氣化爐專用控制系統的製作方法
2023-10-27 06:35:27 1
專利名稱：氣化爐專用控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及先進位造技術領域，具體地說是一種氣化爐專用控制系統。本系統採用自主智慧財產權的工藝和設備，配上自主智慧財產權的基於現場總線技術的氣化爐專用控制系統，嵌入針對氣化爐的專用先進控制和操作優化軟體，並首次在工業級氣化爐上實施大規模工程示範應用。
背景技術：
大型氣化爐在國內外都處於示範應用階段，不同工藝優缺點各異。工藝不同，控制目標也有很大差異。本發明以協作單位中國科學院工程熱物理研究所擁有自主智慧財產權的「粉煤加壓密相輸運床氣化方法及裝置」為背景，圍繞輸運床氣化爐的工藝特點，以保障氣化爐的平穩、連續、可靠運行為目標，研究氣化爐的動態模型，綜合運用建模仿真、 先進控制、過程優化等方法和技術，研究溫度、壓力、氧煤比、汽氧比設定點優化方法， 開發優化控制軟體，研製氣化爐成套控制系統，並成功應用在示範工程中。
發明內容
本發明以實現密相輸運床氣化爐爐溫軟測量模型、控制方法、優化方法、完成專用現場總線控制系統硬體和軟體開發，搭建測試實驗平臺進行測試為目的。為了實現上述目的，本發明的具體技術方案是一種氣化爐專用控制系統，基於上位機的基礎，包括控制器模塊、總線模塊、I /0模塊、電源模塊、背板；所述控制器模塊通過背板與I/O模塊、總線模塊連接，採集現場物理信號；所述電源模塊為上述模塊進行供電；所述控制器模塊與上位機通信連接。還包括電源背板、控制器背板、I/O背板；所述電源背板，用於安裝電源模塊；所述控制器背板，用於安裝控制器模塊；所述I/O背板，用於安裝 I/O模塊，採用無源串行背板總線技術，支持I/O模塊熱插拔。所述電源模塊，採用1+1冗餘電源結構；所述控制器模塊，採用雙CPU結構，負責現場I/O信號的採集、處理、控制；所述總線模塊，採用現場FF Hl總線並與現場設備連接；所述I/O模塊，包括模擬量輸入接口、模擬量輸出接口、開關量輸入接口、開關量輸出接口 ；用於採集現場物理信號。所述現場FF Hl總線通過線纜與現場設備相連。所述現場FF Hl總線包括主控制器、FF通信晶片、2個網段；現場FF Hl總線通過串口與控制器模塊進行數據交換，經控制器模塊將數據發送至上位機，所述上位機通過現場FF Hl總線與現場設備連接，對現場設備進行參數讀寫和連接組態。所述上位機中含有監控組態單元；該單元包括
一資源管理器，負責配置當前系統中的組態配置信息，並以樹狀結構視圖的形式顯示當前系統中的組態配置信息；
一系統信息資料庫，存儲系統中的組態配置信息；
一控制策略開發環境，負責模塊一級的組態配置工作，由模塊管理、數據管理、模板管理、算法編輯、算法檢查、在線監控、仿真調試、模塊間通訊模塊組成；一數據對象管理，負責將系統信息資料庫中的數據對象解析為信息對象； -I/O映射關係管理，負責在輸入/輸出功能塊與控制器的I/O模塊/通道之間建立映射關係；
-I/O映射工具，以列表的方式顯示系統中所有的I/O配置信息，並通過DST. DLL在輸入/輸出功能塊和和控制器的I/O模塊/通道之間建立映射關係；
一組態配置信息下載工具，負責將系統中的組態配置信息下載到實際的現場設備中； -I/O伺服器程序，負責與現場實際的設備進行交互，例如設備列舉，組態配置信息下載，參數讀寫等等；
-I/O服務COM接口封裝，對I/O伺服器提供的COM接口進行包裝，以減輕客戶程序通過I/O伺服器訪問現場控制器的負擔；
一對象瀏覽動態連結庫，根據客戶程序的不同需要，以一種統一的方式在各個上位機軟體中顯示系統信息資料庫的概要信息；
