专利名称：气化炉专用控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及先进制造技术领域，具体地说是一种气化炉专用控制系统。本系统采用自主知识产权的工艺和设备，配上自主知识产权的基于现场总线技术的气化炉专用控制系统，嵌入针对气化炉的专用先进控制和操作优化软件，并首次在工业级气化炉上实施大规模工程示范应用。
背景技术：
大型气化炉在国内外都处于示范应用阶段，不同工艺优缺点各异。工艺不同，控制目标也有很大差异。本发明以协作单位中国科学院工程热物理研究所拥有自主知识产权的“粉煤加压密相输运床气化方法及装置”为背景，围绕输运床气化炉的工艺特点，以保障气化炉的平稳、连续、可靠运行为目标，研究气化炉的动态模型，综合运用建模仿真、 先进控制、过程优化等方法和技术，研究温度、压力、氧煤比、汽氧比设定点优化方法， 开发优化控制软件，研制气化炉成套控制系统，并成功应用在示范工程中。
发明内容
本发明以实现密相输运床气化炉炉温软测量模型、控制方法、优化方法、完成专用现场总线控制系统硬件和软件开发，搭建测试实验平台进行测试为目的。为了实现上述目的，本发明的具体技术方案是一种气化炉专用控制系统，基于上位机的基础，包括控制器模块、总线模块、I /0模块、电源模块、背板；所述控制器模块通过背板与I/O模块、总线模块连接，采集现场物理信号；所述电源模块为上述模块进行供电；所述控制器模块与上位机通信连接。还包括电源背板、控制器背板、I/O背板；所述电源背板，用于安装电源模块；所述控制器背板，用于安装控制器模块；所述I/O背板，用于安装 I/O模块，采用无源串行背板总线技术，支持I/O模块热插拔。所述电源模块，采用1+1冗余电源结构；所述控制器模块，采用双CPU结构，负责现场I/O信号的采集、处理、控制；所述总线模块，采用现场FF Hl总线并与现场设备连接；所述I/O模块，包括模拟量输入接口、模拟量输出接口、开关量输入接口、开关量输出接口 ；用于采集现场物理信号。所述现场FF Hl总线通过线缆与现场设备相连。所述现场FF Hl总线包括主控制器、FF通信芯片、2个网段；现场FF Hl总线通过串口与控制器模块进行数据交换，经控制器模块将数据发送至上位机，所述上位机通过现场FF Hl总线与现场设备连接，对现场设备进行参数读写和连接组态。所述上位机中含有监控组态单元；该单元包括
一资源管理器，负责配置当前系统中的组态配置信息，并以树状结构视图的形式显示当前系统中的组态配置信息；
一系统信息数据库，存储系统中的组态配置信息；
一控制策略开发环境，负责模块一级的组态配置工作，由模块管理、数据管理、模板管理、算法编辑、算法检查、在线监控、仿真调试、模块间通讯模块组成；一数据对象管理，负责将系统信息数据库中的数据对象解析为信息对象； -I/O映射关系管理，负责在输入/输出功能块与控制器的I/O模块/通道之间建立映射关系；
-I/O映射工具，以列表的方式显示系统中所有的I/O配置信息，并通过DST. DLL在输入/输出功能块和和控制器的I/O模块/通道之间建立映射关系；
一组态配置信息下载工具，负责将系统中的组态配置信息下载到实际的现场设备中； -I/O服务器程序，负责与现场实际的设备进行交互，例如设备列举，组态配置信息下载，参数读写等等；
-I/O服务COM接口封装，对I/O服务器提供的COM接口进行包装，以减轻客户程序通过I/O服务器访问现场控制器的负担；
一对象浏览动态链接库，根据客户程序的不同需要，以一种统一的方式在各个上位机软件中显示系统信息数据库的概要信息；
一安全服务程序，负责资源管理器程序操作的验证； 一嵌入式常规功能模块，满足输运床气化炉基本的控制需求。所述嵌入式常规功能模块包括
