一种发电锅炉自动定排改造控制系统的制作方法

1.本发明属于自动化技术领域，涉及一种发电锅炉自动定排改造控制系统。


背景技术：

2.目前国内锅炉连排控制系统开发和应用较多，锅炉定排自动控制系统由于控制参数选定困难以及投资问题，技术开发发展缓慢。锅炉定排还多以人工操作手动阀门的方式方法为主，费时费力、多人配合且存在操作安全隐患，具体包括：
3.(1)排污现状特点
4.锅炉给水经过脱盐处理还是有一定脱盐未尽的钙、镁等成分，会在锅炉内形成絮状沉淀及水渣，随着锅水蒸发，杂质浓度不断增大，使受热面结垢和影响换热效果。因此。锅炉必须定期排污，但是锅炉排污率高低及排污操作方法会影响到锅炉定排效果。目前，为24小时人工定时排污一次，排污时现场操作人员与dcs锅炉监控相互配合。每个员工操作时间与操作方法的差异以及人员配合不当，经常引发锅炉水位的急剧波动，影响锅炉正常运行，并影响锅炉热效率。
5.(2)定期排污的方式方法
6.水冷壁下联箱下部排污口，管线引出双套串联截至阀至定期排污扩容器设备，每台锅炉下联箱和省煤器排污阀，3#锅炉12个(8个下联箱排污阀、3个省煤器排污阀)、4#锅炉12个(8个下联箱排污阀、3个省煤器排污阀)、5#锅炉12个(8个下联箱排污阀、3个省煤器排污阀)，共36个排污阀。人工排污时间：30分钟/台锅炉，8个下联箱排污阀1天/次。下联箱排污1～8个阀的开启要求是对称排污。省煤器4个排污阀3天/次。不允许同时打开两个以上排污阀。目前现状，基本依靠人工操作进行，自动化程度低，劳动效率低，现场操作耗时、耗费人力，难以精确控制排污时间，造成热损失大，排污时间难以精确把握，锅炉排污效果不能有效保证。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种发电锅炉自动定排改造控制系统，以解决上述问题。
8.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.一种发电锅炉自动定排改造控制系统，该系统包括plc柜、前水冷壁集箱、后水冷壁集箱、左水冷壁集箱、右水冷壁集箱、排污电动闸阀、排污管道、省煤器、排污截止阀、集中排污管线和触摸屏；
10.所述前水冷壁集箱、左水冷壁集箱、后水冷壁集箱和右水冷壁集箱依次通过水冷管壁管线连接形成回路；
11.所述水冷管壁管线每路2个排污截止阀串接，分别为一次排污截止阀和二次排污截止阀；
12.一次排污截止阀为手动截止阀，二次排污截止阀为电动截止阀；
13.所述水冷管壁管线与集中排污管线之间通过排污管道上设置的排污截止阀调节排污；
14.所述省煤器与集中排污管线之间通过排污管道上设置的排污截止阀调节排污；
15.所述省煤器独立于水冷管壁管线；
16.所述前水冷壁集箱、左水冷壁集箱、后水冷壁集箱和右水冷壁集箱和省煤器的共设置有12个电动截止阀：即电动截止阀一～电动截止阀十二；
17.所述电动截止阀与plc柜信号连接；
18.所述触摸屏与plc柜信号连接；
19.所述电动截止阀一接至火线u和零线n；
20.所述电动截止阀二接至火线u和零线n；
21.所述电动截止阀三接至火线u和零线n；
22.所述电动截止阀四接至火线u和零线n；
23.所述电动截止阀五接至火线v和零线n；
24.所述电动截止阀六接至火线v和零线n；
25.所述电动截止阀七接至火线v和零线n；
26.所述电动截止阀八接至火线v和零线n；
27.所述电动截止阀九接至火线w和零线n；
28.所述电动截止阀十接至火线w和零线n；
29.所述电动截止阀十一接至火线w和零线n；
30.所述电动截止阀十二接至火线w和零线n；
31.所述改造控制系统还包括浪涌保护器，浪涌保护器接至火线u、火线v、火线w和零线n；