一安全服務程序，負責資源管理器程序操作的驗證； 一嵌入式常規功能模塊，滿足輸運床氣化爐基本的控制需求。所述嵌入式常規功能模塊包括
一輸入/輸出功能模塊，包括模擬輸入功能塊、模擬輸出功能塊、數字輸入功能塊、數字輸出功能塊；
一模擬控制類功能模塊，包括比例積分微分功能塊、比值功能塊、輸入選擇功能塊 、超前滯後功能塊；
一邏輯運算類功能模塊，包括與運算功能塊、或運算功能塊、非運算功能塊； 一定時/計數類功能模塊，包括計數器功能塊；
一算術類功能模塊，包括加運算功能塊、減運算功能塊、乘運算功能塊、除運算功能塊。所述密相輸運床氣化爐專用嵌入式軟體包括
一輸運床氣化爐模型預測氣化爐的穩態熱力性能參數，實現系統性能分析和運行參數發生變化時的動態特性變化分析，為設計和完善氣化爐的控制策略而建立的，輸運床氣化爐模型是建立在平衡模型原理和反應動力學原理的基礎上的，包括
1.揮發份析出模型，計算揮發份在熱解過程中的產物，通過C、H、0、N*S的元素平衡法估算出熱解產物的成分；
2.氣化子模型，包括碳與水蒸汽的反應、二氧化碳的還原反應(Boudouard反應)、碳與氫氣的反應；
3.出口煤氣成分模型，煤氣的主要成分是CO、H2,CO2 ,H2O、N2、CH4等，含硫氣體成分是h2S。由於在氣化爐內進行的是高溫反應，化學平衡很快達到，在預測氣化爐出口煤氣成分時，根據物質平衡和水煤氣反應化學平衡方程求解氣體總摩爾數和八種主要煤氣成分摩爾分數；
4.物質和能量平衡模型，包括固相質量平衡、固碳質量平衡、氣相質量平衡、動態能量平衡方程；
一輸運床氣化爐專用控制算法軟體，根據氣化爐的仿真模型進行氣化爐的動態特性分析，通過過對微分方程組的迭代求解，可以得到用於控制的模型，其中，輸入變量為給煤量、氧氣流量、蒸汽流量、石灰石流量和排渣量；輸出變量為氣化爐溫度、壓力、煤氣熱值和床料量。由於石灰石以固定鈣硫比輸入，所以可以得到一個4X4的模型。分別對四個輸入量進行100%負荷下階躍變化，從而進行個輸出的動態特性分析； 包括
①給煤量階躍變化時模型輸出的動態響應；
②氧氣量階躍變化時模型輸出的動態響應；
③水蒸汽量階躍變化時模型輸出的動態響應；
④排渣量階躍變化時模型輸出的動態響應；
根據以上的分析結果，開發出爐溫控制功能塊、爐壓控制功能塊、煤氣熱值控制功能塊、床料量控制功能塊。採用支持向量機等智能計算技術，發明從出口氣體成分到爐溫的軟測量模型，根據出口工藝氣體成分輔助爐溫檢測，甚至在熱電偶出現故障時替代故障值給出正確的爐溫；以人工確認的爐溫熱電偶檢測值作為模型修正的依據，保證爐溫檢測的準確性，開發出爐溫軟測量功能塊。本發明具有如下優點
1.本發明具有密相輸運床氣化爐的全工況仿真平臺，支持工藝仿真與優化控制策略設計與驗證。2.本發明是基於現場總線的開放的、可擴展的氣化爐控制系統，保證氣化爐安全平穩運行。3.本發明具有爐溫軟測量模型，開發爐溫軟測量控制軟體，提高爐溫控制精度 +/-25 度。4.本發明是關於輸運床氣化爐生產過程控制方法，開發優化控制軟體，優化控制軟體達到商業化應用水平。5.本發明完成了氣化爐成套控制系統的示範應用工程，保障其穩定、可靠、經濟的運行，並且碳轉化率提高達到95%以上，冷煤氣效率提高達到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。達到國內同行業領先水平，可以進行行業推廣。
圖1本發明整體結構示意圖； 圖2本發明的總線模塊結構圖3本發明的FF Hl總線內部連接示意圖。
