET FLUE GAS DESULFURIZATION PROCESS CONTROL SYSTEM</p><p>

5、;<b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Since the authority gradually emphasized much on the environmental protection, the control of the SO2 emission had been further rigidified as a part of the state agend

6、a. [12] A wet flue gas desulfurization process which shares the widespread popularity, is presented among flue gas desulfurization technologies, and the structure, and principium of flue gas desulfurization system is als

7、o introduced. Base on limestone/gypsum wet flue gas desulfurization process character and feature, an implementat</p><p>　　Key words: Distributed Control System Programmable Logic Controller Configuration

8、software PID controller</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要Ⅰ </b></p><p>　　ABSTRACTⅡ</p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　

9、1.1煙氣脫硫控制的意義1</p><p>　　1.2煙氣脫硫技術(shù)的概述與選擇1</p><p>　　1.3煙氣脫硫的前景2</p><p>　　1.4煙氣脫硫的發(fā)展?fàn)顩r2</p><p><b>　　2系統(tǒng)分析3</b></p><p><b>　　2.1工作原理3<

10、/b></p><p>　　2.1.1工藝流程3</p><p>　　2.2系統(tǒng)方案的比較5</p><p><b>　　2.3系統(tǒng)組成6</b></p><p>　　2.3.1濕式煙氣脫硫主要系統(tǒng)功能及設(shè)備6</p><p>　　2.4 可編程序邏輯控制器（PLC）介紹8<

11、/p><p>　　2.5 集散控制系統(tǒng)（DCS）簡述9</p><p>　　2.6 本設(shè)計主要任務(wù)10</p><p>　　3系統(tǒng)控制設(shè)計11</p><p>　　3.1 控制原理11</p><p>　　3.1.1 控制原理概述11</p><p>　　3.1.2 控制原理的分析與選擇

12、11</p><p>　　4系統(tǒng)硬件設(shè)計14</p><p>　　4.1 集散系統(tǒng)設(shè)計14</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)功能總設(shè)計14</p><p>　　4.2 集散控制系統(tǒng)構(gòu)成14</p><p>　　4.3 PLC設(shè)備的選型15</p><p>　　4.3.1 PLC機的

13、選擇15</p><p>　　4.3.2 PLC機的設(shè)置15</p><p>　　4.4 ph變送器、流量變送器的選擇17</p><p><b>　　5軟件設(shè)計18</b></p><p>　　5.1軟件設(shè)計18</p><p>　　5.1.1 軟件總體功能18</p>

14、<p>　　5.1.2 控制功能的完成18</p><p>　　5.2 軟件的采集控制部分18</p><p>　　5.2.1 PLC的PID算法18</p><p>　　5.3 PLC程序輸入輸出表20</p><p>　　5.4 MCGS系統(tǒng)組態(tài)軟件21</p><p>　　5.4.1 MCG

15、S簡介21</p><p>　　5.4.2工程建立22</p><p>　　5.4.3 MCGS與PLC的通信25</p><p><b>　　6結(jié)論28</b></p><p>　　6.1本文的結(jié)論28</p><p>　　6.2本文的說明28</p><p>

16、;　　6.3本課題的展望28</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　附錄30</b></p><p><b>　　謝辭42</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><

17、;p>　　1.1煙氣脫硫控制的意義</p><p>　　硫污染問題最早是發(fā)達(dá)國家面臨的突出問題。工業(yè)革命以后，以煤炭火力發(fā)電廠為主，給空氣環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染。如上世紀(jì)50年代英國的倫敦?zé)熿F事件，北歐和美國酸雨對于森林和湖泊的破壞，紛紛引起了發(fā)達(dá)國家對于能源結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的環(huán)境污染的治理[1]。我國能源消費結(jié)構(gòu)以煤為主，是世界第一大煤炭生產(chǎn)和消費國。2005年，我國煤炭消費量為21.4億噸，占一次能源消費總量的6

18、8.7%，大量燃燒煤炭造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。據(jù)統(tǒng)計，全國二氧化硫排放總量的90%是由燃煤造成的，二氧化硫污染已成為主要的大氣污染源，有三分之一的國土面積受到酸雨污染，生態(tài)環(huán)境、大氣質(zhì)量問題突出，已嚴(yán)重影響我國經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生命健康[1]。</p><p>　　隨著城市化、現(xiàn)代化以及工業(yè)的發(fā)展，國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展 ,我國生產(chǎn)生活用電需求量、對能源的需求量也在迅速增長。能源的大量消耗，將會導(dǎo)致大量SO2及硫的

19、污染物的生成 ,對我們以及我們賴以生存的環(huán)境產(chǎn)生了深刻的影響和損害。目前，隨著人們環(huán)保意識的增強和國家排污總量收費政策，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)等環(huán)保政策的強制執(zhí)行，燃煤電廠SO2排放的治理已勢在必行[2]。能源生產(chǎn)部門既要實施高能高效的生產(chǎn)，同時也要滿足該領(lǐng)域的環(huán)保指標(biāo)，承擔(dān)起經(jīng)濟發(fā)展中對環(huán)境不可推脫的責(zé)任。煙氣脫硫，是一種應(yīng)對能源燃燒生產(chǎn)中帶來的污染的技術(shù)。成功的煙氣脫硫技術(shù)，為人們在生活與發(fā)展中堅持人與自然的和諧提供了技術(shù)上的支持

20、；同時也推進(jìn)在工業(yè)、生產(chǎn)等領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。</p><p>　　1.2 煙氣脫硫技術(shù)的概述與選擇</p><p>　　煙氣脫硫技術(shù)有:克勞斯法、石灰石-石膏法和今年來興起的循環(huán)流化床等脫硫方法。目前，煙氣脫硫技術(shù)(Flue Gas Desulfurization，簡稱FGD)又可分為濕法、干法、半濕法。</p><p>　　表1.1 常用脫硫方法特點比較</

21、p><p>　　濕法脫硫是國際脫硫領(lǐng)域的主流，占全世界現(xiàn)有煙氣脫硫裝置總量的85% 左右，在電廠、冶金、化工行業(yè)一直占據(jù)中國大約80%的江山。當(dāng)前已開發(fā)的濕法煙氣脫硫技術(shù)主要有石灰石/石灰法、鈉堿法、氨吸收法、氧化鎂法等,其中石灰石/石灰法，占整個濕法煙氣脫硫技術(shù)的36.7%[3]。</p><p>　　干法煙氣脫硫工藝均在干態(tài)下完成，無污水排放，煙氣無明顯溫降，設(shè)備腐蝕較輕，但存在脫硫效率低

22、，反應(yīng)速度慢，石灰石利用率較低等問題[4]。</p><p>　　而濕式石灰石-石膏脫硫方法是三種脫硫方法（濕法、干法、半干法）中技術(shù)最成熟、實際應(yīng)用最多、運行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝，也是現(xiàn)今發(fā)展較完善、用戶較廣泛的脫硫技術(shù)[5]。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)最早是由英國皇家化學(xué)工業(yè)公司提出的，經(jīng)過近三十年的發(fā)展，目前它已成為世界上技術(shù)最成熟，實用業(yè)績最多，運行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝，脫硫率在90%以上。該方法脫硫

23、的基本原理是用石灰石漿液吸收煙氣中的SO2，先生成亞硫酸鈣，然后亞硫酸鈣被氧化為硫酸鈣，因而分為吸收和氧化兩個過程，副產(chǎn)品石膏可回收利用，亦可拋棄處置。</p><p>　　采用石灰石-石膏濕法脫硫的優(yōu)點：技術(shù)成熟可靠，脫硫效率高達(dá)95%以上，有利于地區(qū)和電廠實行總量控制；單塔處理煙氣量大，SO2脫除量大；適用于任何含硫量的煤種的煙氣脫硫；物質(zhì)傳遞能力的增強，可一定程度地降低了系統(tǒng)的成本，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計煙氣流速達(dá)到4.

