垃圾焚燒發(fā)電廠DCS系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王振宇

摘? 要：我國垃圾焚燒發(fā)電廠的控制系統(tǒng)早期以引進為主，其控制采用PLC控制系統(tǒng)較多，且型號品牌各有不同，隨著主要工藝設(shè)備國產(chǎn)化，控制系統(tǒng)也改為以一體化程度高，開放性強的分散型控制系統(tǒng)-DCS系統(tǒng)為主，垃圾焚燒發(fā)電廠的控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)火電行業(yè)的DCS系統(tǒng)差別不大，二者的差別主要在二次污染控制技術(shù)上，而在具體工程中，垃圾焚燒發(fā)電廠的二次污染控制系統(tǒng)如煙氣處理系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)以及飛灰固化系統(tǒng)等基本以廠家成套供應(yīng)控制系統(tǒng)為主。故垃圾焚燒發(fā)電廠的控制系統(tǒng)采取DCS系統(tǒng)技術(shù)成熟，也能很好的滿足工藝控制要求。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒;發(fā)電廠;DCS系統(tǒng);設(shè)計

1垃圾焚燒發(fā)電廠DCS控制的組成

分散控制系統(tǒng)（DCS）是一種控制功能分散、操作顯示集中，采用分級結(jié)構(gòu)的智能站網(wǎng)絡(luò)。由過程控制級設(shè)備如操作站、通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場控制站和現(xiàn)場級設(shè)備如一次儀表、執(zhí)行機構(gòu)等組成，綜合了計算機、通訊、顯示和控制等技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理，具有系統(tǒng)配置靈活、組態(tài)方便、可擴展型強的優(yōu)點。（1）現(xiàn)場控制站屬于過程控制級設(shè)備，完成對主要單元設(shè)備，如余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機組及其輔助設(shè)備等的熱工控制，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、開關(guān)量控制系統(tǒng)（SCS）及連鎖保護、汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）等功能。（2）通信網(wǎng)絡(luò)按DCS分層結(jié)構(gòu)可分為過程控制級（CNET）和監(jiān)控級（SNET）.過程控制級一般采用直接I/O模式以確保現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性，控制站內(nèi)I/O模塊到控制器通訊網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場總線技術(shù)。監(jiān)控級網(wǎng)絡(luò)采用冗余工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，其擴展性良好，可以同時實現(xiàn)與過程控制級和廠級管理網(wǎng)絡(luò)（SIS和MIS系統(tǒng)）的通訊。（3）操作員站和大屏幕是運行人員與控制系統(tǒng)的主要人機（HMI）接口。每臺操作員站都是冗余通訊總線上的一個站，帶有獨立的冗余通訊處理模件與冗余通訊總線連接，任何顯示和控制功能均能在任一操作員站上完成，即任一操作員站的故障不會導致失去人-機接口功能。操作員站實施機組實時監(jiān)控，通過鍵盤或鼠標發(fā)出操作指令，根據(jù)運行指導畫面監(jiān)視和處理各系統(tǒng)及設(shè)備異常工況與故障等突發(fā)事故。（4）工程師站主要用于控制策略的組態(tài)和修改及參數(shù)的重新整定（設(shè)定值的整定由操作員站完成），具有權(quán)限管理生成，系統(tǒng)組態(tài)，系統(tǒng)維護，用戶程序開發(fā)、應(yīng)用軟件的調(diào)試、修改、圖形顯示的編輯，生成報表、備份及數(shù)據(jù)庫維護等基本功能。

2垃圾焚燒發(fā)電廠DCS控制功能的設(shè)計

2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）

DAS主要用于連續(xù)采集和處理所有與垃圾焚燒發(fā)電機組運行有關(guān)的現(xiàn)場測量參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)信號，并實時監(jiān)控，保證機組安全可靠的運行。其主要功能包括：1）過程變量采集：采集工藝系統(tǒng)各種參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等信號;輸入信號的正確性判斷、數(shù)字濾波、非線性校正;參數(shù)計算及性能計算等。2）信息顯示：工藝流程模擬圖、棒圖、趨勢曲線、成組參數(shù)、軟手操畫面等圖形顯示;操作指導畫面及幫助顯示;SCS步序及有關(guān)參數(shù)顯示;歷史趨勢顯示等。3）報警管理：故障及報警顯示，可按報警時間，報警優(yōu)先級、報警類型管理所有報警。4）事件記錄：順序事件（SOE）記錄、工藝數(shù)據(jù)信息記錄、設(shè)備運行記錄、事故追憶記錄、跳閘一覽記錄等。5）歷史數(shù)據(jù)存儲與檢索6）性能計算等。

