煙氣脫硫工藝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

煙氣脫硫畢業(yè)論文煙氣脫硫工藝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘要 ABSTRACT1緒論11.1煙氣脫硫控制的意義11.2煙氣脫硫技術(shù)的概述與選擇11.3煙氣脫硫的前景21.4煙氣脫硫的發(fā)展?fàn)顩r22系統(tǒng)分析32.1工作原理32.1.1工藝流程32.2系統(tǒng)方案的比較52.3系統(tǒng)組成62.3.1濕式煙氣脫硫主要系統(tǒng)功能及設(shè)備62.4 可編程序邏輯控制器（PLC）介紹82.5 集散控制系統(tǒng)（DCS）簡(jiǎn)述92.6 本設(shè)計(jì)主要任務(wù)103系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)113.1 控制原理113.1.1 控制原理概述113.1.2 控制原理的分析與選擇114系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)144.1 集散系統(tǒng)設(shè)計(jì)144.1.1 系統(tǒng)功能總設(shè)計(jì)144.2 集散控制系統(tǒng)構(gòu)成144.3 PLC設(shè)備的選型154.3.1 PLC機(jī)的選擇154.3.2 PLC機(jī)的設(shè)置154.4 ph變送器、流量變送器的選擇175軟件設(shè)計(jì)185.1軟件設(shè)計(jì)185.1.1 軟件總體功能185.1.2 控制功能的完成185.2 軟件的采集控制部分185.2.1 PLC的PID算法185.3 PLC程序輸入輸出表205.4 MCGS系統(tǒng)組態(tài)軟件215.4.1 MCGS簡(jiǎn)介215.4.2工程建立225.4.3 MCGS與PLC的通信256結(jié)論286.1本文的結(jié)論286.2本文的說(shuō)明286.3本課題的展望28參考文獻(xiàn)29附錄30頁(yè)碼用羅馬數(shù)字，宋體五號(hào)，居中謝辭42II1 緒論1.1煙氣脫硫控制的意義硫污染問(wèn)題最早是發(fā)達(dá)國(guó)家面臨的突出問(wèn)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(lái)嚴(yán)重的污染。如上世紀(jì)50年代英國(guó)的倫敦?zé)熿F事件，北歐和美國(guó)酸雨對(duì)于森林和湖泊的破壞，紛紛引起了發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于能源結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的環(huán)境污染的治理1。我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤為主，是世界第一大煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。2005年，我國(guó)煤炭消費(fèi)量為21.4億噸，占一次能源消費(fèi)總量的68.7%，大量燃燒煤炭造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)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(guó)土面積受到酸雨污染，生態(tài)環(huán)境、大氣質(zhì)量問(wèn)題突出，已嚴(yán)重影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生命健康1。隨著城市化、現(xiàn)代化以及工業(yè)的發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展 ,我國(guó)生產(chǎn)生活用電需求量、對(duì)能源的需求量也在迅速增長(zhǎng)。能源的大量消耗，將會(huì)導(dǎo)致大量SO2及硫的污染物的生成 ,對(duì)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(shí)的增強(qiáng)和國(guó)家排污總量收費(fèi)政策，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)等環(huán)保政策的強(qiáng)制執(zhí)行，燃煤電廠SO2排放的治理已勢(shì)在必行2。能源生產(chǎn)部門既要實(shí)施高能高效的生產(chǎn)，同時(shí)也要滿足該領(lǐng)域的環(huán)保指標(biāo)，承擔(dān)起經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對(duì)環(huán)境不可推脫的責(zé)任。煙氣脫硫，是一種應(yīng)對(duì)能源燃燒生產(chǎn)中帶來(lái)的污染的技術(shù)。成功的煙氣脫硫技術(shù)，為人們?cè)谏钆c發(fā)展中堅(jiān)持人與自然的和諧提供了技術(shù)上的支持；同時(shí)也推進(jìn)在工業(yè)、生產(chǎn)等領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。1.2 煙氣脫硫技術(shù)的概述與選擇煙氣脫硫技術(shù)有:克勞斯法、石灰石-石膏法和今年來(lái)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(jiǎn)稱FGD)又可分為濕法、干法、半濕法。表1.1 常用脫硫方法特點(diǎn)比較工藝堿原料副產(chǎn)品脫硫率濕式石灰-石膏法CaCO3石膏8595%石膏法CaO石膏8595%干式亞硫酸回收法NaOHNa2SO49095%半濕法石灰爐內(nèi)脫硫+水噴射法CaCO3水泥原料等7085%濕法脫硫是國(guó)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(guó)大約80%的江山。當(dāng)前已開(kāi)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(gè)濕法煙氣脫硫技術(shù)的36.7%3。干法煙氣脫硫工藝均在干態(tài)下完成，無(wú)污水排放，煙氣無(wú)明顯溫降，設(shè)備腐蝕較輕，但存在脫硫效率低，反應(yīng)速度慢，石灰石利用率較低等問(wèn)題4。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(shí)際應(yīng)用最多、運(yùn)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(guó)皇家化學(xué)工業(yè)公司提出的，經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展，目前它已成為世界上技術(shù)最成熟，實(shí)用業(yè)績(jī)最多，運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝，脫硫率在90%以上。該方法脫硫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(gè)過(guò)程，副產(chǎn)品石膏可回收利用，亦可拋棄處置。