鍋爐發(fā)電系統(tǒng)中DCS技術(shù)的應(yīng)用

安曉旭

（神華國華九江發(fā)電有限責(zé)任公司，江西 九江 332000）

0 引 言

在發(fā)電系統(tǒng)中，DCS是最常見的系統(tǒng)，但是仍然存在很多不足之處。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電企業(yè)也在逐漸完善發(fā)電系統(tǒng)，加強(qiáng)DCS技術(shù)的應(yīng)用，提高DCS系統(tǒng)的應(yīng)用效果，以期給人們的生活和工作做好電力保障。

1 DCS技術(shù)概述

DCS是集散控制系統(tǒng)，是結(jié)合了控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、CRT顯示技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高新技術(shù)產(chǎn)品，具有操作便捷、高可靠性和強(qiáng)控制功能等特征，能夠便捷地應(yīng)用于工業(yè)裝置，從而對生產(chǎn)進(jìn)行控制和經(jīng)營管理，在電力、冶金以及化工等多個(gè)自動(dòng)化領(lǐng)域中得到了普遍應(yīng)用。DCS系統(tǒng)在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用非常重要。在和發(fā)電有關(guān)的鍋爐設(shè)備中，它能夠收集發(fā)電組和其他設(shè)備的信息數(shù)據(jù)，將收集到的數(shù)據(jù)和信息制定為對應(yīng)的控制命令。多年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，人們對工業(yè)自動(dòng)化的要求逐漸提高。DCS系統(tǒng)經(jīng)歷了多個(gè)發(fā)展階段，不論結(jié)構(gòu)還是技術(shù)，都獲得了不小的進(jìn)步，已經(jīng)發(fā)展成為自動(dòng)化生產(chǎn)必備的控制裝置。DCS系統(tǒng)在硬件上使用了高檔工業(yè)PC，技術(shù)指標(biāo)更加先進(jìn)。此外，DCS系統(tǒng)使用了RISC工作站，在軟件上使用了通用商業(yè)軟件包，在系統(tǒng)互連上使用了國標(biāo)通用網(wǎng)絡(luò)，正逐步朝高度集成化的方向發(fā)展。

2 DCS系統(tǒng)在發(fā)電企業(yè)中的應(yīng)用要求

2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控

一般情況下，使用DCS系統(tǒng)需要具備良好的環(huán)境才能凸顯其使用價(jià)值。DCS能夠監(jiān)控生產(chǎn)環(huán)境，對鍋爐發(fā)電設(shè)備的工作情況展開跟蹤，實(shí)現(xiàn)控制生產(chǎn)過程。設(shè)計(jì)過程中要重點(diǎn)關(guān)注DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加強(qiáng)其可靠性建設(shè)，更新操作系統(tǒng)。若系統(tǒng)需要和外網(wǎng)互相聯(lián)系，要注重建設(shè)完善的防火墻。DCS系統(tǒng)不適合同企業(yè)辦公系統(tǒng)或者外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。DCS系統(tǒng)能夠給用戶提供相關(guān)服務(wù)，需要根據(jù)用戶的友好程度，利用一個(gè)界面進(jìn)行操作。如果發(fā)現(xiàn)其中的問題，需要及時(shí)進(jìn)行處理。此外，考慮到擴(kuò)展性問題，在生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大的情況下，DCS系統(tǒng)需要進(jìn)行改進(jìn)，從長遠(yuǎn)角度對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。

2.2 應(yīng)用范圍

經(jīng)過前文的分析，需要明確DCS系統(tǒng)應(yīng)用的范圍。在大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)中，需要對整個(gè)生產(chǎn)過程展開監(jiān)督。發(fā)電企業(yè)的發(fā)電設(shè)備規(guī)模較大，占地面積也較大，需要生產(chǎn)部門能夠自成體系。由于發(fā)電廠的這種特征，需要從全局角度進(jìn)行調(diào)控。此外，要保證能夠及時(shí)處理出現(xiàn)的問題。

2.3 兼容性問題

在發(fā)電設(shè)備中，DCS系統(tǒng)可以在不同部門中使用不同功能，通過模擬量控制系統(tǒng)的MCS、SCS、DAS等形式。在機(jī)組電、爐以及機(jī)控制過程中，不同部門的控制系統(tǒng)也有不同特色，子系統(tǒng)是不同時(shí)間開始使用的。在組建新DCS系統(tǒng)時(shí)，需要充分考量子系統(tǒng)的兼容性，若有無法兼容的系統(tǒng)，需要果斷拋棄。只有這樣，DCS系統(tǒng)才能以整體的形式出現(xiàn)，內(nèi)部子系統(tǒng)也能夠保持互相獨(dú)立，從而使問題數(shù)據(jù)得到本地化處理。

