鍋爐發電系統中DCS技術的應用

安曉旭

（神華國華九江發電有限責任公司，江西 九江 332000）

0 引 言

在發電系統中，DCS是最常見的系統，但是仍然存在很多不足之處。隨著網絡技術的發展，發電企業也在逐漸完善發電系統，加強DCS技術的應用，提高DCS系統的應用效果，以期給人們的生活和工作做好電力保障。

1 DCS技術概述

DCS是集散控制系統，是結合了控制技術、計算機技術、CRT顯示技術以及網絡技術的高新技術產品，具有操作便捷、高可靠性和強控制功能等特征，能夠便捷地應用于工業裝置，從而對生產進行控制和經營管理，在電力、冶金以及化工等多個自動化領域中得到了普遍應用。DCS系統在發電領域的應用非常重要。在和發電有關的鍋爐設備中，它能夠收集發電組和其他設備的信息數據，將收集到的數據和信息制定為對應的控制命令。多年來，隨著計算機技術和微電子技術的發展，人們對工業自動化的要求逐漸提高。DCS系統經歷了多個發展階段，不論結構還是技術，都獲得了不小的進步，已經發展成為自動化生產必備的控制裝置。DCS系統在硬件上使用了高檔工業PC，技術指標更加先進。此外，DCS系統使用了RISC工作站，在軟件上使用了通用商業軟件包，在系統互連上使用了國標通用網絡，正逐步朝高度集成化的方向發展。

2 DCS系統在發電企業中的應用要求

2.1 實時監控

一般情況下，使用DCS系統需要具備良好的環境才能凸顯其使用價值。DCS能夠監控生產環境，對鍋爐發電設備的工作情況展開跟蹤，實現控制生產過程。設計過程中要重點關注DCS系統的穩定性，加強其可靠性建設，更新操作系統。若系統需要和外網互相聯系，要注重建設完善的防火墻。DCS系統不適合同企業辦公系統或者外部網絡進行連接。DCS系統能夠給用戶提供相關服務，需要根據用戶的友好程度，利用一個界面進行操作。如果發現其中的問題，需要及時進行處理。此外，考慮到擴展性問題，在生產規模不斷擴大的情況下，DCS系統需要進行改進，從長遠角度對系統進行設置。

2.2 應用范圍

經過前文的分析，需要明確DCS系統應用的范圍。在大規模生產企業中，需要對整個生產過程展開監督。發電企業的發電設備規模較大，占地面積也較大，需要生產部門能夠自成體系。由于發電廠的這種特征，需要從全局角度進行調控。此外，要保證能夠及時處理出現的問題。

2.3 兼容性問題

在發電設備中，DCS系統可以在不同部門中使用不同功能，通過模擬量控制系統的MCS、SCS、DAS等形式。在機組電、爐以及機控制過程中，不同部門的控制系統也有不同特色，子系統是不同時間開始使用的。在組建新DCS系統時，需要充分考量子系統的兼容性，若有無法兼容的系統，需要果斷拋棄。只有這樣，DCS系統才能以整體的形式出現，內部子系統也能夠保持互相獨立，從而使問題數據得到本地化處理。

2.4 通信問題

在DCS系統中，最關鍵的一個問題是通信問題。在生產過程中，很多部門需要的數據格式有所差異，所以必須妥善處理數據。因此，一方面需要保證數據得到良好傳輸，使各個部門獲取數據信息。另一方面，需要保證數據能夠順利傳遞到DCS系統的高層，為決策提供數據支持。

3 DCS系統的主要控制功能

3.1 鍋爐燃燒控制保護

在整個工藝中，鍋爐是最核心的轉換能量設備。鍋爐具有易燃易爆的特征，在設備啟動、運行和停止時具有一定的危險性。因此，需要對鍋爐安全進行實時監控。PLC系統能夠實現鍋爐自動點火、安全監控和安全保護等功能，監控功能不參與調節煤氣的燃燒，只進行保護。

3.2 調節鍋爐汽包液位

在鍋爐安全運行的各個參數中，汽包水位十分重要。水位如果過高，可能會影響到汽水分離器的運行，從而造成蒸汽帶水過多，造成管壁結垢而影響蒸汽的品質；若水位過低，將會破壞水循環，從而造成水冷壁的破裂，嚴重時形成干鍋而損害汽包。通過使用三沖量的模式對汽包水位進行控制，即將汽包的液位作為主沖量，蒸汽和給水流量作為副沖量。這種控制模式能夠有效克服蒸汽負荷和給水系統產生的變化，避免給液位帶來干擾，能夠有效地控制汽包液位。

