DCS下的鍋爐電氣自動控制系統的應用分析

【摘要】鍋爐的自動化控制的水平和可靠性直接關系到鍋爐運行和產品質量，鍋爐DCS自動控制系統不僅可以節能減排，還可以提高鍋爐運行的安全性，改善工人工作環境以及提高勞動生產率。本文分析燃氣鍋爐系統控制任務的基礎上，還探討了工業自動控制系統的設計運行，具有顯著的經濟效益和社會效益。

【關鍵詞】DCS；鍋爐；電氣自動化；控制系統

引言

隨著現代化工業生產向高速化、自動化方向發展，鍋爐控制系統普遍采用了DCS控制系統，其運行的可靠性和安全性直接關系著安全生產和經濟效益。鍋爐DCS控制系統是以微處理器為基礎的由過程監控級和過程控制級組成的多級計算機系統，其運用通信網絡將獨立進行控制、采集、監視和操作的過程控制站、計算機站和數據采集站等對鍋爐現場進行數據采集和及時處理，達到了鍋爐燃燒工況良好、節能降耗的工藝要求。鍋爐DCS控制系統具有控制功能齊全、開放性、可靠性、靈活性以及協調性，使其在工業過程控制方面得以廣泛的應用。

1.DCS自動控制系統功能

鍋爐系統的控制任務是調節鍋爐出口的蒸汽流量、壓力和溫度，維持汽包水位在允許的范圍內，保證燃燒的經濟性和維持一定的爐膛負壓，使設備安全、經濟地運行。如圖1所示為鍋爐自動控制系統的結構圖。

1.1 鍋爐燃燒過程的控制

對燃燒過程的控制是為了使燃料燃燒所提供的熱量適應外界對鍋爐輸出蒸汽負荷的要求，同時保證鍋爐的安全經濟運行。為了讓燃燒進行得更加經濟，在調節負荷或者燃料的同時，就需要及時地對送風和引風量進行調節改變。其控制過程主要有三個任務：一是維持出口蒸汽壓力的穩定，當蒸汽壓力偏離給定值時，應控制鍋爐的燃燒率，使鍋爐出口蒸汽壓力恢復為給定值；二是保持爐膛過剩空氣系數為最佳值，使燃料量和送風量保持適當地比例，以維持最佳地過剩空氣系數，達到較完全燃燒和熱損失最小；三是維持爐膛負壓不變，當送風量變化時，引風量也要相應地變化，以維持爐膛負壓不變，確保鍋爐安全、經濟運行。

1.2 鍋爐汽包水位的控制

汽包水位是鍋爐安全運行的重要參數之一，本文采用給水流量、汽包液位和蒸汽流量調節主給水閥，保證鍋爐汽包水位的穩定。鍋爐提供兩個不同的給水調節閥，主調節閥為DN150，在正常負荷和高負荷運行時使用，發揮著主要作用；備用閥為DNl00，在低負荷時使用，同時也作為主調節閻的備用閥。鍋爐汽包給水控制系統的任務就是保證汽包水位在容許的范圍內，并兼顧鍋爐的平穩運行。

將液位進行包液位調節后輸出，和蒸汽流量進行加法運算，將運算結果設為給水量定值，并進行偏差調節，輸出通過執行機構調節給水閥。當汽包液位上升時，包液位調節的輸出減小，則加法器的輸出也減小，給水閥火小，就減小了給水量。當蒸汽負荷突然增加，經過短暫過程后汽包內壓力恢復平衡，此刻液位由于蒸發量的增加而開始下降，的輸出就增加，則給水量增加，直至汽包液位恢復到給定位置。

1.3 爐膛負壓調節

爐膛負壓在鍋爐燃燒自動控制系統中很重要的參量。特別是爐膛負壓的測量結果直接影響燃燒控制過程。爐膛負壓自動控制是通過調節引風機入口風門開度，讓負壓保持在-20至-10Pa之間的微負壓穩定狀態之中，這樣鍋爐系統就可以有效的并且安全的運行。

我們主要改變引風量的大小來控制爐膛負壓，當鼓風量一定的狀態，把鼓風量作為引風控制的前饋量，當鼓風OP值增加時立即增加引風OP值。但當鼓風OP減少時，需要要等待一段時間，然后再減少引風OP值的大小。