24、0m/s；對鍋爐負(fù)荷變化的適應(yīng)性強（30%~100%BMCR）；設(shè)備布置緊湊減少了場地需求；處理后的煙氣含塵量大大減少；吸收劑(石灰石)資源豐富，價廉易得；脫硫副產(chǎn)物（石膏）便于綜合利用，經(jīng)濟效益顯著[11]。</p><p>　　1.3煙氣脫硫的前景</p><p>　　隨著國家有關(guān)控制SO2排放的行政法令政策與標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格且逐步完善，加大行政政策指導(dǎo)作用，帶動政府、企業(yè)及生產(chǎn)工業(yè)聯(lián)合行

25、動 [12]。根據(jù)《火電廠煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備國產(chǎn)化規(guī)劃要點》、《關(guān)于加快火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的若干意見》，燃用含硫量>=2%或大容量機組(>=200MW)電廠建設(shè)脫硫裝置時必須配備煙氣脫硫系統(tǒng)。2004年全國燃煤機組裝機容量為3.05億千瓦，煙氣脫硫機組容量為0.27億千瓦，投資按700元/KW計算，需安裝脫硫裝置的火電機組保守地按2.5億KW計算，總投資 =700x2.5=1750億元。</p>&l

26、t;p>　　由此可見，電廠煙氣脫硫技術(shù)在國內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　1.4煙氣脫硫的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　20世紀(jì)中后期，主要的工業(yè)發(fā)達(dá)國家頒布了防治大氣污染的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，大大推動了煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　當(dāng)今世界，無論煙氣脫硫（Flue Gas Desulfurization，簡稱FGD）裝置發(fā)展的速度、數(shù)量和容量

27、，還是技術(shù)裝備的水平，日本美國和德國均屬于世界領(lǐng)先地位。迄今日本擁有FGD裝備1800余套，總?cè)萘砍^50000MW，其中石灰石濕法占95%以上；美國的煙氣脫硫從20世紀(jì)70年代中期開始進(jìn)入一個持續(xù)的快速發(fā)展時期，目前美國的FGD裝機容量已超過150000MW，其中石灰石濕法占92%以上；歐洲的FGD技術(shù)以德國發(fā)展最為迅速，50MW以上的燃煤鍋爐全部安裝了FGD裝置，德國90%以上的FGD裝置采用石灰石-石膏法[4]。</p>

28、;<p>　　中國有50多家脫硫公司先后引進(jìn)了德國、美國、日本等國的煙氣脫硫技術(shù)裝備，絕大部分是FGD石灰石-石膏法。國內(nèi)已經(jīng)實施和正在實施的大型火電發(fā)電機的煙氣脫硫幾乎都采用了國外的核心工藝包技術(shù)[4]。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)分析</b></p><p><b>　　2.1 工作原理 </b></p>

29、<p>　　2.1.1 工藝流程 </p><p>　　石灰石（石灰）-石膏濕法脫硫工藝系統(tǒng)主要有：煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)組成。其基本工藝流程如下： </p><p>　　鍋爐煙氣經(jīng)電除塵器除塵后，通過增壓風(fēng)機、GGH(氣體-氣體換熱器)降溫后進(jìn)入吸收塔。在吸收塔內(nèi)煙氣向上流動且被向下流動的循環(huán)漿液以逆流方式洗滌。循環(huán)漿液則通過噴漿層內(nèi)設(shè)

30、置的噴嘴噴射到吸收塔中，以便脫除SO2、SO3、HCl和HF，與此同時在“強制氧化工藝”的處理下反應(yīng)的副產(chǎn)物被導(dǎo)入的空氣氧化為石膏（CaSO4?2H2O），并消耗作為吸收劑的石灰石。循環(huán)漿液通過漿液循環(huán)泵向上輸送到噴淋層中，通過噴嘴進(jìn)行霧化，可使氣體和液體得以充分接觸。每個泵通常與其各自的噴淋層相連接，即通常采用單元制。</p><p>　　在吸收塔中，石灰石與二氧化硫反應(yīng)生成石膏，這部分石膏漿液通過石膏漿液泵排

31、出，進(jìn)入石膏脫水系統(tǒng)。脫水系統(tǒng)主要包括石膏水力旋流器（作為一級脫水設(shè)備）、漿液分配器和真空皮帶脫水機。</p><p>　　經(jīng)過凈化處理的煙氣流經(jīng)兩級除霧器除霧，在此處將清潔煙氣中所攜帶的漿液霧滴去除。同時按特定程序不時地用工藝水對除霧器進(jìn)行沖洗。進(jìn)行除霧器沖洗有兩個目的，一是防止除霧器堵塞，二是沖洗水同時作為補充水，穩(wěn)定吸收塔液位。</p><p>　　煙氣脫硫技術(shù)屬于燃燒后的脫硫。在吸

32、收塔出口，煙氣一般被冷卻到46~55℃左右，且為水蒸氣所飽和。通過氣-氣換熱器將煙氣加熱到80℃以上，以提高煙氣的抬升高度和擴散能力。</p><p>　　最后，潔凈的煙氣通過煙道進(jìn)入煙囪排向大氣。</p><p>　　脫硫過程主要反應(yīng)有吸收反應(yīng)、中和反應(yīng)和氧化反應(yīng)：</p><p>　　1. SO2 + H2O → H2SO3

33、 (2-1)</p><p>　　2. CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CO2 + H2O (2-2)</p><p>　　3. CaSO3 + 1/2 O2 → CaSO4

34、 (2-3)</p><p>　　4. CaSO3 + 1/2 H2O → CaSO3?1/2 H2O 結(jié)晶 (2-4)</p><p>　　5. CaSO4 + 2H2O → CaSO4?2H2O 結(jié)晶 (2-5)

35、</p><p>　　6. CaSO3 + H2SO3 → Ca (HSO3)2 (2-6)</p><p>　　石灰/石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝的化學(xué)原理如下，</p><p>　　1.煙氣中二氧化硫溶解于水中生成亞硫酸并離解成H¯氫離子和HSO¯離子；&

