CN209560752U - 烟气系统的仿真及控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟气系统的仿真及控制装置，烟气系统包括DCS控制系统，所述仿真及控制装置包括容置柜和主机，主机由所述仿真服务器(11)、人机交互界面(12)、逻辑控制器(13)和网络控制器(14)构成，所述逻辑控制器(13)与烟气系统的总线及所述网络控制器(14)相连接，所述网络控制器(14)与的DCS控制系统连接，所述人机交互界面(12)用于接收操作员的输入信息并向操作员显示信息。本实用新型在提供仿真的同时还具备对原系统进行控制优化的功能。

Description

烟气系统的仿真及控制装置

技术领域

本实用新型涉及工业控制技术，具体涉及烟气系统的仿真及控制装置。

背景技术

传统的烟气排放/处理装置的控制系统，只是控制功能。操作员必须经过积累大量的实际操作经验来对控制系统进地操作。这造成了传统的烟气排放/处理装置不得不需要较多的人力，操作员需要较长时间的经验积累，成本较高。并且，由于操作员无法在实际的烟气系统进行极端情况的模拟操作，其会对整个烟气系统在极端情况下的表现估计不足而产生应对不足，造成系统反应介质的浪费，多余介质与烟气产生化学反应形成对下游设备破坏的物质，极易算坏设备，影响系统稳定，存在安全隐患。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型旨在解决目前的烟气排放/处理装置的控制系统需要操作员长期经验积累才能胜任，系统无法投入自动，以及无法在极端情况下进行模拟操作的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本实用新型提出一种烟气系统的仿真及控制装置，烟气系统包括DCS控制系统，所述仿真及控制装置包括容置柜和主机，主机由所述仿真服务器、人机交互界面、逻辑控制器和网络控制器构成。

根据本实用新型的具体实施方式，所述逻辑控制器与烟气系统的总线及所述网络控制器相连接，所述网络控制器与的DCS控制系统连接。

根据本实用新型的具体实施方式，所述人机交互界面包括显示器、键盘和鼠标。

根据本实用新型的具体实施方式，所述人机交互界面用于接收操作员的输入信息并向操作员显示信息。

根据本实用新型的具体实施方式，所述网络控制器包括网关和以太网交换机。

还包括输出继电器，其用于发出控制动作至烟气系统的设备。

还包括接线端子，其用于提供硬接线方式，以连接外围设备信号。

所述网络控制器用于接收所述逻辑控制器的命令，以实现在第一工作状态和第二工作状态下切换：第一工作状态为：所述网络控制器将来自逻辑控制器的烟气系统数据直接转发给所述DCS控制系统，由DCS控制系统实现对烟气系统的控制；第二工作状态为：所述网络控制器将来自让所述逻辑控制器的烟气系统数据发送给所述仿真服务器，由所述仿真服务器进行仿真计算或优化计算，将仿真或优化后的数据通过所述网络控制器返回给所述逻辑控制器，由所述逻辑控制器进行逻辑判断后生成烟气系统的过程控制数据并传送给烟气系统，以实现对烟气系统的控制。

所述仿真服务器用于根据烟气系统的状态数据进行实时的仿真计算得到仿真数据，并根据仿真数据生成优化数据。

所述逻辑控制器一方面将来自烟气系统的状态数据进行整理及逻辑判断后通过网络控制器传送给仿真服务器，另一方面对来自仿真服务器的数据进行逻辑判断后生成过程控制数据传送给烟气系统。

(三)有益效果

本实用新型可使操作人员对现场设备进行仿真操作，达到不实际操作机组烟气设备，但能达到实操的效果。

本实用新型还可以通过操作员对烟气系统设备的操作及参数的改变模拟出系统的变化，通过该系统模拟出的大量现场极端工况下(例如，设备故障、仪表损坏等)进行相应操作，在这种情况下对自己操作的动作进行验证及训练，为将来实际操作设备累计大量实操经验及处理故障的方式方法，为以后机组安全运行奠定基础。

本实用新型的装置在提供仿真系统的同时还具备对原系统进行控制优化的功能。基于本实用新型，可进一步提供基于人工智能及神经网络部署的全面高效仿真系统及控制优化策略，在满足国家超低排放要求的基础上，做到全负荷段自动控制，在减轻运行人员繁重的工作任务基础上，还可以降低耗材用量，保护相应设备满载，节约电能。

