杜海香

（太原鍋爐集團(tuán)自控設(shè)備廠，山西 太原 030001）

伴隨著網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)的日趨完善，采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)與PLC間的即時通信，利用PC機(jī)完善的軟硬件資源實現(xiàn)友好人機(jī)界面，以及時采集和遠(yuǎn)程處理鍋爐現(xiàn)場數(shù)據(jù)，監(jiān)控鍋爐是否處于燃燒工況正常、是否達(dá)到環(huán)保節(jié)能的工藝要求。此外，該控制系統(tǒng)由于通過DCS實現(xiàn)系統(tǒng)控制，從而保證了EIC系統(tǒng)一體化全面作業(yè)。實踐證明，基于DCS系統(tǒng)的鍋爐電氣自動化控制系統(tǒng)方案能夠很好地實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、降耗并最終達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益目的。本文筆者結(jié)合多年的鍋爐電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗對基于 DCS系統(tǒng)下的鍋爐電氣自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行了闡述，希望為業(yè)界提供一些借鑒。

1 DCS系統(tǒng)的基本構(gòu)成

DCS（Distributed Control System）即集散控制系統(tǒng)，系統(tǒng)核心思想是分散控制，集中操作。其主要由上位系統(tǒng)和下位系統(tǒng)構(gòu)成，上位系統(tǒng)采用工業(yè)控制計算機(jī)，用組態(tài)軟件完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時顯示、存儲、報警處理打印及控制參數(shù)設(shè)定。實際作業(yè)中，借助于工業(yè)控制計算機(jī)對上位系統(tǒng)進(jìn)行全方式的控制，包括使用WinCC組態(tài)軟件實時的對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理，對各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，對可能出現(xiàn)問題的數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動報警以及最終數(shù)據(jù)的輸出功能等。下位系統(tǒng)由PLC構(gòu)成，并連接現(xiàn)場設(shè)備。上下位系統(tǒng)之間采用Ethernet實現(xiàn)通訊，目的是滿足對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。目前基礎(chǔ)的自動化控制系統(tǒng)組件主要是S7－300系列PLC硬件，系統(tǒng)平臺的主要界面是Windows 2007，監(jiān)控軟件是WINCC V6.0，編程軟件是STEP7 V5.3。以上軟件的組合使系統(tǒng)趨于完整，最終實現(xiàn)人機(jī)之間友好通信。

2 基于DCS系統(tǒng)的鍋爐電氣自動化控制系統(tǒng)方案

2.1 控制任務(wù)的運(yùn)行

2.1.1 自動檢測

用檢測元件和顯示儀表對鍋爐的熱工參數(shù)如壓力、溫度和流量等進(jìn)行持續(xù)測量，為下一步的自動調(diào)節(jié)和安全保護(hù)提供檢測信號。

2.1.2 自動調(diào)節(jié)

對鍋爐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)整以適應(yīng)外界負(fù)荷和工質(zhì)參數(shù)的要求，并使鍋爐保持在較經(jīng)濟(jì)的工況下運(yùn)行。

2.1.3 程序控制

對諸如引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、爐排的啟動順序等啟、停和運(yùn)行等進(jìn)行自動化控制。

2.1.4 保護(hù)聯(lián)鎖

系統(tǒng)配置的對水位是否正常、壓力是否正常等的報警系統(tǒng)，以及基于保護(hù)作用的對壓力和水位異常情況下的連鎖保護(hù)功能。為預(yù)防和杜絕在設(shè)備關(guān)閉過程中的操作性失誤，必須建立電氣聯(lián)鎖保護(hù)。

2.2 控制系統(tǒng)本身功能

2.2.1 控制燃燒系統(tǒng)

燃燒系統(tǒng)控制的目的是維持蒸汽管壓力的穩(wěn)定，同時保證足夠的燃燒效率。因此，為了平衡二者，在調(diào)節(jié)負(fù)荷或燃料的同時，需要及時地對送風(fēng)和引風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)改變。如果負(fù)荷增減的度量較大，可以采取的調(diào)節(jié)措施為停開數(shù)層或某一層。總之要堅持一個思想，就是滿足蒸汽壓力穩(wěn)定即可滿足蒸汽量的要求。

