鍋爐控制系統(tǒng)中DCS的應(yīng)用研究

嚴(yán)緒安

（陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司，陜西 渭南 714100）

DCS與分散的儀表控制及集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)皆不相同，其融合了兩者的優(yōu)勢(shì)且將兩者缺陷克服，具有較強(qiáng)的通用性、完善的控制功能，同時(shí)系統(tǒng)組態(tài)靈活、人機(jī)界面友好、數(shù)據(jù)處理便捷、安裝簡(jiǎn)單規(guī)范、現(xiàn)實(shí)操作集中、運(yùn)行安全可靠，可實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)管理與自動(dòng)化水平。除此之外，DCS還具備更高的勞動(dòng)生產(chǎn)率，能減少能源及原材料的消耗，有利于經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益的穩(wěn)步提升。

1 DCS系統(tǒng)的構(gòu)成

DCS控制系統(tǒng)主要是由上位及下位系統(tǒng)等兩個(gè)部分構(gòu)成。其中，上位系統(tǒng)與總系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)相連，負(fù)責(zé)收集、存儲(chǔ)、處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。上位系統(tǒng)由控制計(jì)算機(jī)全面控制，在其自身組態(tài)軟件功能的運(yùn)用下能夠設(shè)置并調(diào)整控制參數(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)異常會(huì)即刻進(jìn)行警告。上位系統(tǒng)運(yùn)行中，監(jiān)控是最為關(guān)鍵的內(nèi)容，能為系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障[1]。而下位系統(tǒng)則是由PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成，與現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接的PLC系統(tǒng)，能將DCS控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊實(shí)現(xiàn)。連接上、下位系統(tǒng)之后，能夠動(dòng)態(tài)化監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。

2 DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)功能

2.1 鍋爐燃燒過程控制

燃燒過程控制旨在確保燃料通過燃燒能夠產(chǎn)生可將外界對(duì)鍋爐輸出蒸汽負(fù)荷提出的要求滿足，使鍋爐能夠與經(jīng)濟(jì)安全的運(yùn)用要求相適應(yīng)。而要想實(shí)現(xiàn)更為經(jīng)濟(jì)的燃燒過程，在調(diào)節(jié)燃料與負(fù)荷的同時(shí)，還需要將引風(fēng)、送風(fēng)量改變并調(diào)節(jié)，而這一過程主要由三方面任務(wù)構(gòu)成：首先，確保出口蒸汽壓力水平始終保持穩(wěn)定，一旦蒸汽壓力和定值有變化產(chǎn)生，應(yīng)當(dāng)將鍋爐燃燒值即刻控制，以便鍋爐出口蒸汽壓力能夠重新與給定值要求和標(biāo)準(zhǔn)相符合；其次，保持爐膛內(nèi)部剩余空氣系數(shù)的數(shù)值水平得以始終保持在最佳，確保送風(fēng)量、燃燒量比例保持在穩(wěn)定狀態(tài)，通過最低熱量的耗費(fèi)達(dá)成完全燃燒的效果；最后，確保爐膛負(fù)壓數(shù)值保持穩(wěn)定，一旦送風(fēng)量有變化產(chǎn)生，必然會(huì)影響引流量，如此不會(huì)影響爐膛負(fù)壓數(shù)水平，鍋爐運(yùn)行能夠更經(jīng)濟(jì)、安全。

2.2 汽包水位控制

鍋爐汽包水位控制過程中，頻頻出現(xiàn)水位虛假的情況，而在汽包水位檢測(cè)中，基本是以三沖量控制系統(tǒng)進(jìn)行的。該系統(tǒng)在鍋爐汽包水位控制中所發(fā)揮的作用主要包含下述兩方面：其一，可實(shí)現(xiàn)鍋爐氣泡水位控制精度的顯著提升[2]。鍋爐工作期間，時(shí)常會(huì)有蒸汽量加劇的情況出現(xiàn)，如此一來就會(huì)有虛假水位產(chǎn)生，當(dāng)水位迅速上升之后，自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)即刻發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并完成積水量的迅速控制，避免汽包水位失衡；其二，耗氣量增加之后，可在比值控制方式的實(shí)施下通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)增加水量。當(dāng)虛假水位恢復(fù)正常之后，蒸汽與水分信號(hào)也會(huì)回歸常態(tài)，同時(shí)還支持持續(xù)調(diào)節(jié)功效，能為鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性提供保障。