附图说明

图1是本实用新型的烟气系统的仿真及控制装置的示意图；

图2是本实用新型的烟气系统的仿真及控制装置一个具体实施例的结构示意图，图3是该实施例的内部功能模块布局图。

具体实施方式

图1是本实用新型的烟气系统的仿真及控制装置的示意图。如图1所示，本实用新型的烟气系统的仿真及控制装置在图中标号为1，即虚拟框中部分，其独立于烟气系统，属于一种外挂式的仿真及控制装置。烟气系统包括具有一个DCS系统，即“生产过程控制系统”，其用于采集实时的或历史的烟气系统运行过程的数据。

需要说明的是，本实用新型的烟气系统可以是与烟气排放有关的任何架构的系统，例如是烟气冷却、烟气脱硫脱硝、烟气净化、烟气余热利用等各类系统或其组合。

本实用新型所应用的烟气系统通常是由一个DCS系统进行控制，即传统的烟气系统的控制模式。本实用新型所提出的仿真及控制装置是在原来的控制系统之外设立一个独立的仿真及控制装置，这样就无需对现有的烟气系统架构进行改造，并且更加具有通用性。

如图1所示，本实用新型的装置1包括仿真服务器11、人机交互界面12、逻辑控制器13和网络控制器14。其中，逻辑控制器13与烟气系统的总线及网络控制器14相连接，网络控制器14与烟气系统的DCS控制系统连接。仿真服务器11连接于网络控制器14，人机交互界面12分别连接于仿真服务器11和逻辑控制器13。

逻辑控制器13一方面将来自烟气系统的状态数据进行整理及逻辑判断后通过网络控制器14传送给仿真服务器11，另一方面对来自仿真服务器11的仿真数据或优化数据进行逻辑判断后生成过程控制数据传送给烟气系统。

网络控制器14接收逻辑控制器13的命令，以实现在第一工作状态和第二工作状态下切换。第一工作状态为：网络控制器14将来自逻辑控制器的烟气系统数据直接转发给DCS控制系统，由DCS控制系统实现对烟气系统的控制；第二工作状态为：网络控制器14将来自逻辑控制器13的烟气系统数据发送给仿真服务器，由仿真服务器进行仿真计算或优化计算，将仿真或优化后的数据通过网络控制器14返回给逻辑控制器13，由逻辑控制器13进行逻辑判断后生成烟气系统的过程控制数据并传送给烟气系统，以实现对烟气系统的控制。

人机交互界面12用于接收操作员的输入信息并向操作员显示信息，其将操作员输入的信息转化为操作命令传送给仿真服务器11和/或连逻控制器13。可见，人机交互界面12一方面作为操作员输入信息的接口，另一方面也作为操作员获得信息的界面。

仿真服务器11用于根据烟气系统的状态数据进行实时的仿真计算得到仿真数据，并且，进一步地，可以根据仿真数据生成优化数据，所述仿真数据和优化数据均可通过网络控制器14传送给逻辑控制器。此处的“仿真数据”是指对烟气系统的状态数据进行仿真计算后得到的表征烟气系统的各类数据，“优化数据”是对仿真数据进一步处理后得到的表片烟气系统在优化状态下的各类数据。可见，仿真服务器11兼取仿真和系统优化的功能。通过建立各种适合的仿真模型，可以对各类烟气系统进行实时的仿真计算，并实时地生成优化数据。该优化数据反过来又返回到逻辑控制器13中用于生成烟气系统过程控制的数据，由此实现了便捷、高效的优化控制。

可见，本实用新型提出了一种仿真及控制装置，其创新之处在于提出了一种在现有的烟气系统之上无需内部改造就可实现的仿真及优化控制，其是一种整体式的解决方案，而不限于具体的仿真模型或优化模型。也就是说，在本实用新型的整体框架之下的任何形式的烟气系统的仿真模型或优化模型理论上说均可以适用，其也理应在本实用新型的保护范围之内。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

图2是本实用新型的烟气系统的仿真及控制装置一个具体实施例的结构示意图，图3是该实施例的内部功能模块布局图。如图2所示，该实施例中，该装置为一个柜体结构，其包括一个容置柜21和位于容置柜21中的主机22。

如图3所示，在主机22中自上而下设置有多个功能单元，包括显示器、仿真服务器、键盘鼠标抽屉、电源组件、网关、以态网交换机、逻辑控制器、输出继电器和接线端子。

该实施例的显示器和位于键盘鼠标抽屉是的键盘、鼠标构成了图1中的人机交互界面12。操作员可以通过键盘和鼠标进行操作，并在显示器上实时查看各类数据和仿真效果等。

仿真服务器可由任何具体数据处理能力的设备组成，主要处理设备可以是CPU或其他处理器。

电源组件用于给整个装置供电。网关为多协议网关，通过标准工业协议，如：Modbus协议，与外围设备连接，以太网交换机用于连接显示器、键盘、鼠标、仿真服务器以及逻辑控制器。网关和以态网交换机共同构成本实用新型的网络控制器。逻辑控制器可采用西门子S7-300、S7-400、S7-1200、S7-1500或AB CompactLogix、ControlLogix或施耐德Quantum、M系列等控制器实现。输出继电器用于装置发出控制动作至烟气系统的设备。接线端子用于提供硬接线方式，以连接外围设备信号。

