DCS系統(tǒng)在宣鋼180 t鍋爐系統(tǒng)中的應用

王秀枝

（河鋼宣鋼設備能源部，河北張家口 075100）

DCS系統(tǒng)在宣鋼180 t鍋爐系統(tǒng)中的應用

王秀枝

（河鋼宣鋼設備能源部，河北張家口 075100）

主要從硬件選型、軟件設計方面對宣鋼180 t鍋爐汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、停爐連鎖等系統(tǒng)進行自動化功能設計，采用ABB公司的CBF軟件進行軟件編程，實現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的自動控制。

鍋爐；汽包水位；燃燒；控制

1 系統(tǒng)及工藝概述

宣鋼180 t鍋爐是全燃氣鍋爐，主要是使用高、轉(zhuǎn)、焦爐煤氣和熱空氣按比例進入燃燒室，燃燒后產(chǎn)生的熱量將給水轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽，然后經(jīng)過過熱器轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽，由減溫水減溫使過熱蒸汽達到工藝需要的溫度，最后進入蒸汽母管，為汽輪機運轉(zhuǎn)提供動力；鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換設備，它把燃料中的化學能轉(zhuǎn)化為熱能，再進入汽輪機將熱能轉(zhuǎn)化為動能，為風機提供定壓、定溫的蒸汽，帶動風機轉(zhuǎn)動，為高爐供風。主要包括汽水系統(tǒng)、風煙系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)等的控制。

2 控制方案

2.1 總體思路

為了系統(tǒng)運行的可靠性，考慮成本，整個系統(tǒng)設計采用ABB公司的Freelance2000集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過以太網(wǎng)和基于現(xiàn)場總線技術的控制網(wǎng)絡連接的綜合信息系統(tǒng)。整個系統(tǒng)設計的總體思路是采用冗余控制,主要由工程師站、操作員站、交換機、控制器AC800F、I/O 模塊、接線端子和通訊網(wǎng)絡設備等組成，為了實現(xiàn)冗余控制，硬件選型無論是控制器，還是通訊設備、操作員站等均配置相同型號的兩套。AC800F控制器作為控制核心，并且還擴展了EI803以太網(wǎng)模件，F(xiàn)I830 Profibus模件，方便數(shù)據(jù)通訊，SA802為現(xiàn)場控制器AC800F上的CPU板和以太網(wǎng)模件、現(xiàn)場總線模塊提供高穩(wěn)定性供電。

2.2 硬件設計

2.2.1 控制器的選型與配置

AC800F控制器的主要任務是用來協(xié)調(diào)控制站的硬件和軟件的聯(lián)系，實現(xiàn)核心數(shù)據(jù)處理及邏輯運算功能，比如完成計算控制、控制及處理上下網(wǎng)絡通訊、診斷冗余等。因此系統(tǒng)的主要核心就是控制器，它的功能及性能直接關系到系統(tǒng)功能的可用性、實時性、可維護性和可靠性。

參考硬件選型手冊，控制器選型結(jié)果如表1。

表 1 AC800F控制器選型表

2.2.2 I/O模塊的選型和配置

AC800F過程控制系統(tǒng)的I/O單元由AI、AO、DI、DO、RTD等各信號模塊與接線端子共同構成，I/O模塊單元用于完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、處理和驅(qū)動，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的數(shù)字化。本控制系統(tǒng)根據(jù)ABB硬件選型手冊，得出表2為 I/O模塊的選型結(jié)果。

表 2 ABB I/O模塊選型

本系統(tǒng)采用S800I/O站，每一排安裝2個現(xiàn)場通信模件CI840，實現(xiàn)冗余網(wǎng)絡，每排最多12個模塊，根據(jù)實際系統(tǒng)的需要，每一個控制點的數(shù)據(jù)將從I/O模塊中采集到，機架之間采用Pofibus-DP通訊纜連接。控制柜背面安裝有接線端子，用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)信號的接入。通過軟件設置和硬件的不同配置可構成不同功能的控制結(jié)構。

