DCS下的鍋爐電氣自動控制系統的應用分析

杜海香

（太原鍋爐集團自控設備廠，山西 太原 030001）

伴隨著網絡化控制技術的日趨完善，采用以太網結構實現與PLC間的即時通信，利用PC機完善的軟硬件資源實現友好人機界面，以及時采集和遠程處理鍋爐現場數據，監控鍋爐是否處于燃燒工況正常、是否達到環保節能的工藝要求。此外，該控制系統由于通過DCS實現系統控制，從而保證了EIC系統一體化全面作業。實踐證明，基于DCS系統的鍋爐電氣自動化控制系統方案能夠很好地實現節能、環保、降耗并最終達到良好的經濟效益和社會效益目的。本文筆者結合多年的鍋爐電氣自動化控制系統設計經驗對基于 DCS系統下的鍋爐電氣自動化控制系統應用進行了闡述，希望為業界提供一些借鑒。

1 DCS系統的基本構成

DCS（Distributed Control System）即集散控制系統，系統核心思想是分散控制，集中操作。其主要由上位系統和下位系統構成，上位系統采用工業控制計算機，用組態軟件完成現場數據的實時顯示、存儲、報警處理打印及控制參數設定。實際作業中，借助于工業控制計算機對上位系統進行全方式的控制，包括使用WinCC組態軟件實時的對現場數據進行顯示、處理，對各種參數進行設定，對所有數據進行存儲，對可能出現問題的數據實現自動報警以及最終數據的輸出功能等。下位系統由PLC構成，并連接現場設備。上下位系統之間采用Ethernet實現通訊，目的是滿足對數據的實時監控。目前基礎的自動化控制系統組件主要是S7－300系列PLC硬件，系統平臺的主要界面是Windows 2007，監控軟件是WINCC V6.0，編程軟件是STEP7 V5.3。以上軟件的組合使系統趨于完整，最終實現人機之間友好通信。

2 基于DCS系統的鍋爐電氣自動化控制系統方案

2.1 控制任務的運行

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如壓力、溫度和流量等進行持續測量，為下一步的自動調節和安全保護提供檢測信號。

2.1.2 自動調節

對鍋爐運行參數進行自動調整以適應外界負荷和工質參數的要求，并使鍋爐保持在較經濟的工況下運行。

2.1.3 程序控制

對諸如引風機、鼓風機、爐排的啟動順序等啟、停和運行等進行自動化控制。

2.1.4 保護聯鎖

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

2.2 控制系統本身功能

2.2.1 控制燃燒系統

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

2.2.2 鍋爐送風自動控制

鍋爐送風目的是投入燃料在爐膛燃燒時自動投入合適風量保證鍋爐的有效燃燒。這要涉及到控制參數，對送風的控制參數主要為送風以及煤氣壓力，這兩個參數使得鍋爐熱效率得到保證，借助于不斷的對送風機擋板開度的調整來實現送風壓力的自動調節；如果兩臺送風機同時運行，應并列其中一個，對另一個調節入口風門。

2.2.3 爐膛負壓調節

平衡量與引風量目標在于鍋爐運行中穩定狀態要保持為微負壓，這樣系統就可以有效的并安全的運行。爐膛負壓自動控制是通過調節引風機入口風門開度，保持爐膛負壓在－20～10 Pa的微負壓狀態，以確保鍋爐安全燃燒。

2.2.4 蒸汽溫度調節

蒸汽溫度調節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果，自動打開調節閥，對溫度進行調整，保證溫度處于正常范圍之內，也就是430～450 ℃之間。

3 基于DCS控制系統的控制聯鎖保護

3.1 鍋爐保護

為了安全的監控爐膛，較好的保證穩定的鍋爐燃燒狀況，需要控制DCS軟硬件。在運行時，輸送至爐前的高爐煤氣和焦爐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機供給，鼓風機先把冷空氣送到空氣預熱器，加熱后再通過熱風道將熱空氣送入爐膛。如果煤氣壓力低或鼓風引風機停，會發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行連鎖控制，保證在出現異常的時候，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，它們之間實現連鎖切斷，對于所有的氣動閥來講，引風機和鼓風機進行全部的控制，一旦出現鼓風、引風機停止作業，所有氣動閥都會被快速連鎖切斷。

3.2 水位連鎖保護

基于 DCS控制系統在處理水位變化方面實現了較好的自動控制。該系統設置了因壓力大小導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保護功能。尤其是氣泡水位控制設計方案依據給水流量、氣泡液位和蒸汽流量調節給水閥，從而保護了鍋爐水位的穩定。

4 結束語

基于DCS系統的鍋爐電氣自動化控制系統兼具多重優勢，最主要的就是促使復雜的控制流程和動態運行狀況清晰地、實時地顯示在 PC監控屏幕上。其次，該系統方案有助于在大幅度提高能源使用效率的同時確保系統的安全穩定運行。從局部控制系統角度上說，該系統下鍋爐出水時溫度保持了穩定，舒適度進一步提高，升溫速度和效率也很迅捷，且波動小，運行穩定性更趨良好。未來DCS自動化設計的方向應是DCS規模進一步放大和PC網絡的完善。屆時，改進的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支撐。

［1］劉龍.對DCS自動化控制系統的研究［J］.數控技術，2008（12）.

［2］Jing Qing, Guo Zhi, Hongjun C,Cui Y. The Control System of the Boiler Based on Kingview and IC Block［J］. The Journal of Shenyang jianzhu University（Natural Science）, 2009（7）.

［3］張磊.淺析DCS鍋爐自動化控制系統的實現［J］.信息技術，2009（08）.

［4］Remote Measurement and Control System of Temperature and Humidity Based on Intelligent Instrument and Configuration Software for Cave Storage［A］.第七屆國際測試技術研討會論文集［C］，2007.

［5］劉偉.基于DCS的鍋爐自動控制系統［J］.科技創業月刊，2010（23）.