2.3 自動(dòng)調(diào)節(jié)鍋爐過熱蒸汽溫度

自制冷凝水噴水裝置主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)鍋爐過熱蒸汽的穩(wěn)定狀態(tài)，在減溫器出口蒸汽溫度、集氣集箱蒸汽溫度測(cè)量結(jié)果相結(jié)合之后，合理調(diào)節(jié)減溫水調(diào)節(jié)閥開度，在控制減水量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)，使其始終保持在430℃～450℃范圍內(nèi)。當(dāng)集氣集箱出口蒸汽溫度表現(xiàn)出逐漸上升的情況時(shí)，此時(shí)可能會(huì)自動(dòng)增加減溫水?dāng)?shù)量，反之減溫水量會(huì)有減少的現(xiàn)象出現(xiàn)，以確保蒸汽溫度能夠與穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)要求相符合。

3 DCS鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)調(diào)試

調(diào)試DCS鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體流程為：①檢查鍋爐整體運(yùn)行情況、儀器儀表數(shù)據(jù)，確保其處于正常狀態(tài)；②對(duì)系統(tǒng)給定點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸功能進(jìn)行檢查；③檢查系統(tǒng)內(nèi)各執(zhí)行器，給定信號(hào)，檢查執(zhí)行器軟手操切換及設(shè)備運(yùn)行情況；④檢查各手操器自動(dòng)模式切換，確保其狀態(tài)屬于正常。

圖1 鍋爐儀表控制系統(tǒng)Fig.1 Boiler instrument control system

而在將上述檢查準(zhǔn)備工作落實(shí)之后，即可自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)，具體流程為：①DCS系統(tǒng)連接設(shè)備調(diào)試電腦之后，調(diào)試程序啟動(dòng)。首先，調(diào)試引風(fēng)機(jī)，記錄負(fù)壓表數(shù)據(jù)，結(jié)合系統(tǒng)完成負(fù)壓值的設(shè)定，并調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)控制參數(shù)初始值，切入自動(dòng)控制系統(tǒng)；②記錄設(shè)備運(yùn)行情況及相關(guān)儀表數(shù)值。在調(diào)試完引風(fēng)機(jī)后，繼續(xù)調(diào)試鼓風(fēng)機(jī)[3]。首先記錄鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓表數(shù)據(jù)，設(shè)定系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)初始值后，切入自動(dòng)控制程序，對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況觀察、記錄；③調(diào)試給煤機(jī)。具體調(diào)試期間，設(shè)定好系統(tǒng)參數(shù)初始值并將給煤機(jī)控制參數(shù)設(shè)置好后，切入自動(dòng)控制程序，對(duì)設(shè)備整體運(yùn)行情況、相關(guān)儀表讀數(shù)進(jìn)行觀察、記錄；④調(diào)試爐排電機(jī)。調(diào)試前，需檢測(cè)鍋爐出口水溫，完成數(shù)值設(shè)定之后，修改儀表初始值并記錄數(shù)據(jù)，切入自動(dòng)控制程序，對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行觀察；⑤完成自動(dòng)調(diào)試之后，觀察并記錄各環(huán)節(jié)設(shè)備運(yùn)行情況及相關(guān)儀表數(shù)據(jù)。

4 基于DCS系統(tǒng)的鍋爐儀表控制系統(tǒng)

儀表控制系統(tǒng)是鍋爐自動(dòng)化運(yùn)行期間整個(gè)系統(tǒng)組成中極為關(guān)鍵的部位之一?，F(xiàn)有DCS鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，有部分選用SLC500控制器。

