南区锅炉房控制系统改造方案与配置.doc
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1、xxxxx南区锅炉房节能控制系统改造方案(6台2.8MW燃煤热水锅炉)目录第一章 节能系统原理介绍第二章 项目实施工作描述第三章 项目实施工期描述第四章 项目配置造价描述第一章节能系统原理介绍一、项目概述南区锅炉房担负区域供热,锅炉类型为DZL2.8-0.7/115/70A型热水锅炉,锅炉供热量为2.8MW/台,共设6台。为了使锅炉安全、可靠运行,满足生产及采暖要求,降低能源消耗,借鉴我公司在锅炉节能控制领域的丰富经验,对锅炉控制系统提出整体解决方案。本项目中自动化控制系统的工程范围包括:1、 锅炉本体的控制系统;2、 锅炉配套辅机的控制系统;3、 锅炉本体的一次检测仪表;4、 锅炉控制低压开
2、关柜系统。通过对现场的实际了解,以及与工程技术、管理人员的技术交流。结合我公司多年的工程经验,锅炉房自控系统工程的总体设计思路分为以下几步:l 作为热源的锅炉房主控制系统采用西门子S7-300系列PLC控制系统,完成锅炉控制系统的所有信号的采集、分析、判断,根据燃煤热水锅炉燃烧系统特点设计的,具有对燃煤热水锅炉进行自动控制及故障保护等功能;l 锅炉鼓风机、引风机、炉排电机采用变频控制;同时引入室外环境参数作为供水温度的补偿,构成一套完整的锅炉房供热控制系统全面实现对燃煤热水锅炉的燃烧系统的自动监控和管理功能。l 锅炉房控制室整体设计,根据人体结构原理,我公司引入操作台的设计理念,独立建立一套联
3、体控制台,使得整个锅炉房控制室的风格完全区别于原有的控制室,更为人性化设计。l 系统采用控制分散,信息管理集中的结构。整个控制系统充分体现了控制分散,信息管理集中的现代工业设备控制思想的发展理念,具有投资小,可靠性高、便于扩展,技术先进等优点。l 在底层控制系统的基础上构建上位监控系统,通过上位监控管理计算机完成对所有锅炉以及换热站的数据通讯与处理,并负责完成所有锅炉房系统重要运行参数的历史记录、存储、和生产报表打印以及各锅炉运行负荷的统一调配。系统采用台湾研华工控机和22寸液晶显示器作为硬件载体,采用著名工控组态软件UnionControl V6.2作为监控系统的软件载体。二、方案特点2.1
4、 减轻工人的劳动强度锅炉燃烧系统自动控制的实现,减少了司炉人员的操作强度,正常情况下,司炉人员只需监视锅炉系统的运行状态即可。锅炉系统的生产报表可通过上位机的定时、随机打印功能,按要求打印生产报表,减少了司炉人员的工作量。司炉人员有更多的精力投入到锅炉设备的寻检和管理当中。2.2 保障锅炉的安全运行本控制系统的故障报警保护功能完善,具备鼓、引风机以及炉排的联锁功能、出水温度、出水压力的超极限联锁保护功能。利用本系统提供的联锁保护接点可方便的实现锅炉各电机的联锁停炉保护。2.3节能降耗功能鼓风电机、引风电机、炉排电机采用变频调速节约的电能,锅炉系统鼓风电机、引风电机、炉排电机采用变频调速技术,通
5、过各变频控制系统自动调节各变频电机的运转速度和运行频率。从而达到节能降耗的目的。由于鼓风电机、引风电机、炉排电机采用变频调速技术,电机的启动电流和启动力矩都大大降低(匀速启动电流电机额定电流),减少了对供电电网的冲击,提高了电机的使用寿命。从而降低了相应的维修、维护费用。由于实现了锅炉燃烧系统的计算机自动化调节,使得锅炉的运行能够保持一个相对较长的高效率状态,降低了耗煤量,提高了单位产耗比。控制系统中引入室外温度气候补偿功能,根据室外温度来动态调节区域供热的负荷量,从而避免了过量供热及控制滞后导致不必要的热损失。2.4提高公司的自动化管理水平该自控系统工程设计方案具备全面实现对锅炉系统的计算机
6、自动监控和管理功能。各系统均能够由独立的PLC控制站(主控下位机)自主完成单台锅炉系统的自动运行与安全检测。上位监控管理计算机完成对所有锅炉房系统的数据通讯与处理,并负责完成所有锅炉房系统重要运行参数的历史记录、存储、和生产报表打印以及各锅炉房运行负荷的统一调配,充分体现了控制分散,信息管理集中的现代工业设备控制思想发展理念。系统还可以方便的实现与企业ERP的无缝连接,并同时管理32个核心器,充分满足用户现在和将来设备扩充时的需求系统。三、系统构架设计在严格遵循控制系统设计标准和设计原则的基础上,我公司根据5.6MW燃煤热水锅炉的运行特点和中央监控系统的功能要求,并考虑控制系统的科学性和先进性
