鍋爐控制系統中DCS的應用研究

嚴緒安

（陜西陜化煤化工集團有限公司，陜西 渭南 714100）

DCS與分散的儀表控制及集中式計算機控制系統皆不相同，其融合了兩者的優勢且將兩者缺陷克服，具有較強的通用性、完善的控制功能，同時系統組態靈活、人機界面友好、數據處理便捷、安裝簡單規范、現實操作集中、運行安全可靠，可實現更高的生產管理與自動化水平。除此之外，DCS還具備更高的勞動生產率，能減少能源及原材料的消耗，有利于經濟與社會效益的穩步提升。

1 DCS系統的構成

DCS控制系統主要是由上位及下位系統等兩個部分構成。其中，上位系統與總系統控制計算機相連，負責收集、存儲、處理系統數據。上位系統由控制計算機全面控制，在其自身組態軟件功能的運用下能夠設置并調整控制參數，監控系統運行狀態，一旦系統出現異常會即刻進行警告。上位系統運行中，監控是最為關鍵的內容，能為系統的正常運行提供保障[1]。而下位系統則是由PLC控制系統構成，與現場相關設備實現連接的PLC系統，能將DCS控制系統與現場設備通訊實現。連接上、下位系統之后，能夠動態化監控整個系統運行。

2 DCS自動控制系統功能

2.1 鍋爐燃燒過程控制

燃燒過程控制旨在確保燃料通過燃燒能夠產生可將外界對鍋爐輸出蒸汽負荷提出的要求滿足，使鍋爐能夠與經濟安全的運用要求相適應。而要想實現更為經濟的燃燒過程，在調節燃料與負荷的同時，還需要將引風、送風量改變并調節，而這一過程主要由三方面任務構成：首先，確保出口蒸汽壓力水平始終保持穩定，一旦蒸汽壓力和定值有變化產生，應當將鍋爐燃燒值即刻控制，以便鍋爐出口蒸汽壓力能夠重新與給定值要求和標準相符合；其次，保持爐膛內部剩余空氣系數的數值水平得以始終保持在最佳，確保送風量、燃燒量比例保持在穩定狀態，通過最低熱量的耗費達成完全燃燒的效果；最后，確保爐膛負壓數值保持穩定，一旦送風量有變化產生，必然會影響引流量，如此不會影響爐膛負壓數水平，鍋爐運行能夠更經濟、安全。

2.2 汽包水位控制

鍋爐汽包水位控制過程中，頻頻出現水位虛假的情況，而在汽包水位檢測中，基本是以三沖量控制系統進行的。該系統在鍋爐汽包水位控制中所發揮的作用主要包含下述兩方面：其一，可實現鍋爐氣泡水位控制精度的顯著提升[2]。鍋爐工作期間，時常會有蒸汽量加劇的情況出現，如此一來就會有虛假水位產生，當水位迅速上升之后，自動控制系統會即刻發出報警信號，并完成積水量的迅速控制，避免汽包水位失衡；其二，耗氣量增加之后，可在比值控制方式的實施下通過調節結構增加水量。當虛假水位恢復正常之后，蒸汽與水分信號也會回歸常態，同時還支持持續調節功效，能為鍋爐運行的穩定性提供保障。

2.3 自動調節鍋爐過熱蒸汽溫度

自制冷凝水噴水裝置主要負責調節鍋爐過熱蒸汽的穩定狀態，在減溫器出口蒸汽溫度、集氣集箱蒸汽溫度測量結果相結合之后，合理調節減溫水調節閥開度，在控制減水量的基礎上實現溫度的調節，使其始終保持在430℃～450℃范圍內。當集氣集箱出口蒸汽溫度表現出逐漸上升的情況時，此時可能會自動增加減溫水數量，反之減溫水量會有減少的現象出現，以確保蒸汽溫度能夠與穩定標準要求相符合。

3 DCS鍋爐自動化控制系統調試

調試DCS鍋爐自動化控制系統的具體流程為：①檢查鍋爐整體運行情況、儀器儀表數據，確保其處于正常狀態；②對系統給定點數據傳輸功能進行檢查；③檢查系統內各執行器，給定信號，檢查執行器軟手操切換及設備運行情況；④檢查各手操器自動模式切換，確保其狀態屬于正常。