逻辑控制器连接显示器、键盘、鼠标、网关和逻辑控制器，接线端子和网关将烟气数据通过通讯或迎接线方式传送给逻辑控制器，逻辑控制器将数据进行整理及逻辑判断后通过以太网交换机传送给仿真服务器，用户可通过显示器对仿真服务器内数据进行监控、管理及相关参数设定，设定同过T03进行输入。后仿真服务器将数据计算结果返回给逻辑控制器，逻辑控制器对数据进行逻辑判断并通过输出继电器和网关将执行命令输送给现场设备，该过程是数据传递是实时的、相互的。

仿真服务器中将通过现场实施数据建立起独立的智能仿真系统，该系统可以完全仿真火电机组的烟气状态及过程，操作人员可利用输入输出设备、仿真服务器对现场设备进行仿真操作，达到不实际操作机组烟气设备，但能达到实操的效果，该系统可以通过操作人员对设备操作及参数的改变模拟仿真出系统的变化，操作人员可以通过该系统模拟出的大量现场极端工况下(例如，设备故障、仪表损坏等)，进行相应操作，在这种情况下对自己操作的动作进行验证及训练，为将来实际操作设备累计大量实操经验及处理故障的方式方法，为以后机组安全运行奠定基础。

该装置在提供仿真的同时还具备对原系统进行控制优化的功能，也就是既可以仿真也可以实际操作烟气系统的设备。方法是通过仿真服务器对现场数据的分析，通过以态网交换机将控制数据实时传送给逻辑控制单元，逻辑控制单元通过逻辑判断，将指令下达给输出继电器、接线端子，输出继电器和接线端子实时操作现场设备，以达到全自动的控制方式。该系统与原机组烟气处理系统是并行的关系，可利用自动或人工方式投入及退出，在本身出现故障时，可自动退出，将控制权交还给原系统，这种外挂的运行方式极大的保护了机组运行安全。

通过上述实施例可知，本实用新型的装置在提供仿真系统的同时还具备对原系统进行控制优化的功能。基于本实用新型，可进一步提供基于人工智能及神经网络部署的全面高效仿真系统及控制优化策略，在满足国家超低排放要求的基础上，做到全负荷段自动控制，在减轻运行人员繁重的工作任务基础上，还可以降低耗材用量，保护相应设备满载，节约电能。

该系统是可以完全仿真烟气系统，操作人员可利用该系统对现场设备进行仿真操作，达到不实际操作机组烟气设备，但能达到实操的效果，该系统可以通过操作人员对设备操作及参数的改变模拟仿真出系统的变化，操作人员可以通过该系统模拟出的大量现场极端工况下(例如，设备故障、仪表损坏等)，进行相应操作，在这种情况下对自己操作的动作进行验证及训练，为将来实际操作设备累计大量实操经验及处理故障的方式方法，为以后机组安全运行奠定基础。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种烟气系统的仿真及控制装置，烟气系统包括DCS控制系统，所述仿真及控制装置包括容置柜和主机，其特征在于：主机由仿真服务器(11)、人机交互界面(12)、逻辑控制器(13)和网络控制器(14)构成，所述逻辑控制器(13)与烟气系统的总线及所述网络控制器(14)相连接，所述网络控制器(14)与的DCS控制系统连接。

2.如权利要求1所述的烟气系统的仿真及控制装置，其特征在于：所述人机交互界面包括显示器、键盘和鼠标。

3.如权利要求2所述的烟气系统的仿真及控制装置，其特征在于：

所述人机交互界面(12)用于接收操作员的输入信息并向操作员显示信息。

4.如权利要求1所述的烟气系统的仿真及控制装置，其特征在于：所述网络控制器(14)包括网关和以太网交换机。

5.如权利要求1所述的烟气系统的仿真及控制装置，其特征在于：还包括输出继电器，其用于发出控制动作至烟气系统的设备。

6.如权利要求1所述的烟气系统的仿真及控制装置，其特征在于：还包括接线端子，其用于提供硬接线方式，以连接外围设备信号。