燃?xì)忮仩tABB自動(dòng)控制系統(tǒng)分析

康文博

摘 要：燃?xì)忮仩t的DCS自動(dòng)控制可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)化，提升蒸汽質(zhì)量和鍋爐的燃燒效率。本文從燃?xì)忮仩t的DCS控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)、主回路的控制原理等方面進(jìn)行分析探討，以促進(jìn)燃?xì)忮仩t的可靠、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：燃?xì)忮仩t DCS 自動(dòng)控制 系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TF748 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0099-01

近年來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，如在能源應(yīng)用中產(chǎn)生的浮塵、尾氣、煤煙等有害物質(zhì)時(shí)刻損害著人們的健康，也給環(huán)境的治理帶來(lái)了很大的困難。而鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣如果不加以利用直接放散，既浪費(fèi)能源，同時(shí)嚴(yán)重污染環(huán)境，因此如何能將這些煤氣利用起來(lái)，變廢為寶就顯得十分重要，而本文將要提到的燃?xì)忮仩t就很好的解決了這一問(wèn)題，通過(guò)一套完整的DCS控制系統(tǒng)，將煤氣作為燃料，生產(chǎn)蒸汽，用于汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。

1 燃?xì)忮仩t自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

此控制系統(tǒng)采用二級(jí)監(jiān)控的形式，即分為上位機(jī)和下位機(jī)兩種子系統(tǒng)，上位機(jī)主要的工作是接受下位機(jī)傳輸來(lái)的信息，對(duì)鍋爐運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢測(cè)存在的故障并進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置；而下位機(jī)接受上位機(jī)下傳的指令，主要包含輸入模塊、執(zhí)行模塊、現(xiàn)場(chǎng)控制模塊和人機(jī)交互模塊，其主要的工作是現(xiàn)場(chǎng)控制，負(fù)責(zé)燃?xì)忮仩t運(yùn)行總的參數(shù)調(diào)整，并將得到的信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。

1.1 DCS控制系統(tǒng)的構(gòu)成

自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要分為兩大部分：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包含現(xiàn)場(chǎng)控制模塊、中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集模塊，現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)采用ABB AC800F，通過(guò)兩對(duì)以太網(wǎng)通訊模塊EI813實(shí)現(xiàn)控制器冗余以及同上位機(jī)的通訊。數(shù)據(jù)采集與控制信號(hào)輸出分別采用模擬量輸入輸出模塊AI810/AO810，數(shù)字量輸入輸出模塊DI810/DO810實(shí)現(xiàn)。溫度采集通過(guò)AI830/AI835實(shí)現(xiàn)。其他現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)與反饋通過(guò)總線通訊模塊FI830與現(xiàn)場(chǎng)總線模塊圖爾克系列組件走Profibus協(xié)議實(shí)現(xiàn)。而中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用DELL OP系列商務(wù)機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)控制模塊與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊采用以太網(wǎng)通訊方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集模塊包括壓力傳感裝置、溫度傳感裝置、流量計(jì)、水位傳感裝置和火焰監(jiān)視器等設(shè)備。編程語(yǔ)言主要采用功能塊與梯形圖相結(jié)合的方式，便于理解與后期維護(hù)。

1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）簡(jiǎn)潔的人機(jī)對(duì)話：此類對(duì)話方式不僅實(shí)用，而且快速簡(jiǎn)潔，通過(guò)復(fù)合窗口技術(shù)，可以對(duì)各控制回路的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的監(jiān)視，并形成數(shù)據(jù)報(bào)表和實(shí)時(shí)的工藝流程圖，可以簡(jiǎn)單明了的展示各工藝測(cè)點(diǎn)的歷史記錄。

（2）自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)：信息通過(guò)控制器傳遞到中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)之后，可以經(jīng)過(guò)系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原，可以有效提升系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信的安全新與可靠性。

（3）控制單元的集中化安裝：各個(gè)控制單元可以安裝在被控設(shè)備周圍，實(shí)現(xiàn)集中化的安裝，可以節(jié)省費(fèi)用，又能提高運(yùn)行的速度。

（4）數(shù)據(jù)交換的簡(jiǎn)潔性：通過(guò)I/O接口和人機(jī)接口，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行信息的收集、監(jiān)控、記錄和操作等，并且可以進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、回路的修改和局部故障的檢修，具有很好的簡(jiǎn)潔性。

