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)、科學技術(shù)的不斷發(fā)展進步，DCS鍋爐系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)在當前工業(yè)自動化控制系統(tǒng)運行中占據(jù)較為主要的地位，DCS系統(tǒng)在工自動化控制領(lǐng)域中得到了較為普遍的運用，并且運用范圍開始逐漸擴大。DCS系統(tǒng)的實質(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)實時性的可靠性、突出性進行利用。本文主要對DCS自動化控制系統(tǒng)功能、設(shè)計以及DCS自動控制系統(tǒng)構(gòu)成進行分析和探討，從而保證鍋爐自動化控制系統(tǒng)在實際運用過程中能夠產(chǎn)生更大的經(jīng)濟以及社會效益。

DCS技術(shù) 鍋爐自動化 控制系統(tǒng)運用

隨著工業(yè)信息化技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，整個行業(yè)都開始朝著自動化和高速化的方向前進。鍋爐控制系統(tǒng)大都通過DCS控制系統(tǒng)得以運用，其運行的安全性與可靠性對于經(jīng)濟效益和安全生產(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)成的多級計算機系統(tǒng)，運用通信網(wǎng)絡(luò)將獨立進行采集、控制、操作以及監(jiān)視的計算機站、過程控制站、數(shù)據(jù)采集站等對鍋爐現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行收集以及處理，從而達到節(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用。

1. DCS自動控制系統(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)，保證爐膛負壓能夠得以控制，燃燒的經(jīng)濟性達到相關(guān)的要求，讓設(shè)備更加經(jīng)濟、安全地運用。下圖為鍋爐自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖。

圖一 鍋爐自動化控制系統(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荷的具體要求，從而保證鍋爐能夠達到經(jīng)濟安全的運用要求。為了能夠讓整個燃燒過程中更加經(jīng)濟，在對燃料和負荷進行調(diào)節(jié)時，需要能夠同時改變和調(diào)節(jié)引風以及送風量，整個控制過程包括三個不同的任務(wù)。[2]首先，將出口蒸汽壓力維持在穩(wěn)定水平之上，當蒸汽壓力和定值出現(xiàn)偏離時，需要能夠及時控制鍋爐的燃燒值，從而保證鍋爐出口蒸汽壓力進一步恢復(fù)到給定值的要求和標準；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，讓送風量和燃燒量能夠保持在穩(wěn)定適當?shù)谋壤?，從而耗費最低熱量，實現(xiàn)完全燃燒；最后，要能夠保證爐膛負壓數(shù)值不變，當送風量出現(xiàn)變化時，引流量必然會出現(xiàn)變化，從而能夠讓爐膛負壓數(shù)水平不受到影響，讓鍋爐能夠更加經(jīng)濟、安全地運行。

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行調(diào)節(jié)，從而讓汽包水位能夠達到穩(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，在高負荷、正常負荷運行條件下能夠使用，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，在低負荷狀態(tài)下對其進行使用，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)運行。

將液位通過包液位調(diào)節(jié)后加以輸出，并加法運算蒸汽流量，將實際運算結(jié)果定義為給水量定植，并調(diào)節(jié)偏差，輸出通過執(zhí)行機構(gòu)進行給水閥調(diào)節(jié)。汽包液位出現(xiàn)上升現(xiàn)象時，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。當蒸汽負荷數(shù)值逐漸增大時，通過短暫過程之后汽包內(nèi)部壓力開始達到平衡標準，此時也因為蒸發(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 鍋爐送風自動控制

進行鍋爐送風自動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)部進行燃燒時自動送入較為恰當?shù)娘L量，從而保證鍋爐燃燒能夠達到經(jīng)濟性的要求。送風控制的主要闡述包括煤氣壓力、送風壓力。利用調(diào)節(jié)送風機擋板開度來對送風和煤氣壓力進行調(diào)節(jié)，從根本上調(diào)整以及改變?nèi)剂系膶嶋H使用效率。

1.4 鍋爐過熱蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)

對鍋爐過熱蒸汽穩(wěn)定進行調(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，減溫水數(shù)量則可能會自動進行增加，相反則會讓減溫水量出現(xiàn)減少的現(xiàn)象，保證蒸汽溫度能夠達到穩(wěn)定的標準要求。

2. DCS自動控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

①先進性

整個DCS鍋爐電氣自動化控制系統(tǒng)在設(shè)計過程中可以選擇得到普遍認可的系統(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)實際的通用產(chǎn)品以及標準，從而保證系統(tǒng)的通用性以及兼容性能夠得到提升。

②實時性

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

③可靠性

系統(tǒng)一般都是對鍋爐運行生產(chǎn)過程進行直接控制，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技術(shù)來達到要求。

④開放性

設(shè)計備用廠級網(wǎng)絡(luò)接口，要能夠保留可以擴展的余地。從而方便能夠和其他系統(tǒng)進行通訊和連接，實現(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，從而保證在短時間內(nèi)查找到各種故障。

2.2 控制任務(wù)運行

①自動調(diào)節(jié)

對鍋爐運行相關(guān)參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)，盡可能保證鍋爐內(nèi)部運行參數(shù)能夠和外界負荷達到一致，從而讓鍋爐達到安全、經(jīng)濟的運行效果。

②連鎖保護

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

③自動檢測

通過檢測儀表儀器來對不同的運行參數(shù)進行實時、動態(tài)監(jiān)測以及顯示，從而為系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)控制提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)來源，保證系統(tǒng)的運行達到安全穩(wěn)定的要求。

3. DCS自控控制系統(tǒng)構(gòu)成

DCS自動控制系統(tǒng)包括上下位系統(tǒng)，其中上位系統(tǒng)選擇工業(yè)控制計算機用組態(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實施通訊 ，從根本上滿足系統(tǒng)提出的對數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控的要求。[4]自動化控制系統(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)平臺界面來構(gòu)成計算機操作系統(tǒng)，保證達到人機通訊的要求。

現(xiàn)場控制層則是通過控制站來對鍋爐房控制系統(tǒng)的安全進行順序控制、連鎖控制、回路調(diào)節(jié)、綜合報警以及邏輯控制等?，F(xiàn)場控制層的不同站點都是利用Porfibus—DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進行通信和練習，并對控制系統(tǒng)現(xiàn)場傳感器、執(zhí)行設(shè)備實施運行參數(shù)、狀態(tài)信號進行交換，從而保證兩臺鍋爐系統(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行。

結(jié)語：

DCS鍋爐自動控制系統(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)實現(xiàn)安全、經(jīng)濟運行，保證鍋爐出水溫度能夠得到穩(wěn)定，更快地實現(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)時間較短，運行相對穩(wěn)定。通過DCS鍋爐自動控制系統(tǒng)的運用能夠保證設(shè)備可靠性得到提升，降低設(shè)備維護次數(shù)，從而提升有關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟以及社會效益。

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

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

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

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

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1007-6344（2015）11-0007-02