一输入/输出功能模块，包括模拟输入功能块、模拟输出功能块、数字输入功能块、数字输出功能块；
一模拟控制类功能模块，包括比例积分微分功能块、比值功能块、输入选择功能块 、超前滞后功能块；
一逻辑运算类功能模块，包括与运算功能块、或运算功能块、非运算功能块； 一定时/计数类功能模块，包括计数器功能块；
一算术类功能模块，包括加运算功能块、减运算功能块、乘运算功能块、除运算功能块。所述密相输运床气化炉专用嵌入式软件包括
一输运床气化炉模型预测气化炉的稳态热力性能参数，实现系统性能分析和运行参数发生变化时的动态特性变化分析，为设计和完善气化炉的控制策略而建立的，输运床气化炉模型是建立在平衡模型原理和反应动力学原理的基础上的，包括
1.挥发份析出模型，计算挥发份在热解过程中的产物，通过C、H、0、N*S的元素平衡法估算出热解产物的成分；
2.气化子模型，包括碳与水蒸汽的反应、二氧化碳的还原反应(Boudouard反应)、碳与氢气的反应；
3.出口煤气成分模型，煤气的主要成分是CO、H2,CO2 ,H2O、N2、CH4等，含硫气体成分是h2S。由于在气化炉内进行的是高温反应，化学平衡很快达到，在预测气化炉出口煤气成分时，根据物质平衡和水煤气反应化学平衡方程求解气体总摩尔数和八种主要煤气成分摩尔分数；
4.物质和能量平衡模型，包括固相质量平衡、固碳质量平衡、气相质量平衡、动态能量平衡方程；
一输运床气化炉专用控制算法软件，根据气化炉的仿真模型进行气化炉的动态特性分析，通过过对微分方程组的迭代求解，可以得到用于控制的模型，其中，输入变量为给煤量、氧气流量、蒸汽流量、石灰石流量和排渣量；输出变量为气化炉温度、压力、煤气热值和床料量。由于石灰石以固定钙硫比输入，所以可以得到一个4X4的模型。分别对四个输入量进行100%负荷下阶跃变化，从而进行个输出的动态特性分析； 包括
①给煤量阶跃变化时模型输出的动态响应；
②氧气量阶跃变化时模型输出的动态响应；
③水蒸汽量阶跃变化时模型输出的动态响应；
④排渣量阶跃变化时模型输出的动态响应；
根据以上的分析结果，开发出炉温控制功能块、炉压控制功能块、煤气热值控制功能块、床料量控制功能块。采用支持向量机等智能计算技术，发明从出口气体成分到炉温的软测量模型，根据出口工艺气体成分辅助炉温检测，甚至在热电偶出现故障时替代故障值给出正确的炉温；以人工确认的炉温热电偶检测值作为模型修正的依据，保证炉温检测的准确性，开发出炉温软测量功能块。本发明具有如下优点
1.本发明具有密相输运床气化炉的全工况仿真平台，支持工艺仿真与优化控制策略设计与验证。2.本发明是基于现场总线的开放的、可扩展的气化炉控制系统，保证气化炉安全平稳运行。3.本发明具有炉温软测量模型，开发炉温软测量控制软件，提高炉温控制精度 +/-25 度。4.本发明是关于输运床气化炉生产过程控制方法，开发优化控制软件，优化控制软件达到商业化应用水平。5.本发明完成了气化炉成套控制系统的示范应用工程，保障其稳定、可靠、经济的运行，并且碳转化率提高达到95%以上，冷煤气效率提高达到81%以上，降低比氧耗降低到 300Nm302/1000Nm3(C0+H2+CH4)以下，比煤耗降低到 520kg/1000Nm3(C0+H2+CH4)以下。达到国内同行业领先水平，可以进行行业推广。
图1本发明整体结构示意图； 图2本发明的总线模块结构图3本发明的FF Hl总线内部连接示意图。