SLC500現(xiàn)場(chǎng)控制器在連接設(shè)備儀器儀表、壓力傳感器、鍋爐溫度傳感器和液位傳感器之后，完成數(shù)據(jù)通道的構(gòu)建，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)資料的收集。而后，結(jié)合收集到的數(shù)據(jù)展開分析，并完成相關(guān)操作指令的執(zhí)行。在工業(yè)以太網(wǎng)的運(yùn)用下監(jiān)控鍋爐、收集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并與系統(tǒng)分析處理得到的信息相結(jié)合，系統(tǒng)性調(diào)整鍋爐，通過控制指令的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制與調(diào)節(jié)的自動(dòng)化。

圖1為鍋爐儀表控制系統(tǒng)組成。鍋爐儀器儀表控制系統(tǒng)中，溫度傳感器、流量計(jì)、壓力變送器及微壓傳感器等信號(hào)屬于主要構(gòu)建的內(nèi)容[4]。整理信號(hào)并朝著DCS控制系統(tǒng)中上位系統(tǒng)上傳后，上位系統(tǒng)能夠結(jié)合儀表信息執(zhí)行邏輯運(yùn)算，并將指令下發(fā)。

5 基于DCS控制系統(tǒng)的控制聯(lián)鎖保護(hù)技術(shù)

5.1 鍋爐保護(hù)設(shè)計(jì)和技術(shù)應(yīng)用

要想實(shí)現(xiàn)爐膛的安全監(jiān)控，就必須確保鍋爐燃燒處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此，就必須將DCS軟硬件合理控制。運(yùn)行中，高爐煤氣輸送至燃燒爐的同時(shí)，焦?fàn)t煤氣也會(huì)從鍋爐燃燒器朝著爐膛內(nèi)部輸送、燃燒，煤氣燃燒需求的空氣來自于鼓風(fēng)機(jī)，而鼓風(fēng)機(jī)工作期間是將冷空氣朝著空氣預(yù)熱器內(nèi)輸送、加熱后，熱空氣通過熱風(fēng)道進(jìn)入爐膛內(nèi)。倘若煤氣出現(xiàn)過低壓力，或是鼓風(fēng)引風(fēng)因其他故障而不再繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，鍋爐內(nèi)部會(huì)有回火出現(xiàn)，進(jìn)而引發(fā)爆炸。對(duì)于鍋爐內(nèi)氣動(dòng)閥而言，必須聯(lián)鎖控制切斷，以便在異常出現(xiàn)后自動(dòng)聯(lián)鎖系統(tǒng)能將所有安全氣閥切斷，即點(diǎn)火煤氣壓力對(duì)點(diǎn)火小的氣動(dòng)閥進(jìn)行控制，噴氣自動(dòng)閥、高爐煤氣壓力負(fù)責(zé)高爐大噴氣氣動(dòng)閥的控制。對(duì)于各個(gè)氣動(dòng)閥而言，倘若控制主體為鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)，當(dāng)鼓風(fēng)出現(xiàn)且引風(fēng)機(jī)不再繼續(xù)工作時(shí)，就會(huì)迅速聯(lián)鎖切斷各個(gè)氣動(dòng)閥。

5.2 水位聯(lián)鎖保護(hù)技術(shù)

DCS控制系統(tǒng)在水位變化處理方面所具備的自動(dòng)化控制功能十分優(yōu)異，該系統(tǒng)內(nèi)配備了由于壓力大小引發(fā)水位偏低、偏高的聲光報(bào)警裝置，同時(shí)也有水位偏低停爐的熱工聯(lián)鎖保護(hù)功能。最為關(guān)鍵的是氣泡水位控制設(shè)計(jì)方案，能以給水流量為根據(jù)，同時(shí)結(jié)合氣泡液位、蒸汽流量合理調(diào)節(jié)給水閥，如此一來即可為鍋爐水位提供穩(wěn)定性保障。

6 結(jié)語(yǔ)

本文全面分析了基于DCS的鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)，鍋爐控制系統(tǒng)中融入自動(dòng)化控制系統(tǒng)之后，可實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行效率的顯著提升、能源消耗的有效降低。并且，DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)操作靈活便捷，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成太大污染。因此，將DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)引入工業(yè)控制系統(tǒng)中，不僅可使企業(yè)生產(chǎn)效率提高，同時(shí)也有助于企業(yè)生產(chǎn)成本的減少，實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，值得大力推廣、使用。