36、lt;/p><p>　　2.煙氣中的氧(由氧化風(fēng)機送入的空氣)溶解在水中，將HSO3¯氧化成SO4 2-；</p><p>　　3. 吸收劑中的碳酸鈣在一定條件下于水中生成Ca2+離子。在吸收塔內(nèi)，溶解的二氧化硫、碳酸鈣及氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成石膏(CaSO4*2H2O)。</p><p>　　由于吸收劑循環(huán)量大和氧化空氣的送入，吸收塔下部漿池中的邢化一或亞硫酸鹽

37、幾乎全部被氧化為硫酸根或者硫酸鹽，最后在CaSO4達(dá)到一定過飽和度后結(jié)晶形成石膏——CaSO4*2H2O，石膏可根據(jù)需要進(jìn)行綜合利用或者拋棄處理。</p><p>　　同時煙氣中的HCl、HF與CaCO3的反應(yīng)，生成CaCl2或CaF2。吸收塔中的pH值通過注入石灰石漿液進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，一般pH值在5.5~6.2之間。</p><p>　　圖2-1脫硫效率與煙氣進(jìn)口溫度圖</p>

38、;<p>　　脫硫效率隨吸收塔進(jìn)口煙氣溫度降低而增加。這是因為脫硫反應(yīng)是放熱反應(yīng)。進(jìn)口溫度的升高不利于脫除二氧化硫的化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。</p><p>　　實際上，石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，常采用GGH（氣體-氣體換熱器）或在吸收塔前布置噴水裝置，降低吸收塔進(jìn)口的煙氣溫度，以提高脫硫效率。</p><p>　　圖2-2脫硫效率與進(jìn)口煙氣質(zhì)量濃度關(guān)系圖</p>&l

39、t;p>　　一般認(rèn)為，當(dāng)煙氣中二氧化硫濃度升高時，有利于二氧化硫通過液漿表面向液漿內(nèi)部擴散。加快反應(yīng)速度，脫硫效率隨之升高。事實上，煙氣中二氧化硫濃度的升高對脫硫效率的影響在不同濃度范圍內(nèi)是不同的。在濕式煙氣脫硫裝置和Ca / S一定的情況下，隨二氧化硫濃度升高，脫硫效率存在一個峰值。</p><p>　　鍋爐煙氣經(jīng)過高效靜電除塵器后，煙氣中飛灰濃度仍然較高，一般在100~300㎎/ m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。經(jīng)過

40、吸收塔洗滌后，煙氣中絕大部分飛灰留在了漿液中。漿液中的飛灰在一定程度上阻礙了石灰石的消溶，降低了石灰石的消溶速率，導(dǎo)致漿液ph降低，脫硫效率下降。同時，飛灰中溶出的一些重金屬如汞、鎂、鋅等離子會抑制鈣離子與HSO3¯的反應(yīng)，進(jìn)而影響脫硫效果。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)方案的比較</p><p><b>　　圖2-3工藝流程圖</b></p>

41、;<p>　　上圖是一種應(yīng)用較廣泛的石灰石濕法煙氣脫硫工藝流程。工藝流程特點是，用在吸收塔前面布置的預(yù)洗漂塔。一方面，降低主吸收塔的進(jìn)口煙氣溫度，以利于石灰石漿液吸收二氧化硫；另一方面，用以除去飛灰、HCl和HF。以確保石灰石的消溶速率和脫硫效率，同時可以保證石膏的質(zhì)量良好和穩(wěn)定。煙氣在預(yù)洗漂塔中冷卻到50攝氏度左右，并被水蒸氣飽和，然后進(jìn)入吸收塔脫除二氧化硫。凈煙氣以煙囪排出。脫硫風(fēng)機布置在系統(tǒng)進(jìn)口，系統(tǒng)為正壓運行。這流

42、程在美國廣為采用[4]。</p><p><b>　　圖2-4工藝流程圖</b></p><p>　　上圖是另一種石灰石濕法煙氣脫硫工藝。圖中脫硫風(fēng)機布置在系統(tǒng)進(jìn)口，濕式煙氣脫硫(FGD)裝置正壓運行。系統(tǒng)中設(shè)置換熱器，由除塵器來的煙氣經(jīng)脫硫風(fēng)機增壓后，進(jìn)入換熱器與來自吸收塔的凈煙氣進(jìn)行熱交換，一方面將含有較高二氧化硫濃度的高溫?zé)煔饨禍?，以利于石灰石漿液吸收二氧化硫；

43、另一方面，將來自吸收塔的凈煙氣加熱，以利于煙氣抬升和污染物的運輸及擴散。降溫后的煙氣進(jìn)入吸收塔。由制漿系統(tǒng)制成滿足工藝需要的石灰石漿液，由石灰石漿液泵輸送至吸收塔。在吸收塔內(nèi)石灰石漿液與煙氣中的二氧化硫發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。凈化后的煙氣再經(jīng)換熱器排出脫硫裝置。由于亞硫酸鈣不穩(wěn)定，需進(jìn)一步經(jīng)氧化系統(tǒng)氧化成穩(wěn)定的硫酸鈣。硫酸鈣結(jié)晶生成石膏。石膏漿液經(jīng)石膏脫水系統(tǒng)制成石膏產(chǎn)品。</p><p&

44、gt;　　這工藝流程應(yīng)用最為廣泛。目前，在我國燃煤電站石灰石濕法脫硫（FGD）裝置中均采用[4]。</p><p>　　本設(shè)計就是采用第二個模型設(shè)計的。</p><p><b>　　2.3 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　2.3.1 濕式煙氣脫硫主要系統(tǒng)功能及設(shè)備</p><p>　　1.石灰石漿液制備系統(tǒng)<

45、/p><p>　　制備并提供滿足吸收塔要求的石灰石漿液。</p><p>　　石灰石漿液制備系統(tǒng)的主要設(shè)備包括石灰石儲倉、球磨機、石灰石漿液罐和漿液泵。</p><p><b>　　2.煙氣系統(tǒng) </b></p><p>　　為脫硫運行提供煙氣通道，進(jìn)行煙氣脫硫裝置的投入和切除，降低吸收塔入口的煙氣溫度和提升凈化煙氣的排煙溫

46、度。煙氣系統(tǒng)主要設(shè)備包括煙道、煙氣擋板、脫硫增壓風(fēng)機和氣-氣加熱器（GGH，即煙氣換熱器）等關(guān)鍵設(shè)備。吸收塔入口煙道及出口至擋板的煙道，煙氣溫度較低，煙氣含濕量較大，容易對煙道產(chǎn)生腐蝕，需進(jìn)行防腐處理。</p><p>　　煙氣擋板是脫硫裝置進(jìn)入和退出運行的重要設(shè)備，分為濕式煙氣脫硫主煙道煙氣擋板和旁路煙氣擋板。前者安裝在濕式煙氣脫硫系統(tǒng)的進(jìn)出口，它是由雙層煙氣擋板組成，當(dāng)關(guān)閉主煙道時，雙層煙氣擋板之間連接密封空

