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)對生產(chǎn)過程進(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）給煤控制原理說明：采用三沖量單級調(diào)節(jié)，以鍋爐出口蒸汽壓力為被調(diào)節(jié)變量，主汽流量信號和汽包壓力信號為補(bǔ)充信號，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。主汽流量信號經(jīng)分流后反向接入。

（2）送風(fēng)控制原理說明：采用串級調(diào)節(jié)。以煙氣含氧量信號為主調(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。主汽流量信號為補(bǔ)充信號，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)充信號的三參數(shù)控制系統(tǒng)。給水流量信號的引入可以抵消由于鍋爐給水壓力的變化對汽包水位的影響。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)充信號的比例，根據(jù)信號作用的正反方向，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。

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

針對各種蒸汽鍋爐，DCS系統(tǒng)開發(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)，也可利用高級語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)備可以通過總線網(wǎng)絡(luò)或工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)場監(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)每臺上位機(jī)之間的相互備用

2.3 工業(yè) Ethernet層

現(xiàn)場監(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、撥號網(wǎng)絡(luò)或無線方式，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。撥號網(wǎng)絡(luò)方式可充分利用原有的電話線路，通過公用電話網(wǎng)將中央調(diào)度室和各個(gè)鍋爐房連接起來，節(jié)省建設(shè)費(fèi)用和周期，適于對各個(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，從而使鍋爐的安全運(yùn)行等級大大的提高。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)出語言報(bào)警提示。監(jiān)控人員根據(jù)報(bào)警信息，對鍋爐進(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)庫對鍋爐運(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，楊國田編著.分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(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.