火力发电厂水汽采样和化学加药控制系统毕业论文设计

2、配置硬件即为硬件组态；硬件组态包括添加UR2 H机架配置电源和CPU，并设定CPU上PROFIBUS DP主站的地址，添加同步子模板到IF1和IF2槽位上，添加以太网网卡并配置MAC网络地址。设置主CPU,如图所示：

图3-9 S7-400H的硬件配置图

3、系统参数设置

对于中央处理器单元只需对CPU0（机架0上的CPU）设定CPU参数，所设定的数值将自动分配给CPU1（机架1 上的CPU）。参数设置包括：设置CPU循环处理参数；设置诊断缓冲区中的报文数量；模块的监控时间； CPU自检周期。

二、冗余系统工作原理

在冗余系统进行工作时，两套控制系统（处理器、通讯、I/O）独立运行，先起动的系统为主系统，后起动的系统是备用系统。 主控PLC和备用PLC之间自动同步实时数据，由主系统的PLC掌握对ET200M从站中的I/O控制权。当主控PLC发生故障时，自动将数据流程序逻辑切换到冗余的PLC。将所用故障信息记录到备用PLC。这种实时更新以扫描周期为基准，在每个扫描周期后，主控PLC会向备用PLC发送一下信息。这时，备用PLC系统为主，原来的主系统为备用，这种切换过程是包括电源、CPU、通讯电缆和IM153接口模块的整体切换。当主控PLC从故障中恢复后，自动解决PLC间的状态冲突。系统运行过程中，即使没有任何组件出错，操作人员也可以通过设定控制字，实现手动的主备系统切换，这种手动切换过程，对于控制系统的软硬件调整，更换，扩容非常有用。

容错系统的系统组成和运行模式如图3-10所示。

CPU0上电CPU1上电主CPU热备CPU系统模式停止启动停止启动停止停止单一模式正在链接更新冗余模式运行运行运行运行停止STARTUP/LINK-UPUPDATE运行 图3-10 容错系统的系统组成和运行模式

电源给电时，两个CPU （CPU0和CPU1）都处在STOP模式

CPU0变为STARTUP模式，并且根据启动时的不同情况处理OB100或OB102 （PLC内存中用于存储通讯状态标志的数据块）

启动成功，主CPU （CPU0）变成单一模式（仅主CPU处理在主CPU内的用户程序）。 热备CPU（CPU1）请求LINK-UP（链接），主、热备CPU之间相互比较它们各自的用户程序。如果存在差异，用主CPU更新热备CPU的用户程序。

链接成功后开始更新工作。在当前情况下，主CPU更新热备CPU的动态数据（动态数据指输入数据、输出数据、计时器数据、计数器数据、存储器标志和数据块数据）。在完成更新任务后，两个CPU存储器中的内容相同。

主、热备CPU完成更新工作后变为RUN运行模式，两个CPU同步地处理用户程序。例外:当为配置、程序修改而切换主、热备CPU时除外。只有当两个CPU是同期发布的产品并具有相同的固件版本时，才能组成冗余系统模式。

主从系统切换时间的计算：

主备系统的切换时间 = 故障诊断检测时间 + 同步数据传输时间 + DP从站切换时间。

第四章 化学加药控制理论研究

4.1加药系统控制对象数学模型的建立

4.1.1 控制对象选择

根据工艺要求本套系统需要在热工系统的几个不同的部位加注相关药液，根据控制工艺的不同可分别采用手动和自动加药。我们以一种加药的控制为例来研究先进的控制理论实施。其它加药可以仿照。

在大容量发电机组的热电厂中，由于给水的原因，造成了热力系统的腐蚀及结垢等问题日益突出。而真正对锅炉起腐蚀作用的是CO2和O2，所以为了保证热力系统的经济安全运行，必须除去水中的CO2和O2，以防止热力系统的结垢和腐蚀所带来的不良影响。