47、氣，以保證濕式煙氣脫硫系統(tǒng)內(nèi)的防腐襯膠等不受破壞。旁路擋板安裝在原鍋爐煙道的進(jìn)出口。當(dāng)濕式煙氣脫硫系統(tǒng)運行時，旁路煙道關(guān)閉，這時煙道內(nèi)連接密封空氣。旁路煙氣擋板設(shè)有快開機構(gòu)，保證在濕式煙氣脫硫系統(tǒng)故障時迅速打開旁路煙道，以確保鍋爐的正常運行。</p><p>　　經(jīng)濕法脫硫后的煙氣從吸收塔出來一般在46~55℃左右，含有飽和水汽、殘余的SO2、SO3、HCl、HF、NOx，其攜帶的SO42-> SO32-鹽

48、等會結(jié)露，如不經(jīng)過處理直接排放，易形成酸霧，且將影響煙氣的抬升高度和擴散。為此濕法濕式煙氣脫硫系統(tǒng)通常配有一套氣-氣換熱器（GGH）煙氣換熱裝置。氣-氣換熱器是蓄熱加熱工藝的一種，即常說的GGH。它用未脫硫的熱煙氣（一般130~150℃）去加熱已脫硫的煙氣，一般加熱到80℃左右，然后排放，以避免低溫濕煙氣腐蝕煙道、煙囪內(nèi)壁，并可提高煙氣抬升高度。另外，從電除塵器出來的煙氣溫度高達(dá)130~150℃，因此進(jìn)入濕式煙氣脫硫(FGD)前要經(jīng)過G

49、GH降溫器降溫，避免煙氣溫度過高，損壞吸收塔的防腐材料和除霧器。</p><p>　　3.二氧化硫吸收系統(tǒng) </p><p>　　通過石灰石漿液吸收煙氣中的二氧化硫，生成亞硫酸產(chǎn)物。氧化空氣將亞硫酸產(chǎn)物氧化，并以石膏的形式結(jié)晶析出。同時，由除霧器將煙氣中液滴除去。二氧化硫吸收系統(tǒng)的主要設(shè)備有：吸收塔，石灰石漿液循環(huán)泵，氧化風(fēng)機，除霧器。</p><p>　　吸收

50、系統(tǒng)的主要設(shè)備是吸收塔，它是濕式煙氣脫硫（FGD）設(shè)備的核心裝置，系統(tǒng)在塔中完成對SO2、SO3等有害氣體的吸收。濕法脫硫吸收塔有許多種結(jié)構(gòu)，如填料塔、湍球塔、噴射鼓泡塔、噴淋塔等等，其中噴淋塔因為具有脫硫效率高、阻力小、適應(yīng)性、可用率高等優(yōu)點而得到較廣泛的應(yīng)用，因而目前噴淋塔是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝中的主導(dǎo)塔型。噴淋層設(shè)在吸收塔的中上部，吸收塔漿液循環(huán)泵對應(yīng)各自的噴淋層。吸收塔循環(huán)泵將塔內(nèi)的漿液循環(huán)打入噴淋層，為防止塔內(nèi)沉淀物吸

51、入泵體造成泵的堵塞或損壞及噴嘴的堵塞，循環(huán)泵前都裝有網(wǎng)格狀不銹鋼濾網(wǎng)（塔內(nèi)）。單臺循環(huán)泵故障時，濕式煙氣脫硫系統(tǒng)可正常進(jìn)行，若全部循環(huán)泵均停運，濕式煙氣脫硫系統(tǒng)將保護(hù)停運，煙氣走旁路。</p><p>　　氧化空氣系統(tǒng)是吸收系統(tǒng)內(nèi)的一個重要部分，氧化空氣的功能是保證吸收塔反應(yīng)池內(nèi)生成石膏。氧化空氣注入不充分將會引起石膏結(jié)晶的不完善，還可能導(dǎo)致吸收塔內(nèi)壁的結(jié)垢，因此，對該部分的優(yōu)化設(shè)置對提高系統(tǒng)的脫硫效率和石膏的品

52、質(zhì)顯得尤為重要。</p><p>　　4.石膏脫水及儲存系統(tǒng) </p><p>　　將來自吸收塔的石膏漿液濃縮、脫水，生產(chǎn)副產(chǎn)品——石膏，儲存和外運。該石膏脫水儲存系統(tǒng)設(shè)備：石膏漿液排出泵，石膏漿液箱，石膏漿液泵，水力旋流器，真空皮帶脫水機，石膏儲倉。</p><p>　　水力旋流器作為石膏漿液的一級脫水設(shè)備，其利用了離心力加速沉淀分離的原理，漿液流切向進(jìn)入水力

53、旋流器的入口，使其產(chǎn)生環(huán)形運動。粗大顆粒富集在水力旋流器的周邊，而細(xì)小顆粒則富集在中心。已澄清的液體從上部區(qū)域溢出(溢流)；而增稠漿液則在底部流出(底流)。</p><p>　　真空皮脫水機將已經(jīng)經(jīng)過水力旋流器一級脫水后的石膏漿液進(jìn)一步脫水至含固率達(dá)到90%以上。</p><p>　　圖2-5煙氣脫硫系統(tǒng)組成圖</p><p>　　2.4 可編程序邏輯控制器（PLC

54、）介紹</p><p>　　可編程序邏輯控制器在早期是一種開關(guān)邏輯控制裝置，簡稱PLC (Programmable Logic Controller)。然而隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，PLC采用微處理器作為其控制核心，它的功能已不再局限于邏輯控制的范疇。PLC功能強，性能價格比高；硬件配套齊全，通用性強；編程方便，易于使用；可靠性高；設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少；體積少，功耗低[6][7]。</p>

55、<p>　　國際電工委員會IEC（International Electrical Committee）對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成

56、一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計”。 </p><p>　　1.PLC的主要功能： </p><p>　?、匍_關(guān)量控制 這是PLC最基本的功能，具有強大的邏輯運算功能，常用于取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)； </p><p>　?、谀M量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度，壓力，流量，液位等都是模擬量。而PLC中的微處理器CPU只能處理數(shù)字量，所以P

57、LC中配備了A/D,D/A 轉(zhuǎn)換模塊，把現(xiàn)場輸入的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送CPU處理，處理完的數(shù)字量結(jié)果，經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換成模擬量去控制被控設(shè)備，以完成對連續(xù)量的控制。用PLC進(jìn)行模擬量控制的優(yōu)點是，在進(jìn)行模擬量控制的同時，開關(guān)量也可以控制。這個優(yōu)點是別的控制器所不具備的，或?qū)崿F(xiàn)起來不如PLC方便； </p><p>　　③閉環(huán)過程控制 運用PLC不僅可以對模擬量進(jìn)行開環(huán)控制，還可以進(jìn)行閉環(huán)控

58、制。配置PID控制模塊，對控制過程中的某一變量（如電壓，電流，溫度等）進(jìn)行PID控制；</p><p>　?、茼樞颍ú竭M(jìn)）控制 PLC能通過移位寄存器方便完成步進(jìn)控制功能；</p><p>　?、荻〞r，計數(shù)控制 PLC為用戶提供若干定時器，計數(shù)器，實現(xiàn)定時，延時，計數(shù)；</p><p>　?、迶?shù)據(jù)處理 可進(jìn)行數(shù)字運算和數(shù)據(jù)傳送，比較，轉(zhuǎn)換等功能；</

