DCS锅炉控制系统的研究

DCS锅炉控制系统的研究

邹猛

（大唐鸡西热电有限责任公司黑龙江鸡西158100）

摘要：DCS是分布式控制系统（DistributedControlSystem）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它综合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，DCS控制系统设计的基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。采用计算机系统实现锅炉及供热系统的优化控制，可以大大提高燃烧效率，节约能源，减少污染。本文介绍和利时DCS系统在余热锅炉控制中的实际应用，网络通讯实时稳定。

关键词：余热锅炉；DCS系统；组态软件

1、锅炉实现DCS控制的意义

锅炉是工业生产的重要设备，它直接影响生产的正常进行和产品的产量、质量和成本。锅炉又是耗能极大的设备，在整个工业生产的能源消耗中占相当的比重。我国中小型锅炉的设备水平一直比较落后，大多数中小型锅炉的控制、操作水平基本上停留在手工和简单仪表操作的水平。一般工业锅炉控制系统存在着严重耦合、给燃料量到主蒸汽力压的变化时滞大、燃料给系统带来的不确定等问题。锅炉DCS控制系统克服了鉴于传统仪表构成的锅炉控制系统存在局限性，以人机界面的形式对锅炉生产过程进行控制和监控，降低操作难度，提高工作效率。

2、DCS自动控制系统设计原则

2.1先进性。系统必须采用己获得普遍认可的开放式形式和系统性结构，全部采用已经成熟运用到生产实际的标准和通用产品，全面提高系统的兼容性和通用性。

2.2可靠性。系统直接控制着锅炉运行的生产过程，必须满足在恶劣工业环境连续稳定保持正常工作性能，采用冗余等先进技术及多种抗干扰措施。

2.3实时性。实时地采集和处理锅炉运行过程中的各种参数，并提供友好的人机界面，便于运行人员操作。

2.4开放性。设计备用厂级网络接口，保留可扩展余地，方便与其它控制系统连接和通讯以实现数据传递和资源共享，升级软硬件故障诊断功能，便于快速查找故障。

3、DCS自动控制系统功能

3.1锅炉燃烧过程的控制

对燃烧过程的控制是为了使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出蒸汽负荷的要求，同时保证锅炉的安全经济运行。为了让燃烧进行得更加经济，在调节负荷或者燃料的同时，就需要及时地对送风和引风量进行调节改变。其控制过程主要有三个任务：一是维持出口蒸汽压力的稳定，当蒸汽压力偏离给定值时，应控制锅炉的燃烧率，使锅炉出口蒸汽压力恢复为给定值；二是保持炉膛过剩空气系数为最佳值，使燃料量和送风量保持适当地比例，以维持最佳地过剩空气系数，达到较完全燃烧和热损失最小；三是维持炉膛负压不变，当送风量变化时，引风量也要相应地变化，以维持炉膛负压不变，确保锅炉安全、经济运行。

3.2锅炉汽包水位的控制

汽包水位是锅炉安全运行的重要参数之一，本文采用给水流量、汽包液位和蒸汽流量调节主给水阀，保证锅炉汽包水位的稳定。锅炉提供两个不同的给水调节阀，主调节阀为DN150，在正常负荷和高负荷运行时使用，发挥着主要作用；备用阀为DNl00，在低负荷时使用，同时也作为主调节阀的备用阀。锅炉汽包给水控制系统的任务就是保证汽包水位在容许的范围内，并兼顾锅炉的平稳运行。将液位进行包液位调节后输出，和蒸汽流量进行加法运算，将运算结果设为给水量定值，并进行偏差调节，输出通过执行机构调节给水阀。当汽包液位上升时，包液位调节的输出减小，则加法器的输出也减小，给水阀火小，就减小了给水量。当蒸汽负荷突然增加，经过短暂过程后汽包内压力恢复平衡，此刻液位由于蒸发量的增加而开始下降，的输出就增加，则给水量增加，直至汽包液位恢复到给定位置。

