【摘要】鍋爐的自動(dòng)化控制的水平和可靠性直接關(guān)系到鍋爐運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量，鍋爐DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅可以節(jié)能減排，還可以提高鍋爐運(yùn)行的安全性，改善工人工作環(huán)境以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。本文分析燃?xì)忮仩t系統(tǒng)控制任務(wù)的基礎(chǔ)上，還探討了工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】DCS；鍋爐；電氣自動(dòng)化；控制系統(tǒng)

引言

隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動(dòng)化方向發(fā)展，鍋爐控制系統(tǒng)普遍采用了DCS控制系統(tǒng)，其運(yùn)行的可靠性和安全性直接關(guān)系著安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。鍋爐DCS控制系統(tǒng)是以微處理器為基礎(chǔ)的由過(guò)程監(jiān)控級(jí)和過(guò)程控制級(jí)組成的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)將獨(dú)立進(jìn)行控制、采集、監(jiān)視和操作的過(guò)程控制站、計(jì)算機(jī)站和數(shù)據(jù)采集站等對(duì)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和及時(shí)處理，達(dá)到了鍋爐燃燒工況良好、節(jié)能降耗的工藝要求。鍋爐DCS控制系統(tǒng)具有控制功能齊全、開(kāi)放性、可靠性、靈活性以及協(xié)調(diào)性，使其在工業(yè)過(guò)程控制方面得以廣泛的應(yīng)用。

1.DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)功能

鍋爐系統(tǒng)的控制任務(wù)是調(diào)節(jié)鍋爐出口的蒸汽流量、壓力和溫度，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)，保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性和維持一定的爐膛負(fù)壓，使設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。如圖1所示為鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

1.1 鍋爐燃燒過(guò)程的控制

對(duì)燃燒過(guò)程的控制是為了使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)外界對(duì)鍋爐輸出蒸汽負(fù)荷的要求，同時(shí)保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了讓燃燒進(jìn)行得更加經(jīng)濟(jì)，在調(diào)節(jié)負(fù)荷或者燃料的同時(shí)，就需要及時(shí)地對(duì)送風(fēng)和引風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)改變。其控制過(guò)程主要有三個(gè)任務(wù)：一是維持出口蒸汽壓力的穩(wěn)定，當(dāng)蒸汽壓力偏離給定值時(shí)，應(yīng)控制鍋爐的燃燒率，使鍋爐出口蒸汽壓力恢復(fù)為給定值；二是保持爐膛過(guò)剩空氣系數(shù)為最佳值，使燃料量和送風(fēng)量保持適當(dāng)?shù)乇壤?，以維持最佳地過(guò)?？諝庀禂?shù)，達(dá)到較完全燃燒和熱損失最??；三是維持爐膛負(fù)壓不變，當(dāng)送風(fēng)量變化時(shí)，引風(fēng)量也要相應(yīng)地變化，以維持爐膛負(fù)壓不變，確保鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.2 鍋爐汽包水位的控制

汽包水位是鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)之一，本文采用給水流量、汽包液位和蒸汽流量調(diào)節(jié)主給水閥，保證鍋爐汽包水位的穩(wěn)定。鍋爐提供兩個(gè)不同的給水調(diào)節(jié)閥，主調(diào)節(jié)閥為DN150，在正常負(fù)荷和高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)使用，發(fā)揮著主要作用；備用閥為DNl00，在低負(fù)荷時(shí)使用，同時(shí)也作為主調(diào)節(jié)閻的備用閥。鍋爐汽包給水控制系統(tǒng)的任務(wù)就是保證汽包水位在容許的范圍內(nèi)，并兼顧鍋爐的平穩(wěn)運(yùn)行。

將液位進(jìn)行包液位調(diào)節(jié)后輸出，和蒸汽流量進(jìn)行加法運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果設(shè)為給水量定值，并進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，輸出通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)給水閥。當(dāng)汽包液位上升時(shí)，包液位調(diào)節(jié)的輸出減小，則加法器的輸出也減小，給水閥火小，就減小了給水量。當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增加，經(jīng)過(guò)短暫過(guò)程后汽包內(nèi)壓力恢復(fù)平衡，此刻液位由于蒸發(fā)量的增加而開(kāi)始下降，的輸出就增加，則給水量增加，直至汽包液位恢復(fù)到給定位置。

1.3 爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)

爐膛負(fù)壓在鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)中很重要的參量。特別是爐膛負(fù)壓的測(cè)量結(jié)果直接影響燃燒控制過(guò)程。爐膛負(fù)壓自動(dòng)控制是通過(guò)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門(mén)開(kāi)度，讓負(fù)壓保持在-20至-10Pa之間的微負(fù)壓穩(wěn)定狀態(tài)之中，這樣鍋爐系統(tǒng)就可以有效的并且安全的運(yùn)行。

我們主要改變引風(fēng)量的大小來(lái)控制爐膛負(fù)壓，當(dāng)鼓風(fēng)量一定的狀態(tài)，把鼓風(fēng)量作為引風(fēng)控制的前饋量，當(dāng)鼓風(fēng)OP值增加時(shí)立即增加引風(fēng)OP值。但當(dāng)鼓風(fēng)OP減少時(shí)，需要要等待一段時(shí)間，然后再減少引風(fēng)OP值的大小。

1.4 鍋爐送風(fēng)自動(dòng)控制

鍋爐送風(fēng)自動(dòng)控制的目的是為了使鍋爐所添加的燃料在爐膛中燃燒時(shí)，自動(dòng)送入合適的風(fēng)量，來(lái)保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性。送風(fēng)自動(dòng)控制的主要參數(shù)有送風(fēng)以及煤氣壓力，通過(guò)不斷的對(duì)送風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度的調(diào)整，來(lái)控制送風(fēng)壓力和煤氣壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)整改變?nèi)剂系氖褂寐省?/p>