具体实施例方式如图1-3所示，一种气化炉专用控制系统，基于上位机的基础，包括控制器模块、 总线模块、I /0模块、电源模块、背板；所述控制器模块通过背板与I/O模块、总线模块连接，采集现场传感器物理信号；所述电源模块为上述模块进行供电；所述控制器模块与上位机通信连接。还包括电源背板、控制器背板、I/O背板；所述电源背板，用于安装电源模块；所述控制器背板，用于安装控制器模块；所述I/O背板，用于安装I/O模块，采用无源串行背板总线技术，支持I/O模块热插拔。所述电源模块，采用1+1冗余电源结构；电源模块为MVDC供电，输出功率20W，支持热插拔输出过流/过压保护、面板诊断指示功能；所述控制器模块，采用双CPU结构，负责现场I/O信号的采集、处理、控制；分别负责各I/O模块的管理、识别定位、数据输出及各种控制算法的执行、控制器冗余、通讯控制和协议处理等任务，可并发处理255个控制线程， 同时运行3000个控制算法功能块，支持热插拔和冗余功能；所述总线模块，采用现场FF Hl 总线并与现场设备连接或者HART、Profibus DP等多种；所述I/O模块，包括模拟量输入接口、模拟量输出接口、开关量输入接口、开关量输出接口 ；用于采集现场物理信号。所述现场FF Hl总线通过线缆与现场设备相连。线缆采用普通电缆、双绞线、同轴电缆、光缆等，可节省大量线缆、槽架、连接架。所述现场FF Hl总线包括主控制器、FF通信芯片、2个网段；现场FF Hl总线通过串口与控制器模块进行数据交换，经控制器模块将数据发送至上位机，所述上位机通过现场FF Hl总线与现场设备连接，对现场设备进行参数读写和连接组态。其中，主控制器采用Atmel公司的32位CPU AT9140800作为通信模块；FF通信芯片采用沈阳自动化研究所生产的FBC0409芯片作为现场总线；2个网段，网段之间具有网桥功能，实现数据转发。所述上位机中含有监控组态单元； 该单元包括
一资源管理器，负责配置当前系统中的组态配置信息，并以树状结构视图的形式显示当前系统中的组态配置信息；
一系统信息数据库，存储系统中的组态配置信息；
一控制策略开发环境，负责模块一级的组态配置工作，由模块管理、数据管理、模板管理、算法编辑、算法检查、在线监控、仿真调试、模块间通讯模块组成；
一数据对象管理(DBOB. DLL),负责将系统信息数据库中的数据对象解析为信息对象； -I/O映射关系管理(DST. DLL),负责在输入/输出功能块与控制器的I/O模块/通道之间建立映射关系；
-I/O映射工具，以列表的方式显示系统中所有的I/O配置信息，并通过DST. DLL在输入/输出功能块和和控制器的I/O模块/通道之间建立映射关系；
一组态配置信息下载工具，负责将系统中的组态配置信息下载到实际的现场设备中； -I/O服务器程序，负责与现场实际的设备(控制器)进行交互，例如设备列举，组态配置信息下载，参数读写等等；
-I/O 服务 COM 接口封装(IOServerWrap. DLL)，对 I/O 服务器(NCS2I0Server)提供的 COM接口进行包装，以减轻客户程序通过I/O服务器(NCS2I(^erver)访问现场控制器的负担；
一对象浏览动态链接库(SysDBBrowser. DLL)，根据客户程序的不同需要，以一种统一的方式在各个上位机软件中显示系统信息数据库的概要信息； 一安全服务程序，负责资源管理器程序操作的验证； 一嵌入式常规功能模块，满足输运床气化炉基本的控制需求。所述嵌入式常规功能模块包括
8一输入/输出功能模块，包括模拟输入功能块、模拟输出功能块、数字输入功能块、 数字输出功能块；
一模拟控制类功能模块，包括比例积分微分功能块、比值功能块、输入选择功能块 、超前滞后功能块；
一逻辑运算类功能模块，包括与运算功能块、或运算功能块、非运算功能块； 一定时/计数类功能模块，包括计数器功能块；
一算术类功能模块，包括加运算功能块、减运算功能块、乘运算功能块、除运算功能块。所述密相输运床气化炉专用嵌入式软件包括
