基于DCS 的鍋爐自動(dòng)化系統(tǒng)

李 強(qiáng)

(太原市熱力公司，山西太原 030045)

0 引言

隨著我國(guó)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展以及自動(dòng)化科技水平的提高，鍋爐控制系統(tǒng)普遍采用了DCS控制系統(tǒng)，其運(yùn)行的可靠性和安全性直接關(guān)系著安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。自動(dòng)化儀表系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)接紐帶，特別是近年來(lái)，隨著企業(yè)技術(shù)改革和擴(kuò)建工程的不斷進(jìn)行，自動(dòng)化程度和水平不斷增強(qiáng)，因此對(duì)自控維護(hù)人員的技術(shù)水平提出了更高要求，理解自控、學(xué)習(xí)自控、解決自控問(wèn)題、完善自控系統(tǒng)，保證生產(chǎn)過(guò)程持續(xù)、安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。

1 投入自動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)

投入自動(dòng)控制，設(shè)備的啟動(dòng)、停止、調(diào)試工作可由運(yùn)行人員在電腦上完成操作，控制系統(tǒng)通過(guò)控制模塊連接電信號(hào)按已經(jīng)編制好的程序進(jìn)行，減少了誤操作機(jī)會(huì)。鍋爐DCS系統(tǒng)正是以鍋爐監(jiān)控自動(dòng)化為目標(biāo)，提高鍋爐控制能力，同時(shí)具有保障安全生產(chǎn)，節(jié)能增效，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全系數(shù)及企業(yè)效益等優(yōu)勢(shì)。DCS具備了實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)和故障診斷技術(shù)，當(dāng)程控設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，會(huì)執(zhí)行系統(tǒng)警示并可執(zhí)行復(fù)位。DCS是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的英文縮寫(xiě)，是由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為樞紐的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示和控制等技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、組態(tài)方便、配置靈活。具有可靠性、靈活性、協(xié)調(diào)性、控制功能完善、易于維護(hù)等特點(diǎn)。當(dāng)生產(chǎn)工藝需要改變時(shí)可以隨時(shí)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)視。

鍋爐自控系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)熱源廠(chǎng)工藝系統(tǒng)的上位監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制。工藝系統(tǒng)為64 MW熱水鏈條鍋爐。上位系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用的是開(kāi)放、靈活的TCP/IP協(xié)議，可以對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)、控制，具有動(dòng)態(tài)畫(huà)面顯示功能、報(bào)警功能、報(bào)表輸出功能、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。上位監(jiān)控軟件采用組態(tài)顯示畫(huà)面，具有使用方便、簡(jiǎn)單易學(xué)、軟件組態(tài)靈活等特性。鍋爐自控系統(tǒng)均采用了美國(guó)AB公司出品的SLC500系列現(xiàn)場(chǎng)控制器，主要功能是:1)通過(guò)連接現(xiàn)場(chǎng)儀表(溫度傳感器、壓力傳感器等)采集現(xiàn)場(chǎng)工藝資料;2)對(duì)采集到的現(xiàn)場(chǎng)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和邏輯運(yùn)算，發(fā)出控制指令，驅(qū)動(dòng)連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu);3)通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)——工業(yè)以太網(wǎng)，與鍋爐監(jiān)控中心的操作員站連接，上傳鍋爐現(xiàn)場(chǎng)控制站的實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)，同時(shí)接受上位計(jì)算機(jī)的控制調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)熱工檢測(cè)、聯(lián)鎖保護(hù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能。為了便于運(yùn)行人員監(jiān)視生產(chǎn)工況，現(xiàn)場(chǎng)的儀表帶有信號(hào)變送器，將信號(hào)送到上位機(jī)上顯示。主要信號(hào)有:溫度熱電阻及溫度熱電耦、壓力變送器、流量計(jì)、微差壓傳感器、含氧量變送器等。檢測(cè)儀表的主要功能是用來(lái)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程數(shù)據(jù)，鍋爐進(jìn)出口水溫和煙氣溫度、進(jìn)出口水壓、進(jìn)出口風(fēng)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(shù)，一般應(yīng)參與鼓風(fēng)量的調(diào)節(jié))等，這些參數(shù)給DCS模塊提供4 mA～20 mA的模擬量信號(hào)，上位機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)讀取參數(shù)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到鍋爐控制系統(tǒng)的控制器中，為控制器的邏輯運(yùn)算提供準(zhǔn)確、可靠的原始數(shù)據(jù)。并連接到報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)這些量偏離設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