采用石灰石-石膏濕法脫硫的優(yōu)點(diǎn)：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(shí)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(qiáng)，可一定程度地降低了系統(tǒng)的成本，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)煙氣流速達(dá)到4.0m/s；對(duì)鍋爐負(fù)荷變化的適應(yīng)性強(qiáng)（30%100%BMCR）；設(shè)備布置緊湊減少了場(chǎng)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(jià)廉易得；脫硫副產(chǎn)物（石膏）便于綜合利用，經(jīng)濟(jì)效益顯著11。1.3煙氣脫硫的前景隨著國(guó)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(dòng)政府、企業(yè)及生產(chǎn)工業(yè)聯(lián)合行動(dòng) 12。根據(jù)火電廠煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備國(guó)產(chǎn)化規(guī)劃要點(diǎn)、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(jiàn)，燃用含硫量=2%或大容量機(jī)組(=200MW)電廠建設(shè)脫硫裝置時(shí)必須配備煙氣脫硫系統(tǒng)。2004年全國(guó)燃煤機(jī)組裝機(jī)容量為3.05億千瓦，煙氣脫硫機(jī)組容量為0.27億千瓦，投資按700元/KW計(jì)算，需安裝脫硫裝置的火電機(jī)組保守地按2.5億KW計(jì)算，總投資 =700x2.5=1750億元。由此可見(jiàn)，電廠煙氣脫硫技術(shù)在國(guó)內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用前景。1.4煙氣脫硫的發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì)中后期，主要的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家頒布了防治大氣污染的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，大大推動(dòng)了煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)今世界，無(wú)論煙氣脫硫（Flue Gas Desulfurization，簡(jiǎn)稱FGD）裝置發(fā)展的速度、數(shù)量和容量，還是技術(shù)裝備的水平，日本美國(guó)和德國(guó)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^(guò)50000MW，其中石灰石濕法占95%以上；美國(guó)的煙氣脫硫從20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)持續(xù)的快速發(fā)展時(shí)期，目前美國(guó)的FGD裝機(jī)容量已超過(guò)150000MW，其中石灰石濕法占92%以上；歐洲的FGD技術(shù)以德國(guó)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(guó)90%以上的FGD裝置采用石灰石-石膏法4。中國(guó)有50多家脫硫公司先后引進(jìn)了德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)的煙氣脫硫技術(shù)裝備，絕大部分是FGD石灰石-石膏法。國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)施和正在實(shí)施的大型火電發(fā)電機(jī)的煙氣脫硫幾乎都采用了國(guó)外的核心工藝包技術(shù)4。2 系統(tǒng)分析2.1 工作原理 2.1.1 工藝流程 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： 鍋爐煙氣經(jīng)電除塵器除塵后，通過(guò)增壓風(fēng)機(jī)、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(dòng)且被向下流動(dòng)的循環(huán)漿液以逆流方式洗滌。循環(huán)漿液則通過(guò)噴漿層內(nèi)設(shè)置的噴嘴噴射到吸收塔中，以便脫除SO2、SO3、HCl和HF，與此同時(shí)在“強(qiáng)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（CaSO42H2O），并消耗作為吸收劑的石灰石。循環(huán)漿液通過(guò)漿液循環(huán)泵向上輸送到噴淋層中，通過(guò)噴嘴進(jìn)行霧化，可使氣體和液體得以充分接觸。每個(gè)泵通常與其各自的噴淋層相連接，即通常采用單元制。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(guò)石膏漿液泵排出，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(jí)脫水設(shè)備）、漿液分配器和真空皮帶脫水機(jī)。經(jīng)過(guò)凈化處理的煙氣流經(jīng)兩級(jí)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(shí)按特定程序不時(shí)地用工藝水對(duì)除霧器進(jìn)行沖洗。進(jìn)行除霧器沖洗有兩個(gè)目的，一是防止除霧器堵塞，二是沖洗水同時(shí)作為補(bǔ)充水，穩(wěn)定吸收塔液位。煙氣脫硫技術(shù)屬于燃燒后的脫硫。在吸收塔出口，煙氣一般被冷卻到4655左右，且為水蒸氣所飽和。通過(guò)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(kuò)散能力。最后，潔凈的煙氣通過(guò)煙道進(jìn)入煙囪排向大氣。脫硫過(guò)程主要反應(yīng)有吸收反應(yīng)、中和反應(yīng)和氧化反應(yīng)：1. SO2 + H2O H2SO3 (2-1)2. CaCO3 + H2SO3 CaSO3 + CO2 + H2O (2-2)3. CaSO3 + 1/2 O2 CaSO4 (2-3)4. CaSO3 + 1/2 H2O CaSO31/2 H2O 結(jié)晶 (2-4)5. CaSO4 + 2H2O CaSO42H2O 結(jié)晶 (2-5)6. CaSO3 + H2SO3 Ca (HSO3)2 (2-6) 石灰/石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝的化學(xué)原理如下，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；2.煙氣中的氧(由氧化風(fēng)機(jī)送入的空氣)溶解在水中，將HSO3氧化成SO4 2-；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)。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(guò)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。同時(shí)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(guò)注入石灰石漿液進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，一般pH值在5.56.2之間。