Áp dụng hệ thống IIT của hãng ABB cho dây chuyền sản xuất điện ở nhà máy nhiệt điện phả lại 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGUYỄN HẢI HÀ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HẢI HÀ ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HTĐK ÁP DỤNG HỆ THỐNG IIT CỦA HÃNG ABB CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐIỆN Ở NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI I 2008-2010 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2011 Hà Nội – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HẢI HÀ ÁP DỤNG HỆ THỐNG IIT CỦA HÃNG ABB CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐIỆN Ở NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI I NGÀNH : ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS TS PHẠM THƯỢNG HÀN Hà Nội – 2011 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT CACMAC Computer Application fo Measuremen And Control DCS Distribued Control System ĐTCN Đối tượng công nghiệp HTC Hệ thống thông tin công nghiệp HIS Human Interface Station IIT Industrial Information Technology IIS Intergrated Information System OS Operation Station IP Internet Protocol PLC Programmable Logic Control SCADA Supervisory Control And Data Acquistion S Senser MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY Error! Bookmark not defined 1.1 Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined Công suất thiết kế : 440 MW .Error! Bookmark not defined Sản lượng điện 6500h / năm : 2860 tỷ KWh .Error! Bookmark not defined 1.2 Chu trình nhiệt tổ máy Error! Bookmark not defined 1.3 Lò thiết bị phụ Error! Bookmark not defined 1.3.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc lò Error! Bookmark not defined 1.3.2 Thông số kỹ thuật lò ÁKZ - 220 -100-10C Error! Bookmark not defined 1.4 Tua bin Error! Bookmark not defined 1.4.1 Cấu tạo tua bin Error! Bookmark not defined 1.4.2 Các thông số kỹ thuật tua bin .Error! Bookmark not defined 1.5 Máy phát điện Error! Bookmark not defined 1.5.1.Cấu tạo Error! Bookmark not defined 1.5.2 Các thông số kỹ thuật máy phát điện Error! Bookmark not defined 1.6 Giới thiệu hệ thống chế biến than Error! Bookmark not defined 1.7.Bao .Error! Bookmark not defined 1.8 Bình ngưng Error! Bookmark not defined 1.9 Bơm ngưng .Error! Bookmark not defined 1.10 Quy trình sản xuất điện Công ty cổ phần Nhiệt điện Phả Lại.Error! Bookmark not defined 1.11 Các hệ thống điều khiển nhà máy Error! Bookmark not defined 1.11.1 Điều khiển phụ tải lò( điều khiển áp suất buồng lửa)Error! Bookmark not defined 1.11.2 Điều khiển hệ số khống khí thừa Error! Bookmark not defined 1.11.3 Điều khiển mức nước bao .Error! Bookmark not defined 1.11.4 Điều khiển nhiệt độ nhiệt Error! Bookmark not defined 1.11.5 Điều khiển tốc độ quay Tua bin Error! Bookmark not defined 1.11.6 Điều khiển mức nước bình ngưng Error! Bookmark not defined 1.11.7 Điều khiển mức nước bình gia nhiệt .Error! Bookmark not defined 1.11.8 Điều khiển mức nước bình khử khí Error! Bookmark not defined 1.12 Thông số giám sát điều khiển lò Error! Bookmark not defined 1.12.1 Các thông số đo lường giám sát Error! Bookmark not defined 1.12.2 Các thông số đo lường điều khiển Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG HTC TỔNG HỢP Error! Bookmark not defined 2.1 Hệ thống CAMAC (1976 -1986) .Error! Bookmark not defined 2.1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống CAMAC .Error! Bookmark not defined 2.1.2 Chức hệ thống CAMAC Error! Bookmark not defined 2.1.3 Đặc điểm hệ thống CAMAC Error! Bookmark not defined 2.1.4.Ưu , nhược điểm hệ thống CAMAC Error! Bookmark not defined 2.2 Hệ thống SCADA (1986 – 1992) .Error! Bookmark not defined 2.2.1.Khái niệm chung .Error! Bookmark not defined 2.2.2.Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA Error! Bookmark not defined 2.2.3 Chức hệ thống SCADA .Error! Bookmark not defined 2.2.4 Đặc điểm hệ thống SCADA .Error! Bookmark not defined 2.2.5.Ưu - nhược điểm hệ thông SCADA Error! Bookmark not defined 2.3 Hệ thống DCS (1992 – 2002) Error! Bookmark not defined 2.3.1 Khái niệm chung Error! Bookmark not defined 2.3.2.Sơ Đồ cấu hệ thống DCS Error! Bookmark not defined 2.3.3 Chức hệ thống DCS Error! Bookmark not defined 2.3.4.Đặc Điểm hệ thống DCS Error! Bookmark not defined 2.3.5 Ưu, nhược Điểm hệ thống DCS .Error! Bookmark not defined 2.4 Hệ thống thông tin tích hợp (2002 – đến nay) Hệ thống IIS (INTEGATED INFORMATION SYSTEM ) Error! Bookmark not defined Giới thiệu hệ thống thông tin công nghiệp IIT Error! Bookmark not defined 2.4.1.Cấu trúc phần cứng .Error! Bookmark not defined 2.4.2 Phần mềm hệ IIT ABB Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ABB AC800F .Error! Bookmark not defined 3.1 Tổng quan hệ thống ABB DEMO SYSTEM – FREELANCE 800FError! Bookmark not defined 3.1.1Sơ đồ khối hệ thống Error! Bookmark not defined 3.1.2 Bộ điểu khiển AC 800F Error! Bookmark not defined 3.2.1 Hệ thống I/O S800 Error! Bookmark not defined 3.2.2 Hệ thống vào từ xa S900 .Error! Bookmark not defined 3.2.3 Thiết bị LD800HSE Error! Bookmark not defined 3.2.4 Thiết bị LD 800P Error! Bookmark not defined 3.3 FDT/DTM .Error! Bookmark not defined 3.4 Phần mềm Error! Bookmark not defined 3.4.1 Control Builder F Error! Bookmark not defined 3.4.2 DigiVis Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠIError! Bookmark not defined 4.1 Hệ thống cung cấp lưu thông nước lò .Error! Bookmark not defined 4.1.1 Cấu trúc hệ thống Error! Bookmark not defined 4.1.2 Quá trình bơm nước khử khí .Error! Bookmark not defined 4.1.3 Qui định lưu lượng nước cấp Error! Bookmark not defined 4.1.4 Quá trình co lại sôi bồng lưu thông nước bao hơiError! Bookmark not defined 4.2 Hệ thống điều khiển nước cấp .Error! Bookmark not defined 4.2.1 Hệ thống đo lường điều khiển mức nước bao hơiError! Bookmark not defined 4.2.2 Yêu cầu hệ thống điều khiển nước cấp .Error! Bookmark not defined 4.2.3 Các hệ thống điều khiển nước cấp Error! Bookmark not defined 4.3 Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng phần mềm ABB Error! Bookmark not defined 4.4 Phân tích vòng điều chỉnh mức nước bao Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY 1.1 Giới thiệu chung Nhà máy nhiệt điện Phả Lại công trình hợp tác hữu nghị Việt Nam Liên Xô khởi công xây dựng vào tháng năm 1976 Nhà máy nhiệt điện Phả Lại nằm cạnh sông Lục Đầu Giang địa bàn Phả Lại huyện Chí Linh - tỉnh Hải Dương cửa ngõ tỉnh Quảng Ninh, vị trí thuận lợi nguồn nước nhiên liệu đốt, nơi có khả xây dựng phát triển nhà máy nhiệt điện với công suất lớn Mặt khác vị trí Phả Lại nằm gần trung tâm văn hoá kinh tế Hà Nội, Hưng Yên, Hải Phòng, Quảng Ninh, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hải Dương Lạng Sơn Đó trung tâm phụ tải có nhu cầu tiêu thụ điện lớn Cùng với phát triển kinh tế quốc dân kết hợp với đời sống nhân dân ngày cao, phát triển mạnh công nghiệp nên nhu cầu sử dụng nguồn lượng cao đặc biệt lượng điện, cần thiết phải xây dựng nhà máy nhiệt điện Phả Lại nhà máy nhiệt điện Phả Lại hai với công suất hiệu cao Nhà máy nhiệt điện Phả Lại I gồm có tổ máy vận hành theo khối độc lập với nhau, khối gồm lò tua bin máy phát với công suất 110MW Nhà máy nhiệt điện Phả Lại II gồm tổ máy vận hành theo khối độc lập với nhau, khối gồm có lò tua bin máy phát với công suất 300MW Với qui mô tầm vóc to lớn, đội ngũ gần 3000 cán công nhân viên chức, có gần 300 kỹ sư 700 cán có trình độ trung cấp cao đẳng kỹ thuật, biên chế thành 30 phòng, ban, phân xưởng kíp vận hành thành theo ca liên tục không kể ngày đêm Đến nhà máy điện Phả Lại hoà vào lưới điện quốc gia gần 40 ngàn tỷ KWh điện, góp phần to lớn vào công điện khí hoá giới hoá toàn quốc, hoà nhịp với trình công nghiệp hoá, đại hoá đất nước Nhiên liệu chủ yếu nhà máy than đá khai thác từ mỏ than Hòn Gai, Cẩm Phả, Mạo Khê…Từ mỏ than vận chuyển nhà máy hai đường, đường sông đường sắt Đường sông: Than chở nhà máy xà lan có trọng tải lớn, cẩu Kirốp bốc than kho than dự trữ qua băng tải lên kho than nguyên lò Đường sắt: Than chở nhà máy tàu hoả bốc dỡ "Khoang lật toa", sau rót xuống băng tải chuyển kho than dự trữ lên thẳng kho than nguyên lò Dầu : Được sử dụng bắt đầu đốt lò, dầu cung cấp từ xà lan bơm vào bể dự trữ Lượng nhiên liệu tiêu thụ hàng năm: Than : 1.254.400 Dầu : 149.760 Nhà máy nhiệt điện Phả Lại có trạm phân phối điện: Trạm 110kV trạm 220kV, máy phát số số nối với hai hệ thống 110 220kV qua máy biến áp tự ngẫu AT1, AT2 Các máy phát số nối vào 220kV qua máy biến áp nội T3, T4 Mỗi tổ máy có máy biến áp tự dùng (TD91, TD92, TD93, TD94) lấy điện từ đầu cực máy phát cấp điện cho tự dùng 6kV từ qua máy biến áp 6,3 / 0,4kV cấp điện cho 0,4kV Thông số kỹ thuật nhà máy 1: Công suất thiết kế : 440 MW Sản lượng điện 6500h / năm : 2860 tỷ KWh Điện tự dùng : 10,15% Hiệu suất khử bụi : 99% Suất tiêu hao than tiêu chuẩn : 439 Kg/Kwh 1.2 Chu trình nhiệt tổ máy Nhà máy nhiệt điện phả lại I có tổ máy, tổ máy gồm lò tua bin, lò vận hành độc lập với Nước ngưng từ bình ngưng tụ A,B bơm ngưng bơm qua Ejectơ sau đưa qua bình gia nhiệt từ số đến số (gia nhiệt hạ áp), nước ngưng gia nhiệt nước trích từ cửa trích xi lanh hạ áp tuabin, nước sấy nóng (1400C) đưa lên bình khử khí ata Tại nước khử hết bọt khí lẫn nước để chống ăn mòn kim loại Nước sau khử khí bơm cấp bơm qua bình gia nhiệt cao áp (2300C) 6,7,8 Tại nước ngưng gia nhiệt nước trích từ cửa trích xi lanh cao áp tua bin Sau gia nhiệt gia nhiệt cao nước đưa qua hâm nước phía đuôi lò sau vào bao Nước từ bao theo vòng tuần hoàn tự nhiên, nước chảy xuống giàn ống sinh nhận nhiệt từ buồng đốt lò biến thành nước quay trở lại bao Trong bao phần bão hoà ẩm phía nước Hơi bão hoà bao đưa qua nhiệt (bộ sấy hơi) sấy, thành nhiệt có nhiệt độ 5400C có áp suất P = 100 ata Hơi nhiệt đưa vào tua bin, tua bin động dòng biến thành quay tua bin máy phát để sản xuất điện Hơi sau sinh công tầng cánh tua bin ngưng tụ thành nước bình ngưng tụ Như nhiệt than biến đổi thành điện năng, nước môi chất trung gian biến đổi theo vòng tuần hoàn kín để chuyển nhiệt than, dầu thành điện Trạm bơm nước tuần hoàn nằm cạnh sông gồm máy bơm loại trục đứng cấp nước vào bình ngưng để làm mát bình ngưng làm cho ngưng tụ thành nước Nước làm mát sau khỏi bình ngưng đưa hệ thống kênh thải thải sông, có phần nước dùng để phục vụ nông nghiệp khu vực lân cận Bình ngưng tua bin gồm có ngăn, ngăn có 1570 ống đồng nước làm mát chảy qua Hơi nước ống đồng bị nước làm mát lấy nhiệt nên ngưng tụ thành nước Điện Nước Hơi Cơ Máy phát Hơi ngưng tụ Hình 1.1 : Sơ đồ trình sản xuất điện Hình 1.2: Chu trình nhiệt tổ máy H - 1.2 S¬ ®å chu tr×nh nhiÖt cña mét tæm¸ y MF A Xi lanh h¹ ¸ p A EzÐct¬ B¬m ng- ng B B×nh ng- ng cao ¸ p B Xi lanh Khö khÝ V an Stop B¬m n- í c ¸p Lß A Bao h¬i A Gia nhiÖt h¹ ¸p Gia nhiÖt cao ¸p Lß B Bao h¬i B - Khởi tạo xong project - Chọn điều khiển: 97 - Một project sau xác nhận phần cứng - Đặt tên, chọn cách thức làm việc, chu kỳ, độ ưu tiên… cho AC800F 98 -Chọn ngôn ngữ lập trình: - Tiếp theo ta tạo trạm xử lý khác sử dụng điều khiển Emulator để chạy mô chương trình Từ AC8 chon Insert > below 99 - Tiếp theo ta tạo trạm điều hành để quan sát hoạt động trạm xử lý Trạm điều hành load từ chương trình Control Builder F chạy DigiVIS Từ EMU (D-PS) chọn Insert > below 100 - Chọn Insert > next level: 101 Thông thường ta chọn Graphic display FGR muốn thiết kế giao diện cho dây chuyền hoạt động, chọn Overview display OVW để tạo giao diện tổng quát, chọn Trend display TR_D-OS để hiển thị đồ thị thông số trình… - Cấu hình phần cứng cho điều khiển: Bao gồm CPU loại SA801, Pin loại EI813, Modem FI830, FI840 102 - Tiếp theo tới hình vẽ giao diện - Kết giao diện: 103 104 4.4 Phân tích vòng điều chỉnh mức nước bao Mức nước bao điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh lưu lượng nước cấp tới bao hơi, mà cụ thể điều chỉnh van điều chỉnh cấp nước trước hâm nước Có hai van điều chỉnh: Một van chế độ khởi động van chế độ vận hành bình thường Vòng điều chỉnh điều chỉnh theo chế độ thông số cách đo tín hiệu mức nước bao điều chỉnh theo chế độ thông số cách đo tín hiệu mức nước bao hơi, lưu lượng lưu lượng cấp Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển mức nước bao Ho §C § T1 § T2 y2 Y y1 Trong : ĐC : điều chỉnh mức nước ĐT2 : đối tượng van điều chỉnh ĐT1 : đối tượng mức nước bao hay nói xác bao Ho : giá trị đặt Đối tượng ĐT2 van có hàm truyền tương đương với khâu quán tính bậc có trễ Van loại van điều chỉnh khí nén: loại có đầu vào I: 4-20mA, chuyển đổi có P: 0,002 – 0,01KG/mm2 Ta có hàm truyền van: 105 - Đối tượng ĐT1 bao có hàm truyền xác định theo thực nghiệm: Từ đồ thị đặc tính đối tượng mức nước bao ta thấy đối tượng khâu tích phân có trễ có quán tính không tự cân có dạng hàm truyền là: W1(S) = k o e −τS S (1 + TO S) Trong 106 - ko : hệ số khuyếch đại hệ khâu - τ : thời gian trễ có xung tác động - To : số thời gian Dựa vào đồ thị thực nghiệm đối tượng thấy τ =1.25 s, To = 8.75 s, Còn hệ số khuyếch đại tính cách kẻ tiếp tuyến với đồ thị xác định theo công thức: ko = ∆H 17 = =1,545 ∆t 11 Vậy ta có hàm truyền đối tượng mức nước bao là: O1(S) = 1,545 e −1,25.S S (1 + 8, 75.S ) Ta có sơ đồ lập trình phần mềm: Có hai vòng điều chỉnh Kết 107 Nhận xét: Ta thấy đồ thị dao động hai chu kỳ ổn định Nhưng độ điều chỉnh lớn 108 Khi thay đổi điểm đặt từ 50% lên tới 60 % sau chu kỳ hệ thống vào ổn định * Trong chương nghiên cứu kết hệ thống điều khiển mức nước bao Thiết kế hệ thống phần mềm nạp xuống phần cứng Kết nghiên cứu mô hệ thống điều khiển mức nước bao 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn giải vấn đề sau: Giới thiệu chung nhà máy nhiệt điện: Giới thiệu qui trình công nghệ nhà máy, nguyên lý sản xuất điện nhà máy nhiệt điện, chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, giới thiệu lò nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1, thiết bị phương pháp đo dùng Tìm hiểu hệ thống HTC tổng hợp: Những vấn đề lý thuyết HTC tổng hợp hệ thống CACMAC, hệ thống SCADA, hệ thống DCS, hệ thống thông tin tích hợp đặc điểm, chức ưu – nhược điểm hệ thống Tìm hiểu, nghiên cứu hệ thống IIT ABB đại diện hệ AC800F FREE LANCE: Đặc điểm, chức năng, cấu hình phần cứng, phần mềm hệ thống điều khiển Nghiên cứu hệ thống cung cấp lưu thông nước lò hơi, hệ thống điều khiển nước cấp, từ thiết kế hệ thống điều khiển mức nước bao mô mức nước bao phần mềm ABB Industrial IT Kết nghiên cứu luận văn cho thấy hướng ứng dụng triển vọng hệ thống tích hợp số ngành công nghiệp xứ lý, chế biến, số ngành công nghiệp nặng khác chế biến dầu mỏ, công nghiệp sản xuất giấy, xi măng… Ở Việt Nam năm gần có hàng loạt nhà máy điện cân trang bị hệ thống DCS, tích hợp điện đại Đồng thời luận văn đóng góp kiến thức hệ thống điều khiển mức nước bao sử dụng điều khiển AC800F ABB nhà máy nhiệt điện Phả Lại để đọc tham khảo Mặc dù có nhiều cố gắng, song hạn chế mặt thời gian kiến thức, khó khăn tài liệu, thời gian tiếp xúc với hệ thống nên luận văn tránh khỏi thiếu xót, mong nhận đóng góp ý kiến Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Hải Hà 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Đào Ngọc Chân, Hoàng Ngọc Đồng, “Lò & Thiết bị lò hơi” NXB khoa học kỹ thuật (2008) PGS TS Phạm Thượng Hàn, “ Hệ thống thông tin công nghiệp” NXB khoa học kỹ thuật (2006) PGS TS Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Duy Bình, Phạm Quang Đăng, Phạm Hồng Sơn, “ Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng” – Tập 1, NXB khoa học kỹ thuật (2006) Hoàng Minh Sơn “ Cơ sở hệ thống điều khiển trình” NXB khoa học kỹ thuật (2006) Phân xưởng tự động – điều khiển nhà máy nhiệt điện Phả Lại, “ Tài liệu đào tạo hệ thống điều khiển DCS Nhà máy nhiệt điện phả lại, “ Tài liệu kỹ thuật” Tài liệu lưu hành nội 111 ... defined 1. 11. 3 iu khin mc nc bao hi .Error! Bookmark not defined 1. 11. 4 iu khin nhit b quỏ nhit Error! Bookmark not defined 1. 11. 5 iu khin tc quay Tua bin Error! Bookmark not defined 1. 11. 6... Bơm n- c áp Lò A Bao A Gia nhiệt hạ áp Gia nhiệt cao áp Lò B Bao B Buồngđốt Bao ZK-220 -11 0 -10 C N- c cấp vào lò Hơi sang tua bin Hình 1. 3 Lò Lọc bụi tĩ nh điện Quạ t gió Quạ t khói Hỡnh 1. 3: S ... Li.Error! Bookmark not defined 1. 11 Cỏc h thng iu khin chớnh nh mỏy Error! Bookmark not defined 1. 11. 1 iu khin ph ti lũ( iu khin ỏp sut bung la)Error! Bookmark not defined 1. 11. 2 iu khin h s khng khớ