2.2.3 工程師站、操作站設備選型

在實際運行過程中，ABB DCS控制系統(tǒng)相對穩(wěn)定，操作站故障率較高，對于這一問題的解決辦法是采取操作站間相互冗余，交換機對兩個操作站通訊，只要交換機和連接上位機和下位機的網(wǎng)線正常，兩個操作站就可以單獨運行，交換機是最容易發(fā)生故障的環(huán)節(jié)，我們選擇了HANSMAN的產(chǎn)品并且實現(xiàn)交換機間的冗余，即兩臺交換機間通過網(wǎng)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，其中一臺交換機出現(xiàn)故障并不會影響整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。在系統(tǒng)正常運行時，工程師站可以作為普通操作站使用。

2.3 DCS控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構

系統(tǒng)網(wǎng)絡用于實現(xiàn)各節(jié)點間相互通訊，將操作員站、過程控制站、I/O單元通訊接口等硬件設備構成一個完整的分布式控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡。為了生產(chǎn)可靠運行，本設計中DCS的過程控制采用冗余網(wǎng)絡，即安裝有兩個AC800F控制器、兩個操作員站，實現(xiàn)一用一備功能，防止系統(tǒng)中斷控制，影響生產(chǎn)。網(wǎng)絡結(jié)構圖如圖1。

圖 1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構圖

AC800F使用Ethernet網(wǎng)絡作為系統(tǒng)總線連接多種類型接點設備。實現(xiàn)過程控制站及操作員站和工程師站之間的對等通信。由各種總線傳輸上來的不同數(shù)據(jù)信息，在控制器內(nèi)按照實現(xiàn)編制好的程序進行計算處理，一方面通過內(nèi)部快速數(shù)據(jù)總線傳遞給專用以太網(wǎng)模件，依據(jù)通信表的安排傳送給需要的操作員站，另一方面將處理的輸出數(shù)據(jù)通過各類總線接口模件傳送到目標現(xiàn)場設備。

2.4 DCS控制系統(tǒng)組態(tài)軟件

本系統(tǒng)選用ABB配套的系統(tǒng)組態(tài)軟件ABB9.1實現(xiàn)軟件組態(tài)，ABB軟件包含了實時監(jiān)控和系統(tǒng)組態(tài)兩個部分。操作員站的軟件采用工控軟件Digivis來開發(fā)，其操作系統(tǒng)采用WINDOWS XP。操作員站主要完成控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)視、實時數(shù)據(jù)顯示、運行參數(shù)的實時趨勢，歷史趨勢、報警查詢、報表、自動和手動控制方式的選擇，調(diào)整過程設定值和偏差等任務。過程站采用Industrial IT軟件開發(fā)，過程站主要完成數(shù)據(jù)采集，停機及各種泵閥連鎖，自動控制程序編制，各種參數(shù)聲光報警等程序設計。

工程師站選擇Control Builder F編程軟件，用來編制系統(tǒng)自動控制程序，實現(xiàn)設備的自動運行。鍋爐控制采用功能方塊圖FBD圖形編程語言，該語言直觀、簡潔、便于理解。

3 系統(tǒng)各功能控制過程的實現(xiàn)

3.1 鍋爐安全停爐和防止誤操作停爐

保障鍋爐的安全運行及在突發(fā)事故下鍋爐的安全停爐是研發(fā)時的重點。

3.1.1 煤氣系統(tǒng)

煤氣系統(tǒng)除在總管上安裝有切斷閥外，在每個燃燒器支管上也加裝手動和電動切斷閥。當需要停爐時會在第一時間關閉總管和支管切斷閥并同時打開煤氣放散閥。

3.1.2 火焰監(jiān)控系統(tǒng)

爐膛火焰監(jiān)視采用現(xiàn)場火焰監(jiān)視攝像機進行監(jiān)控，操作員通過觀看現(xiàn)場火焰監(jiān)視器來確認爐膛是否失火。

3.1.3 其它安全裝置

鍋爐給水通過主路/旁路的切換來確保當一個調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障時，自動上水系統(tǒng)仍能正常運行。蒸汽系統(tǒng)通過安全閥來確保當汽包壓力過高時汽包自動泄壓。

