专利名称：用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及烟气脱硫的处理技术和自动控制技术，特别是一种用半干法脱硫除氟的烟 气处理控制系统，采用该系统不仅能够在钢铁厂、燃煤电厂及其它大型工业锅炉的烟气处 理中获得更加稳定和更好的脱硫除氟效果，并且提高原料利用率，而且工况适用性好，具 有较强的可移植性。
背景技术：
中国国民经济的快速增长,环境保护事业越来越受到社会广泛的重视,环保产业也得到 迅速发展。我国烟气脱硫控制技术的研究开发始于60年代初，对燃煤电厂、燃煤工业锅炉 和冶金废气开展了烟气脱硫工艺研究、设备研制，我国目前应用比较多的有干法、湿法和 半干法等脱硫工艺，但工艺所对应的软件和控制技术的发展却比较滞后，有的自动化程度 比较低，有的控制精度不高，造成脱硫效果差，原料利用率低，而且普遍存在移植性、通 用性差的问题，每建一个工程，都要重新进行软件开发和控制模块结构的设计，从而造成 人员、资金的浪费。发明内容本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种用半干法脱硫除氟的烟气处理控 制系统，采用该系统不仅能够在钢铁厂、燃煤电厂及其它大型工业锅炉的烟气处理中获得 更加稳定和更好的脱硫除氟效果，并且提高原料利用率，而且工况适用性好，具有较强的 可移植性。本发明的技术方案如下-用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，其特征在于包括安装有人机界面部分的工 控机，和安装有软件控制部分的PLC (可编程控制器)设备，所述PLC是指可编程逻辑控 制器，软件控制部分和人机界面部分之间采用通用通讯协议进行通讯；所述人机界面部分 包括用户及安全管理模块，工艺流程画面模块，故障及报警管理模块，报表管理模块， 和历史数据分析模块；所述软件控制部分包括系统初始化模块，通讯管理模块，数据采 集模块，流程及设备数据库模块，故障管理模块，工艺参数动态修正模块，数学模型模块，流程控制模块，设备控制模块，和数据输出模块。所述用户及安全管理模块，用于用户登录及用户权限管理，不同等级的用户拥有各自 不同的管理权限，管理员用户可以对各用户权限进行设置；所述工艺流程画面模块，能够 形成与实际工艺流程相对应的动态画面，用于流程、设备的状态显示和操作，以及生产参 数设定；所述故障及报警管理模块，用于对系统及设备故障进行记录、显示及声光提示， 并显示出故障设备的位置及故障原因，为操作员及时发现和分析解决问题提供方便；所述 报表管理模块，用于定时形成各类生产报表及各类参数图表。为生产管理人员提供充分的 数据依据；所述历史数据分析模块，用于将重要的生产数据及设备运行状况记入历史数据 库中，并且可形成多种分析报表，为管理人员和上层管理软件提供充分的数据依据。所述系统初始化模块，用于对系统本身进行自检及对参数初始化；所述通讯管理模块， 用于在软件控制部分和人机界面部分之间采用通用通讯协议进行通讯；所述数据采集模块， 用于采集外围设备数据，并且进行初步处理，为以下的进一步分析计算做好准备；所述流 程及设备数据库模块，在数据库中定义每个流程中所包含的设备，以及每个设备的信号数 量，在装入软件之前，将整个系统中的受控设备的数据按格式输入到数据库中即可，这样， 软件在不同系统间移植时只需修改该数据库即可；所述故障管理模块，用于对系统及设备 故障进行处理，并送到人机界面中进行记录和显示；所述工艺参数动态修正模块，根据各 流程及设备上一次的执行结果、工艺参数值及本次采集的数据，对上一次计算工艺参数进 行动态补偿和修正，以达到最佳的控制效果；所述数学模型模块，用于对半干法脱硫除氟 的烟气处理所需的各项参数进行处理；所述流程控制模块，用于根据相应的数学模型计算 结果和流程及设备数据库提供的数据计算出各流程的应有状态；所述设备控制模块，用于 将各流程的状态转换为每台设备的控制，并根据设备状态及数学模型的计算结果计算出每 台设备应有的控制动作；所述数据输出模块，用于将最终算出的每台设备应有的控制动作 根据地址输出到每台设备的控制线，使设备按要求动作。所述通用通讯协议包括总线(PROFIBUS)通讯协议及以太网通讯协议。所述流程控制模块中的流程包括新粉添加流程，反应塔流程，除尘流程，循环系统 流程，废料外排流程。所述半干法脱硫除氟的烟气处理所需的各项参数包括烟气管道的入口和出口温度、 压力、二氧化硫(S02)浓度、以及原料粉——氢氧化钙(Ca(OH)2)的湿度，以便利用数 学模型获得以下参数氢氧化钙(Ca(OH)2)的用量、加水量、在管道中的反应时间。所述人机界面部分，主要用于操作人员对整个系统设备进行监视和操作，同时还可以对工艺参数、报警信息、操作过程、现场设备运行状况进行记录和分析。