基于DCS的大中型燃?xì)鉄崴仩t房自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：文章分別簡(jiǎn)述了燃?xì)鉄崴仩t房、DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)，并結(jié)合某安裝容量為3臺(tái)58 MW燃?xì)鉄崴仩t房的實(shí)際工程，分析了DCS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，詳細(xì)介紹了DCS系統(tǒng)在大中型燃?xì)鉄崴仩t房的設(shè)計(jì)應(yīng)用，提出了在設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的幾點(diǎn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；燃?xì)鉄崴仩t房；群控；節(jié)能；一鍵啟停

中圖分類號(hào)：TU995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）21-0012-02

隨著城市化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的集中供熱熱源廠出現(xiàn)在各大中城市，代替了原有的各家各戶自行采暖。科技的迅猛發(fā)展不可避免的帶來(lái)一些負(fù)面影響，環(huán)境污染、霧霾的出現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到清潔能源的重要，現(xiàn)在大中城市中新建的鍋爐房多以天然氣為燃料。對(duì)于鍋爐房的自動(dòng)控制要求也日益提高，由最初的后備儀表盤發(fā)展為當(dāng)今主流的PLC、DCS等自控系統(tǒng)。本文將基于DCS系統(tǒng)對(duì)大中型燃?xì)鉄崴仩t房的自控系統(tǒng)做詳細(xì)介紹。

1燃?xì)鉄崴仩t房簡(jiǎn)介

燃?xì)鉄崴仩t是熱水鍋爐的一種，以燃?xì)猓ㄈ缣烊粴?、液化石油氣、城市煤氣、沼氣等）為燃料，通過(guò)燃燒器對(duì)水加熱，實(shí)現(xiàn)供暖和提供生活、洗浴用熱水。燃?xì)鉄崴仩t與燃煤熱水鍋爐相比，具有智能化程度高、加熱快、低噪音、無(wú)灰塵等優(yōu)點(diǎn)。

燃?xì)鉄崴仩t房的規(guī)模依據(jù)用戶需熱量而定。一般醫(yī)院、小型公建等用熱量較小的用戶，通常建設(shè)的都是裝機(jī)總?cè)萘繋资甅W的小型鍋爐房，其選用的鍋爐通常都是本體自帶控制柜的全自動(dòng)鍋爐，此類鍋爐房的自控系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，通常采用PLC控制系統(tǒng)。本文介紹單機(jī)容量58 MW以上的大中型燃?xì)鉄崴仩t房自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此類鍋爐房設(shè)備構(gòu)成較為復(fù)雜，由燃?xì)鉄崴仩t、熱網(wǎng)循環(huán)泵、熱網(wǎng)補(bǔ)水泵、鍋爐鼓風(fēng)機(jī)、水處理系統(tǒng)等組成。

2DCS系統(tǒng)簡(jiǎn)介及與PLC系統(tǒng)的比較

DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。即所謂的分布式控制系統(tǒng)，或在有些資料中稱之為集散系統(tǒng)，是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來(lái)的。詳見(jiàn)表1。

綜上比較，DCS系統(tǒng)適用于大中型燃?xì)鉄崴仩t房。

3基于DCS的大中型燃?xì)鉄崴仩t房自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1實(shí)際工程3×58 MW燃?xì)鉄崴仩t房DCS自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文結(jié)合實(shí)際工程3×58 MW燃?xì)鉄崴仩t房，就其DCS自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。該工程為某地區(qū)的集中供熱熱源廠項(xiàng)目，總裝機(jī)容量為3臺(tái)58 MW燃?xì)鉄崴仩t（鍋爐設(shè)計(jì)出口壓力P=1.36 MPa，出水溫度t=120 ℃），熱源廠內(nèi)還有主廠房熱力系統(tǒng)、廠區(qū)調(diào)壓站、綜合泵房等及相應(yīng)設(shè)備和系統(tǒng)。

