基于DCS的鍋爐自動化系統(tǒng)

摘要：在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過程中，DCS鍋爐自動化系統(tǒng)是工業(yè)自動化體系中的重要構(gòu)成部分。當(dāng)前DCS技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，操作理念和技術(shù)已經(jīng)非常成熟。DCS這種技術(shù)的本質(zhì)是通過PC局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的突出性和可靠性。本文結(jié)合我國工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，對于DCS鍋爐自動化系統(tǒng)的控制進(jìn)行介紹，并對其基本構(gòu)成組件與故障排除進(jìn)行了分析，希望能幫助進(jìn)一步提高DCS自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動化控制 DCS系統(tǒng) 鍋爐控制

中圖分類號：TM621.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0011-02

社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷推動著人類生產(chǎn)力的提高。近年來，工業(yè)自動化控制技術(shù)有了長足發(fā)展，這也直接推動了DCS控制系統(tǒng)在鍋爐自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用以及發(fā)展。該系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性對于整個(gè)控制系統(tǒng)具有非常重要的意義。在DCS鍋爐自動化控制系統(tǒng)中，關(guān)鍵的能夠起到紐帶連接作用的是系統(tǒng)的自動化儀表控制系統(tǒng)。隨著現(xiàn)在社會的發(fā)展，企業(yè)對于自動化控制系統(tǒng)的要求和控制規(guī)模越來越高，這必然要求相關(guān)的技術(shù)人員也要進(jìn)一步提高對自動化控制系統(tǒng)的操作能力，加強(qiáng)對自動化控制系統(tǒng)的相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，以便于在DCS鍋爐自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程中能夠發(fā)現(xiàn)存在的問題并解決這些問題，保證系統(tǒng)安全、可靠、高效的運(yùn)行，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 DCS控制系統(tǒng)的組成

目前DCS控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中得到了比較廣泛的應(yīng)用，而且取得了一定的成果。該系統(tǒng)是一種集散控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，該系統(tǒng)主要的控制原則是“集中操作、分散控制”[1]。DCS控制系統(tǒng)的組成可以簡單的分為上、下位兩個(gè)系統(tǒng)。上位系統(tǒng)連接著總系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)，可以對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲與處理；同時(shí)通過自身的組態(tài)軟件功能能夠?qū)崿F(xiàn)對打印等控制參數(shù)的設(shè)置工作，并對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)督，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況立即報(bào)警處理。在上位系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，最重要的一點(diǎn)是它能夠?qū)?shù)據(jù)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)督，然后通過軟件的分析，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

下位控制系統(tǒng)則主要由PLC系統(tǒng)所組成，該系統(tǒng)多與現(xiàn)場的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行連接，以便于將DCS控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備之間進(jìn)行通訊或者數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)上下位系統(tǒng)之間也具有通訊連接功能，這樣可以對系統(tǒng)的整體運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控。當(dāng)前，基礎(chǔ)的應(yīng)用組件也是應(yīng)用比較廣泛的應(yīng)用組件有S7-300系列的硬件，平臺界面大多采用windows2010，監(jiān)控軟件多選擇WINCCV6.0。

2 DCS鍋爐自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

通過在工業(yè)生產(chǎn)中引入自動化控制系統(tǒng)，所有的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)操作人員都可以不必參與，而只在電腦端上完成指令輸入即可。而且自動化控制系統(tǒng)的連接控制都是通過預(yù)先編制好的程序進(jìn)行操作，其運(yùn)行過程中出現(xiàn)錯誤的幾率較低。這也是應(yīng)用DCS鍋爐自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)勢[2]。通過在傳統(tǒng)的鍋爐系統(tǒng)中引入DCS控制系統(tǒng)，可以在實(shí)現(xiàn)鍋爐控制系統(tǒng)全面自動化的同時(shí)，提高鍋爐系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率、節(jié)約能源，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。而且該系統(tǒng)還具備自身故障監(jiān)控檢測與分析功能，一旦在運(yùn)行過程中設(shè)備出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會自動報(bào)警并進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)急處理。

由于DCS控制系統(tǒng)具有分散控制的特性，所以在控制過程中控制過程更加靈活方便，協(xié)調(diào)性強(qiáng)。在運(yùn)行過程中過程控制級以及過程監(jiān)控級都與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了連接，具有通訊、監(jiān)控、控制等綜合能力，而且易于保養(yǎng)維護(hù)，性能穩(wěn)定性高。應(yīng)用鍋爐DCS自動控制系統(tǒng)的主要目的是為了對熱源廠的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測與控制。熱源廠的工藝系統(tǒng)多采用64MW的熱水鏈條鍋爐。該鍋爐的功率計(jì)算公式如下：