2.4 通信問題

在DCS系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的一個(gè)問題是通信問題。在生產(chǎn)過程中，很多部門需要的數(shù)據(jù)格式有所差異，所以必須妥善處理數(shù)據(jù)。因此，一方面需要保證數(shù)據(jù)得到良好傳輸，使各個(gè)部門獲取數(shù)據(jù)信息。另一方面，需要保證數(shù)據(jù)能夠順利傳遞到DCS系統(tǒng)的高層，為決策提供數(shù)據(jù)支持。

3 DCS系統(tǒng)的主要控制功能

3.1 鍋爐燃燒控制保護(hù)

在整個(gè)工藝中，鍋爐是最核心的轉(zhuǎn)換能量設(shè)備。鍋爐具有易燃易爆的特征，在設(shè)備啟動(dòng)、運(yùn)行和停止時(shí)具有一定的危險(xiǎn)性。因此，需要對鍋爐安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。PLC系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐自動(dòng)點(diǎn)火、安全監(jiān)控和安全保護(hù)等功能，監(jiān)控功能不參與調(diào)節(jié)煤氣的燃燒，只進(jìn)行保護(hù)。

3.2 調(diào)節(jié)鍋爐汽包液位

在鍋爐安全運(yùn)行的各個(gè)參數(shù)中，汽包水位十分重要。水位如果過高，可能會(huì)影響到汽水分離器的運(yùn)行，從而造成蒸汽帶水過多，造成管壁結(jié)垢而影響蒸汽的品質(zhì)；若水位過低，將會(huì)破壞水循環(huán)，從而造成水冷壁的破裂，嚴(yán)重時(shí)形成干鍋而損害汽包。通過使用三沖量的模式對汽包水位進(jìn)行控制，即將汽包的液位作為主沖量，蒸汽和給水流量作為副沖量。這種控制模式能夠有效克服蒸汽負(fù)荷和給水系統(tǒng)產(chǎn)生的變化，避免給液位帶來干擾，能夠有效地控制汽包液位。

4 鍋爐發(fā)電系統(tǒng)中DCS技術(shù)的應(yīng)用

在鍋爐發(fā)電系統(tǒng)中，最主要的設(shè)備是鍋爐和發(fā)電機(jī)組。在相關(guān)輔助系統(tǒng)中，需要對循環(huán)水和軟化水進(jìn)行控制。全部控制功能都需要在控制室中完成，儀表自控系統(tǒng)就是DCS系統(tǒng)，也是集散控制系統(tǒng)。在鍋爐發(fā)電系統(tǒng)中，使用DCS系統(tǒng)能夠綜合系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成化。在鍋爐發(fā)電系統(tǒng)中使用DCS系統(tǒng)進(jìn)行信息收集，能夠控制鍋爐和集成功能，在發(fā)電系統(tǒng)中作用重大。

4.1 DCS系統(tǒng)在應(yīng)用中存在的不足

4.1.1 無法實(shí)現(xiàn)完全在線修改

系統(tǒng)中設(shè)有增量和全局編譯功能，但是增量編譯只對部分修改有效，很多修改仍然需要使用全局編譯，包括硬件、目標(biāo)、任務(wù)等內(nèi)容的配置[1]。全局下裝的實(shí)質(zhì)是復(fù)位控制器，也就是說，在現(xiàn)場需要讓全部電機(jī)停轉(zhuǎn)，將調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。整個(gè)裝置都需要停止運(yùn)行，本質(zhì)上是無法完全實(shí)現(xiàn)在線修改，仍然需要通過下裝實(shí)現(xiàn)修改。

4.1.2 汽包液位控制算法沒有使用三沖量

在汽包液位信號、蒸汽流量以及給水流量信號的收集中，使用三沖量的控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)共同控制。由于未使用三沖量，可能會(huì)影響蒸汽流量的波動(dòng)和汽包液位，造成假象液位的出現(xiàn)，從而造成系統(tǒng)出現(xiàn)誤操作，沒有把給水量信號當(dāng)做副變量，從而給汽包液位帶來影響。