本鍋爐房采用集散控制系統(tǒng)（DCS）對(duì)工藝系統(tǒng)的熱工參數(shù)進(jìn)行集中顯示、集中操作、集中管理和分散控制。DCS由操作管理層、過(guò)程控制層、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及控制層三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成。該項(xiàng)目DCS系統(tǒng)I/O實(shí)際點(diǎn)總計(jì)1 067 pt，其中TC‥3，RTD‥63；DO‥281；DI‥538；AO‥25；AI‥157（系統(tǒng)配置時(shí)應(yīng)再考慮含20%余量）。依據(jù)被控工藝系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成及平面布置情況，繪制3×58 MW燃?xì)鉄崴仩t房DCS自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

3.1.1本工程鍋爐房DCS系統(tǒng)的功能和組成簡(jiǎn)介

①操作管理層：本層主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的操作及監(jiān)控、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及分析等功能，由專用于工業(yè)的計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器、鍵盤及鼠標(biāo)等組成。操作員站主要完成對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程的監(jiān)控。工程師站進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試、運(yùn)行軟件的組態(tài)和參數(shù)調(diào)整。工程師站可以作為操作員站使用。

在鍋爐房?jī)x表控制室設(shè)置4個(gè)操作員站、1個(gè)工程師站、1個(gè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)站。

②過(guò)程控制層：本層主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的順序控制、節(jié)能控制的算法實(shí)現(xiàn)等功能。由安裝在控制柜內(nèi)的DCS現(xiàn)場(chǎng)控制器、各種I/O模塊，中間繼電器，直流電源等組成，是DCS的主要設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)各類熱工儀表，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，與電氣控制柜連接的大量電纜等均接入I/O控制柜。設(shè)置兩臺(tái)互為冗余的過(guò)程控制器，采用雙網(wǎng)卡連接。本項(xiàng)目由于輔助間內(nèi)的除氧器系統(tǒng)、軟化水系統(tǒng)、換熱機(jī)組布置位置距離控制室較遠(yuǎn)，并且檢測(cè)控制點(diǎn)數(shù)量較多，約240點(diǎn)，因此在鍋爐房輔助間內(nèi)單獨(dú)設(shè)置一個(gè)遠(yuǎn)程I/O柜。

③現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及控制層：本層主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、指令執(zhí)行、現(xiàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)保護(hù)等功能，由安裝在受控機(jī)電設(shè)備上的各類傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。采集到的信號(hào)如熱網(wǎng)供回水溫度、壓力等參數(shù)通過(guò)過(guò)程控制層上傳至操作管理層，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控功能。

3.1.2本工程的控制調(diào)節(jié)手段

①鍋爐自循環(huán)系統(tǒng)：當(dāng)外部流量低于鍋爐最小流量時(shí)，開(kāi)啟自循環(huán)泵，使鍋爐內(nèi)的流量保持在安全范圍內(nèi)。

控制方式：DCS檢測(cè)鍋爐出水流量，當(dāng)流量低于DCS設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)泵，根據(jù)出水流量用PID調(diào)節(jié)循環(huán)泵的頻率，系統(tǒng)流量作為比較值，當(dāng)系統(tǒng)流量大于等于設(shè)定出水流量時(shí)，停止循環(huán)泵。鍋爐鍋爐自循環(huán)泵控制原理流程圖如圖2所示。

②鼓風(fēng)機(jī)頻率調(diào)節(jié)：使?fàn)t膛壓力穩(wěn)定在微正壓上面，減少爐膛壓力的波動(dòng)，保證燃燒的穩(wěn)定性。

控制方式：檢測(cè)爐膛壓力和風(fēng)道壓力，DCS進(jìn)行進(jìn)行差壓計(jì)算，根據(jù)壓差和設(shè)定值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，煙氣氧含量作為干擾量，輸出信號(hào)給變頻器。鼓風(fēng)機(jī)控制原理流程圖如圖3所示。

③鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)：根據(jù)用戶需求負(fù)荷，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)、氣配比，使鍋爐出力滿足用戶要求。

控制方式：檢測(cè)鍋爐出水溫度，和DCS設(shè)定溫度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)信號(hào)輸出給風(fēng)門調(diào)節(jié)閥，風(fēng)門調(diào)節(jié)閥動(dòng)作后，檢測(cè)當(dāng)前風(fēng)量，再計(jì)算出需要的燃?xì)饬浚俑鶕?jù)燃?xì)饬縼?lái)控制燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥開(kāi)度，減負(fù)荷時(shí)，先調(diào)節(jié)燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥，再調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)節(jié)閥。鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)控制原理流程圖如圖4所示。

3.2DCS在鍋爐房自控系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)分析

3.2.1鍋爐群控

DCS系統(tǒng)的優(yōu)越性在于其利用計(jì)算機(jī)靈活編程，可根據(jù)系統(tǒng)工況或用戶使用要求設(shè)定相應(yīng)的工藝系統(tǒng)運(yùn)行策略。在安裝多臺(tái)鍋爐的鍋爐房，DCS系統(tǒng)可根據(jù)室外溫度結(jié)合供暖面積初步判斷熱負(fù)荷變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷及啟停臺(tái)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐群控功能，達(dá)到節(jié)能高效供暖的目的。

3.2.2節(jié)能

在如今運(yùn)行的鍋爐房中像循環(huán)泵、補(bǔ)水泵這種長(zhǎng)期運(yùn)行的設(shè)備采用變頻技術(shù)，自動(dòng)根據(jù)負(fù)荷情況進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，有效的起到節(jié)能的效果。

3.2.3鍋爐的一鍵啟停

將鍋爐熱水系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行流程中參與工況的閥門設(shè)為電動(dòng)閥，必要的位置設(shè)置溫度、壓力、流量等檢測(cè)點(diǎn)，并將以上信號(hào)接至DCS。燃?xì)鉄崴仩t的燃燒器多為配套BMS（燃燒管理系統(tǒng)）的外資產(chǎn)品，智能化程度很高，將BMS信號(hào)接至DCS。以上硬件手段加上DCS軟件的合理編程完全可以實(shí)現(xiàn)鍋爐的一鍵啟停，減輕司爐工的工作壓力，并能夠可靠的保障鍋爐的穩(wěn)定安全運(yùn)行。

4DCS系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題

4.1流量計(jì)直管段

不同類型的流量計(jì)對(duì)于前后直管段的要求不同，例如電磁流量計(jì)要求前5 D后3 D，但是孔板流量計(jì)要求前20 D，后10 D，所以在設(shè)計(jì)流量計(jì)的工藝管道，一定要和工藝專業(yè)配合，留出足夠的直管段，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.2熱電阻、熱電偶的選擇

規(guī)范《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16-2008的第24.2.1條規(guī)定測(cè)量爐膛溫度與煙氣溫度應(yīng)選用熱電偶。測(cè)量蒸汽溫度與熱水溫度應(yīng)選用熱電阻。有的設(shè)計(jì)人員以被測(cè)對(duì)象溫度高低作為選擇熱電阻和熱電偶的適用場(chǎng)合是不夠準(zhǔn)確的。

5結(jié)語(yǔ)

DCS系統(tǒng)以其優(yōu)越的穩(wěn)定性，良好的可擴(kuò)展性和兼容性，在當(dāng)今的自控領(lǐng)域占有重要的地位。隨著自控技術(shù)的日新月異，在未來(lái)的日子中，DCS系統(tǒng)一定能夠解放供熱工人的雙手，以高度智能化實(shí)現(xiàn)供熱廠可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，為用暖用戶提供一個(gè)溫馨舒適的環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王常力，羅安.分布式控制系統(tǒng)（DCS）設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例(第2版)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2010.