DCS系統(tǒng)在熱電廠鍋爐中的應(yīng)用

王六六

哈爾濱天源石化工程有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150090

所謂集散控制系統(tǒng)（即DCS，英文名稱為Distributed Control System），其含義是利用微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中管理和分散控制。是4C技術(shù)的產(chǎn)物。4C技術(shù)就是控制技術(shù)（Control），計(jì)算機(jī)（Computer）技術(shù)，通訊（Communication）技術(shù)和CRT（Cathode Ray Tube）顯示技術(shù)。整個(gè)裝置繼承了常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，克服了單微機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中以及常規(guī)儀表控制功能單一，人/機(jī)聯(lián)系差的缺點(diǎn)，可以方便地用于工業(yè)裝置的生產(chǎn)控制和經(jīng)營(yíng)管理，在電廠鍋爐流程自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)十分普及。

1 鍋爐控制方案

鍋鍋爐控制方案：常用的有燃燒自動(dòng)控制，汽包水位自動(dòng)控制。

1）鍋爐燃燒系統(tǒng)控制可分散成：給煤控制，送風(fēng)控制，爐膛負(fù)壓控制

（1）給煤控制原理說(shuō)明：采用三沖量單級(jí)調(diào)節(jié)，以鍋爐出口蒸汽壓力為被調(diào)節(jié)變量，主汽流量信號(hào)和汽包壓力信號(hào)為補(bǔ)充信號(hào)，PID調(diào)節(jié)作用為反作用。即鍋爐出口蒸汽壓力大于給定值時(shí)，減少給煤量，汽包壓力經(jīng)分流后正方向接入。主汽流量信號(hào)經(jīng)分流后反向接入。

（2）送風(fēng)控制原理說(shuō)明：采用串級(jí)調(diào)節(jié)。以煙氣含氧量信號(hào)為主調(diào)變量，經(jīng)主調(diào)節(jié)器運(yùn)算后作為副調(diào)節(jié)器的給定信號(hào)。主汽流量信號(hào)為補(bǔ)充信號(hào)，從而改變送風(fēng)量以適應(yīng)氧量及主汽流量的變化。

（3）爐膛負(fù)壓原理說(shuō)明：采用單沖量調(diào)節(jié)。以爐膛負(fù)壓為被調(diào)節(jié)變量。

鍋爐燃燒自動(dòng)控制在以往二型，三型儀表時(shí)代在實(shí)際應(yīng)用中很難投入，利用集散控制系統(tǒng)強(qiáng)大的控制功能和靈活的組態(tài)方式，超前及延時(shí)功能。在實(shí)際應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。方便了鍋爐的運(yùn)行調(diào)整。提高了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性燃燒經(jīng)濟(jì)性。

2）汽包液位控制

鍋爐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量，并使汽包液位保持在工藝允許的范圍內(nèi)。液位控制常用的為三沖量控制，即以給水流量、主蒸汽流量作為補(bǔ)充信號(hào)的三參數(shù)控制系統(tǒng)。給水流量信號(hào)的引入可以抵消由于鍋爐給水壓力的變化對(duì)汽包水位的影響。主蒸汽流量的引入可以抵消當(dāng)主汽流量增大時(shí)造成的虛假水位現(xiàn)象。利用集散控制系統(tǒng)中的運(yùn)算功能，適當(dāng)引入補(bǔ)充信號(hào)的比例，根據(jù)信號(hào)作用的正反方向，正確接入運(yùn)算功能塊的引腳。根據(jù)比例，積分時(shí)間的整定方法，設(shè)定適合的P，I數(shù)值。達(dá)到理想的調(diào)節(jié)效果。

3）鍋爐的自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)可以采用多選或多個(gè)取平均值的方式，增加保護(hù)動(dòng)作的可靠性，并且能夠記憶保護(hù)動(dòng)作的首出信號(hào)。

2 DCS系統(tǒng)配置

鍋爐DCS系統(tǒng)是一個(gè)專用于鍋爐自動(dòng)化控制的分布式集散控制系統(tǒng)。

鍋爐DCS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)為了保證鍋爐安全運(yùn)行的參數(shù)的監(jiān)視和控制的自動(dòng)化，節(jié)能增效，改善工作條件，提高勞動(dòng)效率。

鍋爐DCS系統(tǒng)包括調(diào)度管理層、工業(yè)Ethernet層、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控上位機(jī)、鍋爐控制終端設(shè)備。實(shí)際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體情況靈活配置。

2.1 鍋爐控制終端設(shè)備

針對(duì)各種蒸汽鍋爐，DCS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一系列鍋爐終端設(shè)備，以適應(yīng)不同類型鍋爐的具體控制要求。