圖2-1脫硫效率與煙氣進(jìn)口溫度圖脫硫效率隨吸收塔進(jìn)口煙氣溫度降低而增加。這是因?yàn)槊摿蚍磻?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。實(shí)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。圖2-2脫硫效率與進(jìn)口煙氣質(zhì)量濃度關(guān)系圖一般認(rèn)為，當(dāng)煙氣中二氧化硫濃度升高時(shí)，有利于二氧化硫通過(guò)液漿表面向液漿內(nèi)部擴(kuò)散。加快反應(yīng)速度，脫硫效率隨之升高。事實(shí)上，煙氣中二氧化硫濃度的升高對(duì)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(gè)峰值。鍋爐煙氣經(jīng)過(guò)高效靜電除塵器后，煙氣中飛灰濃度仍然較高，一般在100300/ m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。經(jīng)過(guò)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(shí)，飛灰中溶出的一些重金屬如汞、鎂、鋅等離子會(huì)抑制鈣離子與HSO3的反應(yīng)，進(jìn)而影響脫硫效果。2.2 系統(tǒng)方案的比較圖2-3工藝流程圖上圖是一種應(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(diǎn)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(shí)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(jī)布置在系統(tǒng)進(jìn)口，系統(tǒng)為正壓運(yùn)行。這流程在美國(guó)廣為采用4。圖2-4工藝流程圖上圖是另一種石灰石濕法煙氣脫硫工藝。圖中脫硫風(fēng)機(jī)布置在系統(tǒng)進(jìn)口，濕式煙氣脫硫(FGD)裝置正壓運(yùn)行。系統(tǒng)中設(shè)置換熱器，由除塵器來(lái)的煙氣經(jīng)脫硫風(fēng)機(jī)增壓后，進(jìn)入換熱器與來(lái)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；另一方面，將來(lái)自吸收塔的凈煙氣加熱，以利于煙氣抬升和污染物的運(yùn)輸及擴(kuò)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。這工藝流程應(yīng)用最為廣泛。目前，在我國(guó)燃煤電站石灰石濕法脫硫（FGD）裝置中均采用4。本設(shè)計(jì)就是采用第二個(gè)模型設(shè)計(jì)的。2.3 系統(tǒng)組成2.3.1 濕式煙氣脫硫主要系統(tǒng)功能及設(shè)備1.石灰石漿液制備系統(tǒng)制備并提供滿足吸收塔要求的石灰石漿液。石灰石漿液制備系統(tǒng)的主要設(shè)備包括石灰石儲(chǔ)倉(cāng)、球磨機(jī)、石灰石漿液罐和漿液泵。2.煙氣系統(tǒng) 為脫硫運(yùn)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(jī)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(duì)煙道產(chǎn)生腐蝕，需進(jìn)行防腐處理。煙氣擋板是脫硫裝置進(jìn)入和退出運(yùn)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(shí)，雙層煙氣擋板之間連接密封空氣，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(yùn)行時(shí)，旁路煙道關(guān)閉，這時(shí)煙道內(nèi)連接密封空氣。旁路煙氣擋板設(shè)有快開(kāi)機(jī)構(gòu)，保證在濕式煙氣脫硫系統(tǒng)故障時(shí)迅速打開(kāi)旁路煙道，以確保鍋爐的正常運(yùn)行。經(jīng)濕法脫硫后的煙氣從吸收塔出來(lái)一般在4655左右，含有飽和水汽、殘余的SO2、SO3、HCl、HF、NOx，其攜帶的SO42- SO32-鹽等會(huì)結(jié)露，如不經(jīng)過(guò)處理直接排放，易形成酸霧，且將影響煙氣的抬升高度和擴(kuò)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(shuō)的GGH。它用未脫硫的熱煙氣（一般130150）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(lái)的煙氣溫度高達(dá)130150，因此進(jìn)入濕式煙氣脫硫(FGD)前要經(jīng)過(guò)GGH降溫器降溫，避免煙氣溫度過(guò)高，損壞吸收塔的防腐材料和除霧器。3.二氧化硫吸收系統(tǒng) 通過(guò)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(shí)，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(jī)，除霧器。吸收系統(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(duì)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?yàn)榫哂忻摿蛐矢?、阻力小、適應(yīng)性、可用率高等優(yōu)點(diǎn)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(duì)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(tái)循環(huán)泵故障時(shí)，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(yùn)，濕式煙氣脫硫系統(tǒng)將保護(hù)停運(yùn)，煙氣走旁路。氧化空氣系統(tǒng)是吸收系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)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(huì)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(duì)該部分的優(yōu)化設(shè)置對(duì)提高系統(tǒng)的脫硫效率和石膏的品質(zhì)顯得尤為重要。4.石膏脫水及儲(chǔ)存系統(tǒng) 將來(lái)自吸收塔的石膏漿液濃縮、脫水，生產(chǎn)副產(chǎn)品石膏，儲(chǔ)存和外運(yùn)。該石膏脫水儲(chǔ)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(jī)，石膏儲(chǔ)倉(cāng)。水力旋流器作為石膏漿液的一級(jí)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)入水力旋流器的入口，使其產(chǎn)生環(huán)形運(yùn)動(dòng)。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)。真空皮脫水機(jī)將已經(jīng)經(jīng)過(guò)水力旋流器一級(jí)脫水后的石膏漿液進(jìn)一步脫水至含固率達(dá)到90%以上。