DCS在發電機組鍋爐熱工自動化改造中的運用

李偉明

（廣州恒運企業集團股份有限公司）

摘 要： 隨著現代社會技術水平的不斷進步，發電機組鍋爐熱工自動化水平也多有提高。其中分散控制系統在發動機組鍋爐熱工自動化改造中有著十分重要的意義。本文從分散控制系統的基本特性以及基本組成出發，簡述了它在發電機組鍋爐熱工自動化改造的改造內容和應用現狀，強調了 分散控制系統 系統的優勢特性，總結了發電機組鍋爐熱工自動化改造的發展方向。

關鍵詞： 分散控制系統（DCS） ；發電機組；熱工自動化改造

傳統熱控系統線路復雜，維護監控成本高，不符合日益增長的生產需求，自動化水平的落后嚴重制約了機組的生產性能和安全性能。近年來，將分散控制系統用于發電機組鍋爐熱工改造，大大提高了自動化水平。其中，東方集團的300MW機組具有代表意義，汽輪機、鍋爐、發電機是主要組成，在試運轉中不斷完善調試后，該機組商業運行狀態良好，熱耗平均數值為：8484 kj/kw·h。部分參數具體數據見表。

一、分散控制系統的基本組成

分散控制系統也稱DCS，由監視控制級和過程控制級組成。首先，操作員站是指運行人員監視操作控制平臺，它可以提供并完成相關信息數據采集和生產過程的干預。可以通過實時通信網等設備的運用完成對整個系統動態監控，如實時設備狀態和操作記錄，還能做到相關數據、報表的簡單處理、以及應急事故的報警和分析等其他多種功能。歷史數據站是數據儲存檢索的主要完成載體，它可以計算效能，監控設備，但和操作員站不同的是，它不能發出控制指令。打印站可以完成數據等資料的實體輸出。以上三者共同組成監控站。過程控制站的核心是數據處理和驅動執行，是接受指令反饋信息的重要關節。數據采集站主要參與預處理和過程量的采集。工程師站是邏輯組態等功能的專用工具。分散控制系統在網絡、軟件、以及多個模板、多個邏輯的全方位支持下，可以實現多種控制模式，如二進制控制等等，分散控制系統有著極強的延展性和多樣性，因地制宜的選取合適的控制模式，對于提高整個系統的安全性和穩定性有著十分重要的意義。

多控制站可以有針對性的完成不同任務，如輸入、記錄、輸出、驅動、擴展等，多個控制器并行組成完整的控制系統，最終實現實時數據監測和驅動等綜合功能。

二、發電機組鍋爐熱工自動化改造內容

將分散控制系統應用于發動機組鍋爐熱工自動化改造內容主要包括MCS、DAS等多系統的自動化改造，具體的系統配置依據實際情況各有不同。改造具體流程如下：首先，依據實際生產的需求，將各控制站進行任務分工。具體任務如保護、風力調節、風煙順控、燃燒器管理、協調、制粉、減溫、旁路、軸封、泵系統以及數據采集功能。依據具體功能的不同配備各種有針對性的模板。針對待改造的傳統發電機組的現狀和不足，強調提高改造發電機組鍋爐熱工的生產效率、安全性能以及可靠性能。因此，分散控制系統采取雙冗余結構提高系統的安全可靠性，同時，將被控制對象的重要程度進行分級，重要級采取超級分散配置，進一步保障了數據安全。分散控制系統通過使用硬接線減輕網絡負荷，一方面保障了系統的開放性和兼容性，另一方面提高了網絡通訊的穩定性和容錯率。分散控制系統還可以通過設置多操作員站，減少個別控制站的增減對整個系統的影響，這也大大提高了系統的開放性和穩定性。

機組協調自動化控制是發電機組鍋爐熱工自動化改造的單元核心，代表著自動化水平程度，是實現電網調度等整體控制的必然基礎。提高發動機組鍋爐熱工自動化程度，就要提高機組協調控制，具體要求從鍋爐、發電機的單元機組等被控對象的基本特征出發。控制器接受壓力相關數值計算指令控制汽機和鍋爐機組。鍋爐機組等各組間及組內多個子系統間協調一致，最終穩定的提供機組所需能量，從而在提高機組安全性和穩定運行能力的同時，提高系統的經濟效益。