32.所述改造控制系统还包括开关电源，开关电源接至火线u和零线n；
33.所述改造控制系统还包括plc电源，为plc柜供电，plc电源接至火线u和零线n；
34.所述改造控制系统还包括触摸屏电源，为触摸屏供电，触摸屏电源接至火线u和零线n；
35.所述改造控制系统还包括模块电源，模块电源接至火线u和零线n；
36.所述电动截止阀有2个数字输出do信号、6个数字输入di信号、连锁信号、ai模拟4～20ma信号和风扇状态信号；
37.其中，2个do信号包括开阀信号和关阀信号；
38.6个di信号包括开到位信号、关到位信号、开过转矩信号、关过转矩信号、故障信号和远程信号；
39.所述ai模拟4～20ma信号为汽包液位信号，液位满刻度20ma表示卡件的类型，液位满刻度为20ma；
40.汽包液位与排污截止阀的关系是：当液位低于36％液位时，关闭所有电动的排污截止阀；当排污截止阀开到位或故障信号、过力矩信号发出时，所有电动的排污截止阀关闭；
41.远程信号是指现场有切换开关，能够现场控制；
42.所有信号传输到plc进行排污控制；
43.所述排污控制分为以下五个部分：
44.(1)自动程序
45.自动程序在plc上电后进入开始状态，要想执行锅炉定排首先需要让设备进入自动允许执行状态；满足按照工艺要求、系统无总故障、无急停按钮触发、所有阀门在远程状态和所有阀门触摸屏上选择为自动状态的条件，程序认为系统进入自动程序允许执行状态；在系统运行中如果任何时刻条件不满足，那么系统退出出自动程序；
46.(2)电动截止阀一～电动截止阀八的自动循环程序
47.在自动程序允许执行状态下，手动按下电动截止阀一～电动截止阀八自动循环按钮，按钮灯亮起；按下后程序进入电动截止阀一～电动截止阀八自动循环逻辑；从电动截止阀一开始自动打开，打开到位后间隔时间延时自动关闭，关闭到位后间隔时间延时自动打开电动截止阀二，依次完成到8#阀关闭后打开电动截止阀一，循环执行；需要停止时再次按电动截止阀一～电动截止阀八自动循环按钮，按钮灯熄灭，程序关闭所有阀门；
48.(3)电动截止阀一～电动截止阀十二自动循环程序
49.在自动程序允许执行状态下，手动按下电动截止阀一～电动截止阀十二自动循环按钮，按钮灯亮起；按下后程序进入电动截止阀一～电动截止阀十二自动循环逻辑；从电动截止阀一开始自动打开，打开到位后间隔时间延时自动关闭，关闭到位后间隔时间延时自动打开电动截止阀二，依次完成到电动截止阀十二关闭后打开电动截止阀一，循环执行；需要停止时再次按下电动截止阀一～电动截止阀十二自动循环按钮，按钮灯熄灭，程序关闭所有阀门；
50.(4)故障判断逻辑
51.系统在运行中实时监测故障点状态，任意点异常会触发总故障，系统中有12个阀门过力矩故障点，24个阀门开关超时故障点，1个液位低于设定值故障点，1个风机无运行故障点；总故障触发后系统离开自动循环工作模式；
52.(5)故障及急停状态下的自动关阀保护操作
53.总故障和急停信号作为系统的非正常信号，两个信号任意一个触发后，系统会进入关阀保护逻辑，首先退出自动循环逻辑，同时关闭所有阀门，防止蒸汽外泄。
54.可选的，所述集中排污管线型号为排污截止阀型号为dn25 6.3mpa。
55.可选的，所述电动截止阀一～电动截止阀十二接收开阀指令和关阀指令；
56.开阀指令是通过一键启动按钮执行plc内部程序循环，按照开指令发出，排污截止阀实施动作，plc接收到反馈信号，按照预定时间，发出关阀指令，在开到位和关到位收到信号时间，防止超延时或关延时；