59、p><p>　?、咄ㄐ偶奥?lián)網(wǎng) 現(xiàn)代PLC具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能，它既可以對遠(yuǎn)程I/O進(jìn)行控制，又能實現(xiàn)PLC與PLC，PLC與計算機之間的通信，從而構(gòu)成“集中管理，分散控制”的集散式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。</p><p><b>　　2.PLC的特點：</b></p><p>　?、倏煽啃愿?，抗干擾能力強</p><p>

60、　　PLC是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。在PLC的設(shè)計和制造過程中，采取了多層次抗干擾及精選元器件等措施，是PLC的平均無故障時間通常在20000小時以上，這是一般的其他電氣設(shè)備做不到的。</p><p>　　PLC在設(shè)計中能抗諸如電噪聲，電源波動，振動，電磁干擾等的干擾，能在高溫，高濕以及空氣中存有各種強腐蝕物質(zhì)粒子的惡劣環(huán)境下可靠地工作。PLC能承受電網(wǎng)電壓的變化，可直接交流市電供電

61、，直接取自電控箱電源。即使在電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作。其硬件和軟件還采用屏蔽，濾波，光電隔離和故障診斷，自動恢復(fù)，冗余技術(shù)等功能來增強PLC的可靠性。</p><p>　?、谕ㄓ眯詮?，靈活性好，功能齊全</p><p>　　由于PLC產(chǎn)品已系列化，模塊化，且軟件包齊全，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。用戶在硬件設(shè)計方面，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，不需

62、要諸如繼電器之類的固體電子器件和大量繁雜的硬接線電路。當(dāng)控制系統(tǒng)要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時，只要改變存儲器中的控制程序即可。</p><p>　?、劬幊毯唵危子诓僮骷熬S護(hù)</p><p>　　PLC一般采用易于理解和掌握的梯形圖語言及面向工業(yè)控制的控制系統(tǒng)流程圖和語句表進(jìn)行編程，形式簡練，直觀性強，廣大電氣工程人員易于接受。PLC的故障率很低，并有很強的自診斷能力，能隨時檢查出自

63、身的故障，并顯示給操作人員進(jìn)行故障排查。如果出現(xiàn)故障是PLC本身的問題，在維修時只需更換插入式模塊或其他易損壞部件即可，既方便又減少影響生產(chǎn)的時間。</p><p>　?、茉O(shè)計，安裝，調(diào)試周期短</p><p>　　用PLC完成一項控制工程時，由于硬軟件齊全，設(shè)計和施工可同時進(jìn)行。由于用戶程序大都可以在實驗室模擬調(diào)試，到生產(chǎn)現(xiàn)場時可進(jìn)行聯(lián)機調(diào)試，因此大大縮短了設(shè)計和投運周期。</p&

64、gt;<p>　　2.5 集散控制系統(tǒng)（DCS）簡述</p><p>　　集散控制系統(tǒng)(Total Distributed Control System)是利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種集中分散型控制系統(tǒng)[8]。</p><p>　　集散控制系統(tǒng)按照層次化體系功能劃分為4個級別:現(xiàn)場裝置的控制級、過程裝置的管理級、車間生產(chǎn)的操作管理級、全廠優(yōu)

65、化和經(jīng)營管理級。</p><p>　　操作人員對自動控制過程的管理則由中央控制室的操作站來完成，而各工序的自動控制過程由各控制站相對獨立地自動完成.中央操作站與各現(xiàn)場控制站一方面各自相對獨立地運行，從而將各種故障限制在局部范圍內(nèi)，極大地提高了自動控制系統(tǒng)總體的安全性和可靠性;另一方面又相互進(jìn)行實時數(shù)據(jù)通訊和信息交換 ，實現(xiàn)了操作人員在中央控制室的操作站對整個自動控制過程進(jìn)行管理和調(diào)整。</p>&l

66、t;p>　　現(xiàn)場控制站擔(dān)當(dāng)現(xiàn)場裝置的控制級。現(xiàn)場控制站的主要任務(wù)是實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制 ，因此它必需要能夠自動采集與這個工序自動控制有關(guān)的各種工藝參數(shù)(如各種工藝介質(zhì)的溫度、壓力、流量、粘度、物位高度等)以及設(shè)備的運行狀態(tài)(如閥門的開度、機泵的開停、設(shè)備震動、機械位移)等生產(chǎn)信息，然后按照事先編好的控制程序進(jìn)行大量的數(shù)值計算，最后輸出控制方案，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制;另外還要與操作站進(jìn)行實時通訊，將采集到的各種生產(chǎn)信息傳送到操

67、作站供操作人員使用，同時接收操作人員通過操作站發(fā)出的各種指令實時調(diào)整自動控制方案、優(yōu)化生產(chǎn)過程。</p><p>　　中央控制室的操作站實際上是一個人機界面，一方面把控制站采集的各種生產(chǎn)信息進(jìn)行加工處理，然后以操作人員所習(xí)慣和熟悉的各種流程畫面、生產(chǎn)報表、歷史趨勢和聲光報警等形式提供給操作人員。另一方面把操作人員的各種指令傳送給控制站對控制方案進(jìn)行調(diào)整，以優(yōu)化生產(chǎn)過程或?qū)μ厥馇闆r的緊急處理。用 PC 機 + PL

68、C 組成集散控制系統(tǒng)時， PLC +“控制應(yīng)用軟件”承擔(dān)了現(xiàn)場控制站的工作，PC+“實時監(jiān)控軟件”承擔(dān)了操作站和工程師站的工作。“控制應(yīng)用軟件”由安裝有 PLC 系統(tǒng)軟件的PC機上設(shè)計，完成后下載到 PLC ，構(gòu)成控制站?！皩崟r監(jiān)控軟件”由安裝有開發(fā)版監(jiān)控組態(tài)軟件的PC機上設(shè)計，完成后安裝到有運行版監(jiān)控組態(tài)軟件的 PC機上運行，構(gòu)成操作站和工程師站。</p><p>　　2.6 本設(shè)計主要任務(wù)</p>

69、<p>　　本設(shè)計的課題是煙氣脫硫工藝過程控制系統(tǒng)的設(shè)計，其目的是設(shè)計煙氣脫硫的控制方案實現(xiàn)煙氣脫硫，并設(shè)計硬件搭建與軟件編寫。</p><p>　　設(shè)計硬件電路的搭建，運用技術(shù)成熟、功能強大的PLC作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與控制，配以安全可靠的以太網(wǎng)技術(shù)，按照集散式控制系統(tǒng)架構(gòu)搭建系統(tǒng)。</p><p>　　根據(jù)課題要求，分別完成如下具體任務(wù)：</p><p&

70、gt;　　（1）組成煙氣脫硫工藝過程控制系統(tǒng)；</p><p>　　（2）設(shè)計出滿足工藝要求的系統(tǒng)方框圖；</p><p>　　（4）利用組態(tài)軟件對煙氣脫硫系統(tǒng)的組態(tài)；</p><p>　　（5）進(jìn)行煙氣脫硫控制系統(tǒng)的連接，；。 </p><p>　?。?）進(jìn)行DCS控制系統(tǒng)的摸運行調(diào)試</p><p><b&g

