集散系統在火電廠汽機鍋爐控制中的應用研究

叢培敏

【摘 ?要】集散控制系統簡稱為DCS，指的是分布式控制系統，DCS集合了通訊、控制、計算機等多種技術為一體。DCS控制可以對火電廠生產中數據信息進行有效控制，以此提升工業生產的質量和效率。

【關鍵詞】集散系統;火電廠;汽機鍋爐控制;應用

前言

DCS集散控制系統概述DCS集散控制系統運行和構建的基礎是微處理器，而其設計所采用的原則首先是分散控制功能、其次是各部分的相對獨立，最后是總體的綜合協調相互配合運轉。DCS作為一種新興的控制系統，以其能夠進行集中管理和分散控制的重要特征而被廣泛運用于各個領域。而DCS集散控制系統又以分級分層的方式實現系統的排列和控制。DCS集散控制系統往往利用各個子系統去實現自己的目標，而各個子系統又進一步組成了DCS集散控制系統逐級排列的不同層次，整個結構就像一個三角形，而這種結構也使得DCS集散控制系統的穩固性得到了極高的保障。DCS集散控制系統利用國內外先進的容錯技術和故障自診技術等來對其自身運轉的可靠性進行有效的控制。

1集散控制系統配置

1.1系統網絡架構

和利時MACSV6.5.2DCS系統是通過工業通信網絡，將分布在工業現場的工程師站、操作員站、歷史站、現場控制站連接起來，完成對現場生產設備的分散控制和集中管理。本項目設計采用冗余的128網段、129網段的雙網絡結構，該網絡結構分為兩層：（1）系統網絡層（SNET），該層網絡包括：工程師站、操作員站、歷史站、現場控制站、交換機等設備、其中歷史站和交換機采用冗余配置以保證現場數據通訊的可靠性，系統網絡負責網絡站間的數據傳遞。（2）控制網絡層（CNET），該層網絡包括：DPU主控模塊、I/O模塊等設備，其中DPU主控模塊采用冗余配置，DPU主控模塊通過Profibus-DP現場總線協議與I/O模塊進行通信并讀取現場生產數據，DPU主控模塊按照預先的控制邏輯對生產數據進行計算處理，并將需要的數據上傳給系統網絡層用于上位機顯示，同時生成控制指令通過AO/DO模塊傳遞給現場執行器等設

2控制系統方案設計

2.1鍋爐給水系統

循環流化床鍋爐給水系統對汽包水位的調節要求很高，既要克服虛假水位對鍋爐穩定運行的不利影響，又要防止因汽包水位的波動使蒸汽帶液造成葉片汽蝕損壞汽輪機。給水系統設計采用根據實際發電負荷自動切換的控制方式，機組負荷在30%額定負荷以下采用單沖量控制;在30%額定負荷以上采用三沖量控制。在三沖量控制方式時，引入主蒸汽流量值乘以前饋系數對汽包水位設定值進行修正與補償。

2.2鍋爐風系統

鍋爐風系統主要是起對燃料的循環流化和助燃的作用，為使一二次總風量的設定值在發電負荷變化時，速度調整到滿足當前負荷的風量值上來，鍋爐風系統設計采用建立發電負荷對應一次風量與二次風量的分段折線函數，同時引入鍋爐床溫和煙氣氧含量對總風量指令進行修正與補償來提高燃料的燃燒效率。

2.3主汽系統

鍋爐穩定運行的首要指標是主蒸汽溫度和壓力的平穩，主汽系統設計采用兩級減溫水系統來調節主汽溫度，兩級噴水減溫器分別布置在低中溫過熱器間和中高溫過熱器間，每一級噴水減溫器均設計采用串級控制方式來調節該級過熱器出口蒸汽的溫度以滿足工況要求，采用串級控制是利用副回路快速調節的特點，及時克服蒸汽流量、燃燒工況、給水溫度和流量帶來的干擾，從而使主蒸汽溫度快速跟蹤溫度的設定值以滿足發電負荷的要求。

2.4燃料系統

燃料系統的主要任務是控制進入鍋爐爐膛的燃料量，以滿足機組負荷的要求。本項目燃料系統設計采用在協調控制方式下的串級前饋控制方式，即在協調控制方式時，主蒸汽壓力指令響應機組負荷的變化。建立負荷對應給煤量的折線函數作為機組實際負荷前饋指令，并與直接能量平衡（DEB）、鍋爐床溫的微分計算出的給煤量值三者相加來修正主蒸汽壓力指令，協調控制器輸出的鍋爐主控指令作為燃料控制器的設定值來控制鍋爐的實際給煤量。

3如何有效維護和管理DCS集散控制系統

3.1調控環境，創造良好的運行空間

由于DCS集散控制系統具有自身的運行特性，因此在其運行過程中，環境方面也需要達到一定的標準。首先DCS集散控制系統周圍的氣溫不得高于五攝氏度，這么做的目的是為了避免機柜的溫度上升，進而對系統的運行造成阻礙。其次必須嚴格把控環境的衛生水平。最后還要控制環境中的磁場強度，避免DCS集散控制系統受到其他電磁場的影響。

3.2對DCS集散控制系統進行日常的維護，并進行軟件備份

對整個DCS集散控制系統的保護工作要從日常做起，點滴積累方成大業，只有工作人員熟悉操作守則，并且時刻監督空氣、環境質量，檢查系統設備是否存在問題并且及時反饋和維護，才能夠保證系統出現運行障礙問題的幾率降到最小。

3.3定期請專業的工程師進行系統維護工作

要做好DCS集散控制系統的維護工作，離不開專業工程師的悉心維護。只有定期邀請專業的工程師檢查DCS集散控制系統中的各個部分設備是否存在障礙并進行及時的反饋和修復，并且及時更換其中存在障礙的零部件和消耗品，才能夠有效地避免系統存在的問題。

3.4有效結合專業檢修與日常的檢測工作

日常負責檢修的工作人員可以在專業維護工程師進行檢修的過程中進行更深入的學習，并在專業工程師的指導下熟悉系統障礙的修復和排除的方法，并且對故障產生的原因進行更加深入的了解和分析，避免故障的再次出現。

結束語

如今隨著時代和科技的變革，生產領域也有著更深的提高生產效率的內在需求，因此DCS集散控制系統的出現正合時宜，也使得效率低下的傳統控制方法逐漸消失。但是在有效利用DCS集散控制系統進行生產管理的過程中，能否對其進行有效的維護和管理，也會在很大程度上決定著系統的使用效率，決定著企業的生產效率，也決定著生產領域的水平發展。

參考文獻：

[1]王小彥.DCS集散控制系統供電[J].科技創新與應用，2014（3）：153.

[2]楊松柏，方坤，余學康，等.DCS集散控制系統安全性淺析[J].儀器儀表用戶，2016（2）：22-23，35

（作者單位：山東省冶金設計院股份有限公司）