一输运床气化炉模型预测气化炉的稳态热力性能参数，实现系统性能分析和运行参数发生变化时的动态特性变化分析，为设计和完善气化炉的控制策略而建立的，输运床气化炉模型是建立在平衡模型原理和反应动力学原理的基础上的，包括
1.挥发份析出模型，计算挥发份在热解过程中的产物，通过C、H、0、N*S的元素平衡法估算出热解产物的成分；
2.气化子模型，包括碳与水蒸汽的反应、二氧化碳的还原反应(Boudouard反应)、碳与氢气的反应；
3.出口煤气成分模型，煤气的主要成分是CO、H2,CO2 ,H2O、N2、CH4等，含硫气体成分是h2S。由于在气化炉内进行的是高温反应，化学平衡很快达到，在预测气化炉出口煤气成分时，根据物质平衡和水煤气反应化学平衡方程求解气体总摩尔数和八种主要煤气成分摩尔分数；
4.物质和能量平衡模型，包括固相质量平衡、固碳质量平衡、气相质量平衡、动态能量平衡方程；
一输运床气化炉专用控制算法软件，根据气化炉的仿真模型进行气化炉的动态特性分析，通过过对微分方程组的迭代求解，可以得到用于控制的模型，其中，输入变量为给煤量 、氧气流量、蒸汽流量、石灰石流量和排渣量；输出变量为气化炉温度、压力、煤气热值和床料量。由于石灰石以固定钙硫比输入，所以可以得到一个4X4的模型。分别对四个输入量进行100%负荷下阶跃变化，从而进行个输出的动态特性分析； 包括
①给煤量阶跃变化时模型输出的动态响应；
②氧气量阶跃变化时模型输出的动态响应；
③水蒸汽量阶跃变化时模型输出的动态响应；
④排渣量阶跃变化时模型输出的动态响应；
根据以上的分析结果，开发出炉温控制功能块、炉压控制功能块、煤气热值控制功能块、床料量控制功能块。采用支持向量机等智能计算技术，发明从出口气体成分到炉温的软测量模型，根据出口工艺气体成分辅助炉温检测，甚至在热电偶出现故障时替代故障值给出正确的炉温；以人工确认的炉温热电偶检测值作为模型修正的依据，保证炉温检测的准确性，开发出炉温软测量功能块。所述I/O模块为控制器模块提供现场I/O信号接入功能，由种类不同的I/O接口模块、I/O端子及I/O背板组成，包括
⑴.I/O背板，采用无源串行背板总线技术，支持I/O模块热插拔； ⑵.I/O接口模块，可以连接多种现场物理信号，如Γ20πιΑ工业标准信号、开关量信号 、热电阻信号、脉冲信号，也可以控制各种执行机构、电器开关等设备。另外，I/O模块本身具有开路短路检测、电源故障、设备状态等自诊断功能，易于现场设备的诊断和维护；
(3). I/O端子，现场物理信号的接入连接点，提供8路、16路连接能力，又可分为冗余端子和非冗余端子。本发明中的控制系统，可以连接32个控制站，每个控制站最多可以连接 4个I/O模块，每个I/O模块可以连接8个I/O接口模块，每个I/O接口模块的I/O通道数量为16。本发明的软件架构为 1. FF HSE通讯网络
本发明控制系统采用FF HSE现场总线作为控制网络，挂接在HSE网络上的控制站可以实时通信，组成控制回路，提供全分布的控制功能。发明中完成HSE协议栈，HSE协议栈包括HSE的各层协议和网络管理/系统管理等。具体实现包括FDA任务和SM任务，另外还包括了标准的TCP/IP协议栈。2. FF Hl总线通讯模块
FF是过程控制行业中普遍采用的现场总线通信协议。本发明以现场总线核心芯片和现场总线协议软件的关键技术为基础，发明了可移植的芯片驱动软件包，以静态库的形式实现了 FF Hl现场总线协议栈。FF Hl协议栈软件包括嵌入式操作系统(NUCLEUS库)、 Hl协议栈程序和FF Hl主站驱动程序三个部分。发明了 FF Hl总线通信模块。FF Hl接口模块是输运床气化炉控制系统的一个 I/O子系统。采用Atmel公司的32位CPU AT9140800作为接口模块的主控制器，采用沈阳自动化研究所生产的FBC0409芯片作为现场总线的接口芯片，使用FF Hl协议库来实现嵌入式软件。每个Hl总线接口模块具有两个网段，可以同时连接两个网段的FF Hl现场设备。 其中FF Hl总线的网段之间具有网桥功能，可以实现数据的转发。FF Hl模块通过串口和控制器进行交互，再由控制器将数据发送给上位机软件。组态软件通过FF Hl总线接口模块可以访问FF Hl现场设备信息，对现场设备进行参数读写和连接组态。3.监控组态软件
