基于DCS的换热器蒸汽出口温度控制.pdf

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1、第7期王燕等．基于DCS的换热器蒸汽出口温度控制917基于DCS的换热器蒸汽出口温度控制王燕王双红张谦(中原工学院，郑州450007)摘要采用西门子公司新一代的DCS产品PCS7进行换热器蒸汽出口温度控制系统的设计。通过改变给定值和施加扰动等测试实现了对温度参数T1104的精确控制。关键词PCS7蒸汽温度控制组态中圈分类号TH862+．6文献标识码B文章编号1000-3932(2013)07-0917-03锅炉是石油化工和电厂工业过程中非常重要的动力设备，换热器是锅炉系统的重要设备之一，换热器可分为加热器和冷却器两类，加热器主要用于冷流体升温；冷却器则用于热流体降

2、温¨】。DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物，在发电、化工、炼钢、制药及造纸等工业领域有着广泛的应用，极大地提高了生产的自动化程度旧一1。PCS7是西门子公司新一代的DCS产品，其结合了传统DCS和PLC控制系统的优点Hjl。该系统的所有硬件都基于统一的硬件平台，所有软件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下。1温度控制流程简述锅炉系统产生的过热蒸汽需要经过换热设备进一步调节其温度才能达到下游设备的要求，需要采用换热器对热流出口温度进行调整，一般使用来自公用工程的冷却水为热物料降温。本文所涉及的换热器为基于SMPT-1000系统的液一液两相非接触

3、换热冷却器，通过换热将热流体的温度降低到工艺要求范围内。如图1所示，热流体走壳程(管外流动)，出口温度为TIll04，出口流量为F11105；冷却水上水流量为订1102，冷却水上水管线上设有调节阀FVll03，冷却水出口温度为TTll03，工艺要求实现T1104温度的恒定。PCS7系统结构如图2所示，OS站和ES站合二为一，采用SIEMENS公司推荐的Dell高性能计算机。AS站处理器选用SIEMENS公司$7-400系列的$7-412-3H，电源模块采用PS40510A，通信模块采用CP443．1；来自现场的检测信号和通往现场的执行信号通过485通信由PMl25

4、转换图1换热器热流出口温度控制流程模块连接到Profibus总线上送至主控制器。从结构上由上到下分别为过程监控、现场控制站及现场设备等几个层次。过程监控ES／OS操作管理装置)分布式1／(图2PCS7系统结构收稿日期：2013-05-15(修改稿)基金项目：国家自然科学基金资助项目(61074022)-918化工自动化及仪表第40卷2硬件组态结合图1中换热器控制工艺流程和图2的PCS系统结构，确定系统的控制规模并根据规模选择硬件，包括通信模块、CPU、PMl25及电源系统的选择等。硬件组态由HWconfig来完成。AS(控制站)的硬件组态，主要是将通信CP443—

5、1模块、Profibus模块以及CPU等组态到相应的插槽中并进行设置。OS的组态主要是建立PC站的以太网络。AS和OS组态完毕后还要进行AS和OS站的网络连接及设置，组态结果如图3所示，PC到刚图3系统的网络连接站和CPU(SIMATIC400)通过Ethernet网络交换数据，CPU和PMl25通过Profibus交换数据。2．1CFC组态AS和OS组态并建立两者之间的网络连接后，就要进行算法的组态，笔者采用的算法组态模式是CFC(连续功能图)组态。根据控制原理要组建基于PCS7的温度单回路控制，需要在CFC编辑器中添加CH_AI模块、CH—AO模块，CTRL—

6、PID模块以及MEAS—MON模块，过程如图4所示。其中热流出口温度的测量值T1104通过CH—AI块采集到算法程序中，连接到PID块的测量端PV。CTRL—PID块采用位置式算式进行计算，控制器输出参数为LMN，LMN端连接到冷却水上水流量调节阀FVll03，通过CH—AO块与FVll03建立连接。MEAS—MON块的主要作用是在OS上直观显示FVll03的开度。2．2OS组态本系统中，ES(工程师站)和OS(操作员站)为同一站，对DCS进行离线配置、组态工作以及图4CFC组态在线的系统监督、控制和维护，监视各种处理运行操作的人机界面，对工艺流程图、参数变化趋势

7、、参数列表及报警等进行显示和设置。SIMATICPCS7采用WINCC来作为OS站的软件平台来组态人机界面，监控主画面主要完成对工艺过程的显示和主要参数的设置和监控，组态结果如图5所示。图中FI为流量监测，FV为阀门开度监测，TICll04为PID控制参数监测。图5OS组态第7期王燕等．基于DCS的换热器蒸汽出口温度控制9193控制效果利用PCS7系统，通过建立项目、硬件组态、算法组态及监控组态等环节设计并实现了换热器热流出口温度的稳定控制，通过改变给定值或施加扰动等测试获得了良好的控制性能。控制结果如图6所示，在改变给定值或者施加扰动的作用下，蒸汽出口温度T11

8、04能快速