57.系统共12个电动截止阀，调用一个阀门控制块完成单个阀门开关控制；a/m为阀门手自动状态，di_remote/local为现场阀门远程状态反馈信号，di_fault为现场阀门过力矩反馈信号，di_open_position为现场阀门开到位反馈信号，di_close_position为现场阀门关到位反馈信号，open为手动开阀指令，close为手动关阀指令，auto_open为自动开阀指令，auto_close为自动关阀指令，dq_open为开阀输出，
58.dq_close为关阀输出；在外部信号无过力矩且在远程状态下，plc程序通过开关阀输出控制阀门开关；在a/m信号为1时，代表手动模式通过手动开关阀指令控制阀门开关，在a/m信号为0时，代表自动模式通过自动开关阀指令控制阀门开关；引入阀门开关时间，
open_time为阀门开时间，open_time_set为阀门开输出时最大设置时间，当阀门开时间大于最大设置时间，程序判断阀门开超时故障open_fault，同理close_time为阀门关时间，close_time_set为阀门关输出时最大设置时间，当阀门关时间大于最大设置时间，程序判断阀门关超时故障close_fault，阀门开关超时故障和阀门过力矩故障任意一个触发阀门故障fault输出；
59.自动运行条件为系统无总故障，无急停按钮触发，所有阀门在远程状态，所有阀门触摸屏上选择为自动状态；
60.系统启动自动循环逻辑后，首先触发开始自动的首位；程序采用位移传递指令完成每一个步骤的传递；
61.每次阀门开关到位后执行位移指令，进入下一个逻辑；
62.电动截止阀一自动开指令置位后，等待电动截止阀一的开阀到位信号，间隔延时后关闭自动开指令，打开自动关指令，依次类推至最后一个阀门关闭后再跳回到电动截止阀一打开，完成一个大循环；
63.故障判断：单个阀门故障共12个汇总任意一个故障触发总故障；
64.单个阀门过力矩故障共12个汇总任意一个故障触发总故障；
65.锅炉液位小于设定值和无风机运行信号触发总故障。
66.可选的，所述电动截止阀一～电动截止阀十二还分别连接有开阀指示灯和关阀指示灯。
67.可选的，所述电动截止阀一～电动截止阀十二还分别连接有自动排污指示灯。
68.可选的，所述改造控制系统还包括远程指示灯和故障指示灯。
69.可选的，所述电动截止阀一～电动截止阀十二还分别连接有开到位信号灯、关到位信号灯、开过转矩信号灯、关过转矩信号灯、故障信号灯和远程信号灯。
70.可选的，所述改造控制系统还包括插座，所述插座接至火线u和零线n；
71.所述改造控制系统还包括开关电源，开关电源接至火线u和零线n；
72.所述改造控制系统还包括备用电源，备用电源接至火线u和零线n；
73.所述plc柜还包括柜内照明风扇，柜内照明风扇接至火线u和零线n。
74.本发明的有益效果在于：根据设定的参数，实现定期定量定序排污。
75.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
76.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
77.图1为本发明改造前3#、4#、5#锅炉排污管线示意图；
78.图2为本发明改造后排污管线示意图；
79.图3为本发明中plc原理图；
80.图4为本发明中锅炉系统图一；
81.图5为本发明中锅炉系统图二；
82.图6为本发明中锅炉系统图三；
83.图7为本发明中锅炉plc系统组态图；
84.图8为本发明中锅炉触摸屏接线图；
85.图9为本发明中锅炉模拟输入模块接线图；
86.图10为本发明中锅炉数字输出模块接线图一；
87.图11为本发明中锅炉数字输出模块接线图二；
88.图12为本发明中锅炉数字输出模块接线图三；
89.图13为本发明中锅炉数字输出模块接线图四；
90.图14为本发明中锅炉数字输入模块接线图一；
91.图15为本发明中锅炉数字输入模块接线图二；
92.图16为本发明中锅炉数字输入模块接线图三；