具體實施例方式如圖1-3所示，一種氣化爐專用控制系統，基於上位機的基礎，包括控制器模塊、 總線模塊、I /0模塊、電源模塊、背板；所述控制器模塊通過背板與I/O模塊、總線模塊連接，採集現場傳感器物理信號；所述電源模塊為上述模塊進行供電；所述控制器模塊與上位機通信連接。還包括電源背板、控制器背板、I/O背板；所述電源背板，用於安裝電源模塊；所述控制器背板，用於安裝控制器模塊；所述I/O背板，用於安裝I/O模塊，採用無源串行背板總線技術，支持I/O模塊熱插拔。所述電源模塊，採用1+1冗餘電源結構；電源模塊為MVDC供電，輸出功率20W，支持熱插拔輸出過流/過壓保護、面板診斷指示功能；所述控制器模塊，採用雙CPU結構，負責現場I/O信號的採集、處理、控制；分別負責各I/O模塊的管理、識別定位、數據輸出及各種控制算法的執行、控制器冗餘、通訊控制和協議處理等任務，可並發處理255個控制線程， 同時運行3000個控制算法功能塊，支持熱插拔和冗餘功能；所述總線模塊，採用現場FF Hl 總線並與現場設備連接或者HART、Profibus DP等多種；所述I/O模塊，包括模擬量輸入接口、模擬量輸出接口、開關量輸入接口、開關量輸出接口 ；用於採集現場物理信號。所述現場FF Hl總線通過線纜與現場設備相連。線纜採用普通電纜、雙絞線、同軸電纜、光纜等，可節省大量線纜、槽架、連接架。所述現場FF Hl總線包括主控制器、FF通信晶片、2個網段；現場FF Hl總線通過串口與控制器模塊進行數據交換，經控制器模塊將數據發送至上位機，所述上位機通過現場FF Hl總線與現場設備連接，對現場設備進行參數讀寫和連接組態。其中，主控制器採用Atmel公司的32位CPU AT9140800作為通信模塊；FF通信晶片採用瀋陽自動化研究所生產的FBC0409晶片作為現場總線；2個網段，網段之間具有網橋功能，實現數據轉發。所述上位機中含有監控組態單元； 該單元包括
一資源管理器，負責配置當前系統中的組態配置信息，並以樹狀結構視圖的形式顯示當前系統中的組態配置信息；
一系統信息資料庫，存儲系統中的組態配置信息；
一控制策略開發環境，負責模塊一級的組態配置工作，由模塊管理、數據管理、模板管理、算法編輯、算法檢查、在線監控、仿真調試、模塊間通訊模塊組成；
一數據對象管理(DBOB. DLL),負責將系統信息資料庫中的數據對象解析為信息對象； -I/O映射關係管理(DST. DLL),負責在輸入/輸出功能塊與控制器的I/O模塊/通道之間建立映射關係；
-I/O映射工具，以列表的方式顯示系統中所有的I/O配置信息，並通過DST. DLL在輸入/輸出功能塊和和控制器的I/O模塊/通道之間建立映射關係；
一組態配置信息下載工具，負責將系統中的組態配置信息下載到實際的現場設備中； -I/O伺服器程序，負責與現場實際的設備(控制器)進行交互，例如設備列舉，組態配置信息下載，參數讀寫等等；
-I/O 服務 COM 接口封裝(IOServerWrap. DLL)，對 I/O 伺服器(NCS2I0Server)提供的 COM接口進行包裝，以減輕客戶程序通過I/O伺服器(NCS2I(^erver)訪問現場控制器的負擔；
一對象瀏覽動態連結庫(SysDBBrowser. DLL)，根據客戶程序的不同需要，以一種統一的方式在各個上位機軟體中顯示系統信息資料庫的概要信息； 一安全服務程序，負責資源管理器程序操作的驗證； 一嵌入式常規功能模塊，滿足輸運床氣化爐基本的控制需求。所述嵌入式常規功能模塊包括
8一輸入/輸出功能模塊，包括模擬輸入功能塊、模擬輸出功能塊、數字輸入功能塊、 數字輸出功能塊；
一模擬控制類功能模塊，包括比例積分微分功能塊、比值功能塊、輸入選擇功能塊 、超前滯後功能塊；
一邏輯運算類功能模塊，包括與運算功能塊、或運算功能塊、非運算功能塊； 一定時/計數類功能模塊，包括計數器功能塊；
一算術類功能模塊，包括加運算功能塊、減運算功能塊、乘運算功能塊、除運算功能塊。所述密相輸運床氣化爐專用嵌入式軟體包括