给水加氨的目的是为了提高凝结水或给水的PH值，由于PH值过低会引起金属的酸性腐蚀，PH值过高会引起金属的碱性腐蚀，而且还会引起铜合金材料的氧化腐蚀，直接影响机组的正常运行；加联氨的作用是用联氨化学反应除去给水的CO2和O2，以防止热力系统结垢。所以本文以就给水加氨为例，研究先进的加药控制方法。

4.1.2 控制对象特性分析

电厂化学加药系统的控制对象具有一个大滞后、非线性、时变特性。导致滞后的原因很多，主要分以下几种滞后：采样时间的滞后、分析处理时间滞后，执行加药时间滞后、和反馈时间滞后。

第一，采样时间的滞后 样水从高温高压架和人工取样架再到取样盘要经过管道的传输和降温降压过程，信号从传感器、仪表和采集模块最后到达主站和上位机都要经历一定时间的滞后。

第二，分析处理时间滞后 信号采集到微处理器后要进行处理工作，CPU单元同时还要I/O扫描及和其它系统通信等。只有一个工作周期结束时才会把处理的结果传送到输出端。

第三，执行加药时间滞后 控制信号要经过总线传送到执行器件，执行期间如电机变频器的起动和转速调节，继电器、接触器的吸合等都需要一定的时间。

第四，反馈时间滞后 一次加药结束后，要经过一定时间化学反映稳定后，才可以把结果反馈回去，同样具有很大的时滞性。

在加药控制过程中系统模型的参数是一个变数而非常数。如药液浓度发生变化，对象特征也随着变化；系统的负荷发生变化时，会引起给水流量发生变化，使得控制对象模型也将相应地改变。一次成功的加药循环需要几分或是十几分钟，可见存在严重滞后。

4.1.3 建立控制模型

热工对象动态特性的特点

（1）热工设备作为一个调节对象，它必须是一个不振荡环节。

（2）一般用分析的方法很难得到动态特性的精确表达式，常用阶跃响应曲线（飞升曲线）来获得对象的动态特性。

（3）一般是多输入对象，施加的扰动不同，飞升曲线也不同。因此，一般需做最主要的扰动即内部扰动下的动态特性。

（4）典型的热工对象的飞升曲线有两种：一是有自平衡能力的对象，二是无有自平衡能力的对象。

根据电厂化学加药的特点选用有自平衡能力的控制对象模型。 建立热工过程属性模型有两种方法：

机理法建模：根据生产过程中实际发生的变化过程，写出各种有关的平衡方程。如能量平衡方程，热平衡方程……

测试法建模：只用于建立输入输出模型。它是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。它的主要特点是把被研究的对象视为黑匣子，完全从外部特性上测试和描述它的动态特性，不需要深入掌握其内部机理。

本文选用测试法建模，其具体步骤分为：一选定模型的结构；二确定传递函数参数。

1. 选定模型的结构，对于自平衡对象，一般选三种形式：

（1）一阶惯性环节加纯延迟

ke??sH(s)? （4-1）

Ts?1（2）二阶或n阶惯性环节加纯延迟

ke??s （4-2） H(s)?(T1s?1)(T2s?1)H(s)?k(Ts?1)n （4-3）

（3）用有理分式表示的传递函数

b1sm?b2sm?1???bm?1G(s)? （4-4）

nn?1a1s?a2s???an?1

2.确定传递函数参数的方法有两种：一作图法；二两点法

一阶惯性环节加纯延迟模型可采用作图法求得各参数。如图4-1所示。 本文采用两点法来确定传递函数的参数，根据上一节对整个加药过程的特性分析，我们选用（4-2）函数式为控制模型，并求其参数K、τ、T1、T2。

根据阶跃响应曲线脱离起始的毫无反应的阶段，开始出现变化的时刻，就可以确定参数τ。下面的问题就是确定已截去纯迟延部分传递函数的参数T1、T2。