循環(huán)流化床鍋爐控制中的集散控制系統(tǒng)之分析

隋強

摘 要：循環(huán)流化床鍋爐是一種高效、低污染、清潔燃燒的新型燃煤鍋爐，其燃料適應(yīng)性較高，能夠更好的調(diào)節(jié)負荷，從而逐漸在工業(yè)上流行開來，成為燃煤鍋爐技術(shù)中的主要生力軍。通過循環(huán)流化床鍋爐而產(chǎn)生的新型的鍋爐控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐的實時監(jiān)控，從而保證這種新型燃煤技術(shù)的鍋爐機組能夠自動運行，保證熱電廠的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;集散控制系統(tǒng);上位機;下位機

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是一種新型的燃煤技術(shù)，較其他類型的鍋爐，擁有更加優(yōu)越的性能。然而，在將其應(yīng)用于工業(yè)化和大型化時，很多問題凸現(xiàn)出來。這些問題中包括了循環(huán)流化床本身的設(shè)計問題以及自身結(jié)構(gòu)的不足。循環(huán)流化床鍋爐不同于煤粉爐和重油爐，因此，造成其在進行燃燒時無法完美控制其自動化進行，主要表現(xiàn)是不同的燃煤工況會出現(xiàn)不同的燃燒狀態(tài)。

1、集散控制系統(tǒng)的硬件組成

集散控制系統(tǒng)的硬件由兩大主要部分組成，分別是上位機和下位機，這兩項組成部分分別承擔(dān)不同的管理任務(wù)。上位機的主要任務(wù)是完成人機界面的協(xié)調(diào)和控制等功能，而下位機則是完成相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和對工作過程進行控制。為了使系統(tǒng)的功能運行更加可靠、穩(wěn)定，上下位機采用冗余的配置結(jié)構(gòu)。

1.1 下位機介紹

HC900是honeywell公司的一種適應(yīng)中小型用戶和設(shè)備的集成控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⒍喾N控制策略結(jié)合到一起，包括連續(xù)控制和順序控制等。其具有分散的模塊化結(jié)構(gòu)和先進的控制功能，可以將用戶對設(shè)備的連續(xù)及離散控制整合到一起，然后通過全開放的通訊標準，實現(xiàn)廠景的實時監(jiān)控。HC900具有模塊化結(jié)構(gòu)，能夠更加方便的對用戶設(shè)備進行升級和擴展，具有先進的以太網(wǎng)接口，因此，能夠和多款第三方軟件或者設(shè)備進行通訊。HC900具有較多類型的遠程I/O口，該I/O接口具備熱插拔功能。因此，用戶不需要停止設(shè)備的運行，就可以對I/O卡件進行維護。此外，HC900具有圖形化組態(tài)功能，可以同時支持5000個功能模塊的操控。

1.2 上位機介紹

上位機采用工業(yè)級的計算機產(chǎn)品，該計算機具備穩(wěn)定性高、故障率低、擴張性強等特點。上位機上采用GE公司的IFIX組態(tài)軟件。IFIX是世界上最流行的工業(yè)控制監(jiān)控軟件之一，將集中控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人機界面技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合為一體，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和生產(chǎn)過程的實時控制監(jiān)控等，因此具有很強的適應(yīng)性和通用性，在工業(yè)和化工等生產(chǎn)領(lǐng)域中得到大面積應(yīng)用。通過計算機對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控和對數(shù)據(jù)進行采集等。上位機具有穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)架構(gòu)，同時還具有高效的數(shù)據(jù)庫，在運行中取得了較好的應(yīng)用效果。

IFIX系統(tǒng)是一個集成式的軟件包。可以利用網(wǎng)絡(luò)將自身的服務(wù)程序同其他的組件進行數(shù)據(jù)的交換和共享。其有著先進的圖形開發(fā)環(huán)境，能夠?qū)⒚嫦驅(qū)ο蟮膱D形技術(shù)應(yīng)用到其中，然后快速進行組態(tài)和運行模式的切換。IFIX核心是分布式的實時數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和報警信息進行處理。