71、t;　　3 系統(tǒng)控制設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1 控制原理</b></p><p>　　3.1.1 控制原理概述</p><p>　　脫硫裝置運行控制的目的是提高脫硫效率、降低石灰石消耗，保證裝置的安全與經(jīng)濟運行。雖然脫硫裝置的運行控制遠(yuǎn)不如火電廠熱力設(shè)備的控制復(fù)雜；但是，在運行參數(shù)檢測，控制指標(biāo)上有其特殊性，

72、更具有化工過程控制的特點[4]。</p><p>　　由于煙氣脫硫系統(tǒng)是一個龐大的工程，本設(shè)計關(guān)注其中其于ph控制的吸收二氧化硫過程。</p><p>　　3.1.2 控制原理的分析與選擇</p><p>　　由上述系統(tǒng)工藝分析可知，煙氣脫硫的工藝質(zhì)量受煙氣溫度、煙氣顆粒、堿性漿液的ph值以及煙氣的含水量等因數(shù)影響。根據(jù)酸堿平衡的原理，可推知吸收二氧化硫的工藝指標(biāo)很

73、大程度取決于吸收漿液的ph值。</p><p>　　輸入吸收塔的新石灰石漿液量取決于原煙氣量、煙氣二氧化硫濃度（二者乘積運算結(jié)果為送入吸收塔的二氧化硫質(zhì)量流量）及實時檢測的吸收塔石灰石漿液ph值。由有關(guān)資料可知，吸收塔漿液ph值和進(jìn)入吸收塔的新石灰石漿液量，與原煙氣量、煙氣二氧化硫濃度（二者乘積運算結(jié)果為送入吸收塔的二氧化硫質(zhì)量流量）及實時檢測的吸收塔的ph值成正比關(guān)系。被控量為吸收塔內(nèi)的ph值，調(diào)節(jié)量為輸入吸收

74、塔的石灰石漿液流量。</p><p>　　1.串級控制：因煙氣量變化不能迅速體現(xiàn)為ph值變化，即被控對象（即ph值）延遲慣性較大。采用前饋-反饋系統(tǒng)。前饋信號選擇為原煙氣二氧化硫濃度、送風(fēng)量（與煙氣量成線性關(guān)系）。</p><p>　　圖3-1吸收塔漿液ph串級-前饋控制系統(tǒng)</p><p>　　前饋控制器起前饋控制作用，用來克服由于煙氣量與煙氣二氧化硫濃度的變化對

75、被控制的ph值造成的影響。而反饋控制器起反饋控制作用，將漿液ph測量值與設(shè)定的ph值進(jìn)行比較，得到差值信號與作為前饋信號的鍋爐煙氣量與煙氣中二氧化硫濃度的綜合信號（為進(jìn)入吸收塔二氧化硫質(zhì)量流量）相疊加。前饋與反饋控制共同作用產(chǎn)生一個調(diào)節(jié)信號。來控制石灰石漿液供給閥門開度。使吸收塔內(nèi)漿液ph值維持在設(shè)定值上</p><p>　　為防止依據(jù)ph測量可能造成的過調(diào)。采用流量測量（采用石灰漿液流量測量儀表），構(gòu)成一個副反

76、饋回路。ph測量仍構(gòu)成主反饋回路。在串級控制系統(tǒng)中，有兩個調(diào)節(jié)器，分別接收來自被控對象不同位置的測量信號。主調(diào)節(jié)器接收漿液ph測量值，副調(diào)節(jié)器接收送進(jìn)吸收塔的石灰石漿液流量測量值。主調(diào)節(jié)器輸出信號作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。副調(diào)節(jié)器的輸出值與前饋信號（進(jìn)入吸收塔的二氧化硫質(zhì)量流量）疊加控制漿液供給閥的開度。</p><p><b>　　圖3-2控制框圖</b></p><p&g

77、t;　　串級系統(tǒng)由于副回路的存在。改善了系統(tǒng)品質(zhì)特性，調(diào)節(jié)過程加快，具有超前控制的作用，并且具有一定的自適應(yīng)能力。有效克服滯后，提高控制質(zhì)量。</p><p>　　2.串級控制系統(tǒng)的整定；在串級控制系統(tǒng)中，因為兩個控制器串在一起，互相之間或多或少有些影響，因此串級系統(tǒng)的整定要比簡單系統(tǒng)復(fù)雜一些。這里僅介紹逐次逼近法。</p><p>　　a)先整定副控制器GT2。讓副回路單獨工作時的單回路

78、系統(tǒng)來整定副控制器GT2的參數(shù)，記作[GT2] 1。Gm1、Gm2 是主副變送器的傳遞函數(shù)，G01、G02是主副對象的傳遞函數(shù)。</p><p>　　b)根據(jù)[GT2] 1，整定主控制器GT1。由圖可寫出串級控制系統(tǒng)的特征方程式：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　可得此時等效控制對象的傳遞函數(shù)為</p&

79、gt;<p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　記作[GT1] 1 。</p><p>　　c)根據(jù)步驟b得到的[GT1] 1，再整定副控制器GT2。由圖可寫出串級控制系統(tǒng)的特征方程式為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　可得此時等效

80、控制對象為</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　然后根據(jù)單回路系統(tǒng)的整定方法求出副控制器的參數(shù)，[GT2] 2。</p><p>　　d)如果[GT2] 2和[GT2] 1的參數(shù)值基本相同，那么整定就算完成；否則應(yīng)就[GT2] 2重復(fù)步驟b和c，直到出現(xiàn)兩次整定結(jié)果基本相同為止。</p><p

81、>　　主回路是一個定值控制系統(tǒng)，主控制器必須具有積分作用，一般都采用PI控制；而副回路是一個隨動系統(tǒng)，副控制器為了能快速的跟蹤一般不帶積分作用，同時微分作用也是不需要的。</p><p>　　3.PID控制：主PID函數(shù)塊反饋信號為實際ph值，它是從吸收塔中的漿液檢測到的ph值經(jīng)過輸入轉(zhuǎn)換得來的。主PID函數(shù)塊的給定值為目標(biāo)ph值，按煙氣的二氧化硫濃度、流量等信息選定的。主PID函數(shù)塊的控制輸出為給定漿液流

82、量。用它做為副控制回路的給定值。</p><p>　　流量控制副PID函數(shù)塊反饋輸入信號為實際流量，它從檢測流量管道中的流量，經(jīng)輸入轉(zhuǎn)換得來。主PID函數(shù)塊輸出的給定漿液流量，即為它的流量給定值。流量控制副PID函數(shù)塊的控制輸出，經(jīng)輸出轉(zhuǎn)換，加載給漿液流量調(diào)節(jié)閥，以確保有合適流量的漿液流入吸收塔[9]。</p><p>　　設(shè)置由PID控制組成的串級-前饋系統(tǒng)見圖3-3。</p>

83、;<p>　　圖3-3漿液流量的PID與漿液ph的PID</p><p><b>　　4 系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 集散系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)功能總設(shè)計</p><p>　　設(shè)計煙氣脫硫控制系統(tǒng)采用集中監(jiān)視、分散控制的模式?？刂葡到y(tǒng)的控制層為DCS（分散式控