1.5 鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)

鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)通過(guò)利用自制冷凝水噴水裝置來(lái)自動(dòng)的調(diào)節(jié)蒸汽的溫度，其根據(jù)集器集箱和減溫器出口蒸汽溫度測(cè)量的結(jié)果，自動(dòng)調(diào)節(jié)減溫水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，控制減溫水量對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)整，保證溫度處于430～450℃的正常范圍之內(nèi)。如果集汽集箱出口蒸汽溫度升高時(shí)，則減溫水的水量就會(huì)被自動(dòng)的增加，隨著汽溫降低，減溫水量減少，反之則亦然，從而實(shí)現(xiàn)蒸汽溫度穩(wěn)定。

2.DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）先進(jìn)性

系統(tǒng)必須采用己獲得普遍認(rèn)可的開(kāi)放式形式和系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)，全部采用已經(jīng)成熟運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)和通用產(chǎn)品，全面提高系統(tǒng)的兼容性和通用性。

（2）可靠性

系統(tǒng)直接控制著鍋爐運(yùn)行的生產(chǎn)過(guò)程，必須滿(mǎn)足在惡劣工業(yè)環(huán)境連續(xù)穩(wěn)定保持正常工作性能，采用冗余等先進(jìn)技術(shù)及多種抗干擾措施。

（3）實(shí)時(shí)性

實(shí)時(shí)地采集和處理鍋爐運(yùn)行過(guò)程中的各種參數(shù)，并提供友好的人機(jī)界面，便于運(yùn)行人員操作。

（4）開(kāi)放性

設(shè)計(jì)備用廠(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)接口，保留可擴(kuò)展余地，方便與其它控制系統(tǒng)連接和通訊以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和資源共享，升級(jí)軟硬件故障診斷功能，便于快速查找故障。

2.2 控制任務(wù)的運(yùn)行

（1）自動(dòng)的調(diào)節(jié)

對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)調(diào)整，保證鍋爐內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)與外界負(fù)荷保持一致，使得鍋爐能夠經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。

（2）自動(dòng)的檢測(cè)

采用檢測(cè)儀表儀器對(duì)各類(lèi)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)并顯示，為系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制提供數(shù)據(jù)來(lái)源，并且保障運(yùn)行安全。

（3）連鎖保護(hù)

自動(dòng)控制系統(tǒng)需具備報(bào)警功能，對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的水位不正常、壓力不均衡等，系統(tǒng)的保護(hù)功能有壓力和水位異常情況下的連鎖保護(hù)。并且為了在啟動(dòng)關(guān)閉設(shè)備中防止錯(cuò)誤操作出現(xiàn)事故需要建立電氣聯(lián)鎖保護(hù)。

3.DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成

DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)主要構(gòu)成包括了上下位系統(tǒng)。上位系統(tǒng)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用組態(tài)軟件WinCe實(shí)時(shí)的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理，對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。下位系統(tǒng)由PLC構(gòu)成，與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接。上下位系統(tǒng)間借助于Ethernet進(jìn)行通訊，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控需求。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用S7-300系列PLC硬件組成基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，采用WINCC V6.0監(jiān)控軟件，編程軟件采用STEP7V5.3N，操作系統(tǒng)平臺(tái)界面為Windows XP，組成計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)通訊。

根據(jù)鍋爐生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，整個(gè)系統(tǒng)共分為兩層，分別是現(xiàn)場(chǎng)控制層、操作管理層。操作管理層由一個(gè)工程師站，一個(gè)操作員站組成，操作員通過(guò)操作員站能夠監(jiān)測(cè)過(guò)程參數(shù)狀態(tài)、變化趨勢(shì)和警報(bào)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備啟停、過(guò)程回路操作和參數(shù)調(diào)整的集中管理。兩個(gè)站點(diǎn)通過(guò)CPl613工業(yè)以太網(wǎng)卡、光纖切換模塊接入光纖環(huán)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)操作員站、工程師站與現(xiàn)場(chǎng)控制站的通信，滿(mǎn)足操作員站、工程師站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站的監(jiān)視、控制和管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

現(xiàn)場(chǎng)控制層主要由控制站實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐房控制系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖控制、順序控制、綜合報(bào)警、回路調(diào)節(jié)和邏輯控制。現(xiàn)場(chǎng)控制層的各個(gè)站點(diǎn)通過(guò)Porfibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)系通信，收集控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)鍋爐系統(tǒng)所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表的信號(hào)數(shù)據(jù)采集和控制等功能。，

4.總結(jié)

DCS鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)具有諸多的優(yōu)越性，不僅提高能源利用率，保證了系統(tǒng)能經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行，而且鍋爐出水溫度穩(wěn)定，升溫速度響應(yīng)快。從控制性能看，調(diào)節(jié)響應(yīng)及時(shí)，波動(dòng)幅度小，運(yùn)行穩(wěn)定。采用DCS鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)提高了設(shè)備的可靠性，減小了設(shè)備維護(hù)工作量.減輕了工作人員的工作強(qiáng)度，提升了企業(yè)整體的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]張磊.淺析DGS鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)明[J].科技與企業(yè)，2012（1）.

[2]黃巧林.基于DCS的鍋爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中國(guó)電子商務(wù)，2011（10）.

[3]秦國(guó)瑞.高溫高壓全燃高爐煤氣鍋爐DCS計(jì)算機(jī)控制[J].電站系統(tǒng)工程，2008，24（4）.

[4]王志明.基于DCS的燃?xì)忮仩t自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008，24（19）.