圖2-5煙氣脫硫系統(tǒng)組成圖2.4 可編程序邏輯控制器（PLC）介紹可編程序邏輯控制器在早期是一種開(kāi)關(guān)邏輯控制裝置，簡(jiǎn)稱PLC (Programmable Logic Controller)。然而隨著計(jì)算機(jī)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(qiáng)，性能價(jià)格比高；硬件配套齊全，通用性強(qiáng)；編程方便，易于使用；可靠性高；設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；體積少，功耗低67。國(guó)際電工委員會(huì)IEC（International Electrical Committee）對(duì)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(yùn)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(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)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)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。 1.PLC的主要功能： 開(kāi)關(guān)量控制 這是PLC最基本的功能，具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算功能，常用于取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)； 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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PLC中配備了A/D,D/A 轉(zhuǎn)換模塊，把現(xiàn)場(chǎng)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(duì)連續(xù)量的控制。用PLC進(jìn)行模擬量控制的優(yōu)點(diǎn)是，在進(jìn)行模擬量控制的同時(shí)，開(kāi)關(guān)量也可以控制。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是別的控制器所不具備的，或?qū)崿F(xiàn)起來(lái)不如PLC方便； 閉環(huán)過(guò)程控制 運(yùn)用PLC不僅可以對(duì)模擬量進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，還可以進(jìn)行閉環(huán)控制。配置PID控制模塊，對(duì)控制過(guò)程中的某一變量（如電壓，電流，溫度等）進(jìn)行PID控制；順序（步進(jìn)）控制 PLC能通過(guò)移位寄存器方便完成步進(jìn)控制功能；定時(shí)，計(jì)數(shù)控制 PLC為用戶提供若干定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)，延時(shí)，計(jì)數(shù)；數(shù)據(jù)處理 可進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送，比較，轉(zhuǎn)換等功能；通信及聯(lián)網(wǎng) 現(xiàn)代PLC具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能，它既可以對(duì)遠(yuǎn)程I/O進(jìn)行控制，又能實(shí)現(xiàn)PLC與PLC，PLC與計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。2.PLC的特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。在PLC的設(shè)計(jì)和制造過(guò)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(wú)故障時(shí)間通常在20000小時(shí)以上，這是一般的其他電氣設(shè)備做不到的。PLC在設(shè)計(jì)中能抗諸如電噪聲，電源波動(dòng)，振動(dòng)，電磁干擾等的干擾，能在高溫，高濕以及空氣中存有各種強(qiáng)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，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(dòng)恢復(fù)，冗余技術(shù)等功能來(lái)增強(qiáng)PLC的可靠性。通用性強(qiáng)，靈活性好，功能齊全由于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(jì)方面，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，不需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(shí)，只要改變存儲(chǔ)器中的控制程序即可。編程簡(jiǎn)單，易于操作及維護(hù)PLC一般采用易于理解和掌握的梯形圖語(yǔ)言及面向工業(yè)控制的控制系統(tǒng)流程圖和語(yǔ)句表進(jìn)行編程，形式簡(jiǎn)練，直觀性強(qiáng)，廣大電氣工程人員易于接受。PLC的故障率很低，并有很強(qiáng)的自診斷能力，能隨時(shí)檢查出自身的故障，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(wèn)題，在維修時(shí)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(shí)間。設(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試周期短用PLC完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于硬軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。由于用戶程序大都可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)可進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，因此大大縮短了設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。2.5 集散控制系統(tǒng)（DCS）簡(jiǎn)述集散控制系統(tǒng)(Total Distributed Control System)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)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。集散控制系統(tǒng)按照層次化體系功能劃分為4個(gè)級(jí)別:現(xiàn)場(chǎng)裝置的控制級(jí)、過(guò)程裝置的管理級(jí)、車間生產(chǎn)的操作管理級(jí)、全廠優(yōu)化和經(jīng)營(yíng)管理級(jí)。操作人員對(duì)自動(dòng)控制過(guò)程的管理則由中央控制室的操作站來(lái)完成，而各工序的自動(dòng)控制過(guò)程由各控制站相對(duì)獨(dú)立地自動(dòng)完成.