84、制系統(tǒng)）架構(gòu)，現(xiàn)場層為PLC（可編程控制器），系統(tǒng)最為主要特點具有分散控制系統(tǒng)DCS的分散控制、集中管理的優(yōu)點和可編程控制器PLC的分散性和靈活性：</p><p>　　由于控制層采用了DCS系統(tǒng)，本控制系統(tǒng)具有功能全、可靠性高，系統(tǒng)開放易擴展，采用了安全可靠的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，具有綜合性和專業(yè)性、人機對話功能強，管理能力強等特點。同時系統(tǒng)兼有PLC系統(tǒng)的主要特點：I/O模件成熟可靠，運行速度快，組合靈活；良好的兼容

85、性；程序編制及生成簡便。本控制系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實時順序控制、條件控制、計數(shù)控制、步進(jìn)控制等功能；能夠完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)、實時監(jiān)控等基本功能。采用冗余的以太網(wǎng)通訊網(wǎng)路，通訊速率為10Mbps/100Mbps，通信穩(wěn)定性可靠性得到保證。后臺數(shù)據(jù)庫可采用SQL Server、Orcale、Access完成統(tǒng)計報表。</p><p>　　2個PLC現(xiàn)場控制站和中控室通過10M光纖以太網(wǎng)連接，組成現(xiàn)場控制

86、網(wǎng)絡(luò)。個控制站主要負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、根據(jù)工藝要求控制現(xiàn)場設(shè)備，如泵、閥等。在主控室設(shè)有分別側(cè)重于監(jiān)控、管理的兩臺工作站、打印機等設(shè)備。這兩個工作站均連在10M以太網(wǎng)上。用來顯示整個工藝流程、過程數(shù)據(jù)變化和設(shè)備狀態(tài)。</p><p>　　4.2 集散控制系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　硬件構(gòu)成本設(shè)計的硬件設(shè)備主要分為三個大部分：PLC部分、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及操作員站和工程師控制站部分，主

87、要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選用標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)涫江h(huán)形結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場儀表和設(shè)備采集數(shù)據(jù)連接到PLC的輸入模塊、并接收PLC的命令對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)；PLC接收現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸給計算機并接收計算機下達(dá)的控制命令，并內(nèi)部通過強大的內(nèi)部運算，進(jìn)行PLC對現(xiàn)場變量的PID自動調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　圖4-1系統(tǒng)組成圖</b></p><p>　　選用兩臺PLC通過PLC的冗余處理單元（

88、RPU）設(shè)計為硬冗余系統(tǒng)設(shè)計為硬冗余系統(tǒng)，操作員站與工程師站的計算機采用冗余的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信；工程師控制室設(shè)計用兩臺工業(yè)計算機，配以打印機等設(shè)備，與計算機的通訊采用RS-232串口通訊。組態(tài)軟件選用MCGS。</p><p>　　每個控制站設(shè)置有UPS，為所有PLC及變送儀表設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的供電電源。</p><p>　　制備石灰石漿液的流量傳感器與流量信號轉(zhuǎn)換器相連接，變送器元件——

89、信號轉(zhuǎn)換器直接與相應(yīng)的PLC模塊連接，信號轉(zhuǎn)換器把流量信號轉(zhuǎn)換成0~20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號送到PLC的AI模塊。</p><p>　　ph信號轉(zhuǎn)換器分別與檢測制備罐中石灰石漿液ph值的檢測儀器以及檢測吸收塔中的石灰石漿液ph值的檢測儀器連接，信號轉(zhuǎn)換器把相應(yīng)轉(zhuǎn)換的電流信號輸送到PLC的AI模塊。</p><p>　　4.3 PLC設(shè)備的選型</p><p>　　4.3.

90、1 PLC機的選擇</p><p>　　PLC選用西門子的S7-200系列PLC——CPU224XPCN。西門子的S7-200系列PLC屬于小型PLC。在本系統(tǒng)中的西門子S7-224XP CN模塊內(nèi)置10KB RAM，2個RS-485通信口。最大數(shù)字量量I/O點數(shù)為224，最大模擬量I/O點數(shù)為45，CPU 本體集成2個模擬量輸入通道/1個模擬量輸出通道。</p><p>　　外加用于擴展

91、的模擬量輸入模塊EM231CN（4路模擬量輸入），和EM222（8路數(shù)字量繼電器型輸出，見附錄圖1）。</p><p>　　選擇EM222繼電器型輸出，是因為繼電器輸出既可以驅(qū)動交流負(fù)載，又可驅(qū)動直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強。</p><p>　　注意到S7-224XPCN PLC上的通信口是RS-485標(biāo)準(zhǔn)；如果通信對象是RS-232設(shè)備，則

92、需要RS-232/PPI（多主站）電纜。也可利用RS-232/PPI多主站電纜連接主站與多臺PLC的通信。</p><p>　　4.3.2 PLC機的設(shè)置</p><p>　　S7-224 XP的兩路模擬量輸入通道被出廠設(shè)置為電壓信號（0~10V）輸入。為了能夠輸入電流信號，必須在A+與M端、B+與M端之間并入500歐姆的電阻。S7-224 XP的一路模擬量輸出，通過電流接線端（或電壓接線

93、端）選擇模擬量輸出類型。</p><p>　　1.模擬量輸入格式：</p><p>　　輸入模擬量在程序中的寄存器，離CPU模塊由近到遠(yuǎn)依次AIW0、AIW2、AIW4…… 每個通道是兩個字節(jié)，單極性原始采集值0~32768，靈敏度1/4000；雙極性原始采集值±32000，靈敏度0~4000.模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器的12位讀數(shù)是左對齊的。MSB是符號位：零表示一個正數(shù)據(jù)字值。&l

94、t;/p><p>　　在單極性格式中，3個連續(xù)的0使得ADC計數(shù)值每變化1個單位，數(shù)據(jù)字中則以8為單位變化。</p><p>　　圖4-2模擬輸入量單極性格式</p><p>　　在雙極性格式中，4個連續(xù)的0使得ADC計數(shù)值每變化1個單位，數(shù)據(jù)字中則以16為單位變化。</p><p>　　圖4-3模擬輸入量雙極性格式</p><

95、;p>　　2.模擬量輸出格式：</p><p>　　圖4-4模擬輸出量的電流/電壓格式</p><p>　　注意到，電壓型的模擬量信號，由于電壓輸入端的輸入內(nèi)阻很高（例如S7-200的模擬量模塊為10兆歐），極易引入干擾。一般電壓信號是用在控制設(shè)備柜內(nèi)電位器設(shè)置，或者距離非常近、電磁環(huán)境好的場合。因為電流輸入端的輸入阻抗較小，所以電流型信號不容易受到傳輸線沿途的電磁干擾，因而在工業(yè)現(xiàn)