2.2.2 鍋爐送風(fēng)自動控制

鍋爐送風(fēng)目的是投入燃料在爐膛燃燒時自動投入合適風(fēng)量保證鍋爐的有效燃燒。這要涉及到控制參數(shù)，對送風(fēng)的控制參數(shù)主要為送風(fēng)以及煤氣壓力，這兩個參數(shù)使得鍋爐熱效率得到保證，借助于不斷的對送風(fēng)機(jī)擋板開度的調(diào)整來實現(xiàn)送風(fēng)壓力的自動調(diào)節(jié)；如果兩臺送風(fēng)機(jī)同時運(yùn)行，應(yīng)并列其中一個，對另一個調(diào)節(jié)入口風(fēng)門。

2.2.3 爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)

平衡量與引風(fēng)量目標(biāo)在于鍋爐運(yùn)行中穩(wěn)定狀態(tài)要保持為微負(fù)壓，這樣系統(tǒng)就可以有效的并安全的運(yùn)行。爐膛負(fù)壓自動控制是通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門開度，保持爐膛負(fù)壓在－20～10 Pa的微負(fù)壓狀態(tài)，以確保鍋爐安全燃燒。

2.2.4 蒸汽溫度調(diào)節(jié)

蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用自制冷凝水噴減溫裝置。其工作原理為按照蒸汽出口溫度測量的結(jié)果，自動打開調(diào)節(jié)閥，對溫度進(jìn)行調(diào)整，保證溫度處于正常范圍之內(nèi)，也就是430～450 ℃之間。

3 基于DCS控制系統(tǒng)的控制聯(lián)鎖保護(hù)

3.1 鍋爐保護(hù)

為了安全的監(jiān)控爐膛，較好的保證穩(wěn)定的鍋爐燃燒狀況，需要控制DCS軟硬件。在運(yùn)行時，輸送至爐前的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣分別從鍋爐的燃燒器送入爐膛燃燒，煤氣燃燒所需要的空氣由鼓風(fēng)機(jī)供給，鼓風(fēng)機(jī)先把冷空氣送到空氣預(yù)熱器，加熱后再通過熱風(fēng)道將熱空氣送入爐膛。如果煤氣壓力低或鼓風(fēng)引風(fēng)機(jī)停，會發(fā)生鍋爐回火爆炸事故，對于鍋爐的所有氣動閥來講，在切斷層面上都要進(jìn)行連鎖控制，保證在出現(xiàn)異常的時候，所有的安全氣閥都可以被自動的連鎖切斷，也就是說點火煤氣壓力控制點火小，噴氣動閥、高爐煤氣壓力控制高爐大噴氣動閥，它們之間實現(xiàn)連鎖切斷，對于所有的氣動閥來講，引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行全部的控制，一旦出現(xiàn)鼓風(fēng)、引風(fēng)機(jī)停止作業(yè)，所有氣動閥都會被快速連鎖切斷。

3.2 水位連鎖保護(hù)

基于 DCS控制系統(tǒng)在處理水位變化方面實現(xiàn)了較好的自動控制。該系統(tǒng)設(shè)置了因壓力大小導(dǎo)致水位偏高或偏低的聲光報警裝置和因水位偏低而停爐熱工連鎖保護(hù)保護(hù)功能。尤其是氣泡水位控制設(shè)計方案依據(jù)給水流量、氣泡液位和蒸汽流量調(diào)節(jié)給水閥，從而保護(hù)了鍋爐水位的穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

基于DCS系統(tǒng)的鍋爐電氣自動化控制系統(tǒng)兼具多重優(yōu)勢，最主要的就是促使復(fù)雜的控制流程和動態(tài)運(yùn)行狀況清晰地、實時地顯示在 PC監(jiān)控屏幕上。其次，該系統(tǒng)方案有助于在大幅度提高能源使用效率的同時確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。從局部控制系統(tǒng)角度上說，該系統(tǒng)下鍋爐出水時溫度保持了穩(wěn)定，舒適度進(jìn)一步提高，升溫速度和效率也很迅捷，且波動小，運(yùn)行穩(wěn)定性更趨良好。未來DCS自動化設(shè)計的方向應(yīng)是DCS規(guī)模進(jìn)一步放大和PC網(wǎng)絡(luò)的完善。屆時，改進(jìn)的DCS將與智能化控制融為一體，為高水平自動化控制提供技術(shù)支撐。

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