DCS下的鍋爐電氣自動控制系統的應用探討

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的應用探討

于百愷 曹 菲

(山東東華水泥有限公司，255144)

隨著電子信息技術、科學技術的不斷發展進步，DCS鍋爐系統自動控制系統在當前工業自動化控制系統運行中占據較為主要的地位，DCS系統在工自動化控制領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系統的實質分析就是針對PC局域網，并通過對其利用更好地將局域網實時性的可靠性、突出性進行利用。本文主要對DCS自動化控制系統功能、設計以及DCS自動控制系統構成進行分析和探討，從而保證鍋爐自動化控制系統在實際運用過程中能夠產生更大的經濟以及社會效益。

DCS技術 鍋爐自動化 控制系統運用

隨著工業信息化技術的不斷發展和進步，整個行業都開始朝著自動化和高速化的方向前進。鍋爐控制系統大都通過DCS控制系統得以運用，其運行的安全性與可靠性對于經濟效益和安全生產有著直接的影響。[1]鍋爐DCS控制系統憑借微處理器，由過程控制級和過程監控級構成的多級計算機系統，運用通信網絡將獨立進行采集、控制、操作以及監視的計算機站、過程控制站、數據采集站等對鍋爐現場的數據進行收集以及處理，從而達到節能降耗、燃燒工況好的要求。鍋爐DCS控制系統還具有開放性、控制功能齊全、協調性、靈活性等特征，從而讓其在工業過程控制中得到更加全面的運用。

1. DCS自動控制系統功能分析

鍋爐系統的控制任務就是對鍋爐出口的蒸汽流量、溫度以及壓力進行調節，從而將汽包水位維持在規定范圍之內，保證爐膛負壓能夠得以控制，燃燒的經濟性達到相關的要求，讓設備更加經濟、安全地運用。下圖為鍋爐自動化控制系統結構流程圖。

圖一 鍋爐自動化控制系統結構圖

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濟安全的運用要求。為了能夠讓整個燃燒過程中更加經濟，在對燃料和負荷進行調節時，需要能夠同時改變和調節引風以及送風量，整個控制過程包括三個不同的任務。[2]首先，將出口蒸汽壓力維持在穩定水平之上，當蒸汽壓力和定值出現偏離時，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到給定值的要求和標準；其次，將爐膛內部剩余的空氣系數維持在最佳數值水平，讓送風量和燃燒量能夠保持在穩定適當的比例，從而耗費最低熱量，實現完全燃燒；最后，要能夠保證爐膛負壓數值不變，當送風量出現變化時，引流量必然會出現變化，從而能夠讓爐膛負壓數水平不受到影響，讓鍋爐能夠更加經濟、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之一，本文主要通過調節汽包液位、給水流量、蒸汽流量來對主給水閥進行調節，從而讓汽包水位能夠達到穩定的要求。[3]鍋爐提供不同的給水調節閥，其中主調節閥數值為DN150，在高負荷、正常負荷運行條件下能夠使用，并且發揮著不可替代的功能和作用。備用閥數值控制為DN100，在低負荷狀態下對其進行使用，也是主調節閥的備用。鍋爐汽包給誰控制系統的主要任務就是將汽包水位控制在允許數值范圍內部，并且盡可能保證鍋爐能夠實現平穩運行。

將液位通過包液位調節后加以輸出，并加法運算蒸汽流量，將實際運算結果定義為給水量定植，并調節偏差，輸出通過執行機構進行給水閥調節。汽包液位出現上升現象時，包液位調節輸出數值開始減少，加法器的輸出也逐漸減小。當蒸汽負荷數值逐漸增大時，通過短暫過程之后汽包內部壓力開始達到平衡標準，此時也因為蒸發量的增加開始降低，直到汽包液位數值恢復到給定位置。

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部進行燃燒時自動送入較為恰當的風量，從而保證鍋爐燃燒能夠達到經濟性的要求。送風控制的主要闡述包括煤氣壓力、送風壓力。利用調節送風機擋板開度來對送風和煤氣壓力進行調節，從根本上調整以及改變燃料的實際使用效率。