機組協調控制系統的主要現狀難點在于多變量帶來的不確定性。輸入數據不是單一變量，鍋爐調節量是由多子系統組成，水、風、燃料等多數據共同影響的。因此子系統的多方協調和平衡是實現機組輸入輸出強耦合的必要基礎。這就要求我們從實際出發，調節機組運行中的具體問題，通過參數自適應等多邏輯組態的手段，進一步控制計算，最終實現適于生產的系統的優化改造。比如：減少鍋爐和汽機的互相影響，可以采用解耦算法，增強抗噪能力。子系統中，要注意水汽滯后性的控制、矯正氧量提高經濟性能、注意避免一次風壓不當引起燃燒不穩等現象。值得一提的是，將前饋和反饋結合可以更好的增強被控內容的穩定性。參數自適應保護等多種邏輯組態的選擇大大的豐富了系統的多樣性，可以根據被控對象和邏輯關系的不同選擇適當的模塊組態，適用于不同的實際生產問題。

最終，通過機組現場運行和多次實踐證明，分散控制系統改造的發電機組運行過程平穩順利，符合預期既定效率目標，安全性等多系統評價指標反饋良好，改造后明顯優于傳統控制方法機組，較好的解決了基建遺留問題，帶來了可觀的經濟效益和安全保障。我們得到結論，分散控制系統大大提高了我國發電機組鍋爐熱工自動化水平。為保證發電機組鍋爐熱工自動化的可持續發展，就必須深化擴大分散控制系統在發電機組鍋爐熱工自動化改造的應用，進一步提高系統生產效率，提高系統穩定性和安全性，提高兼容性和應變能力。

三、分散控制系統在發動機組鍋爐熱工自動化改造的優勢

分散控制系統在發動機組鍋爐熱工自動化改造中有著不可替代的運用優勢。首先，分散控制系統具有實時性，可以在控制對象要求的時間限度內完成數據的采集處理分析以及指令的傳送和完成。現場處理和直接控制也憑借分散控制系統得以完成，其次，分散控制系統具有更高的穩定性，一方面，分級的控制和多節點接入以及多站點的并行模式可以盡量降低個別節點缺失的損失，同時降低維護管理成本，另一方面，多拓撲結構的網絡模式也可以保證數據傳輸的穩定性。再者，分散控制系統的兼容性強，在線網絡的重構能力保障了信息的可擴充性，提高了整個系統的承載能力和容錯能力。開放性的系統設計以及模塊和邏輯組態的多樣性豐富了控制系統的功能，可以實現多種先進控制和自定義的特殊算法。最重要的是，分散控制系統提高了效率。多站點分擔任務，通過專業分工，提高了任務完成能力。值得一提的是，分散控制系統整體上降低了系統的維護成本和故障率，由于多模塊的組成形態，有別于傳統鏈式結構，故障一旦發生，可以縮小故障范圍，保證系統通暢的同時，完成系統維護。

四、總結和展望

自動化信息化建設是工廠管理的必由之路，隨著算法、設備的不斷進步，機組運行效率和安全性不斷提高滿足生產要求。分散控制系統分散控制系統綜合計算機技術等多學科知識，通過通信網絡連接各組件，最終實現各組件分散控制和靈活管理，甚至影響企業決策，是發電機組鍋爐熱工自動化改造的重要基礎。實踐證明：分散控制系統的應用，有效的提高了經濟效益和生產能力。

參考文獻

[1] 顏信材與程明， 基于分散控制系統的鍋爐自動控制及其遠程監控系統. 化工自動化及儀表， 2012（03）： 第305-308頁.

[2] 于永茂， 基于分散控制系統的鍋爐優化控制系統設計與開發， 2013， 青島科技大學. 第 78頁.

[3] 李泰霖， 分散控制系統在循環流化床鍋爐機組監控系統的設計與實現， 2012， 華北電力大學. 第 58頁.

[4] 武寶會與師建斌， 用分散控制系統實現鍋爐燃燒優化的閉環控制. 中國電力， 2001（10）： 第52-54頁.

[5] 夏冬輝， 淺析熱工自動化技術發展的現狀與趨勢. 黑龍江科技信息， 2011（03）： 第64頁.

[6] 蒲曉斌， 熱工自動化系統設計、實現及優化， 2011， 電子科技大學. 第 87頁.