鍋爐供熱的儀表控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分(見(jiàn)圖1)。

2 鍋爐自控調(diào)試流程

1)檢查鍋爐運(yùn)行情況及各儀表讀數(shù)。2)檢查自控畫(huà)面中數(shù)據(jù)給定點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入功能。3)檢查各執(zhí)行器自控信號(hào)給定，逐項(xiàng)檢查軟手操切換功能，注意觀(guān)察設(shè)備運(yùn)行情況。4)各手操器切入自控，控制設(shè)備切入軟手操模式。5)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)試:調(diào)試電腦連接DCS，啟動(dòng)程序并監(jiān)控運(yùn)算邏輯。a.引風(fēng)機(jī)自控調(diào)試(見(jiàn)圖2):觀(guān)察負(fù)壓表讀數(shù)，設(shè)定負(fù)壓設(shè)定，調(diào)整控制參數(shù)初值;切入自控，觀(guān)察程序運(yùn)算及設(shè)備運(yùn)行情況;改變負(fù)壓設(shè)定，調(diào)整參數(shù)使設(shè)備動(dòng)作符合要求，記錄參數(shù);調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)，引入擾動(dòng)，觀(guān)察并調(diào)整引風(fēng)機(jī)，使其動(dòng)作符合要求。b.鼓風(fēng)機(jī)自控調(diào)試(見(jiàn)圖3):觀(guān)察氧量表及鼓風(fēng)風(fēng)壓表讀數(shù)，觀(guān)察鍋爐各風(fēng)門(mén)開(kāi)度，記錄鍋爐爐膛風(fēng)量。設(shè)定風(fēng)煤比，設(shè)定氧量給定，調(diào)整控制參數(shù)初值;切入自控，觀(guān)察程序運(yùn)算及設(shè)備運(yùn)行情況;改變氧量設(shè)定，調(diào)整參數(shù)使設(shè)備動(dòng)作符合要求，記錄參數(shù);調(diào)整爐排電機(jī)轉(zhuǎn)速，引入擾動(dòng)，觀(guān)察鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)作，調(diào)整風(fēng)煤比設(shè)定，使鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)作符合要求。c.給煤機(jī)自控調(diào)試(見(jiàn)圖4):調(diào)整給煤機(jī)控制參數(shù)，給煤機(jī)控制比初值;切入自控，觀(guān)察程序運(yùn)算及設(shè)備運(yùn)行情況;調(diào)整爐排電機(jī)轉(zhuǎn)速，引入擾動(dòng)，觀(guān)察給煤機(jī)動(dòng)作，調(diào)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速比設(shè)定，使給煤機(jī)動(dòng)作符合要求。d.爐排電機(jī)自控調(diào)試(見(jiàn)圖5):觀(guān)察鍋爐出口水溫度數(shù)，設(shè)定鍋爐出口水溫給定，調(diào)整控制參數(shù)初值;切入自控，觀(guān)察程序運(yùn)算及設(shè)備運(yùn)行情況;改變出口水溫設(shè)定，調(diào)整參數(shù)使設(shè)備動(dòng)作符合要求，記錄參數(shù)。e.自控調(diào)試完成，記錄各控制參數(shù)值。f.連續(xù)運(yùn)行，適當(dāng)改變各鍋爐控制設(shè)定值，觀(guān)察鍋爐各控制設(shè)備運(yùn)作及鍋爐燃燒情況。