通過該公式可以對鏈條式鍋爐的功率P進(jìn)行計(jì)算。其中T為設(shè)備的自動控制運(yùn)轉(zhuǎn)周期，而t表示運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。DCS鍋爐自動化控制系統(tǒng)中負(fù)責(zé)監(jiān)測的主要是上位系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中采用了具有開放性和靈活性的TCP/IP協(xié)議，通過該協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)熱源廠的鍋爐系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)測，并根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)情況進(jìn)行分析采取相應(yīng)的控制措施，同時(shí)還具有報(bào)警功能、報(bào)表存儲以及輸出功能等。畫面的監(jiān)測多采用組態(tài)顯示的方式，更加具有靈活性和安全性。

3 鍋爐供熱儀表控制系統(tǒng)分析

在鍋爐自動化控制系統(tǒng)中，對鍋爐供熱進(jìn)行控制儀表系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的最關(guān)鍵的部分，如圖1所示[3]。在DCS鍋爐自動化控制系統(tǒng)中，所有的控制器全部采用了由美國AB公司生產(chǎn)制造的SLC500現(xiàn)場控制器。該控制器具有以下功能：

系統(tǒng)的控制器與設(shè)備的儀器儀表，比如溫度傳感器、壓力傳感器等進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場儀器儀表的控制和資料的收集；通過對儀器儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與分析后會發(fā)出相對應(yīng)的操作指令，指令到達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)后被執(zhí)行；通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行控制，對鍋爐的監(jiān)控中心以及監(jiān)控現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)收集傳輸，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)分析處理后發(fā)出的調(diào)控指令對鍋爐的系統(tǒng)整體進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)熱工檢測、自動調(diào)節(jié)等功能。需要注意的一點(diǎn)是為了提高在運(yùn)行過程中的監(jiān)測效率，可以將現(xiàn)場的儀器儀表裝設(shè)信號發(fā)送器，這樣便可以通過信號發(fā)送實(shí)現(xiàn)對儀器儀表的檢測。系統(tǒng)中的主要信號應(yīng)該包括溫度熱電阻、熱電偶信號；壓力變送器信號；流量計(jì)信號；微差壓傳感器信號等。對于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集也很重要，比如鍋爐進(jìn)出口溫度、風(fēng)壓、煙氣量以及進(jìn)出口的水壓等，這些數(shù)據(jù)也是控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時(shí)的重要依據(jù)。DCS控制系統(tǒng)中的上位系統(tǒng)會將這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步的整理后傳輸?shù)较到y(tǒng)的控制器中，控制器根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算并發(fā)出指令。

4 DCS鍋爐自動化控制系統(tǒng)調(diào)試

在對DCS鍋爐自動化控制系進(jìn)行調(diào)試時(shí)，調(diào)試流程如下：①對鍋爐的整體運(yùn)行情況和各儀器儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，確保正常；②檢查系統(tǒng)中給定點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸功能；③對系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)執(zhí)行器進(jìn)行檢查，卻把信號給定，并對執(zhí)行器的軟手操切換進(jìn)行仔細(xì)檢查，同時(shí)對設(shè)備的正常運(yùn)行情況進(jìn)行檢查；④對各個(gè)手操器的自動模式切換進(jìn)行檢查，確保正常。

執(zhí)行完以上檢查準(zhǔn)備工作后，開始對系統(tǒng)進(jìn)行自動調(diào)試，流程如下：

①將系統(tǒng)DCS與設(shè)備調(diào)試電腦進(jìn)行連接，啟動調(diào)試程序；先進(jìn)行引風(fēng)機(jī)調(diào)試，如圖2所示，對負(fù)壓表的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定負(fù)壓值，同時(shí)對系統(tǒng)內(nèi)的控制參數(shù)初始值進(jìn)行調(diào)整，將系統(tǒng)切入到自動控制。②對設(shè)備的運(yùn)行情況以及相關(guān)儀表的數(shù)值進(jìn)行記錄。引風(fēng)機(jī)調(diào)試完畢后需要對鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過程與引風(fēng)機(jī)類似，需要先對鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓表數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)初始值進(jìn)行設(shè)定，然后切入到自控程序，觀察記錄設(shè)備的運(yùn)行情況。③隨后需要對給煤機(jī)進(jìn)行調(diào)試[4]。在對給煤機(jī)進(jìn)行調(diào)試的過程中，在對系統(tǒng)參數(shù)初始值進(jìn)行設(shè)定后，需要設(shè)置給煤機(jī)控制參數(shù)，然后切入自控程序，觀察記錄設(shè)備的整體運(yùn)行情況以及相關(guān)儀表的讀數(shù)。④爐排電機(jī)調(diào)試：在調(diào)試時(shí)要先對鍋爐出口的水溫進(jìn)行檢測，并設(shè)定數(shù)值，對儀表的初始值進(jìn)行修改，記錄數(shù)據(jù)切入自動控制程序，觀察設(shè)備的運(yùn)行情況。⑤自動調(diào)試結(jié)束，對各環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行情況以及相關(guān)儀器儀表的顯示值進(jìn)行觀察記錄。

