王秀枝

（河鋼宣鋼設(shè)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(yīng)用

王秀枝

（河鋼宣鋼設(shè)備能源部，河北張家口 075100）

主要從硬件選型、軟件設(shè)計(jì)方面對(duì)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(jìn)行自動(dòng)化功能設(shè)計(jì)，采用ABB公司的CBF軟件進(jìn)行軟件編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的自動(dòng)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?xì)忮仩t，主要是使用高、轉(zhuǎn)、焦?fàn)t煤氣和熱空氣按比例進(jìn)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(guò)過(guò)熱器轉(zhuǎn)化為過(guò)熱蒸汽，由減溫水減溫使過(guò)熱蒸汽達(dá)到工藝需要的溫度，最后進(jìn)入蒸汽母管，為汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力；鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，它把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再進(jìn)入汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，為風(fēng)機(jī)提供定壓、定溫的蒸汽，帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，為高爐供風(fēng)。主要包括汽水系統(tǒng)、風(fēng)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(yùn)行的可靠性，考慮成本，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用ABB公司的Freelance2000集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過(guò)以太網(wǎng)和基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制網(wǎng)絡(luò)連接的綜合信息系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)、控制器AC800F、I/O 模塊、接線端子和通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成，為了實(shí)現(xiàn)冗余控制，硬件選型無(wú)論是控制器，還是通訊設(shè)備、操作員站等均配置相同型號(hào)的兩套。AC800F控制器作為控制核心，并且還擴(kuò)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(chǎng)控制器AC800F上的CPU板和以太網(wǎng)模件、現(xiàn)場(chǎng)總線模塊提供高穩(wěn)定性供電。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 控制器的選型與配置

AC800F控制器的主要任務(wù)是用來(lái)協(xié)調(diào)控制站的硬件和軟件的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)核心數(shù)據(jù)處理及邏輯運(yùn)算功能，比如完成計(jì)算控制、控制及處理上下網(wǎng)絡(luò)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(guān)系到系統(tǒng)功能的可用性、實(shí)時(shí)性、可維護(hù)性和可靠性。

參考硬件選型手冊(cè)，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(guò)程控制系統(tǒng)的I/O單元由AI、AO、DI、DO、RTD等各信號(hào)模塊與接線端子共同構(gòu)成，I/O模塊單元用于完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理和驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)，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(gè)現(xiàn)場(chǎng)通信模件CI840，實(shí)現(xiàn)冗余網(wǎng)絡(luò)，每排最多12個(gè)模塊，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要，每一個(gè)控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)將從I/O模塊中采集到，機(jī)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(chǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)的接入。通過(guò)軟件設(shè)置和硬件的不同配置可構(gòu)成不同功能的控制結(jié)構(gòu)。

2.2.3 工程師站、操作站設(shè)備選型

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，ABB DCS控制系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，操作站故障率較高，對(duì)于這一問(wèn)題的解決辦法是采取操作站間相互冗余，交換機(jī)對(duì)兩個(gè)操作站通訊，只要交換機(jī)和連接上位機(jī)和下位機(jī)的網(wǎng)線正常，兩個(gè)操作站就可以單獨(dú)運(yùn)行，交換機(jī)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(shí)現(xiàn)交換機(jī)間的冗余，即兩臺(tái)交換機(jī)間通過(guò)網(wǎng)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，其中一臺(tái)交換機(jī)出現(xiàn)故障并不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，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(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)間相互通訊，將操作員站、過(guò)程控制站、I/O單元通訊接口等硬件設(shè)備構(gòu)成一個(gè)完整的分布式控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)。為了生產(chǎn)可靠運(yùn)行，本設(shè)計(jì)中DCS的過(guò)程控制采用冗余網(wǎng)絡(luò)，即安裝有兩個(gè)AC800F控制器、兩個(gè)操作員站，實(shí)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(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖 1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

AC800F使用Ethernet網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)總線連接多種類型接點(diǎn)設(shè)備。實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制站及操作員站和工程師站之間的對(duì)等通信。由各種總線傳輸上來(lái)的不同數(shù)據(jù)信息，在控制器內(nèi)按照實(shí)現(xiàn)編制好的程序進(jìn)行計(jì)算處理，一方面通過(guò)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(guò)各類總線接口模件傳送到目標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(shí)現(xiàn)軟件組態(tài)，ABB軟件包含了實(shí)時(shí)監(jiān)控和系統(tǒng)組態(tài)兩個(gè)部分。操作員站的軟件采用工控軟件Digivis來(lái)開(kāi)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)，歷史趨勢(shì)、報(bào)警查詢、報(bào)表、自動(dòng)和手動(dòng)控制方式的選擇，調(diào)整過(guò)程設(shè)定值和偏差等任務(wù)。過(guò)程站采用Industrial IT軟件開(kāi)發(fā)，過(guò)程站主要完成數(shù)據(jù)采集，停機(jī)及各種泵閥連鎖，自動(dòng)控制程序編制，各種參數(shù)聲光報(bào)警等程序設(shè)計(jì)。