监控组态软件由资源管理器模块、控制策略开发环境模块、组态信息下载模块、实时数据库、OPC应用等构成，具体功能包括
一资源管理器，负责配置当前系统中的组态配置信息，并以树状结构视图的形式显示当前系统中的组态配置信息；
一系统信息数据库，存储系统中的组态配置信息；
一控制策略开发环境，负责模块一级的组态配置工作，由模块管理、数据管理、模板管理、算法编辑、算法检查、在线监控、仿真调试、模块间通讯等模块组成； -DB0B.DLL，负责将系统信息数据库中的数据对象解析为信息对象； -DST. DLL,负责在输入/输出功能块与控制器的I/O模块/通道之间建立映射关系；-I/O映射工具，以列表的方式显示系统中所有的I/O配置信息，并通过DST. DLL在输入/输出功能块和和控制器的I/O模块/通道之间建立映射关系；
一组态配置信息下载工具，负责将系统中的组态配置信息下载到实际的现场设备中； -I/O服务器程序，负责与现场实际的设备(控制器)进行交互，例如设备列举，组态配置信息下载，参数读写等等；
-IOServerWrap. DLL，对NCS2I(^erver (I/O服务器)提供的COM接口进行包装，以减轻客户程序通过NCS2I(^erver访问现场控制器的负担；
-SysDBBrowser. DLL，对象浏览动态链接库库，根据客户程序的不同需要，以一种统一的方式在各个上位机软件中显示系统信息数据库的概要信息； 一安全服务程序，负责资源管理器程序操作的验证。4.嵌入式常规功能块库
本发明在研究了 IEC61499、IEC61804、IEC61131 — 3等国际标准的基础上，设计了嵌入式功能块，按照设计进行了代码编写工作。这些功能块为常规功能块，算法简单，可以满足输运床气化炉基本的控制需求，包括
一输入/输出类功能块，包括模拟输入功能块、模拟输出功能块、数字输入功能块、数字输出功能块；
一模拟控制类功能块，包括比例积分微分功能块、比值功能块、输入选择功能块、 超前滞后功能块；
一逻辑运算类功能块，包括与运算功能块、或运算功能块、非运算功能块； 一定时/计数类功能块，包括计数器功能块；
一算术类功能块，包括加运算功能块、减运算功能块、乘运算功能块、除运算功能块
ο5.模糊控制、自整定、预测控制等先进控制功能块
在完成常规功能块的基础上，把神经网络、自整定、预测控制等控制算法，通过嵌入式编程方式实现了这些复杂控制算法，并将这些控制算法整合到了已有的功能块软件模型中。6.所述密相输运床气化炉专用嵌入式软件包括
一输运床气化炉模型预测气化炉的稳态热力性能参数，实现系统性能分析和运行参数发生变化时的动态特性变化分析，为设计和完善气化炉的控制策略而建立的，输运床气化炉模型是建立在平衡模型原理和反应动力学原理的基础上的，包括
ω.挥发份析出模型，计算挥发份在热解过程中的产物，通过C、H、0、N*S的元素平衡法估算出热解产物的成分；
⑵.气化子模型，包括碳与水蒸汽的反应、二氧化碳的还原反应(Boudouard反应)、碳与氢气的反应；
(3).出口煤气成分模型，煤气的主要成分是CO,H2 ,CO2 ,H2O、N2、CH4等，含硫气体成分是H2S。由于在气化炉内进行的是高温反应，化学平衡很快达到，在预测气化炉出口煤气成分时，根据物质平衡和水煤气反应化学平衡方程求解气体总摩尔数和八种主要煤气成分摩尔分数；
(4).物质和能量平衡模型，包括固相质量平衡、固碳质量平衡、气相质量平衡、动态能量平衡方程；
一输运床气化炉专用控制算法软件，根据气化炉的仿真模型进行气化炉的动态特性分析，通过过对微分方程组的迭代求解，可以得到用于控制的模型，其中，输入变量为给煤量 、氧气流量、蒸汽流量、石灰石流量和排渣量；输出变量为气化炉温度、压力、煤气热值和床料量。由于石灰石以固定钙硫比输入，所以可以得到一个4X4的模型。分别对四个输入量进行100%负荷下阶跃变化，从而进行个输出的动态特性分析； 包括
①给煤量阶跃变化时模型输出的动态响应；
②氧气量阶跃变化时模型输出的动态响应；
③水蒸汽量阶跃变化时模型输出的动态响应；
④排渣量阶跃变化时模型输出的动态响应；
根据以上的分析结果，开发出炉温控制功能块、炉压控制功能块、煤气热值控制功能块、床料量控制功能块。 采用支持向量机等智能计算技术，发明从出口气体成分到炉温的软测量模型，根据出口工艺气体成分辅助炉温检测，甚至在热电偶出现故障时替代故障值给出正确的炉温；以人工确认的炉温热电偶检测值作为模型修正的依据，保证炉温检测的准确性，开发出炉温软测量功能块。
权利要求
1.一种气化炉专用控制系统，基于上位机的基础，其特征在于包括控制器模块、总线模块、I /0模块、电源模块、背板；所述控制器模块通过背板与I/O模块、总线模块连接，采集现场物理信号； 所述电源模块为上述模块进行供电； 所述控制器模块与上位机通信连接。
2.按照权利要求1所述的气化炉专用控制系统，其特征在于还包括电源背板、控制器背板、I/O背板；所述电源背板，用于安装电源模块； 所述控制器背板，用于安装控制器模块；所述I/O背板，用于安装I/O模块，采用无源串行背板总线技术，支持I/O模块热插拔。
3.按照权利要求1所述的气化炉专用控制系统，其特征在于 所述电源模块，采用1+1冗余电源结构；所述控制器模块，采用双CPU结构，负责现场I/O信号的采集、处理、控制； 所述总线模块，采用现场FF Hl总线并与现场设备连接；所述I/O模块，包括模拟量输入接口、模拟量输出接口、开关量输入接口、开关量输出接口 ；用于采集现场物理信号。
4.按照权利要求3所述的气化炉专用控制系统，其特征在于所述现场FFHl总线通过线缆与现场设备相连。
5.按照权利要求3所述的气化炉专用控制系统，其特征在于所述现场FFHl总线包括主控制器、FF通信芯片、2个网段；现场FF Hl总线通过串口与控制器模块进行数据交换，经控制器模块将数据发送至上位机，所述上位机通过现场FF Hl总线与现场设备连接，对现场设备进行参数读写和连接组态。
6.按照权利要求1所述的气化炉专用控制系统，其特征在于所述上位机中含有监控组态单元；该单元包括一资源管理器，负责配置当前系统中的组态配置信息，并以树状结构视图的形式显示当前系统中的组态配置信息；一系统信息数据库，存储系统中的组态配置信息；一控制策略开发环境，负责模块一级的组态配置工作，由模块管理、数据管理、模板管理、算法编辑、算法检查、在线监控、仿真调试、模块间通讯模块组成； 一数据对象管理，负责将系统信息数据库中的数据对象解析为信息对象； -I/O映射关系管理，负责在输入/输出功能块与控制器的I/O模块/通道之间建立映射关系；-I/O映射工具，以列表的方式显示系统中所有的I/O配置信息，并通过DST. DLL在输入/输出功能块和和控制器的I/O模块/通道之间建立映射关系；一组态配置信息下载工具，负责将系统中的组态配置信息下载到实际的现场设备中； -I/O服务器程序，负责与现场实际的设备进行交互，例如设备列举，组态配置信息下载，参数读写等等；-I/O服务COM接口封装，对I/O服务器提供的COM接口进行包装，以减轻客户程序通过I/O服务器访问现场控制器的负担；一对象浏览动态链接库，根据客户程序的不同需要，以一种统一的方式在各个上位机软件中显示系统信息数据库的概要信息；一安全服务程序，负责资源管理器程序操作的验证；一嵌入式常规功能模块，满足输运床气化炉基本的控制需求。