2、集散控制系統(tǒng)的功能

該集散控制系統(tǒng)的功能分為二大部分，分別是現(xiàn)場控制層和操作運轉(zhuǎn)層。

2.1 現(xiàn)場控制層

現(xiàn)場控制層包括多個組成部分，大致可分為過程控制站、各種傳感器、輸入輸出I/O卡件等，能夠?qū)崿F(xiàn)運行參數(shù)的采集和回路的控制等。過程控制站是整個控制系統(tǒng)的核心，能夠利用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到運轉(zhuǎn)層的計算機中。其主要的組成是HC900控制器，該控制器具有多種功能模塊可進行組合，包括基本的CPU模塊、通訊模塊和電源模塊等，其中的通訊模塊及其I/O卡件支持帶電熱插拔功能。為了提高該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，CPU模塊和電源等模塊都必須采用冗余結(jié)構(gòu)。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，自控系統(tǒng)可以自動切換到備用器件上，從而保證自控系統(tǒng)的連續(xù)運行。

HC900控制器與傳統(tǒng)的PLC控制器相比，具有連續(xù)的控制功能，能夠?qū)D形的組態(tài)進行順序控制，從而實現(xiàn)在線監(jiān)視和數(shù)據(jù)控制等功能。

2.2 操作運轉(zhuǎn)層

操作運轉(zhuǎn)層主要由操作員站和工程師站組成，主要是用來監(jiān)視和控制設(shè)備的安全運行，通過手動或者自動兩種方式實現(xiàn)設(shè)備的控制。操作運轉(zhuǎn)層不僅能夠?qū)﹀仩t的生產(chǎn)過程進行控制和監(jiān)測，還具有更多的拓展功能：第一，實時動畫模塊，能夠通過計算機顯示器實現(xiàn)系統(tǒng)總貌的顯示，以及報警和分組等信息的顯示。此外，對于動態(tài)流程圖、歷史曲線以及實時趨勢等也能進行良好的顯示。操作運轉(zhuǎn)層方便直觀的顯示模式，使操作人員僅僅站在監(jiān)控臺前，就能實現(xiàn)如同查看常規(guī)儀表和控制設(shè)備的相同操作功能。第二，參數(shù)報警功能，該功能能夠?qū)ΜF(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行分析，然后形成報警信息，系統(tǒng)根據(jù)檢測到的報警程度的高低，進行不同程度的報警警示。此外，系統(tǒng)還能夠?qū)⒊霈F(xiàn)故障的地點進行顯示，從而方便相關(guān)人員的維修。第三，事故情況下設(shè)備的聯(lián)鎖控制功能。鍋爐是一種危險的高壓容器，在生產(chǎn)中，鍋爐安全運行是非常重要的。因此，在重要的環(huán)節(jié)系統(tǒng)進行了事故連鎖關(guān)機功能，能夠大大降低安全事故的發(fā)生率。第四，對鍋爐的運行成本和收益進行計算，根據(jù)鍋爐的生產(chǎn)效率和成本消耗等，得到鍋爐運行產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。第五，對鍋爐安全性的管理，主要是根據(jù)鍋爐運行的各種實時數(shù)據(jù)，判斷鍋爐是否處于安全生產(chǎn)狀態(tài)。第六，故障診斷功能，主要是結(jié)合得到的實時數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)相應(yīng)的推理和判斷程序，對鍋爐運行中的主要設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控和診斷。

3、總結(jié)

本文主要對循環(huán)流化床鍋爐集散控制系統(tǒng)的硬件和軟件進行了分析，并對該系統(tǒng)的組成和工作原理等進行了詳細的介紹。其深入的自控運行方式，大大提高了鍋爐的生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，降低污染，還能夠使鍋爐系統(tǒng)的各項參數(shù)保持穩(wěn)定，滿足鍋爐運行的生產(chǎn)要求。

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