CN103754650A - 基于dcs的煤粉高压密相输送控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于DCS的煤粉高压密相输送控制系统，该系统包括采集模块、DCS控制器、工程师站、操作员站等；其中，采集对象模块包括煤粉装卸系统、DN10输煤系统、DN15输煤系统、DN25输煤系统，现场传输来的信号经过采集模块通过总线传输到DCS控制器中，经过计算处理后得出相应所述各系统的模块处理信号，并作用到现场阀门等控制设备；工程师站与操作员站通过网线与DCS控制器连接，实现人机交互；本发明通过UPS备用电源、DCS控制器和冗余控制器、以及网络结构上采用A网和B网互为冗余的方式，可以保证系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于干煤粉气流床气化技术领域，涉及煤粉高压密相输送研究时的试验装置，具体为基于DCS的煤粉高压密相输送控制系统。
背景技术
将煤粉稳定可控地送入到气化是粉煤加压气化工艺的关键技术之一，气力输送是加压条件下实现煤粉稳定输送的一种好方法。针对煤粉气力输送试验装置的控制方法和设备，是实现稳定可控输送的保证。
现有的煤粉气力输送试验装置的控制技术采用的是可编程控制器PLC实现，甚至还采用了ISA（Industrial Standard Architecture，工业标准结构总线）这种已经被淘汰的技术，系统一旦出现故障维修起来相当麻烦，并且兼容性和拓展性差，平时系统维护极不方便。
煤粉高压密相输送试验系统目前有两种方案，一个是公开号为CN1670137A，公开日为2005年9月21的中国发明专利文献，发明名称为：密相气力输送进料装置和方法，该试验系统很大程度上依靠的是人工操作，开展试验时，需要大量的人员驻守在试验现场，试验人员的工作强度大，自动化程度低；其二，该系统只有一种DN10的输送管径，对于研究输送放大规律的作用有局限。并且只有水平管、垂直管、水平弯管和垂直弯管4个测试段的差压。
另外一个是华东理工大学的密相输送进料装置，该装置采用下出料粉煤发料罐，被输送介质为粉煤，采用压缩空气作为输送气体，存在安全隐患。该试验系统只有一个发料罐，一次输送试验完成以后若想再次进行试验，操作相当繁琐。与此同时，输送管线沿程设置的压力传感器过少，对全面研究不同输送方向的压力变化时，显得力不从心。另外，其调节方式采用加压气，流化气，调节气的协同作用的方法，工况调节范围有限，尤其是在大范围变动工况的情形下。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提出了一种基于DCS的煤粉高压密相输送控制系统，设置有不同输送管径，加强了输送试验台的自动化程度，减少了工作人员的工作强度，具有输送管径多样化，管道走向多元化，操作流程自动化，控制系统可靠性高等特点。
本发明的技术方案如下：
基于DCS的煤粉高压密相输送控制系统，其特征在于：包括采集模块、DCS控制器、操作员站、工程师站、模拟电压输出模块和数字电压输出模块、煤粉装卸系统、三套输送系统和氮气供应系统，其中：
采集模块，用于采集所述对象模块的各种模拟量信号和监控数据量；
煤粉装卸系统、三套输送系统和氮气供应系统作为采集模块采集的对象模块，三套输送系统分别为DN10输送系统、DN15输送系统、DN25输送系统；其中DN10表示输送系统的直径为10mm，DN15表示输送系统的直径为15mm，DN25表示输送系统的直径为25mm；
DCS控制器通过总线与采集模块连接，用于处理通过总线接收的监控模拟量和监控数据量，得到与各系统（即采集的对象模块）相应的模块处理结果；
工程师站，与DCS控制器连接，通过编制组态工程文件，经过编译、下载到相应的DCS控制器；
操作员站，与DCS控制器连接，作为人机交互输入端，用于接收所述模块处理结果，并由DCS 控制器根据对应的模块处理结果下发针对与各关联设备的控制量，并通过模拟电压输出模块和数字电压输出模块作用于现场设备；
所述模拟电压输出模块和数字电压输出模块与各个系统的阀门连接，并根据DCS控制器的计算将控制器处理结果作用于现场设备，现场设备执行打开、关闭阀门的动作。
所述监控模拟量包括两类，一类是实测的模拟量信号：包括氮气供应系统和三段输送系统中的高压液氮罐内压力以及液位信号，低温液氮泵前后液氮温度、压力，低温液氮泵变频器频率以及转速信号，氮气缓冲罐内温度、压力，氮气缓冲罐压力调节阀开度信号，发料罐、接收罐、装卸罐内温度以及压力，充压风、流化风、煤粉阀吹扫风、调节风A、调节风B、泄压风以及煤粉质量流量计流量，各种直管道、弯管道沿程测点压力以及压差，充压风调节阀、流化风调节阀、煤粉阀吹扫风调节阀、调节风A调节阀、调节风B调节阀、泄压风调节阀以及煤粉质量流量调节阀开度信号等；另一类是由以上实际测量值经过计算处理的中间模拟变量：包括煤粉瞬时输送速率，瞬时表观气速，瞬时固气比，以研究输送规律之用。