5 DCS控制系統(tǒng)的連鎖

在DCS鍋爐自動化控制系統(tǒng)中，鍋爐的保護(hù)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。由于不同的鍋爐其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、容量和運(yùn)行特點(diǎn)都不相同，DCS系統(tǒng)的設(shè)置也不相同，不過一般都具有鼓風(fēng)、引風(fēng)的連鎖保護(hù)，并且具有爐排連鎖保護(hù)。通過連鎖保護(hù)可以有效的提高鍋爐爐膛內(nèi)的空氣與爐膛外的空氣的流通性，從而滿足爐膛內(nèi)的負(fù)壓要求。在啟動系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該先啟動系統(tǒng)的引風(fēng)，隨后再啟動系統(tǒng)的鼓風(fēng)，如果把兩者啟動順序弄反了可能會造成無法啟動系統(tǒng)鼓風(fēng)的情況，所以一定要嚴(yán)格的按照操作規(guī)范進(jìn)行操作，提高系統(tǒng)的安全運(yùn)行系數(shù)[5]。

需要注意的一點(diǎn)是，如果在鍋爐運(yùn)行過程中，出現(xiàn)諸如引風(fēng)系統(tǒng)停止工作的情況，那么由于連鎖作用，同時(shí)也會導(dǎo)致鼓風(fēng)停止運(yùn)行，緊接著也會導(dǎo)致爐排停止工作，整個(gè)系統(tǒng)就基本處于非工作狀態(tài)。這樣設(shè)計(jì)主要是為了避免當(dāng)鍋爐的引風(fēng)停止工作造成爐膛內(nèi)負(fù)壓過大造成爆炸事故。

6 DCS系統(tǒng)儀表系統(tǒng)故障處理

在DCS鍋爐自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，由于熱源廠的環(huán)境比較特殊，尤其是高溫環(huán)境，所以在應(yīng)用過程中常常造成相關(guān)的儀表設(shè)備發(fā)生故障。出現(xiàn)異常狀況時(shí)，對于故障進(jìn)行原因分析時(shí)難點(diǎn)也是重點(diǎn)，這對于設(shè)備的維修工作具有非常重要的幫助作用。在對儀表故障進(jìn)行分析時(shí)，首先需要對系統(tǒng)的運(yùn)行流程以及設(shè)備的特性作必要的了解和熟悉，然后再根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)對儀表設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。在對設(shè)備的故障原因進(jìn)行分析時(shí)，要根據(jù)相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)以及儀表的量程等進(jìn)行檢查并記錄，要按照一定的順序進(jìn)行，先對儀表儀器進(jìn)行檢查，隨后再對系統(tǒng)的變送器部分進(jìn)行檢查，然后再對系統(tǒng)的后臺設(shè)備進(jìn)行檢查，這樣逐項(xiàng)的進(jìn)行分析，尋找造成設(shè)備故障的原因[6]。在進(jìn)行故障原因分析時(shí)，還要注意的一點(diǎn)是由于DCS鍋爐自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行特性，還需要考慮到生產(chǎn)負(fù)荷以及機(jī)組變化所產(chǎn)生的影響。所以在對設(shè)備故障進(jìn)行分析時(shí)，要綜合各方面因素進(jìn)行綜合分析。

7 結(jié)語

綜上所述，本文對DCS鍋爐自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析。通過將自動化控制系統(tǒng)引入到鍋爐控制系統(tǒng)中，可以有效地提高鍋爐的運(yùn)行效率，降低能源消耗，同時(shí)DCS自動控制系統(tǒng)操作簡單、靈活，維修簡單，對環(huán)境污染低。所以通過在工業(yè)控制系統(tǒng)中引入這種新型的自動化控制系統(tǒng)，既提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，同時(shí)又降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，應(yīng)該進(jìn)一步在工業(yè)控制領(lǐng)域擴(kuò)大自動化系統(tǒng)的應(yīng)用。

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收稿日期：2016-09-21

作者簡介：耿鵬飛（1969—），男，陜西西安人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：集中供熱自動控制系統(tǒng)。