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脱硫系统智能化边缘控制解决方案

发布时间:2023-02-23

       项目背景


某火力发电厂脱硫系统采用传统的DCS控制,烟气流经脱硫装置,入口烟气与出口烟气之间的纯延迟时间为4分钟左右,浆液与烟气SO2反应也有较大迟延,属于大纯滞后系统。传统PID控制方式无法满足自动控制要求,因此SO2浓度仍然采用开环控制,由人工手动调整。锅炉负荷及烟气量、煤质硫份、烟气温度、烟尘浓度、吸收剂品质等经常变化,给运行人员带来很大的操作负担。而且随着工况的变化,出口SO2浓度容易超标,存在较大的节能降耗的空间。

本项目采用智能外挂边缘控制系统,保留传统DCS系统功能的同时,增加了智能边缘计算模块功能,在传统DCS系统协调控制功能的基础上,利用边缘控制,对脱硫系统石灰石流量进行智能调节,以实现SO2超低排放指标的自动智能稳定控制和系统的经济运行。确保环保排放达标,把出口SO2浓度控制到超低排放水平,大幅降低了生产成本,提高了生产效率。


 



边缘控制概述


目前,设备智能化已是大势所趋,传统的控制系统正面临着数字化转型升级的严峻挑战,随着个性化产品生产需求不断增加,客户对产品品质要求越来越严格,生产设备的状态影响生产设备的效率和产品品质,生产数据和设备数据正成为产线数字化转型的核心驱动力,传统数字化升级方案需要组合PLC、PC、网关、SCADA软件等多种不同领域功能的产品于统一系统中,系统架构复杂,成本昂贵且面临极大安全风险。同时也增加了软件工程师编程开发难度和软件开发成本,现场运行维护成本也随之增加。

边缘控制融合PLC自动化技术与PC信息化技术,将PLC、PC、网关、运动控制、I/O 数据采集、现场总线协议、机器视觉、设备联网等多领域功能集成于同一控制平台,可同时实现设备运动控制、机器视觉、设备预测维护、设备联网,数据分析和优化控制、数据可直接连接至工业云平台,在边缘侧协同远程工业云平台实现智能产线控制。


 


脱硫智能化边缘控制解决方案


脱硫系统智能化边缘控制考虑多项提高控制品质的措施,采用预测控制解决大纯滞后对象的控制难题、用模糊、预测控制调整PID参数,改善脱硫装置出口SO2排放浓度控制效果。

脱硫智能化边缘控制系统通过通讯卡从DCS获取脱硫装置相关的工艺参数,如锅炉负荷及烟气量、入口煤质硫分、烟气温度、pH值、石灰石浆液流量等参数,对采集的数据进行分析、辨识、建模,并通过控制器的预测计算处理后,输出石灰石浆液流量的控制参数,最后实现对净烟气出口SO2浓度的闭环控制。

1)pH值控制策略优化。使用动态预测模型输出石灰石浆液流量的控制,解决pH值控制大延迟,大惯性问题。

2)实现SO2浓度的闭环控制。通过非线性预测控制实现净烟气出口SO2浓度的闭环控制,提高净烟气出口SO2浓度的调节品质,减少石灰石粉消耗,从而实现节能降耗,减少环保超标的发生,以及减轻运行人员的操作负担。


 





边缘控制器特点及与传统控制器的区别


边缘智能控制器,是以紧凑的工业尺寸,融合工业控制、边缘计算、边云协同、物联网络、信息安全、本地显示等核心能力的边缘智能计算平台。

边缘控制器是IT和OT之间的物理接口,在完成工作站和生产线的控制功能的基础上,提高工业设备的接口能力和计算能力,提高工业设备的适用性。


 


边缘控制器是工业互联网时代下的控制系统,与传统的控制器有着很大的不同。



 



边缘控制的主要优势


1)满足快速连接、实时优化、安全可靠等关键生产运维需求

降低工业现场的复杂性,设备之间连接需要边缘计算提供现场级计算能力,实现各制式网络通信协议相互转换、互联互通,提高工业数据计算的实时性和可靠性。

2)解决传统信息化架构中台层压力过大的问题

通过边缘控制架构,对设备数据的采集进行分离,可按实际需求从边缘端获取需要的采集数据,减轻传统信息化系统架构的采集层的压力过大问题。

3)解决传统信息化架构应用系统层应用模块过多的问题

通过边缘控制架构,把脱硫系统专用的控制模块下放至边缘端进行,减轻原系统架构的应用模块过多,过于臃肿问题,减轻了原系统CPU的负荷。



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