一輸運床氣化爐模型預測氣化爐的穩態熱力性能參數，實現系統性能分析和運行參數發生變化時的動態特性變化分析，為設計和完善氣化爐的控制策略而建立的，輸運床氣化爐模型是建立在平衡模型原理和反應動力學原理的基礎上的，包括
1.揮發份析出模型，計算揮發份在熱解過程中的產物，通過C、H、0、N*S的元素平衡法估算出熱解產物的成分；
2.氣化子模型，包括碳與水蒸汽的反應、二氧化碳的還原反應(Boudouard反應)、碳與氫氣的反應；
3.出口煤氣成分模型，煤氣的主要成分是CO、H2,CO2 ,H2O、N2、CH4等，含硫氣體成分是h2S。由於在氣化爐內進行的是高溫反應，化學平衡很快達到，在預測氣化爐出口煤氣成分時，根據物質平衡和水煤氣反應化學平衡方程求解氣體總摩爾數和八種主要煤氣成分摩爾分數；
4.物質和能量平衡模型，包括固相質量平衡、固碳質量平衡、氣相質量平衡、動態能量平衡方程；
一輸運床氣化爐專用控制算法軟體，根據氣化爐的仿真模型進行氣化爐的動態特性分析，通過過對微分方程組的迭代求解，可以得到用於控制的模型，其中，輸入變量為給煤量 、氧氣流量、蒸汽流量、石灰石流量和排渣量；輸出變量為氣化爐溫度、壓力、煤氣熱值和床料量。由於石灰石以固定鈣硫比輸入，所以可以得到一個4X4的模型。分別對四個輸入量進行100%負荷下階躍變化，從而進行個輸出的動態特性分析； 包括
①給煤量階躍變化時模型輸出的動態響應；
②氧氣量階躍變化時模型輸出的動態響應；
③水蒸汽量階躍變化時模型輸出的動態響應；
④排渣量階躍變化時模型輸出的動態響應；
根據以上的分析結果，開發出爐溫控制功能塊、爐壓控制功能塊、煤氣熱值控制功能塊、床料量控制功能塊。採用支持向量機等智能計算技術，發明從出口氣體成分到爐溫的軟測量模型，根據出口工藝氣體成分輔助爐溫檢測，甚至在熱電偶出現故障時替代故障值給出正確的爐溫；以人工確認的爐溫熱電偶檢測值作為模型修正的依據，保證爐溫檢測的準確性，開發出爐溫軟測量功能塊。所述I/O模塊為控制器模塊提供現場I/O信號接入功能，由種類不同的I/O接口模塊、I/O端子及I/O背板組成，包括
⑴.I/O背板，採用無源串行背板總線技術，支持I/O模塊熱插拔； ⑵.I/O接口模塊，可以連接多種現場物理信號，如Γ20πιΑ工業標準信號、開關量信號 、熱電阻信號、脈衝信號，也可以控制各種執行機構、電器開關等設備。另外，I/O模塊本身具有開路短路檢測、電源故障、設備狀態等自診斷功能，易於現場設備的診斷和維護；
(3). I/O端子，現場物理信號的接入連接點，提供8路、16路連接能力，又可分為冗餘端子和非冗餘端子。本發明中的控制系統，可以連接32個控制站，每個控制站最多可以連接 4個I/O模塊，每個I/O模塊可以連接8個I/O接口模塊，每個I/O接口模塊的I/O通道數量為16。本發明的軟體架構為 1. FF HSE通訊網絡
本發明控制系統採用FF HSE現場總線作為控制網絡，掛接在HSE網絡上的控制站可以實時通信，組成控制迴路，提供全分布的控制功能。發明中完成HSE協議棧，HSE協議棧包括HSE的各層協議和網絡管理/系統管理等。具體實現包括FDA任務和SM任務，另外還包括了標準的TCP/IP協議棧。2. FF Hl總線通訊模塊