4.2 應(yīng)用分析

4.2.1 調(diào)節(jié)鍋爐發(fā)電功能

通過通信站可以收集鍋爐內(nèi)部燃燒和水位情況，掌握現(xiàn)場的數(shù)據(jù)和信息，通過操作站監(jiān)控運(yùn)行情況完成統(tǒng)計(jì)工作，并對信息展開集中處理。這個(gè)環(huán)節(jié)中，需要根據(jù)操作人員對畫面的顯示和切換進(jìn)行落實(shí)。根據(jù)操作員站發(fā)布的命令，能夠準(zhǔn)確調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)人工干預(yù)系統(tǒng)的最終目的。例如，實(shí)際操作中能夠?qū)ζo水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)電系統(tǒng)的控制。

4.2.2 高配置操作站

系統(tǒng)操作站中，通過使用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)和工業(yè)PC機(jī)配置，能夠在局域型的控制系統(tǒng)下完成一系列監(jiān)視操作，同時(shí)可以開展組態(tài)編程工作。此外，在配置上使用了高級CPU芯片，在硬盤上有高達(dá)80 GB的容量，對應(yīng)內(nèi)存也達(dá)到了256 MB。

4.2.3 主控單元FM801

在系統(tǒng)配置上使用Pentium級別的工控機(jī)，這種軟件能夠最大程度地提升系統(tǒng)處理信息的能力，同時(shí)能進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)通信的能力。發(fā)電系統(tǒng)中，可以利用主控單元對I/O點(diǎn)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理[2]。發(fā)電站中需要配置現(xiàn)場控制站，要有至少兩個(gè)互為冗余的主控單元。主控單元主要由機(jī)殼、CPU和電源模塊等構(gòu)成。主控單元中含有前面板，作為系統(tǒng)運(yùn)行中指示狀態(tài)的燈。也就是說，系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)能夠通過面板指示燈直接反映。

4.2.4 DCS系統(tǒng)組態(tài)軟件

在鍋爐發(fā)電系統(tǒng)中使用DCS系統(tǒng)組態(tài)軟件，組態(tài)軟件運(yùn)行在工程師站上，操作系統(tǒng)使用的應(yīng)用軟件是服務(wù)器和控制器。服務(wù)器算法軟件被應(yīng)用在服務(wù)器上，用來承擔(dān)負(fù)荷率組態(tài)?？刂破魉惴ㄜ浖褂迷谟布渲煤蛿?shù)據(jù)庫定義上，在多種算法語言上編寫控制方案，同時(shí)具有多種形式的控制組態(tài)，如順序流程圖、梯形圖等。在發(fā)電系統(tǒng)中使用功能塊圖的組態(tài)方式，能夠輔助電器設(shè)備對回路過程，同時(shí)協(xié)助儀表進(jìn)行報(bào)警處理。系統(tǒng)中含有很多計(jì)算環(huán)節(jié)，使用功能塊圖的方式也能夠進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。

4.2.5 鍋爐汽包水位控制算法

發(fā)電系統(tǒng)中，需要了解汽包液位、蒸汽流量以及給水量信號，從而實(shí)現(xiàn)三沖量的控制和收集。在合理運(yùn)算后能夠?qū)崿F(xiàn)互相作用，以對控制鍋爐給水閥[3]。實(shí)時(shí)監(jiān)控蒸汽流量能夠控制蒸汽流量，避免蒸汽流量對汽包液位造成干擾，最大程度避免假象液位的出現(xiàn)，從而避免控制系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)行為。通過控制鍋爐給水量，能夠?qū)⒔o水量轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)變量。結(jié)合串級控制系統(tǒng)，副回路由于具有快速特點(diǎn)，能夠排除外界帶來的干擾，從而降低給水壓力導(dǎo)致的水流量，使汽包液位產(chǎn)生對應(yīng)的作用。在很多大型鍋爐發(fā)電系統(tǒng)中，使用控制給水信號的方法十分常見，能夠?qū)崿F(xiàn)對汽包的水位控制和調(diào)節(jié)。此外，使用給水信號和控制蒸汽流量的方法，很大程度上可以避免出現(xiàn)“假液位”和干擾現(xiàn)象。

5 結(jié) 論

綜上所述，對DCS技術(shù)進(jìn)行簡單闡述，分析DCS系統(tǒng)在發(fā)電企業(yè)中的應(yīng)用要求，包括需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、明確應(yīng)用范圍、關(guān)注兼容性問題、關(guān)注通信問題等，分析DCS系統(tǒng)的主要控制功能，包括鍋爐燃燒控制保護(hù)和調(diào)節(jié)鍋爐汽包液位，最后研究了鍋爐發(fā)電系統(tǒng)中DCS技術(shù)的應(yīng)用。