循環流化床鍋爐控制中的集散控制系統之分析

隋強

摘 要：循環流化床鍋爐是一種高效、低污染、清潔燃燒的新型燃煤鍋爐，其燃料適應性較高，能夠更好的調節負荷，從而逐漸在工業上流行開來，成為燃煤鍋爐技術中的主要生力軍。通過循環流化床鍋爐而產生的新型的鍋爐控制方法，能夠實現循環流化床鍋爐的實時監控，從而保證這種新型燃煤技術的鍋爐機組能夠自動運行，保證熱電廠的安全生產和經濟效益。

關鍵詞：循環流化床鍋爐;集散控制系統;上位機;下位機

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A

循環流化床鍋爐技術是一種新型的燃煤技術，較其他類型的鍋爐，擁有更加優越的性能。然而，在將其應用于工業化和大型化時，很多問題凸現出來。這些問題中包括了循環流化床本身的設計問題以及自身結構的不足。循環流化床鍋爐不同于煤粉爐和重油爐，因此，造成其在進行燃燒時無法完美控制其自動化進行，主要表現是不同的燃煤工況會出現不同的燃燒狀態。

1、集散控制系統的硬件組成

集散控制系統的硬件由兩大主要部分組成，分別是上位機和下位機，這兩項組成部分分別承擔不同的管理任務。上位機的主要任務是完成人機界面的協調和控制等功能，而下位機則是完成相關數據的采集和對工作過程進行控制。為了使系統的功能運行更加可靠、穩定，上下位機采用冗余的配置結構。

1.1 下位機介紹

HC900是honeywell公司的一種適應中小型用戶和設備的集成控制系統，該系統能夠將多種控制策略結合到一起，包括連續控制和順序控制等。其具有分散的模塊化結構和先進的控制功能，可以將用戶對設備的連續及離散控制整合到一起，然后通過全開放的通訊標準，實現廠景的實時監控。HC900具有模塊化結構，能夠更加方便的對用戶設備進行升級和擴展，具有先進的以太網接口，因此，能夠和多款第三方軟件或者設備進行通訊。HC900具有較多類型的遠程I/O口，該I/O接口具備熱插拔功能。因此，用戶不需要停止設備的運行，就可以對I/O卡件進行維護。此外，HC900具有圖形化組態功能，可以同時支持5000個功能模塊的操控。

1.2 上位機介紹

上位機采用工業級的計算機產品，該計算機具備穩定性高、故障率低、擴張性強等特點。上位機上采用GE公司的IFIX組態軟件。IFIX是世界上最流行的工業控制監控軟件之一，將集中控制技術、數據庫技術、人機界面技術和網絡技術結合為一體，能夠實現數據的采集和生產過程的實時控制監控等，因此具有很強的適應性和通用性，在工業和化工等生產領域中得到大面積應用。通過計算機對生產過程進行監控和對數據進行采集等。上位機具有穩定可靠的系統架構，同時還具有高效的數據庫，在運行中取得了較好的應用效果。

IFIX系統是一個集成式的軟件包。可以利用網絡將自身的服務程序同其他的組件進行數據的交換和共享。其有著先進的圖形開發環境，能夠將面向對象的圖形技術應用到其中，然后快速進行組態和運行模式的切換。IFIX核心是分布式的實時數據庫，能夠對整個系統的數據和報警信息進行處理。

2、集散控制系統的功能

該集散控制系統的功能分為二大部分，分別是現場控制層和操作運轉層。

2.1 現場控制層

現場控制層包括多個組成部分，大致可分為過程控制站、各種傳感器、輸入輸出I/O卡件等，能夠實現運行參數的采集和回路的控制等。過程控制站是整個控制系統的核心，能夠利用網絡將數據傳送到運轉層的計算機中。其主要的組成是HC900控制器，該控制器具有多種功能模塊可進行組合，包括基本的CPU模塊、通訊模塊和電源模塊等，其中的通訊模塊及其I/O卡件支持帶電熱插拔功能。為了提高該系統的穩定性和可靠性，CPU模塊和電源等模塊都必須采用冗余結構。當系統發生故障時，自控系統可以自動切換到備用器件上，從而保證自控系統的連續運行。

HC900控制器與傳統的PLC控制器相比，具有連續的控制功能，能夠將圖形的組態進行順序控制，從而實現在線監視和數據控制等功能。

2.2 操作運轉層

操作運轉層主要由操作員站和工程師站組成，主要是用來監視和控制設備的安全運行，通過手動或者自動兩種方式實現設備的控制。操作運轉層不僅能夠對鍋爐的生產過程進行控制和監測，還具有更多的拓展功能：第一，實時動畫模塊，能夠通過計算機顯示器實現系統總貌的顯示，以及報警和分組等信息的顯示。此外，對于動態流程圖、歷史曲線以及實時趨勢等也能進行良好的顯示。操作運轉層方便直觀的顯示模式，使操作人員僅僅站在監控臺前，就能實現如同查看常規儀表和控制設備的相同操作功能。第二，參數報警功能，該功能能夠對現場的數據進行分析，然后形成報警信息，系統根據檢測到的報警程度的高低，進行不同程度的報警警示。此外，系統還能夠將出現故障的地點進行顯示，從而方便相關人員的維修。第三，事故情況下設備的聯鎖控制功能。鍋爐是一種危險的高壓容器，在生產中，鍋爐安全運行是非常重要的。因此，在重要的環節系統進行了事故連鎖關機功能，能夠大大降低安全事故的發生率。第四，對鍋爐的運行成本和收益進行計算，根據鍋爐的生產效率和成本消耗等，得到鍋爐運行產生的經濟效益。第五，對鍋爐安全性的管理，主要是根據鍋爐運行的各種實時數據，判斷鍋爐是否處于安全生產狀態。第六，故障診斷功能，主要是結合得到的實時數據和數據庫中的歷史數據進行分析，根據相應的推理和判斷程序，對鍋爐運行中的主要設備的運行狀態進行實時監控和診斷。

3、總結

本文主要對循環流化床鍋爐集散控制系統的硬件和軟件進行了分析，并對該系統的組成和工作原理等進行了詳細的介紹。其深入的自控運行方式，大大提高了鍋爐的生產效率，節約能源，降低污染，還能夠使鍋爐系統的各項參數保持穩定，滿足鍋爐運行的生產要求。

參考文獻：

[1]姚仁漢，王建林.循環流化床鍋爐控制系統研究[J].電子制作，2014，（7）：121-121.

[2] 曹夢婷，吳飛等.循環流化床鍋爐DCS控制方案[J].機械工程與自動化，2011，（5）：172-173.

[3] 馬米玲.循環流化床鍋爐控制調節和DCS應用的探討[J].有色金屬設計，2011，38（3）：56-56.