分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：一臺(tái)鍋爐配置一套鍋爐控制終端設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)了分布式控制。

集成度高：集成了數(shù)字顯示、報(bào)警、手/自動(dòng)控制等傳統(tǒng)儀表的功能，可簡(jiǎn)化儀表配置和布線。

功能強(qiáng)大，性能可靠：采用高性能的主控制器和I/O模塊，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。

強(qiáng)有力的編程工具：可以利用梯形圖組態(tài)完成邏輯和順序控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算、PID調(diào)節(jié)等，可以利用系統(tǒng)自帶的功能塊進(jìn)行組態(tài)，也可利用高級(jí)語(yǔ)言編程完成特殊的控制要求和復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算。

2.2 鍋爐監(jiān)控上位機(jī)

鍋爐控制終端設(shè)備可以通過(guò)總線網(wǎng)絡(luò)或工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控上位機(jī)通信。

操作人員在上位機(jī)監(jiān)視鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警顯示、曲線報(bào)表等，以及進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。

對(duì)鍋爐運(yùn)行的重要參數(shù)，如壓力、溫度、壓差、流量等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理和保存，進(jìn)行曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印等等。

上位機(jī)采用高性能工控機(jī)或工作站，可使用雙機(jī)熱備份。每臺(tái)鍋爐監(jiān)控上位機(jī)當(dāng)以不同的用戶名和密碼登錄時(shí)可以實(shí)現(xiàn)每臺(tái)上位機(jī)之間的相互備用

2.3 工業(yè) Ethernet層

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控上位機(jī)加裝網(wǎng)卡后，可以連接成工業(yè)Ethernet網(wǎng)絡(luò)。在Ethernet網(wǎng)絡(luò)層可以設(shè)置多個(gè)鍋爐監(jiān)控站、維護(hù)站，數(shù)據(jù)站等。

2.4 調(diào)度管理層

鍋爐DCS系統(tǒng)提供MODEM專線、撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線方式，使中央調(diào)度室的管理人員能夠和幾公里或十幾公里之外分散的多個(gè)鍋爐房通信，了解各個(gè)鍋爐房的運(yùn)行情況、儀表完好情況、鍋爐工況等。撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)方式可充分利用原有的電話線路，通過(guò)公用電話網(wǎng)將中央調(diào)度室和各個(gè)鍋爐房連接起來(lái)，節(jié)省建設(shè)費(fèi)用和周期，適于對(duì)各個(gè)鍋爐每天的例行巡檢。提升企業(yè)的信息化程度，提高管理水平。3 集散控制系統(tǒng)的管理功能

1）集散控制系統(tǒng)可以顯示、管理、傳送鍋爐運(yùn)行的各種報(bào)警信號(hào)，從而使鍋爐的安全運(yùn)行等級(jí)大大的提高。為保證鍋爐系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)將根據(jù)所監(jiān)測(cè)的參數(shù)進(jìn)行故障診斷，給監(jiān)控人員提供報(bào)警信息提示，也可同時(shí)發(fā)出語(yǔ)言報(bào)警提示。監(jiān)控人員根據(jù)報(bào)警信息，對(duì)鍋爐進(jìn)行正確的操控。

2）歷史記錄運(yùn)行參數(shù)

監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)及報(bào)警信息進(jìn)行時(shí)時(shí)記錄并生成歷史記錄文件，另外監(jiān)控系統(tǒng)還設(shè)有專門的報(bào)警事件日志，用以記錄報(bào)警／事件信息和操作員的變化等。通過(guò)歷史記錄可以鍋爐的運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性加以分析，優(yōu)化運(yùn)行方案。

3）計(jì)算運(yùn)行參數(shù)

鍋爐運(yùn)行的某些運(yùn)行參數(shù)不能直接測(cè)量，如年運(yùn)行負(fù)荷量、蒸汽耗量、補(bǔ)水量、冷凝水返回量等。集散控制系統(tǒng)提供了豐富的標(biāo)準(zhǔn)處理算法，根據(jù)所測(cè)得的運(yùn)行參數(shù)，將這些導(dǎo)出量計(jì)算。

總之，DCS系統(tǒng)在熱電廠鍋爐中的應(yīng)用增強(qiáng)了鍋爐參數(shù)監(jiān)控的可靠性，減輕了運(yùn)行及檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，便于管理，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性，為企業(yè)的發(fā)展壯大打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]白焰，吳鴻，楊國(guó)田編著.分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng).

[2]朱北恒主編.火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn).浙江中控JX-300XP教材.