基于力控平臺的卡琳娜循環(huán)集散測控系統(tǒng)

章永潔 葉建東 蔣建云 楊旭凱

(1.北京市可持續(xù)發(fā)展促進會，北京 100082；2.天津鼎拓科技有限公司，天津 300134)

基于力控平臺的卡琳娜循環(huán)集散測控系統(tǒng)

章永潔1葉建東1蔣建云1楊旭凱2

(1.北京市可持續(xù)發(fā)展促進會，北京 100082；2.天津鼎拓科技有限公司，天津 300134)

為監(jiān)控卡琳娜循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)運行中的各項參數(shù),并保護超高轉速運行的汽輪機正常工作，設計了基于力控組態(tài)軟件的監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)循環(huán)系統(tǒng)的實時監(jiān)控和保護。

參數(shù)監(jiān)測 卡琳娜循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng) 力控組態(tài)軟件

卡琳娜循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)(Kalina Cycle)是一種利用氨和水的混合物作為工作介質的新穎、高效的動力循環(huán)系統(tǒng)，利用工質相變過程非等溫和改變混合物成分濃度的方法，使得循環(huán)在整體上更好地與熱源、冷源相匹配，從而提高熱源利用率，改善循環(huán)性能[1]，已被證明在很多領域比傳統(tǒng)動力循環(huán)更具優(yōu)越性[2]。該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)監(jiān)控和系統(tǒng)運行，尤其是高速運轉的汽輪機的保護有著非常高的要求。

力控組態(tài)軟件是一款可以進行數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件[3～5]，DCS系統(tǒng)是隨著工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展而成的一種分布式控制系統(tǒng)，是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一[6～8]。筆者基于力控組態(tài)軟件設計了卡琳娜循環(huán)集散測控系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)與界面結合，實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時分析，使現(xiàn)場控制更準確高效。

1 卡琳娜循環(huán)系統(tǒng)測點的設計①

卡琳娜循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)的工作流程[9,10]如圖1所示。具有一定質量分數(shù)的氨-水基液(8)接收蒸發(fā)器吸收熱源的熱量變?yōu)楦邷厝芤?9)，高溫溶液(9)在分離器被分離成富氨蒸氣(1)和富水溶液(10)，富氨蒸氣(1)進入汽輪機做功，汽輪機帶動發(fā)電機工作，從汽輪機出來的乏氣(2)和從高溫回熱器中出來的經(jīng)節(jié)流降壓后的富水溶液(11)在混合器中混合成一定質量分數(shù)的氨-水基液(3)，氨-水基液先經(jīng)過低溫回熱器降溫為基液(4)，再經(jīng)過冷凝器冷凝成基液(5)，基液(5)經(jīng)工質泵變?yōu)楦邏旱幕?6)再進入低溫回熱器中預熱為基液(7)，由低溫回熱器出來的基液(7)進入高溫回熱器進一步預熱成為基液(8)，最終進入蒸發(fā)器，完成一個循環(huán)。

圖1 卡琳娜循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)的工作流程示意圖

采用控制變量法對各點參數(shù)的變化關系進行分析，系統(tǒng)中所需測量的變量有：蒸發(fā)器進出口溫度、壓力，膨脹機入口和出口溫度、壓力，冷凝器進出口溫度、壓力，工質泵出口溫度、壓力，熱源進出口溫度，冷源進出口溫度，熱源流量，冷卻水流量，基液質量流量，基液氨濃度和汽輪機轉速。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的搭建

監(jiān)控系統(tǒng)通過分析后將反饋信號給系統(tǒng)中的電動調節(jié)閥或變頻器，實現(xiàn)控制分離器的液位控制和控制點的溫度控制。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)直觀地顯示出卡琳娜循環(huán)實驗系統(tǒng)工作參數(shù)及其運行狀況，并將監(jiān)控參數(shù)實時顯示在可視化界面上。此外，由于汽輪機以超高轉速運行，所以在汽輪機負載失靈的情況下，保護顯得格外重要，而系統(tǒng)會在轉速超過設定值的瞬間，控制旁通液動閥瞬間打開，以降低汽輪機轉速，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的保護。

現(xiàn)場總線是一種全分散、雙向、互聯(lián)的通信網(wǎng)絡，用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)之間的通信。本測控系統(tǒng)上位機從傳感器輸入模擬信號，轉換為數(shù)字信號后，再通過組態(tài)軟件實現(xiàn)對循環(huán)系統(tǒng)各部件的參數(shù)采集監(jiān)控和運行部件的實時控制保護。