2.2模擬量控制系統(tǒng)（MCS）

MCS系統(tǒng)應(yīng)滿足垃圾焚燒發(fā)電機組運行的控制要求，并考慮在機組事故及異常工況下與相關(guān)的連鎖保護協(xié)同控制的措施。其主要功能包括：1）爐排及燃燒器控制;2）蒸汽負荷-給料控制;3）焚燒爐爐內(nèi)溫度控制;4）燃燒風量控制;5）余熱鍋爐汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng);6）余熱鍋爐過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng);7）余熱鍋爐爐膛負壓調(diào)節(jié)系統(tǒng);8）汽機調(diào)速控制系統(tǒng)（DEH）;9）凝汽器熱井水位控制;10）除氧器控制系統(tǒng)。

2.3順序控制系統(tǒng)（SCS）

SCS系統(tǒng)的主要任務(wù)是按機組主要運行方式、以及有關(guān)熱力系統(tǒng)的狀態(tài)、參數(shù)，對機組的主要輔機以及相關(guān)的閥門進行程序啟/?？刂啤CS控制系統(tǒng)可分為三級：分別是機組級、功能組（子組）級、設(shè)備級。1）機組級控制。功能組控制為最高一級的控制。它在最少人工干預(yù)下完成整套機組的啟動和停止。當SCS系統(tǒng)接到啟動指令后，將機組從開始狀態(tài)逐步啟動到某一負荷。它只需設(shè)置少量斷點，由運行人員確認并按下按鈕后，程序就繼續(xù)進行。當功能執(zhí)行完畢后，發(fā)出“完成”信號反饋給主控系統(tǒng)，表示該控制功能已結(jié)束;功能組級控制并非機組啟停全部自動控制，還應(yīng)設(shè)置有必要的人工干預(yù)環(huán)節(jié)。2）功能組（子組）級控制。功能組（子組）級是根據(jù)工藝流程的要求，將局部工藝流程中關(guān)聯(lián)密切的一些設(shè)備相對集中地進行啟停控制，通常是以一個分系統(tǒng)或設(shè)備組為核心的設(shè)備組合。3）設(shè)備級控制。設(shè)備級控制對屬于某個功能組（子組）的若干設(shè)備（如閥門、擋板、電動機等執(zhí)行機構(gòu)）分別進行的啟停操作。SCS系統(tǒng)的重點是功能組（子組）級控制和設(shè)備級控制，一般不包括機組級。

2.4熱工保護系統(tǒng)

熱工保護系統(tǒng)的作用是當設(shè)備和系統(tǒng)的某一部分發(fā)生異常和事故時，根據(jù)故障的性質(zhì)和嚴重程度，按照預(yù)先設(shè)定的保護要求，自動地對該部分設(shè)備乃至整個機組進行操作，以消除異常和防止事故擴大，保護工作人員和相關(guān)設(shè)備安全。按保護的作用程度，可分為停止機組的保護、輔助設(shè)備的保護或局部操作的保護。熱工保護系統(tǒng)是垃圾焚燒發(fā)電廠DCS控制系統(tǒng)的重要組成部分，其系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)有防止誤動和拒動的措施，保護系統(tǒng)電源中斷和恢復(fù)不會誤發(fā)動作指令。具體功能如下：DCS系統(tǒng)與焚燒爐配套的燃燒器控制系統(tǒng)（ACC）等配合完成爐膛安全監(jiān)控功能。1）主燃料跳閘（MFT）保護。當運行中鍋爐發(fā)生以下情況時（汽包水位三取二過高/低，爐膛負壓三取二過高/低、全部送風機跳閘、全部引風機跳閘等），保護系統(tǒng)能自動切斷進入焚燒系統(tǒng)的所有垃圾和其它燃料，關(guān)閉所有一次、二次風機。2）汽機跳閘系統(tǒng)（ETS）。汽機跳閘系統(tǒng)（ETS）一般不集成在DCS系統(tǒng)中，而是由單獨的控制系統(tǒng)完成，在危險工況下提供汽輪機跳閘保護。

參考文獻

[1]曾衛(wèi)東，田爽，袁亞輝，等.垃圾焚燒爐自動燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].熱力發(fā)電，2019，48（3）：109-113.F8016F3D-6810-4DD3-B089-F442405FF70C