DCS在垃圾電廠全廠自動化中的應用與發(fā)展

張?zhí)礻?孫夢雪

（1.光大環(huán)保能源（天津）有限公司，天津 300000；2.中國海洋大學，山東青島 266000)

0.引言

隨著城市垃圾的增多與環(huán)境意識的提升，垃圾焚燒的處理方式越來越被人們接受和采用，垃圾焚燒電廠應運而生。電廠控制部分由于電廠規(guī)模的增大、現(xiàn)場設備的增加、對可靠性要求提高等原因由以前的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制就地與分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）通訊結合控制的方式逐漸轉變成全部由DCS實現(xiàn)集散控制。

鍋爐部分的儀表由DCS實現(xiàn)控制，汽機部分的汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)（Turbine Supervisory Instruments，TSI）、汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH)、汽輪機跳閘保護系統(tǒng)（Emergency Trip System，ETS）等通過對測點的監(jiān)測建立邏輯保護與鍋爐部分DCS實現(xiàn)通訊集成控制，電氣部分也由各個廠家的廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（Electric Control System，ECS）系統(tǒng)將功率、頻率等測點以及發(fā)電機運行狀態(tài)等信號也與DCS實現(xiàn)信息交互，從而實現(xiàn)了DCS對全廠“機、爐、電”的控制。

1.DCS系統(tǒng)的組成與特點

1.1 DCS系統(tǒng)組成

DCS機柜部分根據(jù)作用不同，可以分為電源柜、網(wǎng)絡柜與控制柜，另外汽機部分根據(jù)生產(chǎn)要求部分廠家也有DEH柜與ETS柜[1]。

人機交互操作臺根據(jù)作用不同，可以分為工程師站、歷史站與操作員站。

1.2 DCS系統(tǒng)特點

DCS硬件如DPU、IOBUS、開關電源及通訊線等均采用主、從機熱、備冗余結構，一個處于工作狀態(tài)（主機），另一個控制器處于備用狀態(tài)（從機）。使得在主機出現(xiàn)故障時，從機可以實現(xiàn)無擾切換，很好地保障了整個控制系統(tǒng)的可靠性[2-3]。

通訊方式支持上位冗余Profibus-DP主站系統(tǒng)與下位非冗余Profibus-PA設備系統(tǒng)、Modbus設備、下位非冗余Profibus-DP設備系統(tǒng)等通訊方式的多種設備進行數(shù)據(jù)交換，滿足了現(xiàn)場設備多樣性和控制系統(tǒng)的包容性。

DCS控制器與操作員站、工程師站以及歷史站的實時交互性為生產(chǎn)實時傳遞現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳輸生產(chǎn)指令。而且在為管理信息系統(tǒng)（Management Information System，MIS）、安全儀表系統(tǒng)（Safety instrumentation System，SIS）等相關系統(tǒng)提供經(jīng)優(yōu)化處理后的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)廠內(nèi)的信息共享，滿足生產(chǎn)管理的實時性。

2.DCS具體在“機爐電”應用

2.1 DCS之汽機應用

在汽機系統(tǒng)之中的汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)（Turbine Supervisory Instruments，TSI）對機組轉速、零轉速、偏心、鍵相、軸向位移、脹差、大軸振動、軸承振動寄熱膨脹這些參數(shù)進行測量，再輸出模擬量實時值與數(shù)字量報警即危險值開關量接點，其中危險值接點送至汽輪機跳閘保護系統(tǒng)（Emergency trip system，ETS）對機組進行停機保護。汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH）根據(jù)運行生產(chǎn)要求以及當時工控，選擇手動的閥控方式或者自動的壓控和工控，使汽機運行效率最大化[4]。

隨著DCS邏輯的逐漸完善和測速模塊、測速模塊的等相應硬件模塊的增加，DCS開始應用于汽機之中，其便于編輯的功能塊與更為準確周全的邏輯，使得DEH與ETS可以共同接受TSI測點的信號，形成雙重保護的同時，更為快速地根據(jù)實時工況做出相應的調整。