工程師站選擇Control Builder F編程軟件，用來(lái)編制系統(tǒng)自動(dòng)控制程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。鍋爐控制采用功能方塊圖FBD圖形編程語(yǔ)言，該語(yǔ)言直觀、簡(jiǎn)潔、便于理解。

3 系統(tǒng)各功能控制過(guò)程的實(shí)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(yùn)行及在突發(fā)事故下鍋爐的安全停爐是研發(fā)時(shí)的重點(diǎn)。

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(gè)燃燒器支管上也加裝手動(dòng)和電動(dòng)切斷閥。當(dāng)需要停爐時(shí)會(huì)在第一時(shí)間關(guān)閉總管和支管切斷閥并同時(shí)打開(kāi)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(chǎng)火焰監(jiān)視攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，操作員通過(guò)觀看現(xiàn)場(chǎng)火焰監(jiān)視器來(lái)確認(rèn)爐膛是否失火。

3.1.3 其它安全裝置

鍋爐給水通過(guò)主路/旁路的切換來(lái)確保當(dāng)一個(gè)調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)上水系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。蒸汽系統(tǒng)通過(guò)安全閥來(lái)確保當(dāng)汽包壓力過(guò)高時(shí)汽包自動(dòng)泄壓。

3.1.4 防誤操作系統(tǒng)

當(dāng)鍋爐某一參數(shù)達(dá)到停爐值時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)通過(guò)主控室內(nèi)的聲光報(bào)警提示操作員，并彈出確認(rèn)取消畫(huà)面。操作員對(duì)比其它參數(shù)和與現(xiàn)場(chǎng)崗位人員確認(rèn)判斷是否需要停爐后點(diǎn)擊確認(rèn)或取消按鈕來(lái)進(jìn)行停爐/故障信號(hào)切除操作，確保鍋爐不會(huì)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)某一檢測(cè)元件失靈而引起停爐。

3.2 上位機(jī)顯示畫(huà)面和工藝系統(tǒng)程序編制

3.2.1 水系統(tǒng)程序及畫(huà)面

鍋爐汽水工藝系統(tǒng)的程序由自動(dòng)上水、減溫水自動(dòng)控制等程序組成。自動(dòng)上水程序根據(jù)汽包水位的測(cè)量值、給水流量的測(cè)量值和蒸汽流量的測(cè)量值，這三個(gè)沖量調(diào)節(jié)鍋爐主路或旁路給水閥的開(kāi)度（主路與旁路之間有聯(lián)鎖切換）對(duì)汽包水位進(jìn)行自動(dòng)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(mén)自動(dòng)控制程序主要是對(duì)鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。以低溫過(guò)熱器出口蒸汽溫度的測(cè)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(kāi)度 ，通過(guò)控制減溫水的流量使低溫過(guò)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(fēng)煙系統(tǒng)的聯(lián)鎖程序由引送風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)與出口風(fēng)門(mén)擋板等聯(lián)鎖程序組成。引送風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖程序可以保證當(dāng)引風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)，送風(fēng)機(jī)也停機(jī)，但送風(fēng)機(jī)停機(jī)不會(huì)引起引風(fēng)機(jī)停機(jī)；送風(fēng)機(jī)與出口風(fēng)門(mén)擋板聯(lián)鎖程序可以保證送風(fēng)機(jī)停機(jī)的同時(shí)自動(dòng)關(guān)閉出口擋板。風(fēng)煙系統(tǒng)聯(lián)鎖程序保證了在事故及停爐時(shí)爐膛保持負(fù)壓，保證人員、設(shè)備安全。

3.2.3 停爐聯(lián)鎖系統(tǒng)程序及畫(huà)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(fēng)機(jī)全停、送風(fēng)機(jī)全停、高爐煤氣壓力低、手動(dòng)停爐八個(gè)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(huì)自動(dòng)發(fā)出一個(gè)停爐信號(hào)，經(jīng)崗位人員確認(rèn)后進(jìn)入停爐程序：自動(dòng)關(guān)閉與工藝有關(guān)的電動(dòng)閥，停兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐的自動(dòng)停爐。停爐聯(lián)鎖程序有力的保障了鍋爐運(yùn)行的安全。

4 結(jié)語(yǔ)

180 t鍋爐自動(dòng)化控制使鍋爐運(yùn)行更加穩(wěn)定，自動(dòng)化控制程序的完善保證了設(shè)備的正常運(yùn)行，減少了設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)的工作量，同時(shí)極大的改善了設(shè)備運(yùn)行狀況，減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)了公司及我廠的工業(yè)化自動(dòng)化建設(shè)，并保證了控制系統(tǒng)的準(zhǔn)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(xué)計(jì)算機(jī)管理專業(yè)，儀表高級(jí)工程師，現(xiàn)從事自動(dòng)化儀表和供排水管理工作。