中央操作站與各現(xiàn)場(chǎng)控制站一方面各自相對(duì)獨(dú)立地運(yùn)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(dòng)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊和信息交換 ，實(shí)現(xiàn)了操作人員在中央控制室的操作站對(duì)整個(gè)自動(dòng)控制過(guò)程進(jìn)行管理和調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)控制站擔(dān)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)裝置的控制級(jí)。現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制 ，因此它必需要能夠自動(dòng)采集與這個(gè)工序自動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)(如閥門的開(kāi)度、機(jī)泵的開(kāi)停、設(shè)備震動(dòng)、機(jī)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(jì)算，最后輸出控制方案，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制;另外還要與操作站進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，將采集到的各種生產(chǎn)信息傳送到操作站供操作人員使用，同時(shí)接收操作人員通過(guò)操作站發(fā)出的各種指令實(shí)時(shí)調(diào)整自動(dòng)控制方案、優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。中央控制室的操作站實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)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(bào)表、歷史趨勢(shì)和聲光報(bào)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(duì)控制方案進(jìn)行調(diào)整，以優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程或?qū)μ厥馇闆r的緊急處理。用 PC 機(jī) + PLC 組成集散控制系統(tǒng)時(shí)， PLC +“控制應(yīng)用軟件”承擔(dān)了現(xiàn)場(chǎng)控制站的工作，PC+“實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件”承擔(dān)了操作站和工程師站的工作?！翱刂茟?yīng)用軟件”由安裝有 PLC 系統(tǒng)軟件的PC機(jī)上設(shè)計(jì)，完成后下載到 PLC ，構(gòu)成控制站?！皩?shí)時(shí)監(jiān)控軟件”由安裝有開(kāi)發(fā)版監(jiān)控組態(tài)軟件的PC機(jī)上設(shè)計(jì)，完成后安裝到有運(yùn)行版監(jiān)控組態(tài)軟件的 PC機(jī)上運(yùn)行，構(gòu)成操作站和工程師站。2.6 本設(shè)計(jì)主要任務(wù)本設(shè)計(jì)的課題是煙氣脫硫工藝過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其目的是設(shè)計(jì)煙氣脫硫的控制方案實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫，并設(shè)計(jì)硬件搭建與軟件編寫。設(shè)計(jì)硬件電路的搭建，運(yùn)用技術(shù)成熟、功能強(qiáng)大的PLC作為現(xiàn)場(chǎng)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)。根據(jù)課題要求，分別完成如下具體任務(wù)：（1）組成煙氣脫硫工藝過(guò)程控制系統(tǒng)；（2）設(shè)計(jì)出滿足工藝要求的系統(tǒng)方框圖；（4）利用組態(tài)軟件對(duì)煙氣脫硫系統(tǒng)的組態(tài)；（5）進(jìn)行煙氣脫硫控制系統(tǒng)的連接，；。 （6）進(jìn)行DCS控制系統(tǒng)的摸運(yùn)行調(diào)試3 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)3.1 控制原理3.1.1 控制原理概述脫硫裝置運(yùn)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(jì)運(yùn)行。雖然脫硫裝置的運(yùn)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(yùn)行參數(shù)檢測(cè)，控制指標(biāo)上有其特殊性，更具有化工過(guò)程控制的特點(diǎn)4。由于煙氣脫硫系統(tǒng)是一個(gè)龐大的工程，本設(shè)計(jì)關(guān)注其中其于ph控制的吸收二氧化硫過(guò)程。3.1.2 控制原理的分析與選擇由上述系統(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)很大程度取決于吸收漿液的ph值。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(yùn)算結(jié)果為送入吸收塔的二氧化硫質(zhì)量流量）及實(shí)時(shí)檢測(cè)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(yùn)算結(jié)果為送入吸收塔的二氧化硫質(zhì)量流量）及實(shí)時(shí)檢測(cè)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)量為輸入吸收塔的石灰石漿液流量。1.串級(jí)控制：因煙氣量變化不能迅速體現(xiàn)為ph值變化，即被控對(duì)象（即ph值）延遲慣性較大。采用前饋-反饋系統(tǒng)。前饋信號(hào)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）。圖3-1吸收塔漿液ph串級(jí)-前饋控制系統(tǒng)前饋控制器起前饋控制作用，用來(lái)克服由于煙氣量與煙氣二氧化硫濃度的變化對(duì)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(cè)量值與設(shè)定的ph值進(jìn)行比較，得到差值信號(hào)與作為前饋信號(hào)的鍋爐煙氣量與煙氣中二氧化硫濃度的綜合信號(hào)（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(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)。來(lái)控制石灰石漿液供給閥門開(kāi)度。使吸收塔內(nèi)漿液ph值維持在設(shè)定值上為防止依據(jù)ph測(cè)量可能造成的過(guò)調(diào)。采用流量測(cè)量（采用石灰漿液流量測(cè)量?jī)x表），構(gòu)成一個(gè)副反饋回路。ph測(cè)量仍構(gòu)成主反饋回路。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別接收來(lái)自被控對(duì)象不同位置的測(cè)量信號(hào)。