（5）模塊化的操作：工程師可以將不同設(shè)備的控制模塊設(shè)置到不同的控制單元上，方便對(duì)各種控制單元進(jìn)行模塊化的功能修改、維修、調(diào)試等，提高工作的可靠性和效率，也方便針對(duì)性的維修。

2 燃?xì)忮仩t的DCS自動(dòng)控制的主要回路和方案分析

2.1 燃燒控制子系統(tǒng)

鍋爐燃燒控制子系統(tǒng)的功能是根據(jù)主汽壓力的變化來(lái)調(diào)整進(jìn)入爐內(nèi)的燃料量，通過(guò)調(diào)節(jié)燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥來(lái)達(dá)到目的，同時(shí)調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的入口擋板的開(kāi)度可以確保進(jìn)氣量的合理分配，主汽壓力調(diào)節(jié)器的輸出設(shè)定燃?xì)饬髁恐?，并且由壓力傳感器反饋蒸汽壓力檢測(cè)值，與設(shè)定的值進(jìn)行比較，燃?xì)庹{(diào)節(jié)回路將反饋信號(hào)納入到其中，如果蒸汽壓力大，就減小燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度，反之，蒸汽壓力小時(shí)，就增加燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度，使壓力值保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，其控制的流程如圖1所示。

2.2 爐膛負(fù)壓控制子系統(tǒng)

燃燒工作是否穩(wěn)定可以通過(guò)爐膛的負(fù)壓來(lái)體現(xiàn)，而且爐膛負(fù)壓是鍋爐運(yùn)行監(jiān)控中的重要參考指標(biāo)，如果爐膛負(fù)壓過(guò)小，甚至正壓，爐膛可能會(huì)向外噴火，給設(shè)備和工作人員帶來(lái)危害；如果爐膛負(fù)壓過(guò)高，則漏風(fēng)量快速上升，增加排煙損失，帶來(lái)很大的損耗，因而控制正常的爐膛負(fù)壓是保持燃?xì)忮仩t安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)。而爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定可以通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)控制引風(fēng)量，將負(fù)壓信號(hào)反饋到PID調(diào)節(jié)程序中，同時(shí)負(fù)壓調(diào)節(jié)器可以根據(jù)風(fēng)機(jī)信號(hào)的反饋信息來(lái)影響輸出端的調(diào)節(jié)器，控制風(fēng)門擋板開(kāi)度，保持負(fù)壓趨于平穩(wěn)。

2.3 鍋爐汽包水位控制子系統(tǒng)

鍋爐汽包水位的變化如果幅度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致汽包內(nèi)滿水或空水的情況，影響整體的生產(chǎn)安全，當(dāng)汽包水位過(guò)低時(shí)，負(fù)載加大會(huì)加速水的汽化速度，導(dǎo)致汽包內(nèi)空水的現(xiàn)象，容易發(fā)生爆炸或燒壞；當(dāng)汽包水位過(guò)高時(shí)，會(huì)給水分離裝置的正常工作帶來(lái)隱患，導(dǎo)致蒸汽水分過(guò)多，加熱器結(jié)垢嚴(yán)重?zé)龎脑O(shè)備，影響設(shè)備的安全性和經(jīng)濟(jì)性能。汽包水位控制有單沖量、雙沖量和三沖量的控制模式，而單沖量、雙沖量無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜的鍋爐要求，一般選用三沖量的控制模式。汽包水位的影響因素主要有給水流量、蒸汽流量，當(dāng)蒸汽流量增加或減少會(huì)造成汽包水位的波動(dòng)，給水流量也會(huì)發(fā)生波動(dòng)，以維持蒸汽流量和給水流量的平衡，確保鍋爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。以給水流量作為串級(jí)信號(hào)，蒸汽流量作為前饋信號(hào)，分別構(gòu)成副調(diào)節(jié)回路和前饋調(diào)節(jié)回路，以鍋爐汽包水位測(cè)量信號(hào)作為主調(diào)節(jié)回路，構(gòu)成前饋-串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

燃?xì)忮仩t廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和能源行業(yè)，實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t的智能化和自動(dòng)化控制可以有效提升其工作效率，減少污染。采用DCS自動(dòng)控制可以進(jìn)行全程的監(jiān)控，不僅可以提高其自燃燒效率，而且保證鍋爐穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)省運(yùn)行能耗，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，相關(guān)研究值得深入以進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍。

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