如圖2所示，卡琳娜循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)的流程界面是依據(jù)系統(tǒng)流程和示范工程現(xiàn)場具體安裝情況綜合制作而成的，在界面中加入數(shù)據(jù)部分，使操作人員更為方便、快捷地了解現(xiàn)場實時運行參數(shù)，并能及時反饋進行調節(jié)。利用開發(fā)軟件的圖形界面系統(tǒng)對流程進行模擬和仿真，使界面具有立體感，可以與現(xiàn)場設備相對應。

圖2 卡琳娜循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)的流程界面

為了方便及時地對所有數(shù)據(jù)進行匯總并分析，將所有實時數(shù)據(jù)匯集到一個應用界面(圖3)上，這樣就可以直觀地觀測每一個點的實時數(shù)據(jù)，并進行控制。

圖3 實時數(shù)據(jù)顯示界面

在測控系統(tǒng)中，為了將數(shù)據(jù)和結論以報表形式保存，在上位機軟件中設置了數(shù)據(jù)間隔10s自動記錄的功能，為避免繁雜而重復的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在報表中，可以人工選擇保存時間段和時間間隔，確保報表數(shù)據(jù)簡潔并且實用。歷史數(shù)據(jù)顯示界面如圖4所示。

圖4 歷史數(shù)據(jù)顯示界面

數(shù)據(jù)查詢界面如圖5所示，方便查詢記錄時間段內指定時間間隔的數(shù)據(jù)情況。還可以將查詢條件下的數(shù)據(jù)保存成文檔，并導出到計算機，數(shù)據(jù)導出界面如圖6所示。

圖5 數(shù)據(jù)查詢界面

圖6 數(shù)據(jù)導出界面

綜上所述，基于力控組態(tài)軟件實現(xiàn)的功能有：可視化流程界面顯示、測試數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)記錄和導出、自動生成Excel文件并保存到計算機以便查看分析。

3 結束語

以氨-水溶液為循環(huán)工質的卡琳娜循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)是一套復雜的實驗系統(tǒng)，它對各個部件的實驗參數(shù)監(jiān)控和運行保護有較高的要求。筆者基于力控組態(tài)軟件工具對監(jiān)控系統(tǒng)進行設計，通過選擇合適的測試點、傳感設備和儀表，實現(xiàn)了對系統(tǒng)流程的實時監(jiān)控、系統(tǒng)保護等多項功能，獲得了可視化流程監(jiān)控界面，能夠對各項參數(shù)進行全面監(jiān)測，并具有完善的數(shù)據(jù)處理分析功能。對于溫度、壓力及流量等數(shù)據(jù)的測量精度高，界面直觀方便、操作簡單且自動化程度高。

[1] 張穎,何茂剛,賈真,等.Kalina循環(huán)的熱力學第一定律分析[J].動力工程,2007,27(2):218～222.

[2] 陳效儒.介紹一種熱力循環(huán)(Kalina)循環(huán)[J].上海電力,1995,8(3):18～19.

[3] 劉素娟.基于力控軟件的鍋爐變頻補水控制系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表,2015,42(5):582～584.

[4] 王麗艷.基于組態(tài)技術的蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)[J].電子設計工程,2014,22(1):88～90.

[5] 甘明,魏天星,廖全飛.組態(tài)軟件與SQL數(shù)據(jù)庫在橡膠配料控制系統(tǒng)的應用[J].化工自動化及儀表,2012,39(5):647～649.

[6] 付揚.集散控制系統(tǒng)組態(tài)軟件的設計與實現(xiàn)[J].基礎自動化,2001,8(2):57～58.

[7] 陳其松,陳孝威.基于CAN和傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)的Ethernet[J].自動化與儀表,2007，(2):49～52.

[8] 王楠,贠衛(wèi)國,王冰.DCS在2×660MW機組脫硫控制系統(tǒng)中的應用與分析[J].化工自動化及儀表,2015,42(7):818～822,837.

[9] 任慧琴,李惟毅,張軍朋.低基液氨質量分數(shù)對卡琳娜循環(huán)系統(tǒng)(kcs-34)理論循環(huán)效率的影響[J].機械工程學報,2012,48(24):152～157.

[10] 李惟毅,梁娜,孟金英,等.基液氨濃度對卡琳娜循環(huán)不同目標參數(shù)的影響[J].化工進展,2015,34(4):957～964.

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1000-3932(2016)10-1119-03

2016-08-15(修改稿)

北京市科技計劃項目(Z111100058911008)