主調(diào)節(jié)器接收漿液ph測(cè)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(cè)量值。主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)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(hào)（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(kāi)度。圖3-2控制框圖串級(jí)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(guò)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。2.串級(jí)控制系統(tǒng)的整定；在串級(jí)控制系統(tǒng)中，因?yàn)閮蓚€(gè)控制器串在一起，互相之間或多或少有些影響，因此串級(jí)系統(tǒng)的整定要比簡(jiǎn)單系統(tǒng)復(fù)雜一些。這里僅介紹逐次逼近法。a)先整定副控制器GT2。讓副回路單獨(dú)工作時(shí)的單回路系統(tǒng)來(lái)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(duì)象的傳遞函數(shù)。b)根據(jù)GT2 1，整定主控制器GT1。由圖可寫出串級(jí)控制系統(tǒng)的特征方程式： （3-1）可得此時(shí)等效控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為 （3-2）記作GT1 1 。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(jí)控制系統(tǒng)的特征方程式為 （3-3）可得此時(shí)等效控制對(duì)象為 （3-4）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。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。主回路是一個(gè)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(gè)隨動(dòng)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(shí)微分作用也是不需要的。3.PID控制：主PID函數(shù)塊反饋信號(hào)為實(shí)際ph值，它是從吸收塔中的漿液檢測(cè)到的ph值經(jīng)過(guò)輸入轉(zhuǎn)換得來(lái)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量。用它做為副控制回路的給定值。流量控制副PID函數(shù)塊反饋輸入信號(hào)為實(shí)際流量，它從檢測(cè)流量管道中的流量，經(jīng)輸入轉(zhuǎn)換得來(lái)。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。設(shè)置由PID控制組成的串級(jí)-前饋系統(tǒng)見(jiàn)圖3-3。圖3-3漿液流量的PID與漿液ph的PID4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 集散系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1.1 系統(tǒng)功能總設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)煙氣脫硫控制系統(tǒng)采用集中監(jiān)視、分散控制的模式。控制系統(tǒng)的控制層為DCS（分散式控制系統(tǒng)）架構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)層為PLC（可編程控制器），系統(tǒng)最為主要特點(diǎn)具有分散控制系統(tǒng)DCS的分散控制、集中管理的優(yōu)點(diǎn)和可編程控制器PLC的分散性和靈活性：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(kāi)放易擴(kuò)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(jī)對(duì)話功能強(qiáng)，管理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。同時(shí)系統(tǒng)兼有PLC系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：I/O模件成熟可靠，運(yùn)行速度快，組合靈活；良好的兼容性；程序編制及生成簡(jiǎn)便。本控制系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實(shí)時(shí)順序控制、條件控制、計(jì)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(shí)時(shí)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(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)可采用SQL Server、Orcale、Access完成統(tǒng)計(jì)報(bào)表。2個(gè)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站和中控室通過(guò)10M光纖以太網(wǎng)連接，組成現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)。個(gè)控制站主要負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、根據(jù)工藝要求控制現(xiàn)場(chǎng)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(tái)工作站、打印機(jī)等設(shè)備。這兩個(gè)工作站均連在10M以太網(wǎng)上。用來(lái)顯示整個(gè)工藝流程、過(guò)程數(shù)據(jù)變化和設(shè)備狀態(tài)。4.2 集散控制系統(tǒng)構(gòu)成硬件構(gòu)成本設(shè)計(jì)的硬件設(shè)備主要分為三個(gè)大部分：PLC部分、現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)；PLC接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)并接收計(jì)算機(jī)下達(dá)的控制命令，并內(nèi)部通過(guò)強(qiáng)大的內(nèi)部運(yùn)算，進(jìn)行PLC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變量的PID自動(dòng)調(diào)節(jié)。圖4-1系統(tǒng)組成圖選用兩臺(tái)PLC通過(guò)PLC的冗余處理單元（RPU）設(shè)計(jì)為硬冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)為硬冗余系統(tǒng)，操作員站與工程師站的計(jì)算機(jī)采用冗余的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信；工程師控制室設(shè)計(jì)用兩臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)，配以打印機(jī)等設(shè)備，與計(jì)算機(jī)的通訊采用RS-232串口通訊。