FF是過程控制行業中普遍採用的現場總線通信協議。本發明以現場總線核心晶片和現場總線協議軟體的關鍵技術為基礎，發明了可移植的晶片驅動軟體包，以靜態庫的形式實現了 FF Hl現場總線協議棧。FF Hl協議棧軟體包括嵌入式作業系統(NUCLEUS庫)、 Hl協議棧程序和FF Hl主站驅動程序三個部分。發明了 FF Hl總線通信模塊。FF Hl接口模塊是輸運床氣化爐控制系統的一個 I/O子系統。採用Atmel公司的32位CPU AT9140800作為接口模塊的主控制器，採用瀋陽自動化研究所生產的FBC0409晶片作為現場總線的接口晶片，使用FF Hl協議庫來實現嵌入式軟體。每個Hl總線接口模塊具有兩個網段，可以同時連接兩個網段的FF Hl現場設備。 其中FF Hl總線的網段之間具有網橋功能，可以實現數據的轉發。FF Hl模塊通過串口和控制器進行交互，再由控制器將數據發送給上位機軟體。組態軟體通過FF Hl總線接口模塊可以訪問FF Hl現場設備信息，對現場設備進行參數讀寫和連接組態。3.監控組態軟體
監控組態軟體由資源管理器模塊、控制策略開發環境模塊、組態信息下載模塊、實時資料庫、OPC應用等構成，具體功能包括
一資源管理器，負責配置當前系統中的組態配置信息，並以樹狀結構視圖的形式顯示當前系統中的組態配置信息；
一系統信息資料庫，存儲系統中的組態配置信息；
一控制策略開發環境，負責模塊一級的組態配置工作，由模塊管理、數據管理、模板管理、算法編輯、算法檢查、在線監控、仿真調試、模塊間通訊等模塊組成； -DB0B.DLL，負責將系統信息資料庫中的數據對象解析為信息對象； -DST. DLL,負責在輸入/輸出功能塊與控制器的I/O模塊/通道之間建立映射關係；-I/O映射工具，以列表的方式顯示系統中所有的I/O配置信息，並通過DST. DLL在輸入/輸出功能塊和和控制器的I/O模塊/通道之間建立映射關係；
一組態配置信息下載工具，負責將系統中的組態配置信息下載到實際的現場設備中； -I/O伺服器程序，負責與現場實際的設備(控制器)進行交互，例如設備列舉，組態配置信息下載，參數讀寫等等；
-IOServerWrap. DLL，對NCS2I(^erver (I/O伺服器)提供的COM接口進行包裝，以減輕客戶程序通過NCS2I(^erver訪問現場控制器的負擔；
-SysDBBrowser. DLL，對象瀏覽動態連結庫庫，根據客戶程序的不同需要，以一種統一的方式在各個上位機軟體中顯示系統信息資料庫的概要信息； 一安全服務程序，負責資源管理器程序操作的驗證。4.嵌入式常規功能塊庫
本發明在研究了 IEC61499、IEC61804、IEC61131 — 3等國際標準的基礎上，設計了嵌入式功能塊，按照設計進行了代碼編寫工作。這些功能塊為常規功能塊，算法簡單，可以滿足輸運床氣化爐基本的控制需求，包括
一輸入/輸出類功能塊，包括模擬輸入功能塊、模擬輸出功能塊、數字輸入功能塊、數字輸出功能塊；
一模擬控制類功能塊，包括比例積分微分功能塊、比值功能塊、輸入選擇功能塊、 超前滯後功能塊；
一邏輯運算類功能塊，包括與運算功能塊、或運算功能塊、非運算功能塊； 一定時/計數類功能塊，包括計數器功能塊；
一算術類功能塊，包括加運算功能塊、減運算功能塊、乘運算功能塊、除運算功能塊
ο5.模糊控制、自整定、預測控制等先進控制功能塊
在完成常規功能塊的基礎上，把神經網絡、自整定、預測控制等控制算法，通過嵌入式編程方式實現了這些複雜控制算法，並將這些控制算法整合到了已有的功能塊軟體模型中。6.所述密相輸運床氣化爐專用嵌入式軟體包括
一輸運床氣化爐模型預測氣化爐的穩態熱力性能參數，實現系統性能分析和運行參數發生變化時的動態特性變化分析，為設計和完善氣化爐的控制策略而建立的，輸運床氣化爐模型是建立在平衡模型原理和反應動力學原理的基礎上的，包括
ω.揮發份析出模型，計算揮發份在熱解過程中的產物，通過C、H、0、N*S的元素平衡法估算出熱解產物的成分；
⑵.氣化子模型，包括碳與水蒸汽的反應、二氧化碳的還原反應(Boudouard反應)、碳與氫氣的反應；
(3).出口煤氣成分模型，煤氣的主要成分是CO,H2 ,CO2 ,H2O、N2、CH4等，含硫氣體成分是H2S。由於在氣化爐內進行的是高溫反應，化學平衡很快達到，在預測氣化爐出口煤氣成分時，根據物質平衡和水煤氣反應化學平衡方程求解氣體總摩爾數和八種主要煤氣成分摩爾分數；
