BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- Lã Xuân Hiệu NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN (DCS) CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - Năm 2017 17051113814741000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- Lã Xuân Hiệu NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN (DCS) CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƯƠNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐỖ MẠNH CƯỜNG Hà Nội - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phân tán (DCS) cho nhà máy nhiệt điện Na Dƣơng” do tôi tự thiết kế dƣới sự hƣớng dẫn của thầy giáo TS. Các số liệu sử dụng trong quá trình thiết kế luận văn đƣợc lấy từ tài liệu tại nhà máy nhiệt điện Na Dƣơng. Trong quá trình thiết kế luận văn, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã đƣợc liệt kê trong phần tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện có sử dụng các nguồn tài liệu khác tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. HỌC VIÊN Lã Xuân Hiệu 1 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. 1 DANH MỤC CÁC BẢNG. 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.
9 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN, ĐẶC TRƢNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƢƠNG. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện. Giới thiệu về nhà máy. Thông số kĩ thuật nhà máy.
Quy trình sản xuất nhiệt điện. Điều khiển công nghệ cho phần chính nhà máy. Điều khiển kết hợp gió, nhiên liệu và máy phát. Điều khiển gió chính.
Điều khiển dòng nhiên liệu và điều chỉnh lƣợng than cấp. Điều khiển áp suất hơi chính. Điều khiển nhiệt độ đầu ra của máy nghiền PF. Điều khiển lƣu lƣợng máy nghiền PF.
Điều khiển áp suất buồng đốt. Điều khiển gió sơ cấp. Điều khiển nhiệt độ nóng và lạnh. Điều khiển nhiệt độ nóng sơ cấp.
Điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt. Điều khiển nhiệt độ bộ gia nhiệt bổ sung. Điều khiển các van cánh hƣớng. Điều khiển áp suất dầu cháy.
Điều khiển tốc độ tuabin. Điều khiển bình ngƣng/mức bình ngƣng. Điều khiển mức nƣớc bình thử khí. Điều khiển bộ hâm nƣớc cấp thấp áp LP.
Điều khiển bộ hâm nƣớc cấp cao áp HP. Vòng điều khiển hệ thống phụ cho Tuabin. Điều khiển mực nƣớc bao hơi .34 CHƢƠNG 2: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP, CẤU HÌNH HỆ THỐNG DCS. Cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán.
Chức năng của hệ DCS. Hệ thống DCS CS 3000 của Yokogawa. Cấp quản lý nhà máy. Cấp giám sát - chỉ huy.
Cấp điều khiển. Hệ thống mạng của CS 3000. Tìm hiểu về phần mềm CS3000 - Yokogawa. Tổng quan về System View.
Khởi động System View. Khởi tạo Project .45 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG, MÔ PHỎNG CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ DCS. Điều khiển quá trình. Điều khiển quá trình.
Các đặc trƣng của quá trình. Phƣơng pháp nhận dạng đối tƣợng. Sách lƣợc điều chỉnh. Khái niệm về sách lƣợc điều chỉnh.
Điều khiển phản hồi - Feedback. Điều khiển truyền thẳng - Feedforward. Phƣơng pháp chỉnh định. Phƣơng pháp đáp ứng bậc thang.
Phƣơng pháp dựa trên đặc tính dao động tới hạn. Công cụ thực hiện - phần mềm CS 3000. Phần mềm Graphics Builder. Phần mềm Control Drawing .64 CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG GIAO DIỆN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KHÓI GIÓ .Tìm hiểu chung về công nghệ đối với hệ thống gió.
Nghiên cứu tổng quan hệ thống khói gió. Vai trò của gió trong hệ thống điều khiển phụ tải nhiệt. Các phƣơng pháp điều khiển lƣu lƣợng gió. Điều khiển lƣu lƣợng gió bằng độ mở cánh hƣớng Damper.