7、要求,将整个控制系统按操作的等级分为上位监控系统、实时控制系统、GPRS远程监测系统和锅炉辅机强电操作子系统四个部分。上位监控系统是整个控制系统的指挥中心,所有锅炉的信息都集中显示在中央控制计算机中,在正常运行情况下,操作员可以在指挥中心对锅炉进行操控,如控制参数的设置、修改,启动优化控制程序,建立锅炉节能分析报表等;同时,上位监控子系统起到信息和人员的管理职能,如建立重要锅炉参数的历史报表和趋势,对中央监控操作员的权限设置等。实时控制系统是整个控制系统的控制核心,如果说上位集中监控子系统是“大脑”的话,那么实时控制子系统就是“心脏”。所有正常状态下的控制都是由实时控制系统来实现的。考虑到系统
8、的安全性和可靠性,我公司采用西门子公司先进的S7-300系列PLC来实现具体的控制功能;同时,采用工业上标准的以太网通讯协议实现锅炉控制器与上位监控系统的数据交互。GPRS远程监测系统是整个控制系统的重要组成部分,在本项目中,锅炉房热源部分共为四个小区进行供热,主要分为一通区、二通区、钻前区、综合区(油田管理中心及井下作业办公区等)。系统设计在每个小区总管进出口安装温度监测系统,分别测量每个小区进、出口水温,并通过GPRS系统远程传输到上位监控系统;同时,在每个小区抽样测量最终用户室内温度(暂定每个小区放置4个无限传感测量点),并通过GPRS系统远程传输到上位监控系统。上位监控系统可实时了解实
9、际室内温度情况,对实时控制系统进行微调,真正做到控制合理、供需平衡。锅炉辅机强电操作子系统是指现场对锅炉各个辅机设备的强电手动操作系统,主要由强电操作按钮、紧急连锁设备和操作柜组成,负责锅炉辅机设备的启/停操作以及出现异常情况时的紧急操作和连锁保护功能,并具有操作上的最高优先级。从横向角度来看,上述群控系统的设计符合国际上流行的“控制分散、监视集中”的群控系统的标准。单台燃煤热水锅炉和用户之间,控制回路是相互独立的,彼此不会干扰;而监视系统的信息是共享的,这有利于信息的集中管理。从纵向角度看,整个控制系统也具有三层安全性保障。在正常情况下,操作员在上位监控系统就可以对所有锅炉进行集中监控。即使
10、上位监控系统发生故障,由于主要控制功能由核心控制系统实现,因此也不会影响锅炉的正常运行;即使发生极端情况,操作员也可以通过控制柜的强电手动操作对锅炉进行简单的操作,而不会因为控制系统影响锅炉的正常运行。因此,这样的控制系统是强壮的、科学的、合理的。以下是本控制系统的网络拓扑图。四、锅炉自动控制系统41 2.8MW燃煤热水锅炉的I/O清单首先将2.8MW燃煤热水锅炉的I/O清单列出,并在此基础上,对锅炉的控制系统进行详细描述。2.8MW燃煤热水锅炉及辅机I/O清单如下:序号监测对象技术参数输入输出传感器、阀门、执行机构等AIDIAODO传感器类型信号类型1单台2.8MW燃煤热水锅炉1锅炉出水温度
11、01501Pt100铂热电阻PT1002锅炉回水温度01501Pt100铂热电阻PT1003锅炉出水压力01.6MPa1压力变送器420mA4锅炉回水压力01.6MPa1压力变送器420mA5炉膛负压-500-500Pa1差压变送器420mA6排烟温度0-3501Pt100铂热电阻 PT1007烟气含氧量0_25%1氧化锆分析仪420mA8引风机调节(变频)0_50HZ11变频器控制/反馈420mA9鼓风机调节(变频)0_50HZ11变频器控制/反馈420mA10炉排调节(变频)0_50HZ11变频器控制/反馈420mA11引风机运行/故障2继电器开关12鼓风机运行/故障2继电器开关13炉排运
12、行/故障2继电器开关14出渣机运行/故障2继电器开关15引风机启动/停止2继电器开关16鼓风机启动/停止2继电器开关17炉排启动/停止2继电器开关18出渣机启动/停止2继电器开关2. 锅炉房辅机系统1一次网供水温度01501Pt100铂热电阻PT1002一次网回水温度01501Pt100铂热电阻PT1003室外温度-40601Pt1000电阻+变送PT10004一次网供水压力01.6MPa1压力变送器420mA5一次网回水压力01.6MPa1压力变送器420mA6一次供水流量025T1超声波流量计420mA7一次循环泵运行/故障6继电器(2用1备)开关8一次补水泵运行/故障6继电器(2用1备)