所述软件控制部分主要用于完成所有仪表数据的采集、计算、显示及闭环控制功能。 本发明的技术效果如下本发明的一种用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，由于采用了模块化结构，所以， 采用该系统不仅能够在钢铁厂、燃煤电厂及其它大型工业锅炉的烟气处理中获得更加稳定 和更好的脱硫除氟效果，并且提高原料利用率，而且工况适用性好，具有较强的可移植性。本发明的一种用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，在炼铁厂脱硫除氟项目的实际 应用中，系统非常稳定，脱硫除氟效果很好，原料利用率较高，由于软件系统采用了标准 化模块结构，大大减少了程序开发的费用。
图1是本发明一种用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统的结构框图。 附图标记列示如下Al-用户及安全管理模块，A2-工艺流程画面模块，A3-故障及报警管理模块，A4-报表 管理模块，A5-历史数据分析模块，Bl系统初始化模块，B2-通讯管理模块，B3-数据采集 模块，B4-流程及设备数据库模块，B5-故障管理模块，B6-工艺参数动态修正模块，B7-数 学模型模块，B8-流程控制模块，B9-设备控制模块，B10-数据输出模块。
具体实施方式
本系统采用西门子S7-300 PLC (可编程控制器)硬件为基础，以WINDOWS软件为开 发和操作平台。单体电气设备和仪衷通过标准的I/0模块接入PLC系统，喷雾装置、加湿 机、除尘器等成套设备通过标准的总线(PROFIBUS)网络接入PLC (可编程控制器)系统。 系统分为控制部分和人机界面部分，通过检测烟气管道的入口和出口温度、压力、二氧化 硫(S02)浓度以及原料粉(氢氧化钙(Ca(OH)2))的湿度等，利用先进的数学模型，进行 科学计算，精准地控制原料的用量、加水量、在管道中的反应时间等，同时系统还可以自 动地动态调整相应参数，从而使脱硫除氟的效果达到最佳，且最大限度地节省原料(氢氧 化钙(Ca(OH)2))和能源(水、电、气等)。人机界面部分主要用于操作人员对整个系统设备进行监视和操作，同时还可以对工艺 参数、报警信息、操作过程、现场设备运行状况进行记录和分析。程序的编制采用标准化模块，每个子系统、每个功能及每个设备都釆用编写标准模块化子程序的方法，使得在系统中增加、减少设备或改变相应的功能变得相当简单，将本软 件移植到一个新工程中，只需把相应的设备数据在系统中"对号入座"即可，再也不必对 自控系统进行重新开发，而且使系统维护工作变得更加简单。系统结构如附图l所示。本系统实际应用的技术效果表明系统非常稳定，脱硫除氟效果很好，原料利用率较 高，由于系统采用了标准化模块结构，大大减少了程序开发的费用。如图1所示，用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，包括人机界面部分和软件控制 部分，人机界面部分安装在工控机中，软件控制部分安装在PLC设备中，PLC硬件与现场 受控设备直接用电信号连接。如图1所示，人机界面部分安装在工控机中，共包含以下五部分Al:用户及安全管理用于用户登录及用户权限管理，不同等级的用户拥有各自不同的管理权限，管理员用 户可以对各用户权限进行设置。 A2:工艺流程画面与实际工艺流程相对应的动态画面，用于流程、设备的状态显示和操作，以及生产参 数设定。A3:故障及报警管理对系统及设备故障进行记录、显示及声光提示，并显示出故障设备的位置及故障原因， 为操作员及时发现和分析解决问题提供方便。 A4:报表管理定时形成各类生产报表及各类参数图表。为生产管理人员提供充分的数据依据。 A5:历史数据分析重要的生产数据及设备运行状况记入历史数据库中，并且可形成多种分析报表，为管 理人员和上层管理软件提供充分的数据依据。如图1所示，软件控制部分安装在PLC中，程序循环执行，共包含以下10部分 Bl:系统初始化对系统本身进行自检及对参数初始化。 B2:通讯管理包括PLC与其他系统的通讯和PLC与人机界面之间的通讯，均采用总线(profibus) 及以太网等通用通讯协议。 B3:数据采集采集外围设备数据，并且进行初步处理，为以下的进一步分析计算做好准备。 B4:流程及设备数据库在数据库中定义每个流程中所包含的设备，以及每个设备的信号数量等，在装入软件 之前，将整个系统中的受控设备的数据按格式输入到数据库中即可，这样，软件在不同系 统间移植时只需修改该数据库即可。B5:故障管理对系统及设备故障进行处理，并送到人机界面中进行记录和显示。 B6:工艺参数动态修正根据各流程及设备上一次的执行结果、工艺参数值及本次采集的数据，对上一次计算 工艺参数进行动态补偿和修正，以达到最佳的控制效果。 