1.4 鍋爐送風自動控制

鍋爐送風自動控制的目的是為了使鍋爐所添加的燃料在爐膛中燃燒時，自動送入合適的風量，來保證鍋爐燃燒的經濟性。送風自動控制的主要參數有送風以及煤氣壓力，通過不斷的對送風機擋板開度的調整，來控制送風壓力和煤氣壓力的自動調節，進而調整改變燃料的使用率。

1.5 鍋爐過熱蒸汽溫度自動調節

鍋爐過熱蒸汽溫度調節通過利用自制冷凝水噴水裝置來自動的調節蒸汽的溫度，其根據集器集箱和減溫器出口蒸汽溫度測量的結果，自動調節減溫水調節閥開度，控制減溫水量對溫度進行調整，保證溫度處于430～450℃的正常范圍之內。如果集汽集箱出口蒸汽溫度升高時，則減溫水的水量就會被自動的增加，隨著汽溫降低，減溫水量減少，反之則亦然，從而實現蒸汽溫度穩定。

2.DCS自動控制系統設計

2.1 系統設計原則

（1）先進性

系統必須采用己獲得普遍認可的開放式形式和系統性結構，全部采用已經成熟運用到生產實際的標準和通用產品，全面提高系統的兼容性和通用性。

（2）可靠性

系統直接控制著鍋爐運行的生產過程，必須滿足在惡劣工業環境連續穩定保持正常工作性能，采用冗余等先進技術及多種抗干擾措施。

（3）實時性

實時地采集和處理鍋爐運行過程中的各種參數，并提供友好的人機界面，便于運行人員操作。

（4）開放性

設計備用廠級網絡接口，保留可擴展余地，方便與其它控制系統連接和通訊以實現數據傳遞和資源共享，升級軟硬件故障診斷功能，便于快速查找故障。

2.2 控制任務的運行

（1）自動的調節

對鍋爐運行參數自動調整，保證鍋爐內部運行參數與外界負荷保持一致，使得鍋爐能夠經濟安全運行。

（2）自動的檢測

采用檢測儀表儀器對各類運行參數進行動態的、實時的監測并顯示，為系統自動調節控制提供數據來源，并且保障運行安全。

（3）連鎖保護

自動控制系統需具備報警功能，對運行過程中的水位不正常、壓力不均衡等，系統的保護功能有壓力和水位異常情況下的連鎖保護。并且為了在啟動關閉設備中防止錯誤操作出現事故需要建立電氣聯鎖保護。

3.DCS自動控制系統系統組成

DCS自動控制系統主要構成包括了上下位系統。上位系統采用工業控制計算機用組態軟件WinCe實時的對現場數據進行顯示、處理，對各種參數進行設定，對所有數據進行存儲。下位系統由PLC構成，與現場設備連接。上下位系統間借助于Ethernet進行通訊，滿足數據的實時監控需求。自動控制系統采用S7-300系列PLC硬件組成基礎自動化系統，采用WINCC V6.0監控軟件，編程軟件采用STEP7V5.3N，操作系統平臺界面為Windows XP，組成計算機操作系統，實現人機通訊。

根據鍋爐生產的工藝特點和現場的具體情況，整個系統共分為兩層，分別是現場控制層、操作管理層。操作管理層由一個工程師站，一個操作員站組成，操作員通過操作員站能夠監測過程參數狀態、變化趨勢和警報情況，實現對設備啟停、過程回路操作和參數調整的集中管理。兩個站點通過CPl613工業以太網卡、光纖切換模塊接入光纖環網，從而實現操作員站、工程師站與現場控制站的通信，滿足操作員站、工程師站對現場控制站的監視、控制和管理，實現數據共享。

現場控制層主要由控制站實現對鍋爐房控制系統的安全聯鎖控制、順序控制、綜合報警、回路調節和邏輯控制。現場控制層的各個站點通過Porfibus-DP現場總線網絡進行聯系通信，收集控制系統的現場傳感器、執行設備的實時運行參數和狀態信號進行數據交換，實現兩臺鍋爐系統所有現場設備、儀表的信號數據采集和控制等功能。，

4.總結

DCS鍋爐自動控制系統具有諸多的優越性，不僅提高能源利用率，保證了系統能經濟安全運行，而且鍋爐出水溫度穩定，升溫速度響應快。從控制性能看，調節響應及時，波動幅度小，運行穩定。采用DCS鍋爐自動控制系統提高了設備的可靠性，減小了設備維護工作量.減輕了工作人員的工作強度，提升了企業整體的經濟效益。

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