于百愷 曹 菲

(山東東華水泥有限公司，255144)

DCS下的鍋爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用探討

于百愷 曹 菲

(山東東華水泥有限公司，255144)

隨著電子信息技術(shù)、科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，DCS鍋爐系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)在當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行中占據(jù)較為主要的地位，DCS系統(tǒng)在工自動(dòng)化控制領(lǐng)域中得到了較為普遍的運(yùn)用，并且運(yùn)用范圍開始逐漸擴(kuò)大。DCS系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)分析就是針對PC局域網(wǎng)，并通過對其利用更好地將局域網(wǎng)實(shí)時(shí)性的可靠性、突出性進(jìn)行利用。本文主要對DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能、設(shè)計(jì)以及DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行分析和探討，從而保證鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用過程中能夠產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益。

DCS技術(shù) 鍋爐自動(dòng)化 控制系統(tǒng)運(yùn)用

隨著工業(yè)信息化技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，整個(gè)行業(yè)都開始朝著自動(dòng)化和高速化的方向前進(jìn)。鍋爐控制系統(tǒng)大都通過DCS控制系統(tǒng)得以運(yùn)用，其運(yùn)行的安全性與可靠性對于經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)有著直接的影響。[1]鍋爐DCS控制系統(tǒng)憑借微處理器，由過程控制級和過程監(jiān)控級構(gòu)成的多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)將獨(dú)立進(jìn)行采集、控制、操作以及監(jiān)視的計(jì)算機(jī)站、過程控制站、數(shù)據(jù)采集站等對鍋爐現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集以及處理，從而達(dá)到節(jié)能降耗、燃燒工況好的要求。鍋爐DCS控制系統(tǒng)還具有開放性、控制功能齊全、協(xié)調(diào)性、靈活性等特征，從而讓其在工業(yè)過程控制中得到更加全面的運(yùn)用。

1. DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)功能分析

鍋爐系統(tǒng)的控制任務(wù)就是對鍋爐出口的蒸汽流量、溫度以及壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而將汽包水位維持在規(guī)定范圍之內(nèi)，保證爐膛負(fù)壓能夠得以控制，燃燒的經(jīng)濟(jì)性達(dá)到相關(guān)的要求，讓設(shè)備更加經(jīng)濟(jì)、安全地運(yùn)用。下圖為鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖。

圖一 鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 鍋爐燃燒過程控制

控制燃燒過程的主要目的是為了能夠保證燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量滿足外界提出的對鍋爐輸出蒸汽負(fù)荷的具體要求，從而保證鍋爐能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)安全的運(yùn)用要求。為了能夠讓整個(gè)燃燒過程中更加經(jīng)濟(jì)，在對燃料和負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，需要能夠同時(shí)改變和調(diào)節(jié)引風(fēng)以及送風(fēng)量，整個(gè)控制過程包括三個(gè)不同的任務(wù)。[2]首先，將出口蒸汽壓力維持在穩(wěn)定水平之上，當(dāng)蒸汽壓力和定值出現(xiàn)偏離時(shí)，需要能夠及時(shí)控制鍋爐的燃燒值，從而保證鍋爐出口蒸汽壓力進(jìn)一步恢復(fù)到給定值的要求和標(biāo)準(zhǔn)；其次，將爐膛內(nèi)部剩余的空氣系數(shù)維持在最佳數(shù)值水平，讓送風(fēng)量和燃燒量能夠保持在穩(wěn)定適當(dāng)?shù)谋壤?，從而耗費(fèi)最低熱量，實(shí)現(xiàn)完全燃燒；最后，要能夠保證爐膛負(fù)壓數(shù)值不變，當(dāng)送風(fēng)量出現(xiàn)變化時(shí)，引流量必然會(huì)出現(xiàn)變化，從而能夠讓爐膛負(fù)壓數(shù)水平不受到影響，讓鍋爐能夠更加經(jīng)濟(jì)、安全地運(yùn)行。