B7:数学模型是该软件的核心部分，为每一步工艺流程提供多个科学的数据模型，具有较强的科学 性和实用性，符合工况实际。本公司所使用的数学模型是通过本公司多年研究和实践总结 而出的，科学性、实用性非常强。显然，其他符合工况实际的数学模型也同样适用。B8:流程控制模块流程控制部分，主要分为"新粉添加"、"反应塔"、"除尘"、"循环系统"、"废料外排" 等流程，该模块根据相应的数学模型计算结果和流程及设备数据库提供的数据计算出各流 程的应有状态。B9:设备控制模块设备控制部分，将各流程的状态转换为每台设备的控制，并根据设备状态及数学模型 的计算结果计算出每台设备应有的控制动作。 B10:数据输出将最终算出的每台设备应有的控制动作根据地址输出到每台设备的控制线，使设备按 要求动作。本控制系统是建立在以西门子PLC和工业控制计算机为硬件基础的，外围受控的非智 能设备通过电信号接入PLC系统，电信号分为模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数 字量输出4种，外围智能设备通过profibus网络按规定地址接入PLC系统。模拟量信号是4 20ma的电流信号，输入信号通过PLC的模拟量输入模板转换为数字 量，可以送到计算机显示或记录，也可以通过特定的数学模型与与之相关的输出信号(模 拟量和开关量)构成闭环控制，以达到科学的控制效果。模拟量输出信号是将计算好的量化信号(如阀门开度或电机转速等)通过PLC的模拟 量输出模板转换为4~20ma的电流信号，从而控制现场设备运转。数字量输入信号是指现场设备的开关状态(如是否运行、是否故障等)，数字量输出信 号是指对现场设备的控制信号(如启动、停止等)，都是通过专用模板与PLC连接。外围智能设备主要包含加湿机、雾化装置、除尘装置、智能仪表等，它们通过profibus 网络与PLC系统组成总线型现场网络，利用"主从"的方式进行数据通讯。PLC与工控机通过以太网连接，采用光纤作为通讯介质，我们可以通过计算机，根据 工艺具体要求及实际设备情况对软件控制部分各参数进行修正，系统控制部分由计算机通 过局域网传输到PLC中，显示及操作画面部分装入工控机。将PLC切换到"运行"状态，在工控机上运行系统的显示及操作画面程序，操作人员 即可通过鼠标和键盘对系统中的受控设备进行集中"手动"控制，或将设备切换到"自动"， 使设备根据工艺条件和要求按顺序自动运行，同时显示和记录系统及设备的运行状况，并 能按时形成各种生产及设备报表。本半干法脱硫除氟系统是为钢铁厂、燃煤电厂及其它大型工业锅炉烟气半干法脱硫除 氟工艺系统提供的一套科学的、标准化的系统。其特点如下系统采用模块化、标准化设 计，各种模块按功能划分，操作简单，计算方法科学，控制精确；系统报警及故障管理功 能十分完善，数据记录及操作记录完整，且具有设备数据库模块，用以增加及减少外围设 备。系统包含人机界面部分和PLC控制部分。人机界面部分，操作人员通过图形化界面 对系统流程及设备进行监控，同时该部分还具有故障管理和报表等多种功能，使得系统维 护工作和生产管理变得十分简单。PLC控制部分主要完成所有仪表数据的采集、计算、显 示及闭环控制功能，其核心部分包括多个经多年研究及实践所得的多个数学模型。本系统是为钢铁厂、燃煤电厂及其它大型工业锅炉烟气的半干法脱硫除氟自动控制系 统提供的一套完整、科学的控制及监视技术，包含多个科学的数据模型，流程及设备控制 科学精确，并且相应的软件按模块化、标准化设计，可移植性很强。应当指出，以上所述具体实施方式
可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造， 但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已 进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或 者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本 发明创造专利的保护范围当中。
权利要求
1.用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，其特征在于包括安装有人机界面部分的工控机，和安装有软件控制部分的PLC设备，所述PLC是指可编程逻辑控制器，软件控制部分和人机界面部分之间采用通用通讯协议进行通讯；所述人机界面部分包括用户及安全管理模块，工艺流程画面模块，故障及报警管理模块，报表管理模块，和历史数据分析模块；所述软件控制部分包括系统初始化模块，通讯管理模块，数据采集模块，流程及设备数据库模块，故障管理模块，工艺参数动态修正模块，数学模型模块，流程控制模块，设备控制模块，和数据输出模块。