組態(tài)軟件選用MCGS。每個(gè)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。制備石灰石漿液的流量傳感器與流量信號(hào)轉(zhuǎn)換器相連接，變送器元件信號(hào)轉(zhuǎn)換器直接與相應(yīng)的PLC模塊連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換器把流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成020mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到PLC的AI模塊。ph信號(hào)轉(zhuǎn)換器分別與檢測(cè)制備罐中石灰石漿液ph值的檢測(cè)儀器以及檢測(cè)吸收塔中的石灰石漿液ph值的檢測(cè)儀器連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換器把相應(yīng)轉(zhuǎn)換的電流信號(hào)輸送到PLC的AI模塊。4.3 PLC設(shè)備的選型4.3.1 PLC機(jī)的選擇PLC選用西門子的S7-200系列PLCCPU224XPCN。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(gè)RS-485通信口。最大數(shù)字量量I/O點(diǎn)數(shù)為224，最大模擬量I/O點(diǎn)數(shù)為45，CPU 本體集成2個(gè)模擬量輸入通道/1個(gè)模擬量輸出通道。外加用于擴(kuò)展的模擬量輸入模塊EM231CN（4路模擬量輸入），和EM222（8路數(shù)字量繼電器型輸出，見(jiàn)附錄圖1）。選擇EM222繼電器型輸出，是因?yàn)槔^電器輸出既可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬，同時(shí)承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)。注意到S7-224XPCN PLC上的通信口是RS-485標(biāo)準(zhǔn)；如果通信對(duì)象是RS-232設(shè)備，則需要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(tái)PLC的通信。4.3.2 PLC機(jī)的設(shè)置S7-224 XP的兩路模擬量輸入通道被出廠設(shè)置為電壓信號(hào)（010V）輸入。為了能夠輸入電流信號(hào)，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(guò)電流接線端（或電壓接線端）選擇模擬量輸出類型。1.模擬量輸入格式：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(gè)通道是兩個(gè)字節(jié)，單極性原始采集值032768，靈敏度1/4000；雙極性原始采集值32000，靈敏度04000.模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器的12位讀數(shù)是左對(duì)齊的。MSB是符號(hào)位：零表示一個(gè)正數(shù)據(jù)字值。在單極性格式中，3個(gè)連續(xù)的0使得ADC計(jì)數(shù)值每變化1個(gè)單位，數(shù)據(jù)字中則以8為單位變化。圖4-2模擬輸入量單極性格式在雙極性格式中，4個(gè)連續(xù)的0使得ADC計(jì)數(shù)值每變化1個(gè)單位，數(shù)據(jù)字中則以16為單位變化。圖4-3模擬輸入量雙極性格式2.模擬量輸出格式：圖4-4模擬輸出量的電流/電壓格式注意到，電壓型的模擬量信號(hào)，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(hào)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(chǎng)合。因?yàn)殡娏鬏斎攵说妮斎胱杩馆^小，所以電流型信號(hào)不容易受到傳輸線沿途的電磁干擾，因而在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)獲得廣泛的應(yīng)用。電流信號(hào)可以傳輸比電壓信號(hào)遠(yuǎn)得多的距離。理論上，電流信號(hào)的傳輸距離受到以下幾個(gè)因素的制約：信號(hào)輸出端的帶載能力，以歐姆數(shù)值表示（如700）；信號(hào)輸入端的內(nèi)阻；傳輸線的靜態(tài)電阻值（來(lái)回是雙線）信號(hào)輸出端的負(fù)載能力必須大于信號(hào)輸入端的內(nèi)阻與傳輸線電阻之和。當(dāng)然實(shí)際情況不會(huì)完全符合理想的計(jì)算結(jié)果，傳輸距離過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成信號(hào)衰減，也會(huì)引入干擾。一般先用信號(hào)變送器把模擬信號(hào)變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如420mA的直流電流信號(hào)，15V的直流電壓信號(hào)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(jiàn)附錄圖2。模擬量擴(kuò)展模塊EM231電流信號(hào)用3個(gè)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(jiàn)附錄圖3）。 圖4-5模擬量輸入模塊內(nèi)部圖模擬模塊測(cè)量量程的選擇可使用DIP開(kāi)關(guān)組態(tài)輸入通道。表4-1 EM231 4路輸入的DIP開(kāi)關(guān)設(shè)置表SW1SW2SW3滿量程輸入分辨率ONONOFF05V1.25mV020mA5AONOFFON010V2.5mV3.模擬模塊抗干擾的措施（1）傳感器線盡可能短；（2）傳感器線使用屏蔽的雙絞線；（3）僅在傳感器側(cè)將屏蔽接終端；（4）未用通道應(yīng)短接；（5）通過(guò)隔離輸入信號(hào)或輸入信號(hào)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(hào)范圍在技術(shù)規(guī)范所規(guī)定的共模電壓之內(nèi)。4.4 ph變送器、流量變送器的選擇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。同時(shí)ph300具有微機(jī)接口,可輸出電流420mA對(duì)應(yīng)0.0100.0% ；電壓15V對(duì)應(yīng)0.00100.0%。Dwyer SF系列流量變送器流量范圍：0.515GPM(260LPM)；精度：2%滿量程；溫度范圍：20225（-7107）；輸出信號(hào)： 420mA。例如，量程為260LPM的液體流量變送器的輸出信號(hào)是420mA，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：420mA的模擬量對(duì)應(yīng)數(shù)字量640032000，即260LPM對(duì)應(yīng)于數(shù)字量640032000，流量的轉(zhuǎn)換公式為 （4-1）5 軟件設(shè)計(jì)5.1 軟件設(shè)計(jì)5.1.1 軟件總體功能本程序分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。