96、場獲得廣泛的應(yīng)用。電流信號可以傳輸比電壓信號遠(yuǎn)得多的距離。理論上，電流信號的傳輸距離受到以下幾個因素的制約：信號輸出端的帶載能力，以歐姆數(shù)值表示（如700Ω）；信號輸入端的內(nèi)阻；傳輸線的靜態(tài)電阻值（來回是雙線）信號輸出端的負(fù)載能力必須大于信號輸入端的內(nèi)阻與傳輸線電阻之和。當(dāng)然實際情況不會完全符合理想的計算結(jié)果，傳輸距離過長會造成信號衰減，也會引入干擾。</p><p>　　一般先用信號變送器把模擬信號變換成統(tǒng)一的

97、標(biāo)準(zhǔn)信號（如4~20mA的直流電流信號，1~5V的直流電壓信號等），然后再送入模擬量輸入模塊。EM231模擬量輸入（4輸入）內(nèi)部電路示意圖見附錄圖2。模擬量擴展模塊EM231電流信號用3個端子并采用四線制接法（例如RC，C+，C-，其中RC要與C+端子短接，見附錄圖3）。 </p><p>　　圖4-5模擬量輸入模塊內(nèi)部圖</p><p>　　模擬模塊測量量程的選擇可使用DIP開關(guān)組態(tài)輸入

98、通道。</p><p>　　表4-1 EM231 4路輸入的DIP開關(guān)設(shè)置表</p><p>　　3.模擬模塊抗干擾的措施</p><p>　?。?）傳感器線盡可能短；</p><p>　?。?）傳感器線使用屏蔽的雙絞線；</p><p>　?。?）僅在傳感器側(cè)將屏蔽接終端；</p><p>　

99、　（4）未用通道應(yīng)短接；</p><p>　?。?）通過隔離輸入信號或輸入信號參考于模擬量模塊外部24 V電源的公共端，即電源端子M、輸入通道A-、B-等相連，確保輸入信號范圍在技術(shù)規(guī)范所規(guī)定的共模電壓之內(nèi)。</p><p>　　4.4 ph變送器、流量變送器的選擇</p><p>　　ph變送器選擇具有高抗干擾能力，輸入/輸出隔離式的二線式pH變送器ph300。同

100、時ph300具有微機接口,可輸出電流4~20mA對應(yīng)0.0~100.0% ；電壓1~5V對應(yīng)0.00~100.0%。</p><p>　　Dwyer SF系列流量變送器流量范圍：0.5~15GPM(2~60LPM)；精度：±2%滿量程；溫度范圍：20~225℉（-7~107℃）；輸出信號： 4~20mA。</p><p>　　例如，量程為2~60LPM的液體流量變送器的輸出信號是

101、4~20mA，設(shè)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字為N，試以LMP為單位表示流量值LMP：</p><p>　　4~20mA的模擬量對應(yīng)數(shù)字量6400~32000，即2~60LPM對應(yīng)于數(shù)字量6400~32000，流量的轉(zhuǎn)換公式為</p><p><b>　　（4-1）</b></p><p><b>　　5 軟件設(shè)計</b></p

102、><p><b>　　5.1 軟件設(shè)計</b></p><p>　　5.1.1 軟件總體功能</p><p>　　本程序分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。</p><p>　　邏輯運算及報警處理程序等放在主程序中，系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時間。利用定時器中斷功能實現(xiàn)PID控制的定時采樣及

103、輸出控制。</p><p>　　5.1.2控制功能的完成</p><p>　　本系統(tǒng)的自動控制功能主要分以下幾個部分：</p><p>　　1.漿液制備、煙氣控制與吸收塔的聯(lián)動控制</p><p>　　在本系統(tǒng)中，漿液制備系統(tǒng)的攪拌存放的漿液、吸收塔系統(tǒng)中的氧化風(fēng)機與增壓風(fēng)機以及煙氣系統(tǒng)中的吹入風(fēng)機全部實行聯(lián)動控制；當(dāng)漿液制備系統(tǒng)中的漿液制備

104、開始后，制備的漿液滿足吸收塔的漿液要求且輸送到吸收塔中，煙氣系統(tǒng)中的吹入風(fēng)機和增壓風(fēng)機才能開啟。當(dāng)吸收塔中有石灰石漿液時，就要啟動氧化風(fēng)機和循環(huán)泵。</p><p>　　2.吸收塔的ph控制與石灰石漿液的流量控制</p><p>　　吸收塔的石灰石漿液ph值是影響二氧化硫吸收的一個重要因數(shù)，用作吸收的漿液ph值一般在5.5~6.2之間。設(shè)定吸收漿液的ph值，通過PID 模塊實現(xiàn)串級控制，調(diào)

105、節(jié)輸送漿液閥門的開度，從而達(dá)到控制漿液ph值的功能。吸收漿液ph值的PID控制作為主PID控制。而輸入漿液的流量控制作為副PID控制。以確保有合適流量的漿液流入吸收塔，維持吸收塔中漿液的ph值在預(yù)定的范圍。（附錄中附有控制流程圖和程序）</p><p>　　5.2 軟件的采集控制部分</p><p>　　采用PLC的PID控制實現(xiàn)ph值控制與流量控制。</p><p&g

106、t;　　在程序中最多可以用8條PID指令。每一個PID指令用一個回路號和一個回路號。不同的PID指令不能使用相同的回路編號。</p><p>　　回路表包含9個參數(shù)，用來控制和監(jiān)視PID運算。這些參數(shù)分別是過程變量當(dāng)前值(PVn)，過程變量前值(PVn-1)，設(shè)定值(SPn)，輸出值(Mn)，增益(KC)，采樣時間(Ts)，積分時間(TI)，微分時間(TD)和積分項前值(MX)。</p><p

107、>　　為了讓PID運算以預(yù)想的采樣頻率工作，PID指令必須用在定時發(fā)生的中斷程序中，或者用在主程序中被定時器所控制以一定頻率執(zhí)行。采樣時間必須通過回路表輸入到PID運算中。</p><p>　　5.2.1 PLC的PID算法</p><p><b>　　1.PID算法</b></p><p>　　由于計算機從第一次采樣開始，每有一個偏差采

108、樣值必須計算一次輸出值，只需要保存偏差前值和積分項前值。作為數(shù)字計算機解決的重復(fù)性的結(jié)果，可以得到在任何采樣時刻必須計算的方程的一個簡化算式。簡化算式是：</p><p>　　Mn = KC * en + KI * en + MX + KD *(en - en-1) (5-1)</p><p>　　輸出 = 比例項 + 積分項 + 微分項&

109、lt;/p><p>　　其中：Mn是在第n個采樣時間，回路輸出的計算值</p><p><b>　　KC 是回路增益</b></p><p>　　en 是采樣時刻n的回路誤差值</p><p>　　en-1 是回路誤差的前一個數(shù)值(在第n-1個采樣時間)</p><p>　　KI 是積分項的比例常數(shù)&

110、lt;/p><p>　　MX 是積分項的前一個數(shù)值(在第n-1個采樣時間)</p><p>　　KD 是微分項的比例常數(shù)</p><p>　　CPU實際使用以上簡化算式的改進(jìn)形式計算PID輸出。這個改進(jìn)型算式是：</p><p>　　Mn = MPn + MIn + MDn