(4).物質和能量平衡模型，包括固相質量平衡、固碳質量平衡、氣相質量平衡、動態能量平衡方程；
一輸運床氣化爐專用控制算法軟體，根據氣化爐的仿真模型進行氣化爐的動態特性分析，通過過對微分方程組的迭代求解，可以得到用於控制的模型，其中，輸入變量為給煤量 、氧氣流量、蒸汽流量、石灰石流量和排渣量；輸出變量為氣化爐溫度、壓力、煤氣熱值和床料量。由於石灰石以固定鈣硫比輸入，所以可以得到一個4X4的模型。分別對四個輸入量進行100%負荷下階躍變化，從而進行個輸出的動態特性分析； 包括
①給煤量階躍變化時模型輸出的動態響應；
②氧氣量階躍變化時模型輸出的動態響應；
③水蒸汽量階躍變化時模型輸出的動態響應；
④排渣量階躍變化時模型輸出的動態響應；
根據以上的分析結果，開發出爐溫控制功能塊、爐壓控制功能塊、煤氣熱值控制功能塊、床料量控制功能塊。 採用支持向量機等智能計算技術，發明從出口氣體成分到爐溫的軟測量模型，根據出口工藝氣體成分輔助爐溫檢測，甚至在熱電偶出現故障時替代故障值給出正確的爐溫；以人工確認的爐溫熱電偶檢測值作為模型修正的依據，保證爐溫檢測的準確性，開發出爐溫軟測量功能塊。
權利要求
1.一種氣化爐專用控制系統，基於上位機的基礎，其特徵在於包括控制器模塊、總線模塊、I /0模塊、電源模塊、背板；所述控制器模塊通過背板與I/O模塊、總線模塊連接，採集現場物理信號； 所述電源模塊為上述模塊進行供電； 所述控制器模塊與上位機通信連接。
2.按照權利要求1所述的氣化爐專用控制系統，其特徵在於還包括電源背板、控制器背板、I/O背板；所述電源背板，用於安裝電源模塊； 所述控制器背板，用於安裝控制器模塊；所述I/O背板，用於安裝I/O模塊，採用無源串行背板總線技術，支持I/O模塊熱插拔。
3.按照權利要求1所述的氣化爐專用控制系統，其特徵在於 所述電源模塊，採用1+1冗餘電源結構；所述控制器模塊，採用雙CPU結構，負責現場I/O信號的採集、處理、控制； 所述總線模塊，採用現場FF Hl總線並與現場設備連接；所述I/O模塊，包括模擬量輸入接口、模擬量輸出接口、開關量輸入接口、開關量輸出接口 ；用於採集現場物理信號。
4.按照權利要求3所述的氣化爐專用控制系統，其特徵在於所述現場FFHl總線通過線纜與現場設備相連。
5.按照權利要求3所述的氣化爐專用控制系統，其特徵在於所述現場FFHl總線包括主控制器、FF通信晶片、2個網段；現場FF Hl總線通過串口與控制器模塊進行數據交換，經控制器模塊將數據發送至上位機，所述上位機通過現場FF Hl總線與現場設備連接，對現場設備進行參數讀寫和連接組態。
6.按照權利要求1所述的氣化爐專用控制系統，其特徵在於所述上位機中含有監控組態單元；該單元包括一資源管理器，負責配置當前系統中的組態配置信息，並以樹狀結構視圖的形式顯示當前系統中的組態配置信息；一系統信息資料庫，存儲系統中的組態配置信息；一控制策略開發環境，負責模塊一級的組態配置工作，由模塊管理、數據管理、模板管理、算法編輯、算法檢查、在線監控、仿真調試、模塊間通訊模塊組成； 一數據對象管理，負責將系統信息資料庫中的數據對象解析為信息對象； -I/O映射關係管理，負責在輸入/輸出功能塊與控制器的I/O模塊/通道之間建立映射關係；-I/O映射工具，以列表的方式顯示系統中所有的I/O配置信息，並通過DST. DLL在輸入/輸出功能塊和和控制器的I/O模塊/通道之間建立映射關係；一組態配置信息下載工具，負責將系統中的組態配置信息下載到實際的現場設備中； -I/O伺服器程序，負責與現場實際的設備進行交互，例如設備列舉，組態配置信息下載，參數讀寫等等；-I/O服務COM接口封裝，對I/O伺服器提供的COM接口進行包裝，以減輕客戶程序通過I/O伺服器訪問現場控制器的負擔；一對象瀏覽動態連結庫，根據客戶程序的不同需要，以一種統一的方式在各個上位機軟體中顯示系統信息資料庫的概要信息；一安全服務程序，負責資源管理器程序操作的驗證；一嵌入式常規功能模塊，滿足輸運床氣化爐基本的控制需求。