4 鍋爐發電系統中DCS技術的應用

在鍋爐發電系統中，最主要的設備是鍋爐和發電機組。在相關輔助系統中，需要對循環水和軟化水進行控制。全部控制功能都需要在控制室中完成，儀表自控系統就是DCS系統，也是集散控制系統。在鍋爐發電系統中，使用DCS系統能夠綜合系統信息數據，實現系統集成化。在鍋爐發電系統中使用DCS系統進行信息收集，能夠控制鍋爐和集成功能，在發電系統中作用重大。

4.1 DCS系統在應用中存在的不足

4.1.1 無法實現完全在線修改

系統中設有增量和全局編譯功能，但是增量編譯只對部分修改有效，很多修改仍然需要使用全局編譯，包括硬件、目標、任務等內容的配置[1]。全局下裝的實質是復位控制器，也就是說，在現場需要讓全部電機停轉，將調節閥關閉。整個裝置都需要停止運行，本質上是無法完全實現在線修改，仍然需要通過下裝實現修改。

4.1.2 汽包液位控制算法沒有使用三沖量

在汽包液位信號、蒸汽流量以及給水流量信號的收集中，使用三沖量的控制方法能夠實現共同控制。由于未使用三沖量，可能會影響蒸汽流量的波動和汽包液位，造成假象液位的出現，從而造成系統出現誤操作，沒有把給水量信號當做副變量，從而給汽包液位帶來影響。

4.2 應用分析

4.2.1 調節鍋爐發電功能

通過通信站可以收集鍋爐內部燃燒和水位情況，掌握現場的數據和信息，通過操作站監控運行情況完成統計工作，并對信息展開集中處理。這個環節中，需要根據操作人員對畫面的顯示和切換進行落實。根據操作員站發布的命令，能夠準確調整系統運行參數，實現人工干預系統的最終目的。例如，實際操作中能夠對汽包給水量進行調節，從而實現對發電系統的控制。

4.2.2 高配置操作站

系統操作站中，通過使用網絡信息技術等先進技術和工業PC機配置，能夠在局域型的控制系統下完成一系列監視操作，同時可以開展組態編程工作。此外，在配置上使用了高級CPU芯片，在硬盤上有高達80 GB的容量，對應內存也達到了256 MB。

4.2.3 主控單元FM801

在系統配置上使用Pentium級別的工控機，這種軟件能夠最大程度地提升系統處理信息的能力，同時能進一步提高網絡通信的能力。發電系統中，可以利用主控單元對I/O點數據和信息進行處理[2]。發電站中需要配置現場控制站，要有至少兩個互為冗余的主控單元。主控單元主要由機殼、CPU和電源模塊等構成。主控單元中含有前面板，作為系統運行中指示狀態的燈。也就是說，系統運行的狀態能夠通過面板指示燈直接反映。

4.2.4 DCS系統組態軟件

在鍋爐發電系統中使用DCS系統組態軟件，組態軟件運行在工程師站上，操作系統使用的應用軟件是服務器和控制器。服務器算法軟件被應用在服務器上，用來承擔負荷率組態。控制器算法軟件使用在硬件配置和數據庫定義上，在多種算法語言上編寫控制方案，同時具有多種形式的控制組態，如順序流程圖、梯形圖等。在發電系統中使用功能塊圖的組態方式，能夠輔助電器設備對回路過程，同時協助儀表進行報警處理。系統中含有很多計算環節，使用功能塊圖的方式也能夠進行相關運算。

4.2.5 鍋爐汽包水位控制算法

發電系統中，需要了解汽包液位、蒸汽流量以及給水量信號，從而實現三沖量的控制和收集。在合理運算后能夠實現互相作用，以對控制鍋爐給水閥[3]。實時監控蒸汽流量能夠控制蒸汽流量，避免蒸汽流量對汽包液位造成干擾，最大程度避免假象液位的出現，從而避免控制系統產生誤動行為。通過控制鍋爐給水量，能夠將給水量轉變為負變量。結合串級控制系統，副回路由于具有快速特點，能夠排除外界帶來的干擾，從而降低給水壓力導致的水流量，使汽包液位產生對應的作用。在很多大型鍋爐發電系統中，使用控制給水信號的方法十分常見，能夠實現對汽包的水位控制和調節。此外，使用給水信號和控制蒸汽流量的方法，很大程度上可以避免出現“假液位”和干擾現象。

5 結 論

綜上所述，對DCS技術進行簡單闡述，分析DCS系統在發電企業中的應用要求，包括需要進行實時監控、明確應用范圍、關注兼容性問題、關注通信問題等，分析DCS系統的主要控制功能，包括鍋爐燃燒控制保護和調節鍋爐汽包液位，最后研究了鍋爐發電系統中DCS技術的應用。