2. 根据权利要求1所述的用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，其特征在于所述用 户及安全管理模块，用于用户登录及用户权限管理，不同等级的用户拥有各自不同的管理 权限，管理员用户可以对各用户权限进行设置；所述工艺流程画面模块，能够形成与实际 工艺流程相对应的动态画面，用于流程、设备的状态显示和操作，以及生产参数设定；所 述故障及报警管理模块，用于对系统及设备故障进行记录、显示及声光提示，并显示出故 障设备的位置及故障原因，为操作员及时发现和分析解决问题提供方便；所述报表管理模 块，用于定时形成各类生产报表及各类参数图表。为生产管理人员提供充分的数据依据； 所述历史数据分析模块，用于将重要的生产数据及设备运行状况记入历史数据库中，并且 可形成多种分析报表，为管理人员和上层管理软件提供充分的数据依据。
3. 根据权利要求1所述的用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，其特征在于所述系 统初始化模块，用于对系统本身进行自检及对参数初始化；所述通讯管理模块，用于在软 件控制部分和人机界面部分之间采用通用通讯协议进行通讯；所述数据采集模块，用于釆 集外围设备数据，并且进行初步处理，为以下的进一步分析计算做好准备；所述流程及设 备数据库模块，在数据库中定义每个流程中所包含的设备，以及每个设备的信号数量，在 装入软件之前，将整个系统中的受控设备的数据按格式输入到数据库中即可，这样，软件 在不同系统间移植时只需修改该数据库即可；所述故障管理模块，用于对系统及设备故障 进行处理，并送到人机界面中进行记录和显示；所述工艺参数动态修正模块，根据各流程 及设备上一次的执行结果、工艺参数值及本次采集的数据，对上一次计算工艺参数进行动 态补偿和修正，以达到最佳的控制效果；所述数学模型模块，用于对半干法脱硫除氟的烟 气处理所需的各项参数进行处理；所述流程控制模块，用于根据相应的数学模型计算结果 和流程及设备数据库提供的数据计算出各流程的应有状态；所述设备控制模块，用于将各 流程的状态转换为每台设备的控制，并根据设备状态及数学模型的计算结果计算出每台设备应有的控制动作；所述数据输出模块，用于将最终算出的每台设备应有的控制动作根据 地址输出到每台设备的控制线，使设备按要求动作。
4. 根据权利要求3所述的用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，其特征在于所述通 用通讯协议包括PROFIBUS通讯协议及以太网通讯协议。
5. 根据权利要求3所述的用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，其特征在于所述流 程控制模块中的流程包括新粉添加流程，反应塔流程，除尘流程，循环系统流程，废料 外排流程。
6. 根据权利要求3所述的用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，其特征在于所述半 干法脱硫除氟的烟气处理所需的各项参数包括烟气管道的入口和出口温度、压力、S02 浓度、以及氢氧化钙原料粉的湿度，以便利用数学模型获得以下参数氢氧化钙原料粉的 用量、加水量、在管道中的反应时间。
7. 根据权利要求1所述的用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，其特征在于所述人 机界面部分，主要用于操作人员对整个系统设备进行监视和操作，同时还可以对工艺参数、 报警信息、操作过程、现场设备运行状况进行记录和分析。
8. 根据权利要求1所述的用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，其特征在于所述软 件控制部分主要用于完成所有仪表数据的采集、计算、显示及闭环控制功能。
全文摘要
用半干法脱硫除氟的烟气处理控制系统，包括安装有人机界面部分的工控机，和安装有软件控制部分的PLC设备，软件控制部分和人机界面部分之间采用通用通讯协议进行通讯；所述人机界面部分包括用户及安全管理模块，工艺流程画面模块，故障及报警管理模块，报表管理模块，和历史数据分析模块；所述软件控制部分包括系统初始化模块，通讯管理模块，数据采集模块，流程及设备数据库模块，故障管理模块，工艺参数动态修正模块，数学模型模块，流程控制模块，设备控制模块，和数据输出模块。采用该系统不仅能够在烟气处理中获得更加稳定和更好的脱硫除氟效果，并且提高原料利用率，而且工况适用性好，具有较强的可移植性。
文档编号B01D53/50GK101234287SQ20081010140
公开日2008年8月6日 申请日期2008年3月6日 优先权日2008年3月6日
发明者刘京山, 陈明波 申请人:北京科大联创冶金技术有限公司