1.2 鍋爐汽包水位控制分析

汽包水位是保證鍋爐安全運(yùn)行的主要影響參數(shù)之一，本文主要通過調(diào)節(jié)汽包液位、給水流量、蒸汽流量來對主給水閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而讓汽包水位能夠達(dá)到穩(wěn)定的要求。[3]鍋爐提供不同的給水調(diào)節(jié)閥，其中主調(diào)節(jié)閥數(shù)值為DN150，在高負(fù)荷、正常負(fù)荷運(yùn)行條件下能夠使用，并且發(fā)揮著不可替代的功能和作用。備用閥數(shù)值控制為DN100，在低負(fù)荷狀態(tài)下對其進(jìn)行使用，也是主調(diào)節(jié)閥的備用。鍋爐汽包給誰控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是將汽包水位控制在允許數(shù)值范圍內(nèi)部，并且盡可能保證鍋爐能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行。

將液位通過包液位調(diào)節(jié)后加以輸出，并加法運(yùn)算蒸汽流量，將實(shí)際運(yùn)算結(jié)果定義為給水量定植，并調(diào)節(jié)偏差，輸出通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行給水閥調(diào)節(jié)。汽包液位出現(xiàn)上升現(xiàn)象時(shí)，包液位調(diào)節(jié)輸出數(shù)值開始減少，加法器的輸出也逐漸減小。當(dāng)蒸汽負(fù)荷數(shù)值逐漸增大時(shí)，通過短暫過程之后汽包內(nèi)部壓力開始達(dá)到平衡標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)也因?yàn)檎舭l(fā)量的增加開始降低，直到汽包液位數(shù)值恢復(fù)到給定位置。

1.3 鍋爐送風(fēng)自動(dòng)控制

進(jìn)行鍋爐送風(fēng)自動(dòng)控制的主要目的就是能夠讓鍋爐添加的燃料能夠在爐膛內(nèi)部進(jìn)行燃燒時(shí)自動(dòng)送入較為恰當(dāng)?shù)娘L(fēng)量，從而保證鍋爐燃燒能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)性的要求。送風(fēng)控制的主要闡述包括煤氣壓力、送風(fēng)壓力。利用調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)擋板開度來對送風(fēng)和煤氣壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從根本上調(diào)整以及改變?nèi)剂系膶?shí)際使用效率。

1.4 鍋爐過熱蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)

對鍋爐過熱蒸汽穩(wěn)定進(jìn)行調(diào)節(jié)主要是通過自制冷凝水噴水裝置來對蒸汽穩(wěn)定進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié)合減溫器出口蒸汽溫度和集汽集箱蒸汽溫度測量結(jié)果來對減溫水調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過減水量控制來調(diào)節(jié)溫度，控制其處在430到450℃之間。若集汽集箱出口蒸汽溫度開始升高時(shí)，減溫水?dāng)?shù)量則可能會(huì)自動(dòng)進(jìn)行增加，相反則會(huì)讓減溫水量出現(xiàn)減少的現(xiàn)象，保證蒸汽溫度能夠達(dá)到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2. DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

①先進(jìn)性

整個(gè)DCS鍋爐電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中可以選擇得到普遍認(rèn)可的系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)以及開放式形式，全部選擇得到成熟使用、生產(chǎn)實(shí)際的通用產(chǎn)品以及標(biāo)準(zhǔn)，從而保證系統(tǒng)的通用性以及兼容性能夠得到提升。

②實(shí)時(shí)性

對鍋爐運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和采集，并提供友好全面的人機(jī)界面，從而保證運(yùn)行工作人員能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效的操作。

③可靠性

系統(tǒng)一般都是對鍋爐運(yùn)行生產(chǎn)過程進(jìn)行直接控制，還要能夠保證鍋爐在惡劣的工業(yè)環(huán)境中能夠保持穩(wěn)定正常的工作性能，通過使用各種不同的抗干擾措施以及冗余的先進(jìn)技術(shù)來達(dá)到要求。