Điều khiển bằng cách thay đổi tốc độ quạt. Điều khiển phối hợp cả hai phƣơng pháp trên. Thiết kế vòng điều chỉnh cho hệ thống khói gió. Điều khiển nhiệt độ gió cấp 1.
Điều khiển lƣu lƣợng gió cấp 1. Tiến hành chạy mô phỏng phần mềm. 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 89 4 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thông số Tuabin.2: Thông số hơi của các cửa trích: .3: Thông số máy phát .4: Thông số kĩ thuật của lò .5: Thông số về hơi .6: Thông số về nhiệt độ .7: Thông số về lƣu lƣợng mong muốn .8: Quạt gió sơ cấp .9: Quạt gió thứ cấp .1: Xác định các tham số PID .2: Lựa chọn kiểu bộ điều khiển .1: Các dải tín hiệu trong vòng điều chỉnh.
Các thông số của bộ điều khiển (ta chọn mặc định). 84 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Quy trình sản xuất nhiệt điện .2: Sơ đồ tổng quan hệ thống cung cấp nhiên liệu tới các vòi đốt .3: Sơ đồ tổng quan chu trình cháy .4: Chu trình nhiệt tổng quát .5: Điều khiển kết hợp gió, nhiên liệu và máy phát .6: Điều khiển gió chính .7: Vòng điều khiển lƣu lƣợng - nhiên liệu .8: Sơ đồ mạch điều khiển lò hơi.9: Vòng điều khiển áp suất chân không buồng đốt .10: Vòng điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt .11: Điều khiển van cánh hƣớng .12: Điều khiển mức nƣớc bao hơi .1: Sơ đồ phân cấp hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất .2: Mô hình cấu trúc hệ điều khiển phân tán .3: Trạm giám sát, vận hành HIS .4: Cấu trúc mạng kết nối FCS với thiết bị trƣờng .5: Cấu trúc hệ thống CS 3000 .6: Cửa sổ System View .7: Khởi động System View từ nút [Start] .8: Trình đơn gọi cửa sổ .9: Cấu trúc Project .10: Hộp thoại Outline .11: Hộp thoại Create New Project .12: Hộp thoại tạo FCS.13: Hộp thoại tạo HIS .1: Hệ thống làm mát dầu .2: Đồ thị mô tả thời gian trễ vận chuyển .3: Quá trình xảy ra thời gian trễ vận chuyển .4: Hệ có yếu tố dung tích .5: Đáp ứng của hệ có yếu tố dung tích .6: Đáp ứng của hệ tự điều chỉnh (Self - regulation) .7: Quá trình đun nƣớc .8: Đáp ứng quá trình đun nƣớc.9: Cấu trúc điều khiển phản hồi .10: Ví dụ về điều khiển phản hồi .11: Điều khiển FeedForward - Cấu trúc song song.12: Điều khiển FeedForward - Cấu trúc nối tiếp.13: Điều khiển bộ hâm dầu sử dụng hơi - Cấu trúc Feedforward .14: Cấu trúc Feedforward kết hợp điều khiển phản hồi .15: Hệ thống hâm dầu bằng hơi - Cấu trúc điều khiển phản hồi .16: Điều khiển tầng - Cấu trúc nối tiếp .17: Điều khiển tầng - Cấu trúc song song.18: Hệ thống hâm dầu bằng hơi sử dụng điều khiển tầng .19: Đặc tính quán tính .20: Cấu trúc một Function Block .21: Cấu trúc Function Block PID .22: Đáp ứng khâu trễ bậc 1 .23: Cấu trúc khâu trễ bậc 1 .24: Cấu trúc khâu DLAY .25: Đáp ứng khâu DLAY - C .26: Function Block - INTEG.27: Cấu trúc mô phỏng một Actuator .29: Cấu trúc mô phỏng đƣờng ống .1: Hệ thống khói gió trong lò hơi .2: Hệ thống gió cấp 1 .3: Hệ thống gió cấp 2 .4: Sơ đồ tổng quan về hệ thống gió trong nhà máy nhiệt điện .5: Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển gió chính .6: Đặc tính của các loại Damper .7: Quan hệ giữa tốc độ quạt so với lƣu lƣợng đầu ra .8: Điều khiển phối hợp Damper và tốc độ quạt .9: Sơ đồ điều khiển gió cấp 1 .10: Sơ đồ khối bộ điều khiển nhiệt độ gió cấp 1 .11: Sơ đồ hệ thống điều khiển tỷ lệ than /gió .12: Khối điều khiển lƣu lƣợng gió cấp 1 .13: Giao diện của bộ điều khiển trung tâm .15: Đồ thị nhiệt độ thực tế của hỗn hợp qua 4 giai đoạn điều khiển .16: Đồ thị lƣu lƣợng nhiên liệu và lƣu lƣợng gióqua 4 giai đoạn điều khiển. 86 8 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp nhu cầu sử dụng điện của nƣớc ta đang tăng mạnh mẽ qua từng năm. Để đáp ứng nhu cầu đó và đảm bảo an ninh năng lƣợng quốc gia, cùng với những ƣu điểm về nguồn nguyên liệu sẵn có, thời gian xây dựng nhanh, hàng loạt các nhà máy nhiệt điện đã đƣợc xây dựng trong những năm gần đây nhƣ nhà máy nhiệt điện Vũng áng, nhà máy nhiệt điện Vĩnh tân, nhà máy nhiêt điện Sông hậu, nhà máy nhiệt điện Uông bí, nhà máy nhiệt điện Na dƣơng,… Hiện nay, trong các nhà máy nhiệt điện, mức độ tự động hóa ngày càng đƣợc nâng cao.
Các nhà máy nhiệt điện luôn yêu cầu một hệ thống điều khiển phân tán để đảm bảo hoạt đông tin cậy và tối ƣu. Các quá trình có thể đƣợc giám sát và điều khiển hoàn toàn từ xa tại phòng điều khiển trung tâm. Nhà máy nhiệt điện Na Dƣơng đã đƣợc xây dựng và đƣa vào hoạt động trong một thời gian dài, hiện nay đã đƣợc trang bị một hệ thống DCS, tuy nhiên cần có một hệ thống dùng để mô phỏng và huấn luyện cho đội ngũ kỹ thuật, vận hành, bảo dƣỡng và sửa chữa. Xuất phát từ thực tế đó, tôi đã xin làm luận văn tốt nghiệp với đề tài : “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phân tán (DCS) cho nhà máy nhiệt điện Na Dƣơng”.
Luận văn đƣợc thực hiện bao gồm các nội dung sau: - Tổng quan về công nghệ nhiệt điện đốt than, đặc trung của nhà máy nhiệt điện Na Dương - Lựa chọn giải pháp, cấu hình hệ thống DCS - Xây dựng, mô phỏng chương trình điều khiển cho hệ DCS - Thiết kế giao diện Trong thời gian thiết kế luận văn, tôi đã đƣợc thầy giáo TS. Đỗ Mạnh Cƣờng hƣớng dẫn tận tình và sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị tại nhà máy Nhiệt điện Na Dƣơng. Do kinh nghiệm hạn chế, giới hạn về mặt thời gian và kiến thức, luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu thiếu sót. Tôi rất mong nhận đƣợc sự góp ý của Quý thầy cô và các bạn để luận văn của tôi đƣợc hoàn thiện hơn.
9 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN, ĐẶC TRƢNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƢƠNG 1. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện 1. Giới thiệu về nhà máy Công ty nhiệt điện Na Dƣơng đặt tại thị trấn Na Dƣơng, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn là doanh nghiệp nhà nƣớc hoạch toán phụ thuộc Tập đoàn than - khoáng sản Việt Nam. Nhiệm vụ của công ty là đầu tƣ xây dựng, quản lý, vận hành nhà máy nhiệt điện Na Dƣơng và bán điện cho Tổng công ty điện lực Việt Nam.