3.1.4 防誤操作系統(tǒng)

當鍋爐某一參數(shù)達到停爐值時，控制系統(tǒng)會通過主控室內(nèi)的聲光報警提示操作員，并彈出確認取消畫面。操作員對比其它參數(shù)和與現(xiàn)場崗位人員確認判斷是否需要停爐后點擊確認或取消按鈕來進行停爐/故障信號切除操作，確保鍋爐不會因為現(xiàn)場某一檢測元件失靈而引起停爐。

3.2 上位機顯示畫面和工藝系統(tǒng)程序編制

3.2.1 水系統(tǒng)程序及畫面

鍋爐汽水工藝系統(tǒng)的程序由自動上水、減溫水自動控制等程序組成。自動上水程序根據(jù)汽包水位的測量值、給水流量的測量值和蒸汽流量的測量值，這三個沖量調(diào)節(jié)鍋爐主路或旁路給水閥的開度（主路與旁路之間有聯(lián)鎖切換）對汽包水位進行自動調(diào)節(jié)，以保持汽包水位在正常水位-30 mm~+30 mm。減溫水給水閥門自動控制程序主要是對鍋爐過熱蒸汽溫度進行自動調(diào)節(jié)。以低溫過熱器出口蒸汽溫度的測量值為調(diào)節(jié)參數(shù)，調(diào)節(jié)減溫器的主、備減溫水給水閥開度 ，通過控制減溫水的流量使低溫過熱蒸汽溫度保持在450依10益的范圍內(nèi)。

3.2.2 燃燒系統(tǒng)程序

風煙系統(tǒng)的聯(lián)鎖程序由引送風機、送風機與出口風門擋板等聯(lián)鎖程序組成。引送風機聯(lián)鎖程序可以保證當引風機停機時，送風機也停機，但送風機停機不會引起引風機停機；送風機與出口風門擋板聯(lián)鎖程序可以保證送風機停機的同時自動關閉出口擋板。風煙系統(tǒng)聯(lián)鎖程序保證了在事故及停爐時爐膛保持負壓，保證人員、設備安全。

3.2.3 停爐聯(lián)鎖系統(tǒng)程序及畫面

停爐聯(lián)鎖程序包括爐膛失火、汽包液位高、汽包液位低、汽包壓力大、引風機全停、送風機全停、高爐煤氣壓力低、手動停爐八個聯(lián)鎖條件，如果在聯(lián)鎖程序投入狀態(tài)下出現(xiàn)滿足停爐的條件，程序會自動發(fā)出一個停爐信號，經(jīng)崗位人員確認后進入停爐程序：自動關閉與工藝有關的電動閥，停兩臺送風機，從而實現(xiàn)鍋爐的自動停爐。停爐聯(lián)鎖程序有力的保障了鍋爐運行的安全。

4 結(jié)語

180 t鍋爐自動化控制使鍋爐運行更加穩(wěn)定，自動化控制程序的完善保證了設備的正常運行，減少了設備運行、維護的工作量，同時極大的改善了設備運行狀況，減少工作人員的勞動強度，促進了公司及我廠的工業(yè)化自動化建設，并保證了控制系統(tǒng)的準確控制，保證了安全生產(chǎn)。

The App lication of DCS System in Xuangang’s 180 t Boiler System

Wang Xiuzhi
(Xuangang Equipment and Energy Dept.of Hebei Iron and Steel Group,Zhangjiakou,Hebei 075100,China)

The automation function of the steam water system,combustion system and furnace shutdown interlink system of Xuangang’s 180 t boiler were designed from the aspects of hardware type selection and software design.The CBF software of ABB Company was used in software programming,to achieve automation control of the boiler system.

boiler;steam drum;combustion;control

TP27

B

1006-6764(2018)01-0062-03

2017-08-31

王秀枝（1971-），女，2005年畢業(yè)于河北大學計算機管理專業(yè)，儀表高級工程師，現(xiàn)從事自動化儀表和供排水管理工作。