邏輯運(yùn)算及報(bào)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(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制。5.1.2控制功能的完成本系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能主要分以下幾個(gè)部分：1.漿液制備、煙氣控制與吸收塔的聯(lián)動(dòng)控制在本系統(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(jī)與增壓風(fēng)機(jī)以及煙氣系統(tǒng)中的吹入風(fēng)機(jī)全部實(shí)行聯(lián)動(dòng)控制；當(dāng)漿液制備系統(tǒng)中的漿液制備開(kāi)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(jī)和增壓風(fēng)機(jī)才能開(kāi)啟。當(dāng)吸收塔中有石灰石漿液時(shí)，就要啟動(dòng)氧化風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵。2.吸收塔的ph控制與石灰石漿液的流量控制吸收塔的石灰石漿液ph值是影響二氧化硫吸收的一個(gè)重要因數(shù)，用作吸收的漿液ph值一般在5.56.2之間。設(shè)定吸收漿液的ph值，通過(guò)PID 模塊實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制，調(diào)節(jié)輸送漿液閥門的開(kāi)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）5.2 軟件的采集控制部分采用PLC的PID控制實(shí)現(xiàn)ph值控制與流量控制。在程序中最多可以用8條PID指令。每一個(gè)PID指令用一個(gè)回路號(hào)和一個(gè)回路號(hào)。不同的PID指令不能使用相同的回路編號(hào)。回路表包含9個(gè)參數(shù)，用來(lái)控制和監(jiān)視PID運(yùn)算。這些參數(shù)分別是過(guò)程變量當(dāng)前值(PVn)，過(guò)程變量前值(PVn-1)，設(shè)定值(SPn)，輸出值(Mn)，增益(KC)，采樣時(shí)間(Ts)，積分時(shí)間(TI)，微分時(shí)間(TD)和積分項(xiàng)前值(MX)。為了讓PID運(yùn)算以預(yù)想的采樣頻率工作，PID指令必須用在定時(shí)發(fā)生的中斷程序中，或者用在主程序中被定時(shí)器所控制以一定頻率執(zhí)行。采樣時(shí)間必須通過(guò)回路表輸入到PID運(yùn)算中。5.2.1 PLC的PID算法1.PID算法由于計(jì)算機(jī)從第一次采樣開(kāi)始，每有一個(gè)偏差采樣值必須計(jì)算一次輸出值，只需要保存偏差前值和積分項(xiàng)前值。作為數(shù)字計(jì)算機(jī)解決的重復(fù)性的結(jié)果，可以得到在任何采樣時(shí)刻必須計(jì)算的方程的一個(gè)簡(jiǎn)化算式。簡(jiǎn)化算式是：Mn = KC * en + KI * en + MX + KD *(en - en-1) (5-1)輸出 = 比例項(xiàng) + 積分項(xiàng) + 微分項(xiàng)其中：Mn是在第n個(gè)采樣時(shí)間，回路輸出的計(jì)算值KC 是回路增益en 是采樣時(shí)刻n的回路誤差值en-1 是回路誤差的前一個(gè)數(shù)值(在第n-1個(gè)采樣時(shí)間)KI 是積分項(xiàng)的比例常數(shù)MX 是積分項(xiàng)的前一個(gè)數(shù)值(在第n-1個(gè)采樣時(shí)間)KD 是微分項(xiàng)的比例常數(shù)CPU實(shí)際使用以上簡(jiǎn)化算式的改進(jìn)形式計(jì)算PID輸出。這個(gè)改進(jìn)型算式是：Mn = MPn + MIn + MDn (5-2)其中：輸出Mn 是在采樣時(shí)間n時(shí)的回路輸出的計(jì)算值比例項(xiàng)MPn 是在采樣時(shí)間n時(shí)回路輸出比例項(xiàng)的數(shù)值MPn = KC * (SPn - PVn)積分項(xiàng)MIn是在采樣時(shí)間n時(shí)回路輸出積分項(xiàng)的數(shù)值MI=KC (SP-PV)+MI微分項(xiàng)MDn是在采樣時(shí)間n時(shí)回路輸出微分項(xiàng)的數(shù)值MD=KC (PVn-1-PVn)+MI 為了下一次計(jì)算微分項(xiàng)值，必須保存過(guò)程變量，而不是偏差。在第一采樣時(shí)刻，初始化為PVn-1=PVn。其中：MPn 是在采樣時(shí)間n時(shí)的回路輸出的比例項(xiàng)值KC 是回路增益SPn 是在采樣時(shí)間n時(shí)的設(shè)定值的數(shù)值PVn 是在采樣時(shí)間n時(shí)過(guò)程變量的數(shù)值MIn 是在采樣時(shí)間n時(shí)的回路輸出積分項(xiàng)的數(shù)值TS 是回路采樣時(shí)間TI 是回路的積分周期(也稱為積分時(shí)間或復(fù)位)MX 是在采樣時(shí)刻n-1時(shí)的積分項(xiàng)的數(shù)值(也稱為積分和或偏差)MDn 是在采樣時(shí)間n時(shí)回路輸出微分項(xiàng)的數(shù)值TD 是回路的微分周期(也稱為微分時(shí)間或速率)SPn 是在采樣時(shí)間n時(shí)設(shè)定點(diǎn)的數(shù)值SPn-1 是在采樣時(shí)間n-1時(shí)設(shè)定點(diǎn)的數(shù)值PVn 是在采樣時(shí)間n時(shí)過(guò)程變量的數(shù)值PVn-1 是在采樣時(shí)間n-1時(shí)過(guò)程變量的數(shù)2.回路輸出/輸入值標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的標(biāo)定變換10在使用PLC的PID指令時(shí)，要注意到輸進(jìn)PID指令的過(guò)程變量、給定值和輸出值是0.0和1.0之間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化了的實(shí)數(shù)值。而設(shè)定值和過(guò)程變量都可能是現(xiàn)實(shí)世界的值，它們的大小、范圍和工程單位都可能不一樣。因此，在設(shè)置值送進(jìn)PID指令之前，需要將現(xiàn)實(shí)世界的值的實(shí)數(shù)值表達(dá)形式轉(zhuǎn)換成0.01.0之間的標(biāo)準(zhǔn)化值。第一步是把16位整數(shù)值轉(zhuǎn)成浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)值；ITD AIW0，AC0 /將輸入值轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)DTR AC0，AC0 /將32位雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)下一步是將現(xiàn)實(shí)世界的值的實(shí)數(shù)值表達(dá)形式轉(zhuǎn)換成0.01.0之間的標(biāo)準(zhǔn)化值。/R 64000.0, AC0 /累加器中的標(biāo)準(zhǔn)化值+R 0.5, AC0 /加上偏置，使其在0.01.0之間MOVR