基于DCS 的鍋爐自動化系統

李 強

(太原市熱力公司，山西太原 030045)

0 引言

隨著我國生產力的不斷發展以及自動化科技水平的提高，鍋爐控制系統普遍采用了DCS控制系統，其運行的可靠性和安全性直接關系著安全生產和經濟效益。自動化儀表系統是自動控制系統與生產過程的聯接紐帶，特別是近年來，隨著企業技術改革和擴建工程的不斷進行，自動化程度和水平不斷增強，因此對自控維護人員的技術水平提出了更高要求，理解自控、學習自控、解決自控問題、完善自控系統，保證生產過程持續、安全、穩定、可靠的運行。

1 投入自動控制的優勢

投入自動控制，設備的啟動、停止、調試工作可由運行人員在電腦上完成操作，控制系統通過控制模塊連接電信號按已經編制好的程序進行，減少了誤操作機會。鍋爐DCS系統正是以鍋爐監控自動化為目標，提高鍋爐控制能力，同時具有保障安全生產，節能增效，降低勞動強度，提高安全系數及企業效益等優勢。DCS具備了實時監控技術和故障診斷技術，當程控設備發生故障時，會執行系統警示并可執行復位。DCS是分散控制系統(Distributed Control System)的英文縮寫，是由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為樞紐的多級計算機系統，綜合了計算機、通訊、顯示和控制等技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、組態方便、配置靈活。具有可靠性、靈活性、協調性、控制功能完善、易于維護等特點。當生產工藝需要改變時可以隨時改變程序，使用方便、靈活。操作人員可以在操作電腦上直接對現場設備進行控制和監視。

鍋爐自控系統的主要功能是實現對熱源廠工藝系統的上位監測及自動控制。工藝系統為64 MW熱水鏈條鍋爐。上位系統的網絡采用的是開放、靈活的TCP/IP協議，可以對鍋爐系統進行統一的監測、控制，具有動態畫面顯示功能、報警功能、報表輸出功能、歷史數據存儲功能。上位監控軟件采用組態顯示畫面，具有使用方便、簡單易學、軟件組態靈活等特性。鍋爐自控系統均采用了美國AB公司出品的SLC500系列現場控制器，主要功能是:1)通過連接現場儀表(溫度傳感器、壓力傳感器等)采集現場工藝資料;2)對采集到的現場工藝數據進行計算和邏輯運算，發出控制指令，驅動連接的執行機構;3)通過控制網絡——工業以太網，與鍋爐監控中心的操作員站連接，上傳鍋爐現場控制站的實時過程數據，同時接受上位計算機的控制調度指令，實現整個鍋爐系統的優化控制，實現熱工檢測、聯鎖保護、自動調節等功能。為了便于運行人員監視生產工況，現場的儀表帶有信號變送器，將信號送到上位機上顯示。主要信號有:溫度熱電阻及溫度熱電耦、壓力變送器、流量計、微差壓傳感器、含氧量變送器等。檢測儀表的主要功能是用來檢測現場過程數據，鍋爐進出口水溫和煙氣溫度、進出口水壓、進出口風壓、煙氣含氧量(煙氣含氧量是反映燃燒是否完全的重要參數，一般應參與鼓風量的調節)等，這些參數給DCS模塊提供4 mA～20 mA的模擬量信號，上位機通過工業以太網讀取參數，并將測量數據傳送到鍋爐控制系統的控制器中，為控制器的邏輯運算提供準確、可靠的原始數據。并連接到報警系統，當這些量偏離設定值時發出報警信號。