13、开关9南区盐水泵运行/故障2继电器(1用0备)开关10一次循环泵启动/停止6继电器(2用1备)开关11一次补水泵启动/停止6继电器(2用1备)开关12南区盐水泵启动/停止2继电器(1用0备)开关3. GPRS远程测量系统1一通区供回水温度01502Pt100电阻+变送GPRS 2二通区供回水温度01502Pt100电阻+变送GPRS 3钻前区供回水温度01502Pt100电阻+变送GPRS 4综合区供回水温度01502Pt100电阻+变送GPRS 5一通区室内温度-40602无限传感GPRS 6二通区室内温度-40602无限传感GPRS 7钻前区室内温度-40602无限传感GPRS 8综合区室
14、内温度-40602无限传感GPRS 4.其它部分1声报警1继电器开关2光报警1继电器开关3消音1继电器开关4复位1继电器开关小计单台锅炉小计108386台锅炉合计60481848公共辅机小计614014IO点位总计66621862共计:208点42 锅炉主要控制回路(1)供水温度控制(鼓风机、炉排变频)燃煤热水锅炉的供水温度控制主要是根据出水温度控制送煤量和进风量的配比。送煤量是通过炉排的转速来控制的,而送风量是通过鼓风机频率来调节的。风量和煤量的配比设定值是由氧空燃比T、和总燃料量确定。总风量信号经过温度校正。调试时,应首先根据机组静态特性所提供的风煤比关系来确定T值的表达式,然后进行风煤比
15、的自动调节。本系统中炉排转速(代表煤量)为主动信号,鼓风机风量为辅动信号,鼓风机和炉排都采用变频控制方式,可以根据炉排转速信号随动调节鼓风风量,保证燃烧的效率。此外,循环水流量作为前馈量引入主回路,对控制系统进行动态补偿。因此,供水温度控制系统是一个带前馈校正的串级控制系统。(2)炉膛负压控制(引风机变频)通过调节控制现场引风机的频率来控制引风量以保持炉膛负压稳定,这是保证锅炉安全运行的必要条件。由于炉膛负压波动较频繁,因此一般要将炉膛负压经一阶惯性环节进行平滑处理后送到PID调节器中;同时将送风量信号作为负压调节器的前馈信号直接加到调节器输出端,以使引风系统能及时响应送风量的变化,使负压的变
16、化趋于稳定。本系统中引风机采用变频控制方式。(3)定压补水控制系统自动检测系统回水压力,自动控制补水泵,确保系统供水压力平衡。当回水压力低于系统设定的压力低值时,自动开启补水泵,当回水压力高于系统设定的压力高值时,自动关闭补水泵,停止补水。43 锅炉强电手操控制系统燃煤热水锅炉的强电手操部分主要是对一些锅炉辅机以及送煤系统的设备进行手动操作,如本项目中的每台锅炉的出渣机设备。五、节能控制系统(气候补偿控制)所有的供热都是为了末端用户服务,因此我们在系统设计过程中不得不考虑末端用户。末断用户的信息是最重要的,用户的直接反馈可以使整个控制系统形成闭环,从而保证节能控制的最终效果。考虑到建筑物的朝向
17、(向阳和背阳)以及分布、材料等因素,我们可以在每一个片区设定多个室内温度采集点,经过加权处理后作为供水温度设定值的依据,之所以选择供水温度做为控制目标,是因为它与末断用户室内温度直接关联,控制滞后最小,反应速度快。在本项目中,为达到节能降耗的目的,我们引入了室外温度补偿,根据室外温度的变化来决定热源部分供水温度,同时,系统通过GPRS技术采集多点未端用户的室内温度进行补偿控制,适时调节供热需求,在满足采暖要求的同时,更实时、更科学、更合理的节省能耗。本系统设计多种节能控制模式:智能优化控制模式、人工干预控制模式、分时分温控制模式、手动优化控制模式等节能控制系统图如下:1)智能优化控制模式随着室
18、外温度下降,建筑物的热损失增加,因而需要增加更多的热量以防止室内温度下降,由于供水温度的高低取决于室外温度,因此控制系统在室外温度和供水温度之间建立一条供暖曲线。供暖曲线提供了室外温度与供水温度的变化值。选择合适的供热曲线,便确定了供水温度目标值,从而调节电动二通调节阀的开度,将一部分回水参与二次循环,控制锅炉侧高温水的循环量,从而降低燃料的损耗。如果供热曲线选的太低,则出水温度过低导致房间温度下降;如果供暖曲线选的太高,则出水温度过高而导致房间温度过热。供暖曲线如下图所示:2) 人工干预控制模式在不同的室外温度情况下,系统操作员根据经验值人为设定的所需的供水目标值。通过此参数表格控制系统自动
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