1.4 鍋爐過熱蒸汽溫度自動調節

對鍋爐過熱蒸汽穩定進行調節主要是通過自制冷凝水噴水裝置來對蒸汽穩定進行調節，結合減溫器出口蒸汽溫度和集汽集箱蒸汽溫度測量結果來對減溫水調節閥開度進行調節，通過減水量控制來調節溫度，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，減溫水數量則可能會自動進行增加，相反則會讓減溫水量出現減少的現象，保證蒸汽溫度能夠達到穩定的標準要求。

2. DCS自動控制系統設計

2.1 設計原則

①先進性

整個DCS鍋爐電氣自動化控制系統在設計過程中可以選擇得到普遍認可的系統性結構以及開放式形式，全部選擇得到成熟使用、生產實際的通用產品以及標準，從而保證系統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的各種參數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對其進行有效的操作。

③可靠性

系統一般都是對鍋爐運行生產過程進行直接控制，還要能夠保證鍋爐在惡劣的工業環境中能夠保持穩定正常的工作性能，通過使用各種不同的抗干擾措施以及冗余的先進技術來達到要求。

④開放性

設計備用廠級網絡接口，要能夠保留可以擴展的余地。從而方便能夠和其他系統進行通訊和連接，實現資源共享和數據傳遞，對軟件硬件故障診斷功能加以升級，從而保證在短時間內查找到各種故障。

2.2 控制任務運行

①自動調節

對鍋爐運行相關參數進行自動調節，盡可能保證鍋爐內部運行參數能夠和外界負荷達到一致，從而讓鍋爐達到安全、經濟的運行效果。

②連鎖保護

自動控制系統的順利運行還要能設置報警功能，并對運行過程中的壓力不均衡、水位不正常進行控制，系統的保護功能大都是在水位異常、壓力情況下發揮出連鎖保護。也是為了能夠在啟動關閉設備中避免出現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進行實時、動態監測以及顯示，從而為系統自動調節控制提供相應的數據來源，保證系統的運行達到安全穩定的要求。

3. DCS自控控制系統構成

DCS自動控制系統包括上下位系統，其中上位系統選擇工業控制計算機用組態軟件來對現場數據加以顯示、處理，并對不同的數據加以設定，對所有不同的數據加以儲存；下位系統則一般由PLC構成，并和現場設備加以連接。上下圍系統之間通過Ethernet實施通訊 ，從根本上滿足系統提出的對數據進行實時監控的要求。[4]自動化控制系統通過使用S7—300系列的PLC硬件構成基礎自動化系統，使用相應的監控軟件、編程軟件、操作系統平臺界面來構成計算機操作系統，保證達到人機通訊的要求。

現場控制層則是通過控制站來對鍋爐房控制系統的安全進行順序控制、連鎖控制、回路調節、綜合報警以及邏輯控制等。現場控制層的不同站點都是利用Porfibus—DP現場總線網絡進行通信和練習，并對控制系統現場傳感器、執行設備實施運行參數、狀態信號進行交換，從而保證兩臺鍋爐系統的所有儀表信號數據、現場設備的控制和采集工作能夠順利進行。

結語：

DCS鍋爐自動控制系統具有很多優勢，除了能夠提升能源利用率之外，還能夠讓系統實現安全、經濟運行，保證鍋爐出水溫度能夠得到穩定，更快地實現升溫速度控制。從控制性能來分析，其系統調節反應時間較短，運行相對穩定。通過DCS鍋爐自動控制系統的運用能夠保證設備可靠性得到提升，降低設備維護次數，從而提升有關企業的經濟以及社會效益。

[1]劉偉. 基于DCS的鍋爐自動控制系統[J]. 科技創業月刊,2010,11:190-192.

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

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

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

TQ172

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1007-6344（2015）11-0007-02