鍋爐供熱的儀表控制系統是整個系統的核心部分(見圖1)。

2 鍋爐自控調試流程

1)檢查鍋爐運行情況及各儀表讀數。2)檢查自控畫面中數據給定點數據輸入功能。3)檢查各執行器自控信號給定，逐項檢查軟手操切換功能，注意觀察設備運行情況。4)各手操器切入自控，控制設備切入軟手操模式。5)系統自動調試:調試電腦連接DCS，啟動程序并監控運算邏輯。a.引風機自控調試(見圖2):觀察負壓表讀數，設定負壓設定，調整控制參數初值;切入自控，觀察程序運算及設備運行情況;改變負壓設定，調整參數使設備動作符合要求，記錄參數;調整鼓風機，引入擾動，觀察并調整引風機，使其動作符合要求。b.鼓風機自控調試(見圖3):觀察氧量表及鼓風風壓表讀數，觀察鍋爐各風門開度，記錄鍋爐爐膛風量。設定風煤比，設定氧量給定，調整控制參數初值;切入自控，觀察程序運算及設備運行情況;改變氧量設定，調整參數使設備動作符合要求，記錄參數;調整爐排電機轉速，引入擾動，觀察鼓風機動作，調整風煤比設定，使鼓風機動作符合要求。c.給煤機自控調試(見圖4):調整給煤機控制參數，給煤機控制比初值;切入自控，觀察程序運算及設備運行情況;調整爐排電機轉速，引入擾動，觀察給煤機動作，調給煤機轉速比設定，使給煤機動作符合要求。d.爐排電機自控調試(見圖5):觀察鍋爐出口水溫度數，設定鍋爐出口水溫給定，調整控制參數初值;切入自控，觀察程序運算及設備運行情況;改變出口水溫設定，調整參數使設備動作符合要求，記錄參數。e.自控調試完成，記錄各控制參數值。f.連續運行，適當改變各鍋爐控制設定值，觀察鍋爐各控制設備運作及鍋爐燃燒情況。

3 系統的連鎖

鍋爐的保護系統是鍋爐控制系統的重要組成部分。其保護內容取決于鍋爐設備本身的容量、結構、自身特性和運行方式。一般設有鼓、引風連鎖保護、爐排連鎖保護等。

鼓、引風連鎖保護:為了保證鍋爐爐膛內有一定的負壓，并與外界空氣有一定的流通。所以在控制啟停的時候必須先啟動引風，然后再啟動鼓風，誤操作就無法先啟動鼓風。這樣就有效提高了鍋爐啟停時的安全系數，避免事故的發生。

爐排連鎖保護:在異常狀態下，如引風突然停止，則連鎖動作如下:引風停，則鼓風停，爐排接著停止。這樣的連鎖保護是為了防止當引風停后爐膛負壓過大而造成爆炸等事故的發生。

4 自動化儀表系統故障的判斷思路

熱源廠的生產環境復雜，自動化設備和儀表在高溫高壓下不停運轉，所以自控系統和儀表會經常出現不同情況的異常狀態，對檢測和維護工作也帶來了考驗。我們在分析儀表故障前，更要對工藝的流程和設備的特性有所了解，再參考系統的設計方案及工藝構造進行調試。比如某臺爐的自控設備出現故障時，先分析組態操作畫面中的歷史數據，參數在儀表量程范圍內的曲線波動，記錄曲線發生突變或跳到最大或最小時，此時的故障常在儀表系統。先檢查就地儀表，而后檢查變送器部分，再到后備臺檢查接線端子，最后判斷DCS模塊故障及電源故障。逐步檢查故障狀態，直到數據恢復正常。有時故障要參考生產負荷和機組的變化相對調整，進行綜合分析，特別值得注意的是控制對象和控制閥的變化，儀表安裝更要符合規范，所以，我們要從現場儀表系統和工藝操作系統兩個方面綜合考慮、仔細分析。

5 結語

通過自控系統的實施，先進的控制方式保障了鍋爐的正常燃燒，從安全方面來看，實現了設備的快速反應、自動控制、靈活診斷、快速維修和靈活配置控制等特點，提高了工作安全系數，建立連鎖保護，保證特殊情況下的鍋爐安全工作;從環保方面來看，可以合理有效地利用能源，減少對環境的污染;新技術為工業控制與監測提供一定的指引作用，在結合實際生產的情況下可逐步完善自動化。

［1］數字城市科技公司.自控工程操作與維護手冊［Z］.2006(部分引用).

［2］張東風.熱工測量及儀表［M］.北京:中國電力出版社，2007:141-147.

［3］黃桂梅.計算機控制技術與系統［M］.北京:中國電力出版社，2006:202-209.

［4］姜錫倫.鍋爐設備及運行［M］.北京:中國電力出版社，2008:20-63.