④開放性

設(shè)計(jì)備用廠級網(wǎng)絡(luò)接口，要能夠保留可以擴(kuò)展的余地。從而方便能夠和其他系統(tǒng)進(jìn)行通訊和連接，實(shí)現(xiàn)資源共享和數(shù)據(jù)傳遞，對軟件硬件故障診斷功能加以升級，從而保證在短時(shí)間內(nèi)查找到各種故障。

2.2 控制任務(wù)運(yùn)行

①自動(dòng)調(diào)節(jié)

對鍋爐運(yùn)行相關(guān)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，盡可能保證鍋爐內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)能夠和外界負(fù)荷達(dá)到一致，從而讓鍋爐達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行效果。

②連鎖保護(hù)

自動(dòng)控制系統(tǒng)的順利運(yùn)行還要能設(shè)置報(bào)警功能，并對運(yùn)行過程中的壓力不均衡、水位不正常進(jìn)行控制，系統(tǒng)的保護(hù)功能大都是在水位異常、壓力情況下發(fā)揮出連鎖保護(hù)。也是為了能夠在啟動(dòng)關(guān)閉設(shè)備中避免出現(xiàn)錯(cuò)誤操作事故需要實(shí)施的電氣連鎖保護(hù)。

③自動(dòng)檢測

通過檢測儀表儀器來對不同的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測以及顯示，從而為系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)來源，保證系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到安全穩(wěn)定的要求。

3. DCS自控控制系統(tǒng)構(gòu)成

DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)包括上下位系統(tǒng)，其中上位系統(tǒng)選擇工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用組態(tài)軟件來對現(xiàn)場數(shù)據(jù)加以顯示、處理，并對不同的數(shù)據(jù)加以設(shè)定，對所有不同的數(shù)據(jù)加以儲(chǔ)存；下位系統(tǒng)則一般由PLC構(gòu)成，并和現(xiàn)場設(shè)備加以連接。上下圍系統(tǒng)之間通過Ethernet實(shí)施通訊 ，從根本上滿足系統(tǒng)提出的對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。[4]自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過使用S7—300系列的PLC硬件構(gòu)成基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，使用相應(yīng)的監(jiān)控軟件、編程軟件、操作系統(tǒng)平臺(tái)界面來構(gòu)成計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，保證達(dá)到人機(jī)通訊的要求。

現(xiàn)場控制層則是通過控制站來對鍋爐房控制系統(tǒng)的安全進(jìn)行順序控制、連鎖控制、回路調(diào)節(jié)、綜合報(bào)警以及邏輯控制等?，F(xiàn)場控制層的不同站點(diǎn)都是利用Porfibus—DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和練習(xí)，并對控制系統(tǒng)現(xiàn)場傳感器、執(zhí)行設(shè)備實(shí)施運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)信號進(jìn)行交換，從而保證兩臺(tái)鍋爐系統(tǒng)的所有儀表信號數(shù)據(jù)、現(xiàn)場設(shè)備的控制和采集工作能夠順利進(jìn)行。

結(jié)語：

DCS鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)具有很多優(yōu)勢，除了能夠提升能源利用率之外，還能夠讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證鍋爐出水溫度能夠得到穩(wěn)定，更快地實(shí)現(xiàn)升溫速度控制。從控制性能來分析，其系統(tǒng)調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間較短，運(yùn)行相對穩(wěn)定。通過DCS鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)用能夠保證設(shè)備可靠性得到提升，降低設(shè)備維護(hù)次數(shù)，從而提升有關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益。

[1]劉偉. 基于DCS的鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)[J]. 科技創(chuàng)業(yè)月刊,2010,11:190-192.

[2]張磊. 淺析DCS鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]. 科技與企業(yè),2012,01:46.

[3]顏信材,程明. 基于DCS的鍋爐自動(dòng)控制及其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 化工自動(dòng)化及儀表,2012,03:305-308.

[4]柴海麗. 淺析DCS鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]. 河南科技,2014,07:82-83.

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1007-6344（2015）11-0007-02