2.2 DCS之鍋爐應用

鍋爐系統(tǒng)根據(jù)結構與作用可以分為焚燒系統(tǒng)與煙氣處理系統(tǒng)。焚燒系統(tǒng)中的爐排液壓系統(tǒng)、蒸汽吹灰系統(tǒng)、激波吹灰系統(tǒng)、輔助燃燒系統(tǒng)、送風與引風系統(tǒng)在以前建造的電廠里采用的是PLC控制。操作由就地操作或者與DCS進行通訊，實現(xiàn)遠程的啟停操作。這樣有以下幾個缺點：（1）浪費人力，過多占用值班員，而且就地操作操作步驟繁瑣，步序錯誤容易對設備和人身造成傷害。（2）遠程一鍵啟停設備會導致操作員對現(xiàn)場具體設備動作不清晰，出現(xiàn)問題不確定具體步驟的現(xiàn)象。（3）通訊可靠性相對較差，易發(fā)生故障，導致操作不暢[5]。而DCS系統(tǒng)的普遍運用恰恰解決了PLC控制及兩者通訊的缺陷，可以更加全面直觀地將現(xiàn)場的開關量與模擬量傳到DPU之中，其自身的處理能立也決定了它可以比PLC處理數(shù)據(jù)更多、速度更快。而且無論是邏輯性控制還是過程性控制都能滿足現(xiàn)場特別是鍋爐部分設備廠家眾多、型號規(guī)格難以統(tǒng)一的情況。

隨著DCS可支持的信號種類與數(shù)量及支持設備控制越來越多，為了實現(xiàn)設備控制系統(tǒng)的統(tǒng)一化與兼容性，DCS成為涵蓋多種設備的鍋爐系統(tǒng)的首選，如今很多電廠已把沼氣入爐系統(tǒng)、啟燃輔燃系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)等多個輔助系統(tǒng)直接由DCS控制。

2.3 DCS之電氣應用

在電氣系統(tǒng)之中，由于與偏向于硬件的鍋爐、汽機相比較中，更需要一些儀表來測量判斷它的運行狀態(tài)，由此也對它的通訊與控制的安全性、及時性及可靠性提出了更高的要求。關于發(fā)電機部分ECS的控制大部分針對“四遙”功能的實現(xiàn)以及靠硬件進行的繼電保護等。為了提高電氣系統(tǒng)的可靠性以及其他系統(tǒng)的協(xié)調性，將發(fā)電機（溫度、振動等重要測點、發(fā)電機重要保護與其他系統(tǒng)聯(lián)跳等）、變壓器（溫度、油位等測點與控制）、高低壓電動機（溫度、振動等測點與控制）、直流系統(tǒng)應急電源（電壓、電流等）以及繼電保護信息等引入到DCS，實現(xiàn)ECS與DCS的通訊及相關電氣重要設備元件的監(jiān)視控制。

電氣系統(tǒng)操作相對較少，更多的是監(jiān)視其測點的變化與狀態(tài)的轉變。這對模擬量與數(shù)字量的輸入輸出模塊以及它的各個通道的可靠性提出了更高的要求。DCS硬件的高可靠性以及軟件系統(tǒng)每個通道的自判斷性可以更好地滿足電氣高精度、高穩(wěn)定性以及歷史長期可查的要求。

3.DCS在垃圾電廠其余方面的應用

像如今一些垃圾電廠在主焚燒板塊的基礎上加入了水處理板塊、餐廚處理板塊、糞便處理板塊等，對于整體控制系統(tǒng)的可操控性于可監(jiān)視性要求越來越高。正是由于這種剛性需求的不斷增加，這些板塊的控制系統(tǒng)也逐漸由PLC系統(tǒng)轉變?yōu)镈CS系統(tǒng)。DCS根據(jù)不同的程序較為容易的設置掃描時間、中斷程序和程序塊的編寫與調用功能，更好的滿足了用戶對編寫與查看的需求。

在如今的延展板塊中，隨著工藝的愈加成熟與復雜以及對后續(xù)處理產(chǎn)物要求的增加，DCS在這方面的運用會越來越多、越來越廣。

而且在“工業(yè)4.0”以及全球工業(yè)智能化的背景下，MIS、SIS系統(tǒng)的逐漸普及，DCS成為兩者信息獲取的主要來源，提供了管理者與企業(yè)運營者提供可靠的狀態(tài)監(jiān)視與數(shù)據(jù)分析的基礎[6]。

4.結語

在垃圾發(fā)電這種新能源發(fā)電廠中，越來越多垃圾焚燒系統(tǒng)的汽機跳機、鍋爐MFT與發(fā)電機主保護都是相互聯(lián)系的，而它們中間的紐帶就是DCS控制系統(tǒng)，通過DCS的冗余保護，維持著三者的安全運行。在其他版塊與信息化管理方面，DCS也占著越來越多的比重。

在日后的新能源控制領域，DCS憑借著自身強大的運算能力與兼容性將進一步提高各個系統(tǒng)的協(xié)調性與整體的自動化水平。