集散系統(tǒng)在火電廠汽機(jī)鍋爐控制中的應(yīng)用研究

叢培敏

【摘 ?要】集散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為DCS，指的是分布式控制系統(tǒng)，DCS集合了通訊、控制、計(jì)算機(jī)等多種技術(shù)為一體。DCS控制可以對(duì)火電廠生產(chǎn)中數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效控制，以此提升工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

【關(guān)鍵詞】集散系統(tǒng);火電廠;汽機(jī)鍋爐控制;應(yīng)用

前言

DCS集散控制系統(tǒng)概述DCS集散控制系統(tǒng)運(yùn)行和構(gòu)建的基礎(chǔ)是微處理器，而其設(shè)計(jì)所采用的原則首先是分散控制功能、其次是各部分的相對(duì)獨(dú)立，最后是總體的綜合協(xié)調(diào)相互配合運(yùn)轉(zhuǎn)。DCS作為一種新興的控制系統(tǒng)，以其能夠進(jìn)行集中管理和分散控制的重要特征而被廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。而DCS集散控制系統(tǒng)又以分級(jí)分層的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的排列和控制。DCS集散控制系統(tǒng)往往利用各個(gè)子系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)，而各個(gè)子系統(tǒng)又進(jìn)一步組成了DCS集散控制系統(tǒng)逐級(jí)排列的不同層次，整個(gè)結(jié)構(gòu)就像一個(gè)三角形，而這種結(jié)構(gòu)也使得DCS集散控制系統(tǒng)的穩(wěn)固性得到了極高的保障。DCS集散控制系統(tǒng)利用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的容錯(cuò)技術(shù)和故障自診技術(shù)等來(lái)對(duì)其自身運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性進(jìn)行有效的控制。

1集散控制系統(tǒng)配置

1.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

和利時(shí)MACSV6.5.2DCS系統(tǒng)是通過(guò)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，將分布在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工程師站、操作員站、歷史站、現(xiàn)場(chǎng)控制站連接起來(lái)，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的分散控制和集中管理。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用冗余的128網(wǎng)段、129網(wǎng)段的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為兩層：（1）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層（SNET），該層網(wǎng)絡(luò)包括：工程師站、操作員站、歷史站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、交換機(jī)等設(shè)備、其中歷史站和交換機(jī)采用冗余配置以保證現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通訊的可靠性，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)站間的數(shù)據(jù)傳遞。（2）控制網(wǎng)絡(luò)層（CNET），該層網(wǎng)絡(luò)包括：DPU主控模塊、I/O模塊等設(shè)備，其中DPU主控模塊采用冗余配置，DPU主控模塊通過(guò)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議與I/O模塊進(jìn)行通信并讀取現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，DPU主控模塊按照預(yù)先的控制邏輯對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，并將需要的數(shù)據(jù)上傳給系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層用于上位機(jī)顯示，同時(shí)生成控制指令通過(guò)AO/DO模塊傳遞給現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器等設(shè)

2控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1鍋爐給水系統(tǒng)

循環(huán)流化床鍋爐給水系統(tǒng)對(duì)汽包水位的調(diào)節(jié)要求很高，既要克服虛假水位對(duì)鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的不利影響，又要防止因汽包水位的波動(dòng)使蒸汽帶液造成葉片汽蝕損壞汽輪機(jī)。給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用根據(jù)實(shí)際發(fā)電負(fù)荷自動(dòng)切換的控制方式，機(jī)組負(fù)荷在30%額定負(fù)荷以下采用單沖量控制;在30%額定負(fù)荷以上采用三沖量控制。在三沖量控制方式時(shí)，引入主蒸汽流量值乘以前饋系數(shù)對(duì)汽包水位設(shè)定值進(jìn)行修正與補(bǔ)償。

2.2鍋爐風(fēng)系統(tǒng)

鍋爐風(fēng)系統(tǒng)主要是起對(duì)燃料的循環(huán)流化和助燃的作用，為使一二次總風(fēng)量的設(shè)定值在發(fā)電負(fù)荷變化時(shí)，速度調(diào)整到滿足當(dāng)前負(fù)荷的風(fēng)量值上來(lái)，鍋爐風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用建立發(fā)電負(fù)荷對(duì)應(yīng)一次風(fēng)量與二次風(fēng)量的分段折線函數(shù)，同時(shí)引入鍋爐床溫和煙氣氧含量對(duì)總風(fēng)量指令進(jìn)行修正與補(bǔ)償來(lái)提高燃料的燃燒效率。

2.3主汽系統(tǒng)

鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的首要指標(biāo)是主蒸汽溫度和壓力的平穩(wěn)，主汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用兩級(jí)減溫水系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)主汽溫度，兩級(jí)噴水減溫器分別布置在低中溫過(guò)熱器間和中高溫過(guò)熱器間，每一級(jí)噴水減溫器均設(shè)計(jì)采用串級(jí)控制方式來(lái)調(diào)節(jié)該級(jí)過(guò)熱器出口蒸汽的溫度以滿足工況要求，采用串級(jí)控制是利用副回路快速調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，及時(shí)克服蒸汽流量、燃燒工況、給水溫度和流量帶來(lái)的干擾，從而使主蒸汽溫度快速跟蹤溫度的設(shè)定值以滿足發(fā)電負(fù)荷的要求。

2.4燃料系統(tǒng)

燃料系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制進(jìn)入鍋爐爐膛的燃料量，以滿足機(jī)組負(fù)荷的要求。本項(xiàng)目燃料系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用在協(xié)調(diào)控制方式下的串級(jí)前饋控制方式，即在協(xié)調(diào)控制方式時(shí)，主蒸汽壓力指令響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的變化。建立負(fù)荷對(duì)應(yīng)給煤量的折線函數(shù)作為機(jī)組實(shí)際負(fù)荷前饋指令，并與直接能量平衡（DEB）、鍋爐床溫的微分計(jì)算出的給煤量值三者相加來(lái)修正主蒸汽壓力指令，協(xié)調(diào)控制器輸出的鍋爐主控指令作為燃料控制器的設(shè)定值來(lái)控制鍋爐的實(shí)際給煤量。

3如何有效維護(hù)和管理DCS集散控制系統(tǒng)

3.1調(diào)控環(huán)境，創(chuàng)造良好的運(yùn)行空間

由于DCS集散控制系統(tǒng)具有自身的運(yùn)行特性，因此在其運(yùn)行過(guò)程中，環(huán)境方面也需要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。首先DCS集散控制系統(tǒng)周圍的氣溫不得高于五攝氏度，這么做的目的是為了避免機(jī)柜的溫度上升，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行造成阻礙。其次必須嚴(yán)格把控環(huán)境的衛(wèi)生水平。最后還要控制環(huán)境中的磁場(chǎng)強(qiáng)度，避免DCS集散控制系統(tǒng)受到其他電磁場(chǎng)的影響。

3.2對(duì)DCS集散控制系統(tǒng)進(jìn)行日常的維護(hù)，并進(jìn)行軟件備份

對(duì)整個(gè)DCS集散控制系統(tǒng)的保護(hù)工作要從日常做起，點(diǎn)滴積累方成大業(yè)，只有工作人員熟悉操作守則，并且時(shí)刻監(jiān)督空氣、環(huán)境質(zhì)量，檢查系統(tǒng)設(shè)備是否存在問(wèn)題并且及時(shí)反饋和維護(hù)，才能夠保證系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行障礙問(wèn)題的幾率降到最小。

3.3定期請(qǐng)專業(yè)的工程師進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)工作

要做好DCS集散控制系統(tǒng)的維護(hù)工作，離不開(kāi)專業(yè)工程師的悉心維護(hù)。只有定期邀請(qǐng)專業(yè)的工程師檢查DCS集散控制系統(tǒng)中的各個(gè)部分設(shè)備是否存在障礙并進(jìn)行及時(shí)的反饋和修復(fù)，并且及時(shí)更換其中存在障礙的零部件和消耗品，才能夠有效地避免系統(tǒng)存在的問(wèn)題。

3.4有效結(jié)合專業(yè)檢修與日常的檢測(cè)工作

日常負(fù)責(zé)檢修的工作人員可以在專業(yè)維護(hù)工程師進(jìn)行檢修的過(guò)程中進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)，并在專業(yè)工程師的指導(dǎo)下熟悉系統(tǒng)障礙的修復(fù)和排除的方法，并且對(duì)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行更加深入的了解和分析，避免故障的再次出現(xiàn)。

結(jié)束語(yǔ)

如今隨著時(shí)代和科技的變革，生產(chǎn)領(lǐng)域也有著更深的提高生產(chǎn)效率的內(nèi)在需求，因此DCS集散控制系統(tǒng)的出現(xiàn)正合時(shí)宜，也使得效率低下的傳統(tǒng)控制方法逐漸消失。但是在有效利用DCS集散控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)管理的過(guò)程中，能否對(duì)其進(jìn)行有效的維護(hù)和管理，也會(huì)在很大程度上決定著系統(tǒng)的使用效率，決定著企業(yè)的生產(chǎn)效率，也決定著生產(chǎn)領(lǐng)域的水平發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王小彥.DCS集散控制系統(tǒng)供電[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（3）：153.

[2]楊松柏，方坤，余學(xué)康，等.DCS集散控制系統(tǒng)安全性淺析[J].儀器儀表用戶，2016（2）：22-23，35

（作者單位：山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司）