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循环流化床锅炉DCS系统的研究与应用

作 者: 柴庆凯
导 师: 魏彪
学 校: 重庆大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 循环流化床锅炉 DCS 解耦算法 节能减排 控制策略
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


流化床燃烧技术是目前商业化程度最好的清洁煤燃烧技术之一,它具有安全、高效和清洁的特点。循环流化床锅炉(Circulating Fluidized Bed Boiler,CFBB)是一种采用流化床燃烧技术的锅炉,具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、脱硫成本低、负荷调节比大等突出优点,在国内外得到广泛应用。尤其是,在世界各国大力提倡节能减排的当今,循环流化床锅炉具有更加广阔的应用前景。然而,循环流化床锅炉的自动化水平还比较低,对其的自动控制已经成为影响循环流化床锅炉商业化应用的瓶颈之一。本文针对CFBB控制中的一些关键问题,开展了集散控制系统(Distributed Control System,DCS)的研究与应用,提升了循环流化床锅炉的节能功效,也对提高CFBB的自动化水平做了有益的尝试。循环流化床锅炉(CFBB)是一个多输入、多输出、时变、多工况、大滞后、非线性和多变量紧密耦合的复杂控制对象。一般的控制策略是根据工艺特性和耦合程度将其分解为几个独立的控制子系统,再分别设计各个子系统的控制回路。其中,燃烧系统的大滞后和非线性特征最为明显,耦合程度最高,且是影响节能减排效果的关键子系统,是控制的难点和重点。针对以上特点和难点,本课题主要从解耦控制算法和先进过程控制系统两方面进行了理论研究。首先,在分析了CFBB的控制特性的基础上,深入研究了耦合的特点及减少和消除耦合的方法,提出了一种间接模糊解耦协调控制算法。在具体的设计中,燃烧控制系统采用了这一方法,取得了较好的控制效果,节能减排功效明显提升。其次,分析了当前过程控制系统的特点和发展趋势,选择了技术先进和成熟,并且符合CFBB应用要求的DCS。以DCS为控制平台,研究和设计了详细的控制策略,实现了相关的控制回路和操作画面。本文以重庆南川先锋氧化铝有限公司三期扩建工程热电车间DCS项目为依托。选用美国霍尼韦尔(Honeywell)公司的PlantScape Vista/HC900控制器,结合控制组态软件HC Designer组态工具,组成一套完整的集散控制系统。以此为平台,通过组态和人机界面设计,实现了模糊解耦算法和各控制策略,并通过调试和优化,使整个系统成功运行。本文中阐述的解耦算法和控制策略,对今后类似循环流化床锅炉控制系统的设计有着一定的借鉴作用。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题背景  9
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  9-12
    1.2.1 控制算法的研究现状及发展趋势  9-11
    1.2.2 过程控制系统的研究现状与发展趋势  11-12
  1.3 选题依据及研究意义  12-13
  1.4 本文研究的主要内容  13-14
2 循环流化床锅炉的基本原理与控制特性  14-21
  2.1 概述  14
  2.2 循环流化床锅炉的基本原理  14-16
  2.3 循环流化床锅炉的控制特性  16-19
    2.3.1 控制对象的输入输出关系  16-17
    2.3.2 循环流化床锅炉的控制难点  17-18
    2.3.3 循环流化床锅炉的控制任务  18-19
    2.3.4 循环流化床锅炉对过程控制系统的要求  19
  2.4 本章小结  19-21
3 解耦控制算法研究  21-28
  3.1 概述  21-22
  3.2 耦合系统的变量匹配  22-23
  3.3 耦合系统的解耦方法  23-25
    3.3.1 传统解耦方法  23-24
    3.3.2 智能解耦方法  24-25
  3.4 模糊解耦算法研究  25-26
  3.5 减少和消除耦合的原则  26-27
  3.6 本章小结  27-28
4 控制策略的研究与设计  28-47
  4.1 工程概况  28-29
  4.2 过程控制系统  29-33
    4.2.1 工业自动化的发展历程  30-31
    4.2.2 DCS、FCS、PLC 的特点  31
    4.2.3 过程控制系统的选型  31-33
  4.3 DCS 的整体控制策略  33-35
  4.4 数据采集系统  35-36
  4.5 模拟量控制系统  36-42
    4.5.1 汽包水位控制系统  36-40
    4.5.2 燃烧控制系统  40-42
  4.6 顺序控制系统  42-44
    4.6.1 顺序控制系统的设计原理  42
    4.6.2 给水顺序控制系统的设计  42-44
  4.7 炉膛安全监控系统  44-46
    4.7.1 炉膛安全监控系统的设计原理  44-45
    4.7.2 MFT 系统的设计  45-46
  4.8 本章小结  46-47
5 DCS 的设计与实现  47-61
  5.1 DCS 的系统结构  47-48
  5.2 组态与画面  48
  5.3 系统组态  48-51
    5.3.1 操作监控层设备组态  48-50
    5.3.2 直接控制层设备组态  50-51
  5.4 功能组态  51
  5.5 画面设计  51-52
  5.6 数据库配置  52-53
  5.7 组态与画面的实现  53-58
    5.7.1 汽水控制系统  53-55
    5.7.2 燃烧控制系统  55-56
    5.7.3 给水顺序控制系统  56-57
    5.7.4 MFT 系统  57-58
  5.8 运行配置  58-59
  5.9 调试与运行  59-60
  5.10 本章小结  60-61
6 总结与展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
附录  66
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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