93.图17为本发明中排污控制流程图；
94.图18为阀门控制块逻辑说明图；
95.图19为自动允许条件程序逻辑图；
96.图20为阀门循环逻辑中移位指令逻辑图；
97.图21为阀门循环逻辑中1#阀开延时到移位指令逻辑图；
98.图22为阀门循环逻辑中1#开阀到位信号逻辑图；
99.图23为故障判断逻辑说明图；
100.图24为故障判断逻辑中任意阀门过力矩报警触发阀门总故障逻辑图；
101.图25为故障判断逻辑中锅炉液位小于设定值触发总故障和风行运行信号丢失触发总故障逻辑图。
具体实施方式
102.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
103.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
104.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术
人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
105.(一)技术特点、关键技术和关键工艺
106.改造前：初始工艺流程为每台锅炉共分为4个下水冷壁集箱、省煤器12个排污管道都是就近引至排污总管线。管线为每路2个截至阀dn25 6.3mpa串接使用。如图1所示，为改造前排污管线示意图。
107.(二)改造实施的具体内容
108.(1)硬件：
109.①
改造前，水冷管壁管线均为手动截止阀控制，且每路2个截止阀串接。改造的内容为：每路2个排污截止阀中二次排污截止阀更改为电动截止阀，阀的通径、参数不变，类型改为截止阀。一次排污截止阀保持不变如图2所示。
110.②
3#锅炉12个排污管线保持原有位置，由于电动阀无安装位置，只需要阀门适当移位。4#、5#锅炉进行管线和截止阀、闸阀重新统一布置。
111.③
plc盘柜3套安装在现场，便于现场操作运行过程中便于跟踪、监控。
112.(2)实施的具体内容，plc系统逻辑程序设计：
113.功能1：现场启动。
114.功能2：控制模式分自动/联锁/手动三种，
115.手动模式：点击1#～12#启动按钮，可分别根据需求次序选择启动闸阀的开，但关闭的阀门执行时间，由plc内部程序时间决定自动关闭。每台电动控制截止阀的开关时间的最佳设定、运行最佳次序，在调试过程中，根据锅炉液位的设定和排污情况进行逐步的调整。
116.自动模式：直接点击启动按钮，(此时选择点击1#～12#按钮无效)，按照plc内部预定程序先后启动1#～12#电动截止阀，并按照预定时间程序决定电动截止阀关闭的时间。
117.联锁模式：直接点击启动按钮，(此时选择点击1#～12#按钮无效)，按照plc内部预定程序先后启动1#～12#电动截止阀，并按照预定时间程序决定电动截止阀关闭的时间。同时该程序运行时，所有截止阀不论是否开启，在dcs锅炉汽包液位低报警信号输出至plc，则全部自动关闭。且程序自动全部处于停止状态。此时点击启动按钮无效。
118.功能3：急停，当运行出现或发现现场异常，则点击急停，不论手动、自动等，程序所有电动闸阀全部关闭。
119.plc原理如图3所示。3#锅炉、4#锅炉、5#锅炉各1套plc柜，每套plc柜各提供1路ac380v电源(三相五线制)，每套plc控制12个电动截止阀，每个电动截止阀有do信号2个(开阀、关阀)，di信号6个(开到位、关到位、开过转矩、关过转矩、故障、远程)。连锁信号，ai模拟4～20ma信号(锅炉液位信号)1个，di信号(风扇状态)1个。plc柜完成所有电动截止阀的供电控制回路，带触摸屏，触摸屏显示所有状态信息，数据记录、报警记录，趋势记录支持3个月以上。