所述监控数据量包括：氮气供应系统的低温液氮泵开启开关指示按钮以及开闭状态，低温液氮泵工作状态指示信号，三套输送系统的输送阀、接收阀的开关指示按钮以及开闭状态，煤粉装卸系统的装煤电动阀、卸煤电动阀、除尘电动阀、输煤电动阀，三套输送系统的顶部输送和底部输送过程切换电动阀。
所述工程师站、操作员站与DCS控制器之间均通过双绞屏蔽网线连接。
工程师站和操作员站与DCS控制器之间均通过交换机充当中间媒介。
所述煤粉高压密相输送控制系统还设置有电源模块，电源模块是将220V交流输入转换成5V/24V直流电输出，220V交流输入分别来自市电和UPS，互为冗余。
所述煤粉高压密相输送控制系统还设置有和DCS控制器同步工作的冗余控制器，当DCS控制器出现故障时，冗余控制器立即投入使用。
本发明工作时，现场的温度、压力、流量、阀门开度等信号通过采集模块采集至DCS控制器中，经过控制器运算后，计算结果通过模拟输出和数字输出模块反馈给现场执行机构，以此实现整个试验台的各种功能。
本发明的有益效果如下：
（1）通过改变操作参数，可以实现不同输送管径下各工况的切换，适应性更广；
（2）通过不同的控制策略，可以实现不同输送罐压力、接受罐压力、充压风、流化风、调节风等试验工况下试验研究；
（3）在线纪录、处理输送过程中相关物理量，如煤粉瞬时输送速率，瞬时表观气速，瞬时固气比等参数，便于试验过程直观观察与试验后分析。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电源冗余的系统示意图；
图3为本发明的冗余控制网络结构示意图。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的基于DCS的煤粉高压密相输送控制系统，如附图1所示，包括采集模块、DCS控制器、操作员站、工程师站、模拟电压输出模块和数字电压输出模块、煤粉装卸系统、三套输送系统和氮气供应系统。其中：
采集模块，用于采集所述对象模块的各种模拟量信号和监控数据量；
煤粉装卸系统、三套输送系统和氮气供应系统作为采集模块采集的对象模块，三套输送系统分别为DN10输送系统、DN15输送系统、DN25输送系统；其中DN10表示输送系统的直径为10mm，DN15表示输送系统的直径为15mm，DN25表示输送系统的直径为25mm；
DCS控制器通过总线与采集模块连接，用于处理通过总线接收的监控模拟量和监控数据量，得到与所述各系统相应的模块处理结果；
工程师站，与DCS控制器连接，通过编制组态工程文件，经过编译、下载到DCS控制器；
操作员站，与DCS控制器连接，作为人机交互输入端，用于接收所述模块处理结果，并由DCS 控制器根据对应的模块处理结果下发针对与各关联设备的控制量，并通过模拟电压输出模块和数字电压输出模块作用于现场设备；
所述模拟电压输出模块和数字电压输出模块与各个系统的阀门连接，并根据DCS控制器的计算将控制器处理结果作用于现场设备，现场设备执行打开、关闭阀门的动作。
所述监控模拟量包括两类，一类是实测的模拟量信号：包括氮气供应系统和三段输送系统中的高压液氮罐内压力以及液位信号，低温液氮泵前后液氮温度、压力，低温液氮泵变频器频率以及转速信号，氮气缓冲罐内温度、压力，氮气缓冲罐压力调节阀开度信号，发料罐、接收罐、装卸罐内温度以及压力，充压风、流化风、煤粉阀吹扫风、调节风A、调节风B、泄压风以及煤粉质量流量计流量，各种直管道、弯管道沿程测点压力以及压差，充压风调节阀、流化风调节阀、煤粉阀吹扫风调节阀、调节风A调节阀、调节风B调节阀、泄压风调节阀以及煤粉质量流量调节阀开度信号等；另一类是由以上实际测量值经过计算处理的中间模拟变量：包括煤粉瞬时输送速率，瞬时表观气速，瞬时固气比，以研究输送规律之用。
所述监控数据量包括：氮气供应系统的低温液氮泵开启开关指示按钮以及开闭状态，低温液氮泵工作状态指示信号，三套输送系统的输送阀、接收阀的开关指示按钮以及开闭状态，煤粉装卸系统的装煤电动阀、卸煤电动阀、除尘电动阀、输煤电动阀，三套输送系统的顶部输送和底部输送过程切换电动阀。
DCS控制器通过总线与数据采集模块连接，用于处理通过现场总线接收的所述监控模拟量和数字开关量，得到与所述各系统相应的模块处理结果。
工程师站与DCS控制器通过双绞屏蔽网线连接，交换机充当中间媒介，通过编制组态工程文件，经过编译、下载到DCS控制器。