7.按照权利要求6所述的气化炉专用控制系统，其特征在于所述嵌入式常规功能模块包括一输入/输出功能模块，包括模拟输入功能块、模拟输出功能块、数字输入功能块、数字输出功能块；一模拟控制类功能模块，包括比例积分微分功能块、比值功能块、输入选择功能块 、超前滞后功能块；一逻辑运算类功能模块，包括与运算功能块、或运算功能块、非运算功能块；一定时/计数类功能模块，包括计数器功能块；一算术类功能模块，包括加运算功能块、减运算功能块、乘运算功能块、除运算功能块。
8.按照权利要求1所气化炉专用控制系统，其特征在于所述密相输运床气化炉专用嵌入式软件包括一输运床气化炉模型预测气化炉的稳态热力性能参数，实现系统性能分析和运行参数发生变化时的动态特性变化分析，为设计和完善气化炉的控制策略而建立的，输运床气化炉模型是建立在平衡模型原理和反应动力学原理的基础上的，包括.1.挥发份析出模型，计算挥发份在热解过程中的产物，通过C、H、0、N*S的元素平衡法估算出热解产物的成分；.2.气化子模型，包括碳与水蒸汽的反应、二氧化碳的还原反应、碳与氢气的反应；.3.出口煤气成分模型，煤气的主要成分是CO、H2,CO2 ,H2O、N2、CH4等，含硫气体成分是 H:S。由于在气化炉内进行的是高温反应，化学平衡很快达到，在预测气化炉出口煤气成分时，根据物质平衡和水煤气反应化学平衡方程求解气体总摩尔数和八种主要煤气成分摩尔分数；.4.物质和能量平衡模型，包括固相质量平衡、固碳质量平衡、气相质量平衡、动态能量平衡方程；一输运床气化炉专用控制算法软件，根据气化炉的仿真模型进行气化炉的动态特性分析，通过过对微分方程组的迭代求解，可以得到用于控制的模型，其中，输入变量为给煤量 、氧气流量、蒸汽流量、石灰石流量和排渣量；输出变量为气化炉温度、压力、煤气热值和床料量；由于石灰石以固定钙硫比输入，所以可以得到一个4X4的模型；分别对四个输入量进行100%负荷下阶跃变化，从而进行个输出的动态特性分析；包括①给煤量阶跃变化时模型输出的动态响应；②氧气量阶跃变化时模型输出的动态响应；③水蒸汽量阶跃变化时模型输出的动态响应；④排渣量阶跃变化时模型输出的动态响应；根据以上的分析结果，开发出炉温控制功能块、炉压控制功能块、煤气热值控制功能块、床料量控制功能块。
全文摘要
本发明公开一种气化炉专用控制系统，基于上位机的基础，包括控制器模块、总线模块、I/O模块、电源模块、背板；所述控制器模块通过背板与I/O模块、总线模块连接，采集现场物理信号；所述电源模块为上述模块进行供电；所述控制器模块与上位机通信连接。还包括电源背板、控制器背板、I/O背板；所述电源背板，用于安装电源模块；所述控制器背板，用于安装控制器模块；所述I/O背板，用于安装I/O模块，采用无源串行背板总线技术，支持I/O模块热插拔。本发明具有密相输运床气化炉的全工况仿真平台，支持工艺仿真与优化控制策略设计与验证。本发明是基于现场总线的开放的、可扩展的气化炉控制系统，保证气化炉安全平稳运行。
文档编号C10J3/00GK102566436SQ20101058305
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者万昕, 于海斌, 张群青, 林跃, 王宏, 赵海燕 申请人:沈阳中科博微自动化技术有限公司