7.按照權利要求6所述的氣化爐專用控制系統，其特徵在於所述嵌入式常規功能模塊包括一輸入/輸出功能模塊，包括模擬輸入功能塊、模擬輸出功能塊、數字輸入功能塊、數字輸出功能塊；一模擬控制類功能模塊，包括比例積分微分功能塊、比值功能塊、輸入選擇功能塊 、超前滯後功能塊；一邏輯運算類功能模塊，包括與運算功能塊、或運算功能塊、非運算功能塊；一定時/計數類功能模塊，包括計數器功能塊；一算術類功能模塊，包括加運算功能塊、減運算功能塊、乘運算功能塊、除運算功能塊。
8.按照權利要求1所氣化爐專用控制系統，其特徵在於所述密相輸運床氣化爐專用嵌入式軟體包括一輸運床氣化爐模型預測氣化爐的穩態熱力性能參數，實現系統性能分析和運行參數發生變化時的動態特性變化分析，為設計和完善氣化爐的控制策略而建立的，輸運床氣化爐模型是建立在平衡模型原理和反應動力學原理的基礎上的，包括.1.揮發份析出模型，計算揮發份在熱解過程中的產物，通過C、H、0、N*S的元素平衡法估算出熱解產物的成分；.2.氣化子模型，包括碳與水蒸汽的反應、二氧化碳的還原反應、碳與氫氣的反應；.3.出口煤氣成分模型，煤氣的主要成分是CO、H2,CO2 ,H2O、N2、CH4等，含硫氣體成分是 H:S。由於在氣化爐內進行的是高溫反應，化學平衡很快達到，在預測氣化爐出口煤氣成分時，根據物質平衡和水煤氣反應化學平衡方程求解氣體總摩爾數和八種主要煤氣成分摩爾分數；.4.物質和能量平衡模型，包括固相質量平衡、固碳質量平衡、氣相質量平衡、動態能量平衡方程；一輸運床氣化爐專用控制算法軟體，根據氣化爐的仿真模型進行氣化爐的動態特性分析，通過過對微分方程組的迭代求解，可以得到用於控制的模型，其中，輸入變量為給煤量 、氧氣流量、蒸汽流量、石灰石流量和排渣量；輸出變量為氣化爐溫度、壓力、煤氣熱值和床料量；由於石灰石以固定鈣硫比輸入，所以可以得到一個4X4的模型；分別對四個輸入量進行100%負荷下階躍變化，從而進行個輸出的動態特性分析；包括①給煤量階躍變化時模型輸出的動態響應；②氧氣量階躍變化時模型輸出的動態響應；③水蒸汽量階躍變化時模型輸出的動態響應；④排渣量階躍變化時模型輸出的動態響應；根據以上的分析結果，開發出爐溫控制功能塊、爐壓控制功能塊、煤氣熱值控制功能塊、床料量控制功能塊。
全文摘要
本發明公開一種氣化爐專用控制系統，基於上位機的基礎，包括控制器模塊、總線模塊、I/O模塊、電源模塊、背板；所述控制器模塊通過背板與I/O模塊、總線模塊連接，採集現場物理信號；所述電源模塊為上述模塊進行供電；所述控制器模塊與上位機通信連接。還包括電源背板、控制器背板、I/O背板；所述電源背板，用於安裝電源模塊；所述控制器背板，用於安裝控制器模塊；所述I/O背板，用於安裝I/O模塊，採用無源串行背板總線技術，支持I/O模塊熱插拔。本發明具有密相輸運床氣化爐的全工況仿真平臺，支持工藝仿真與優化控制策略設計與驗證。本發明是基於現場總線的開放的、可擴展的氣化爐控制系統，保證氣化爐安全平穩運行。
文檔編號C10J3/00GK102566436SQ20101058305
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者萬昕, 於海斌, 張群青, 林躍, 王宏, 趙海燕 申請人:瀋陽中科博微自動化技術有限公司