3 系統(tǒng)的連鎖

鍋爐的保護(hù)系統(tǒng)是鍋爐控制系統(tǒng)的重要組成部分。其保護(hù)內(nèi)容取決于鍋爐設(shè)備本身的容量、結(jié)構(gòu)、自身特性和運(yùn)行方式。一般設(shè)有鼓、引風(fēng)連鎖保護(hù)、爐排連鎖保護(hù)等。

鼓、引風(fēng)連鎖保護(hù):為了保證鍋爐爐膛內(nèi)有一定的負(fù)壓，并與外界空氣有一定的流通。所以在控制啟停的時(shí)候必須先啟動(dòng)引風(fēng)，然后再啟動(dòng)鼓風(fēng)，誤操作就無(wú)法先啟動(dòng)鼓風(fēng)。這樣就有效提高了鍋爐啟停時(shí)的安全系數(shù)，避免事故的發(fā)生。

爐排連鎖保護(hù):在異常狀態(tài)下，如引風(fēng)突然停止，則連鎖動(dòng)作如下:引風(fēng)停，則鼓風(fēng)停，爐排接著停止。這樣的連鎖保護(hù)是為了防止當(dāng)引風(fēng)停后爐膛負(fù)壓過(guò)大而造成爆炸等事故的發(fā)生。

4 自動(dòng)化儀表系統(tǒng)故障的判斷思路

熱源廠(chǎng)的生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，自動(dòng)化設(shè)備和儀表在高溫高壓下不停運(yùn)轉(zhuǎn)，所以自控系統(tǒng)和儀表會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)不同情況的異常狀態(tài)，對(duì)檢測(cè)和維護(hù)工作也帶來(lái)了考驗(yàn)。我們?cè)诜治鰞x表故障前，更要對(duì)工藝的流程和設(shè)備的特性有所了解，再參考系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及工藝構(gòu)造進(jìn)行調(diào)試。比如某臺(tái)爐的自控設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，先分析組態(tài)操作畫(huà)面中的歷史數(shù)據(jù)，參數(shù)在儀表量程范圍內(nèi)的曲線(xiàn)波動(dòng)，記錄曲線(xiàn)發(fā)生突變或跳到最大或最小時(shí)，此時(shí)的故障常在儀表系統(tǒng)。先檢查就地儀表，而后檢查變送器部分，再到后備臺(tái)檢查接線(xiàn)端子，最后判斷DCS模塊故障及電源故障。逐步檢查故障狀態(tài)，直到數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。有時(shí)故障要參考生產(chǎn)負(fù)荷和機(jī)組的變化相對(duì)調(diào)整，進(jìn)行綜合分析，特別值得注意的是控制對(duì)象和控制閥的變化，儀表安裝更要符合規(guī)范，所以，我們要從現(xiàn)場(chǎng)儀表系統(tǒng)和工藝操作系統(tǒng)兩個(gè)方面綜合考慮、仔細(xì)分析。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)自控系統(tǒng)的實(shí)施，先進(jìn)的控制方式保障了鍋爐的正常燃燒，從安全方面來(lái)看，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的快速反應(yīng)、自動(dòng)控制、靈活診斷、快速維修和靈活配置控制等特點(diǎn)，提高了工作安全系數(shù)，建立連鎖保護(hù)，保證特殊情況下的鍋爐安全工作;從環(huán)保方面來(lái)看，可以合理有效地利用能源，減少對(duì)環(huán)境的污染;新技術(shù)為工業(yè)控制與監(jiān)測(cè)提供一定的指引作用，在結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)的情況下可逐步完善自動(dòng)化。

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

［2］張東風(fēng).熱工測(cè)量及儀表［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007:141-147.

［3］黃桂梅.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與系統(tǒng)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006:202-209.

［4］姜錫倫.鍋爐設(shè)備及運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008:20-63.