圖1 鍋爐儀表控制系統Fig.1 Boiler instrument control system

而在將上述檢查準備工作落實之后，即可自動調試系統，具體流程為：①DCS系統連接設備調試電腦之后，調試程序啟動。首先，調試引風機，記錄負壓表數據，結合系統完成負壓值的設定，并調整系統內控制參數初始值，切入自動控制系統；②記錄設備運行情況及相關儀表數值。在調試完引風機后，繼續調試鼓風機[3]。首先記錄鼓風機風壓表數據，設定系統相關參數初始值后，切入自動控制程序，對設備運行情況觀察、記錄；③調試給煤機。具體調試期間，設定好系統參數初始值并將給煤機控制參數設置好后，切入自動控制程序，對設備整體運行情況、相關儀表讀數進行觀察、記錄；④調試爐排電機。調試前，需檢測鍋爐出口水溫，完成數值設定之后，修改儀表初始值并記錄數據，切入自動控制程序，對設備運行情況進行觀察；⑤完成自動調試之后，觀察并記錄各環節設備運行情況及相關儀表數據。

4 基于DCS系統的鍋爐儀表控制系統

儀表控制系統是鍋爐自動化運行期間整個系統組成中極為關鍵的部位之一。現有DCS鍋爐自動化控制系統中，有部分選用SLC500控制器。

SLC500現場控制器在連接設備儀器儀表、壓力傳感器、鍋爐溫度傳感器和液位傳感器之后，完成數據通道的構建，負責數據資料的收集。而后，結合收集到的數據展開分析，并完成相關操作指令的執行。在工業以太網的運用下監控鍋爐、收集監控數據，并與系統分析處理得到的信息相結合，系統性調整鍋爐，通過控制指令的優化，實現檢測、控制與調節的自動化。

圖1為鍋爐儀表控制系統組成。鍋爐儀器儀表控制系統中，溫度傳感器、流量計、壓力變送器及微壓傳感器等信號屬于主要構建的內容[4]。整理信號并朝著DCS控制系統中上位系統上傳后，上位系統能夠結合儀表信息執行邏輯運算，并將指令下發。

5 基于DCS控制系統的控制聯鎖保護技術

5.1 鍋爐保護設計和技術應用

要想實現爐膛的安全監控，就必須確保鍋爐燃燒處于穩定狀態。因此，就必須將DCS軟硬件合理控制。運行中，高爐煤氣輸送至燃燒爐的同時，焦爐煤氣也會從鍋爐燃燒器朝著爐膛內部輸送、燃燒，煤氣燃燒需求的空氣來自于鼓風機，而鼓風機工作期間是將冷空氣朝著空氣預熱器內輸送、加熱后，熱空氣通過熱風道進入爐膛內。倘若煤氣出現過低壓力，或是鼓風引風因其他故障而不再繼續運轉，鍋爐內部會有回火出現，進而引發爆炸。對于鍋爐內氣動閥而言，必須聯鎖控制切斷，以便在異常出現后自動聯鎖系統能將所有安全氣閥切斷，即點火煤氣壓力對點火小的氣動閥進行控制，噴氣自動閥、高爐煤氣壓力負責高爐大噴氣氣動閥的控制。對于各個氣動閥而言，倘若控制主體為鼓風機或引風機，當鼓風出現且引風機不再繼續工作時，就會迅速聯鎖切斷各個氣動閥。

5.2 水位聯鎖保護技術

DCS控制系統在水位變化處理方面所具備的自動化控制功能十分優異，該系統內配備了由于壓力大小引發水位偏低、偏高的聲光報警裝置，同時也有水位偏低停爐的熱工聯鎖保護功能。最為關鍵的是氣泡水位控制設計方案，能以給水流量為根據，同時結合氣泡液位、蒸汽流量合理調節給水閥，如此一來即可為鍋爐水位提供穩定性保障。

6 結語

本文全面分析了基于DCS的鍋爐自動化控制系統，鍋爐控制系統中融入自動化控制系統之后，可實現鍋爐運行效率的顯著提升、能源消耗的有效降低。并且，DCS自動控制系統操作靈活便捷，不會對環境造成太大污染。因此，將DCS自動化控制系統引入工業控制系統中，不僅可使企業生產效率提高，同時也有助于企業生產成本的減少，實現更高的經濟與社會效益，值得大力推廣、使用。