操作员站与DCS控制器通过双绞屏蔽网线连接，作为人机交互输入端，用于接收所述模块处理结果，并由DCS 控制器根据对应的所述模块处理结果下发针对与各系统关联的设备的控制量，并通过模拟电压输出模块和数字电压输出模块作用于现场设备。
电源模块的作用是将220V交流输入转换成5V/24V直流电输出，给卡件和机笼供电，220V交流输入分别来自市电和UPS，互为冗余，如图2所示。
由于该系统的V0101和V0201互为发送罐和接收罐，压力调节阀PV01和PV02是共用的，当V0101作为发送罐，V0201作为接收罐时，PV01作为V0101的压力调节控制阀，PV02作为V0201的压力调节控制阀；当V0201作为发送罐，V0101作为接收罐时，PV01作为V0201的压力调节控制阀，PV02作为V0101的压力调节控制阀。
与此同时，该系统采用三种不同管径输送，为了系统的安全，同一时刻只有一种管径进行输送试验，因而设置了联锁保护系统。首先，现在输送管径DN10输送，DN15输送或DN25输送，当其中一种选定时，其余过程自动锁定。其次，进行发送罐与接收罐的选择。当选定输送管径、发送罐以及接收罐以后，与该过程无关的阀门全部禁用。
为了系统的可靠性，采用A网和B网互为冗余的方式，如图3所示。
DCS控制器具体为压力，将发送罐压力模拟量通过现场总线发送至该控制器中，对现场发送罐压力实际值与发送罐压力设定值进行比较计算后得到发送罐压力调节阀开度信号，并通过现场总线发送给控制器；将接受罐压力模拟量通过现场总线发送至该控制器中，对现场接收罐压力实际值与接收罐压力设定值进行比较计算后得到接收罐压力调节阀开度信号，并通过现场总线发送给控制器。
DCS控制器同时也是流量控制器，将流化风流量模拟量通过现场总线发送至该控制器中，对现场流化风流量实际值与流化风流量设定值进行比较计算后得到流化风流量调节阀开度信号，并通过现场总线发送给控制器；将其余各路调节风流量模拟量通过现场总线发送至该控制器中，对现场调节风实际值与调节风设定值进行比较计算后得到调节风流量调节阀开度信号，并通过现场总线发送给控制器。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (6)
1.基于DCS的煤粉高压密相输送控制系统，其特征在于：包括采集模块、DCS控制器、操作员站、工程师站、模拟电压输出模块和数字电压输出模块、煤粉装卸系统、三套输送系统和氮气供应系统，其中：
采集模块，用于采集所述对象模块的各种模拟量信号和监控数据量；
煤粉装卸系统、三套输送系统和氮气供应系统作为采集模块采集的对象模块，三套输送系统分别为DN10输送系统、DN15输送系统、DN25输送系统；
DCS控制器通过总线与采集模块连接，用于处理通过总线接收的监控模拟量和监控数据量，得到与各系统相应的模块处理结果；
工程师站，与DCS控制器连接，通过编制组态工程文件，经过编译、下载到相应的DCS控制器；
操作员站，与DCS控制器连接，作为人机交互输入端，用于接收所述模块处理结果，并由DCS 控制器根据对应的模块处理结果下发针对与各关联设备的控制量，并通过模拟电压输出模块和数字电压输出模块作用于现场设备；
所述模拟电压输出模块和数字电压输出模块与各个系统的阀门连接，并根据DCS控制器的计算将控制器处理结果作用于现场设备，现场设备执行打开、关闭阀门的动作。
2.根据权利要求1所述的基于DCS的煤粉高压密相输送控制系统，其特征在于：所述监控模拟量包括实测的模拟量信号和由实际测量值经过计算处理的中间模拟变量；所述监控数据量包括：氮气供应系统的低温液氮泵开启开关指示按钮以及开闭状态，低温液氮泵工作状态指示信号，三套输送系统的输送阀、接收阀的开关指示按钮以及开闭状态，煤粉装卸系统的装煤电动阀、卸煤电动阀、除尘电动阀、输煤电动阀，三套输送系统的顶部输送和底部输送过程切换电动阀。
3.根据权利要求1所述的基于DCS的煤粉高压密相输送控制系统，其特征在于：所述工程师站、操作员站与DCS控制器之间均通过双绞屏蔽网线连接。
4.根据权利要求1所述的基于DCS的煤粉高压密相输送控制系统，其特征在于：所述工程师站、操作员站与DCS控制器之间均通过交换机充当中间媒介。
5.根据权利要求1所述的基于DCS的煤粉高压密相输送控制系统，其特征在于：所述煤粉高压密相输送控制系统还设置有电源模块，电源模块是将220V交流输入转换成5V/24V直流电输出，220V交流输入分别来自市电和UPS，互为冗余。
6.根据权利要求1所述的基于DCS的煤粉高压密相输送控制系统，其特征在于：还设置有和DCS控制器同步工作的冗余控制器，当DCS控制器出现故障时，冗余控制器立即投入使用。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |