Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tự động phần thải xỉ cho nhà máy nhiệt điện đốt than

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HOÀI PHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG PHẦN THẢI XỈ CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội – Năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HOÀI PHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG PHẦN THẢI XỈ CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐỖ MẠNH CƯỜNG Hà Nội – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp cơng trình riêng tôi, tự thực hướng dẫn T.S Đỗ Mạnh Cường Kết đạt hoàn toàn trung thực Để hoàn thành luận văn sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2018 Học viên thực Nguyễn Hoài Phương i LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn, Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới TS Đỗ Mạnh Cường, thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn quý thầy giảng dạy em suốt q trình học cao học vừa qua Cảm ơn gia đình, anh em bạn bè, đồng nghiệp động viên, hỗ trợ, đóng góp ý kiến giúp em hồn thành luận văn Dù cố gắng với trình độ hiểu biết thời gian nghiên cứu thực tế có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận lời dẫn, góp ý thầy/cô bạn đọc để luận văn em hoàn thiện Em trân trọng cảm ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Phương pháp nghiên cứu Đối tượng đề tài Mục tiêu đề tài Ý nghĩa đề tài Chương TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NG BÍ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VÀI NÉT VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA NHÀ MÁY .3 1.2 CHU TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NG BÍ 1.3 CHU TRÌNH CỦA HỆ THỐNG THẢI TRO XỈ CỦA NHÀ MÁY 1.3.1 Chu trình hệ thống thải xỉ đáy lò 1.3.2 Chu trình hệ thống thu hồi tro bay .9 1.3.3 Chu trình hệ thống thải bùn xỉ 11 1.3.4 Chu trình hệ thống nước tái tuần hoàn .11 1.4 HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN CHUNG CỦA NHÀ MÁY .12 1.4.1 Giới thiệu chung hệ thống DCS 12 1.4.2 Hệ thống DCS nhà máy nhiệt điện Uông Bí 18 Chương XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG THẢI XỈ 31 2.1 PHÂN TÍCH YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CỦA HỆ THỐNG 31 2.1.1 Phân tích yêu cầu điều khiển hệ thống .31 2.1.2 Phân tích yêu cầu giám sát 32 2.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34 2.2.1 Lựa chọn giải pháp điều khiển, giám sát truyền thông 34 iii 2.2.2 Lựa chọn hệ thống điều khiển 37 2.2.3 Xây dựng đối tượng cho yêu cầu điều khiển giám sát 46 2.2.4 Thiết kế thành phần điều khiển 64 2.2.5 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống điều khiển : 66 Chương XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRẠM THẢI XỈ 69 3.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH CỨNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN: 69 3.1.1 Sơ đồ cấu hình hệ thống điều khiển : .69 3.1.2 Thiết kế nguồn cấp chung cho hệ thống điều khiển 71 3.1.3 Thiết kế cấp nguồn cho module hệ thống PLC điều khiển trạm vận hành trạm vận hành : .73 3.1.4 Thiết kế cấp nguồn cho module hệ thống PLC điều khiển trạm vận hành nhà quạt : 74 3.1.5 Thiết kế cấp nguồn cho module hệ thống điều khiển trạm vận hành nước ngược : .75 3.1.6 Thiết kế sơ đồ điều khiển đặc trưng 76 3.1.7 Thiết kế tín hiệu vào điển hình hệ thống điều khiển giám sát động hệ thống : 77 3.1.8 Thiết kế tín hiệu đầu vào điển hình module DI cho hệ thống giám sát điều khiển van: 78 3.1.9 Sơ đồ tín hiệu đầu điển hình module DO cho hệ thống giám sát điều khiển van: 79 3.2 LẬP CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM CỦA HỆ THỐNG 80 3.2.1 Lập trình project 80 3.2.2 Lập cấu hình cứng cho trạm PLC 80 3.2.3 Xây dựng cấu hình phần mềm cho hệ thống PLC 80 Chương CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIAO DIỆN VẬN HÀNH 81 4.1 CHƯƠNG TRÌNH CẤU HÌNH PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG PLC: .81 4.2 CHƯƠNG TRÌNH LOGIC ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG PLC: .82 4.2.1 Các khối hàm chức cho nhóm thiết bị 82 4.2.2 Chương trình điều khiển giám sát van đặc trưng hệ thống 83 4.2.3 Chương trình điều khiển giám sát động đặc trưng hệ thống 84 4.2.4 Logic cho giá trị cảnh báo điển hình .85 iv 4.2.5 Logic cho giá trị tương tự 85 4.3 GIAO DIỆN VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG THẢI XỈ : 86 4.3.1 Giao diện vận hành hệ thống nước cấp 86 4.3.2 Giao diện vận hành hệ thống thu hồi tro bay 86 4.3.3 Giao diện vận hành hệ thống thải xỉ đáy lò 87 4.3.4 Giao diện vận hành hệ thống thải bùn xỉ 87 4.4 HỆ THỐNG DIỀU KHIỂN GIAM SAT TRẠM THẢI TRO XỈ 88 KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các module nguồn họ S7- 300/400 42 Bảng 2.2 Các module tín hiệu với họ S7-300 42 Bảng 2.3 Các loại module IM S7-300/400 43 Bảng 2.4 Các dạng truyền thông profibus S7-300/400 44 Bảng 2.5 Bảng danh mục thiết bị thông số cần đưa vào điều khiển .46 Bảng 2.6 Bảng danh mục thiết bị cần điều khiển dạng số 55 Bảng 2.7.Bảng danh mục tín hiệu đưa vào liên động điều khiển cảnh báo 62 Bảng 2.8 Bảng danh mục lựa chọn thiết bị hệ thống điều khiển 65 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ chu trình sản xuất điện nhà máy .6 Hình 1.2 Sơ đồ tổng quan hệ thống thải tro xỉ Hình 1.3 Mơ hình phân cấp chức hệ thống điều khiển giám sát 12 Hình 1.4 Các cấu chấp hành 13 Hình 1.5 Hệ thống tủ điều khiển 13 Hình 1.6.Trung tâm điều khiển giám sát 14 Hình 1.7 Cấu trúc điều khiển tập trung 15 Hình 1.8 Cấu trúc điều khiển phân tán 16 Hình 1.9 Cấu hình hệ điều khiển phân tán 17 Hình 1.10 Cấu trúc phần cứng hệ thống điều khiển DCS SYMPHONY 18 Hình 1.11 Các module tủ HCU kết nối hệ thống điều khiển 23 Hình 1.12 Cấu trúc kiện SOE (sequence of events) 25 Hình 1.13 Phương thức kết nối với hệ thống điều khiển khác .26 Hình 1.14 Một số thiết bị hệ thống 27 Hình 1.15 Tủ thiết bị hệ thống 28 Hình 1.16 Khối lắp ghép module (MMU) .28 Hình 1.17 Khối Nguồn cấp cho hệ thống .29 Hình 2.1 Giải pháp điều khiển, giám sát truyền thơng 36 Hình 2.2 Tổ chức nhớ CPU 38 Hình 2.3 Hệ thống PLC 41 Hình 2.4 Hoạt động PLC 45 Hình 3.1 Cấu trúc truyền thơng trạm vận hành thải xỉ 70 Hình 3.2 Sơ đồ cấp điện chung cho hệ thống điều khiển trạm vận hành 71 Hình 3.3 Sơ đồ cấp điện chung cho hệ thống điều khiển trạm vận hành nước ngược 72 Hình 3.4 Sơ đồ cấp nguồn cho module hệ thống điều khiển trạm vận hành điều khiển (trạm bơm bùn xỉ) 73 Hình 3.5 Sơ đồ cấp nguồn cho module hệ thống điều khiển trạm vận hành nhà quạt .74 Hình 3.6 Sơ đồ cấp nguồn cho module hệ thống điều khiển trạm vận hành nước ngược 75 Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển giám sát điển hình cho động hệ thống .76 Hình 3.8 Sơ đồ điều khiển giám sát điển hình cho van hệ thống 76 vii Hình 3.9 Sơ đồ bố trí kết nối tín hiệu vào điển hình hệ thống giám sát điều khiển thiết bị (Bơm cao áp nhánh A) 77 Hình 3.10 Sơ đồ bố trí tín hiệu đầu vào module DI cho hệ thống điều khiển giám sát van 78 Hình 3.11 Sơ đồ bố trí tín hiệu đầu module DO cho hệ thống điều khiển giám sát van 79 Hình 4.1 Chương trình cấu hình phần cứng hệ thống PLC .81 Hình 4.2 Các khối logic điều khiển hệ thống PLC 82 Hình 4.3 Logic điều khiển giám sát van đặc trưng hệ thống .83 Hình 4.4 Logic điều khiển giám sát động đặc trưng hệ thống 84 Hình 4.5 Logic cho giá trị cảnh báo điển hình 85 Hình 4.6 Logic cho giá trị cảnh báo điển hình 85 Hình 4.7 Giao diện vận hành hệ thống nước cấp .86 Hình 4.8 Giao diện vận hành hệ thống thu hồi tro bay 86 Hình 4.9 Giao diện vận hành hệ thống thải xỉ đáy lò .87 Hình 4.10 Giao diện vận hành hệ thống thải bùn xỉ 87 Hình 4.11 Tủ hệ thống điều khiển 88 Hình 4.12 Bộ điều khiển 88 Hình 4.13 Tủ ghép nối mở rộng .88 Hình 4.14 Tủ hệ thống SCMS (truyền thông trạm lẻ) .89 Hình 4.15 Màn hình giám sát điều khiển .89 viii ... tối ưu tự điều khiển động hóa giám sát thiết bị, thông số cho phần thải xỉ nhà máy nhiệt điện đốt than Ý nghĩa đề tài Đối với phần tự động hóa cho hệ thống thải xỉ nhà máy nhiệt điện đốt than đề... nhiệt điện đốt than Nói đối tượng nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động cho phần thải xỉ nhà máy nhiệt điện đốt than ứng dụng công nghệ áp dụng chung cho tất nhà máy nhiệt điện đốt than Nhưng... tượng nghiên cứu cụ thể đề tài em xin đưa đối tượng nghiên cứu cụ thể MỞ ĐẦU ? ?Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động phần thải xỉ cho nhà máy nhiệt điện đốt than nhà máy Nhiệt điện ng