120.点击一键启动按钮，锅炉汽包液位正常，1～8#电动闸阀关闭到位，开1#排污阀；
121.若1#排污阀正常打开，到达1#排污阀设定的时间，则关闭1#排污阀；若1#排污阀没有打开，则进行报警记录；
122.若1#排污阀正常关闭，则打开2#排污阀；若1#排污阀没有关闭，则进行报警记录；
123.若2#排污阀正常打开，到达2#排污阀设定的时间，则关闭2#排污阀；若2#排污阀没
有打开，则进行报警记录；
124.若2#排污阀正常关闭，则打开3#排污阀；若2#排污阀没有关闭，则进行报警记录；
125.依次类推，循环返回，直到关闭1#排污阀。
126.如图4～图16所示，每台锅炉下联箱排污阀1#～8#，省煤器排污阀9#-12#。3#锅炉12个、4#锅炉12个、5#锅炉12个。
127.阀门电动执行机构：本地/远程转换旋钮，当旋钮处在本地，可在电动执行机构上对阀门操作，当旋钮处在远程，可在plc柜柜门上操作。
128.plc柜柜门布置如下：
129.手动/自动转换开关1个、1#-12#阀门开带灯按钮12个、1#-12#阀门关带灯按钮12个、急停按钮1个、故障指示灯1个(1#-12#阀门电动执行机构故障信号)、故障复位按钮1个、1#-8#阀门自动启动按钮1个、1#-12#阀门自动启动按钮1个、远程反馈指示灯1个(1#-12#阀门电动执行机构都处在远程状态)、备用按钮2个。
130.远程plc柜操作具体为：
131.(1)手动模式下：
132.转换开关选择手动，远程反馈指示灯亮，故障信号无，可以分别选择1#～12#阀门开或关按钮进行某一阀门单独控制。
133.(2)自动模式下：
134.转换开关选择自动，远程反馈指示灯亮，故障信号无，dcs送过来的液位信号【可设置】正常，dcs送过来的风扇状态信号正常，按“1#-8#阀门自动启动”按钮，plc程序先后启动1#～8#电动阀门，1#阀门开，开到位后(触摸屏上显示1#阀门开到位信号)，停1s，程序执行1#阀门关指令，1#阀门关到位后(触摸屏上显示1#阀门关到位信号到)，停1min【时间可调】。执行2#阀门开/关指令，过程如1#阀门，循环执行至12#阀门结束。按“1#-12#阀门自动启动”按钮，执行过程同1#-8#阀门。
135.如果阀门在开指令过程中时间超过15s【时间可调】，阀门开到位信号没有收到，则程序判定阀门故障，阀门立即关闭。触摸屏上显示该阀门故障信号。
136.联锁条件：锅炉汽包液位低报警信号输出至本plc系统后或风扇停机信号送至plc后，plc在执行自动程序时则全部自动关闭阀门。且程序全部处于停止状态。此时手动/自动状态下，点击任何“启动”按钮均无效。不允许同时打开两个及以上排污阀门。
137.急停功能：当阀门现场运行出现或发现异常，则拍下“红色急停按钮”，不论手动/自动操作方式，程序切断所有电动闸阀输出信号，使所有电动阀门立刻关闭。
138.如图17所示，排污控制包括以下五个部分：
139.(1)自动程序允许执行条件
140.自动程序在plc上电后进入开始状态，要想执行锅炉定排首先需要让设备进入自动允许执行状态。按照工艺要求，系统无总故障，无急停按钮触发，所有阀门在远程状态，所有阀门触摸屏上选择为自动状态，满足以上条件程序认为系统进入自动程序允许执行状态。在系统运行中如何时刻条件不满足系统退出出自动程序允许执行状态。
141.(2)1-8#阀自动循环程序
142.在自动程序允许执行状态下，手动按下1-8#阀自动循环按钮，按钮灯亮起。按下后程序进入1-8#阀自动循环逻辑。从1#阀开始自动打开，打开到位后间隔时间延时自动关闭，
关闭到位后间隔时间延时自动打开2#阀，依次完成到8#阀关闭后打开1#阀，循环执行。需要停止可再次按下1-8#阀自动循环按钮，按钮灯熄灭，程序关闭所有阀门。