3.3炉膛负压调节

炉膛负压在锅炉燃烧自动控制系统中很重要的参量。特别是炉膛负压的测量结果直接影响燃烧控制过程。炉膛负压自动控制是通过调节引风机入口风门开度，让负压保持在-20至-10Pa之间的微负压稳定状态之中，这样锅炉系统就可以有效的并且安全的运行。我们主要改变引风量的大小来控制炉膛负压，当鼓风量一定的状态，把鼓风量作为引风控制的前馈量，当鼓风OP值增加时立即增加引风OP值。但当鼓风OP减少时，需要等待一段时间，然后再减少引风OP值的大小。

3.4锅炉送风自动控制

锅炉送风自动控制的目的是为了使锅炉所添加的燃料在炉膛中燃烧时，自动送入合适的风量，来保证锅炉燃烧的经济性。送风自动控制的主要参数有送风以及煤气压力，通过不断的对送风机挡板开度的调整，来控制送风压力和煤气压力的自动调节，进而调整改变燃料的使用率。

3.5锅炉过热蒸汽温度自动调节

锅炉过热蒸汽温度调节通过利用自制冷凝水喷水装置来自动的调节蒸汽的温度，其根据集器集箱和减温器出口蒸汽温度测量的结果，自动调节减温水调节阀开度，控制减温水量对温度进行调整，保证温度处于430～450℃的正常范围之内。如果集汽集箱出口蒸汽温度升高时，则减温水的水量就会被自动的增加，随着气温降低，减温水量减少，反之则亦然，从而实现蒸汽温度稳定。

4、锅炉DCS系统配置

锅炉DCS系统是一个专用于锅炉自动化控制的分布式集散控制系统，它以锅炉监控自动化为目标，节能增效，保护环境，改善工作条件，提高劳动效率。锅炉DCS系统包括调度室管理层、工业Ethernet层、现场监控上位机、锅炉控制终端设备。实际系统结构可根据具体情况灵活配置。

4.1锅炉控制终端设备

针对各种工业、民用、燃煤、燃气、燃油、水暖、蒸汽锅炉，山东三木自动化公司开发了一系列锅炉终端设备，以适应不同类型锅炉的具体控制要求。锅炉控制终端设备完成实时燃烧控制、风量调节、汽包水位调节、水管压力控制、补水控制、水电煤耗累计、故障报警等。分布式系统结构：一台锅炉配置一套锅炉控制终端设备，真正实现了分布式控制。集成度高：集成了数字显示、报警、手/自动控制等传统仪表的功能，可简化仪表配置和布线。功能强大，性能可靠：采用高性能的主控制器和I/O模块，能适应恶劣的工作环境。强有力的编程工具：可以利用梯形图组态完成逻辑和顺序控制、数据运算、PID调节等，也可利用高级语言编程完成特殊的控制要求和复杂的数据计算。

4.2锅炉监控上位机

一个供热车间的多个锅炉控制终端设备可以通过总线网络或工业以太网络，与现场监控上位机及热备机通信。操作人员在上位机监视各个锅炉的运行状态、报警显示、曲线报表等，以及进行参数设定。对锅炉运行的重要参数，如压力、温度、压差、流量等进行统计处理和保存，进行曲线显示、历史数据查询、报表打印等等。上位机采用高性能工控机或工作站，可使用双机热备份。

4.3调度室管理层

锅炉DCS系统提供MODEM专线、拨号网络或无线方式，使中央调度室的管理人员能够和几公里或十几公里之外分散的多个锅炉房通信，了解各个锅炉房的运行情况、仪表完好情况、锅炉炉况等。拨号网络方式可充分利用原有的电话线路，通过公用电话网将中央调度室和各个锅炉房连接起来，节省建设费用和周期，很适于对各个锅炉房每天的例行巡检。

结语：综上所述，锅炉DCS控制系统克服了鉴于传统仪表构成的锅炉控制系统存在局限性，以人机界面的形式对锅炉生产过程进行控制和监控，降低操作难度，提高工作效率。

参考文献：

[1]张磊.浅析DGS锅炉自动控制系统的实现明[J].科技与企业，2012（1）

[2]黄巧林.基于DCS的锅炉电气自动控制系统的应用[J].中国电子商务，2011（10）

[3]曹汝鹏.浅谈DCS在电厂应用的提高[J].内蒙古石油化工，2010（1）