143.(3)1-12#阀自动循环程序
144.在自动程序允许执行状态下，手动按下1-12#阀自动循环按钮，按钮灯亮起。按下后程序进入1-12#阀自动循环逻辑。从1#阀开始自动打开，打开到位后间隔时间延时自动关闭，关闭到位后间隔时间延时自动打开2#阀，依次完成到12#阀关闭后打开1#阀，循环执行。需要停止可再次按下1-12#阀自动循环按钮，按钮灯熄灭，程序关闭所有阀门。
145.(4)故障判断逻辑
146.系统在运行中实时监测故障点状态，任意点异常会触发总故障，本系统中有12个阀门过力矩故障点，24个阀门开关超时故障点，一个液位低于设定值故障点，一个风机无运行故障点。总故障触发后系统离开自动循环工作模式。
147.(5)故障及急停状态下的自动关阀保护操作
148.总故障和急停信号作为系统的非正常信号，两个信号任意一个触发后，系统会进入关阀保护逻辑，首先退出自动循环逻辑，同时关闭所有阀门，防止蒸汽外泄。
149.1.阀门控制块说明
150.如图18所示，本系统共12个电动开关阀，调用一个阀门控制块完成单个阀门开关控制。a/m为阀门手自动状态，di_remote/local为现场阀门远程状态反馈信号，di_fault为现场阀门过力矩反馈信号，di_open_position为现场阀门开到位反馈信号，di_close_position为现场阀门关到位反馈信号，open为手动开阀指令，close为手动关阀指令，auto_open为自动开阀指令，auto_close为自动关阀指令，dq_open为开阀输出，
151.dq_close为关阀输出。在外部信号无过力矩且在远程状态下，plc程序可通过开关阀输出控制阀门开关。在a/m信号为1时，代表手动模式可通过手动开关阀指令控制阀门开关，在a/m信号为0时，代表自动模式可通过自动开关阀指令控制阀门开关。由于系统采用电动开关阀，阀门开关需要时间，我们引入了阀门开关时间，open_time为阀门开时间，open_time_set为阀门开输出时最大设置时间，当阀门开时间大于最大设置时间，程序判断阀门开超时故障open_fault，同理close_time为阀门关时间，close_time_set为阀门关输出时最大设置时间，当阀门关时间大于最大设置时间，程序判断阀门关超时故障close_fault，阀门开关超时故障和阀门过力矩故障任意一个触发阀门故障fault输出。
152.2.自动允许条件程序说明
153.如图19所示，自动运行条件为系统无总故障，无急停按钮触发，所有阀门在远程状态，所有阀门触摸屏上选择为自动状态。
154.3.阀门循环逻辑说明
155.如图20所示，系统自动循环逻辑后，首先触发开始自动的首位。程序采用位移传递指令完成每一个步骤的传递。
156.如图21所示，每次阀门开关到位后执行位移指令，进入下一个逻辑。
157.如图22所示，1#阀自动开指令置位后，等待1#开阀到位信号，间隔延时后关闭自动开指令，打开自动关指令，依次类推至最后一个阀门关闭后再跳回到1#阀门开，完成一个大循环。
158.4.故障判断逻辑说明
159.如图23所示，单个阀门故障共12个汇总任意一个故障触发总故障。
160.如图24所示，单个阀门过力矩故障共12个汇总任意一个故障触发总故障。
161.如图25所示，锅炉液位小于设定值和无风机运行信号触发总故障。
162.本发明能够实现：
163.(1)锅炉定排控制，有效合理有序的自动自动分类控制锅炉每一个定排管道，既保证排污效果，也可降低锅炉排污率，提高锅炉运行效率。
164.(2)一键plc启动模式，全程自动化控制方式。
165.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。