和利时 DCS在余热发电中的应用

和利时 DCS在余热发电中的应用

孛刘涛 何冬乐

杭州和利时自动化有限公司 3100018

摘要：即便是在我国大力推行各种类型清洁能源的背景下，煤炭发电在国民生活中的地位依旧是不可取代的。但为了更好的降低发电环节中的环境污染程度，借助水泥窑生产环节中的废气及余热开展相应的余热发电，就可以很好在实现节能降耗目标，同时满足人们对于电力能源的需求。本文以杭州和时利自动化有限公司提供的控制系统为基础，就DCS技术在余热发电中的实际应用进行了设计分析，以便为今后余热发电技术的进一步发展提供相应的参考。

关键词：余热发电；DCS技术；应用

DCS技术概述

余热发电系统需要一套控制系统作为运行基础，该系统主要是在主控制室得以运行，自身主要是由工程师站、历史站和操作员站共同组成的，该系统主要负责对锅炉、汽轮机及与之对应的配套发电机系统的监控工作。在实际的余热发电过程中，除了在机械启动及停止环节的部分准备工作需要工作人员作出协助检查工作之外，其余环节工作及异常情况的处理都可以交由主控制室的控制系统进行处理。

而DCS技术主要是用于监视及控制锅炉、汽轮发电机组及辅助系统，其主要功能包括运行数据的采集及测量、模拟数量的控制及顺序控制。除此之外，在DCS系统内部的通讯系统中使用的冗余高速通讯网络及开放性质的信息通讯网络双层独立化结构，以此来保障整体内部通信的可靠程度及速度。除此之外，在DCS系统内部，还支持TCP/IP网络通信协议，并可实现接入全公司开展网络管理工作，以便实现全公司的智能化管理目标。

DCS技术特点分析

2.1便于维护

系统本身具备很强大的自我诊断功能，诸如处理器等各种类型的模板借助多窗口画面的LED操作站得以全面且精准的数据展示，并且DCS系统本身还可以根据模板的标签及系统内部情况的实时改变自动化生成相应的故障标签，此外，系统本身还可以提供故障的实际例程及维护诊断方式等等。故障的诊断工作以在线的方式自主进行，借助画面及声音的改变，就可以提醒工作人员故障点及其原因所在，借此来提升系统处于在线状态下的维护性，将因为故障对生产环节的影响降至最低。

2.2较高的可靠性

主控制站内部的处理器使用的冗余配置，在ControlNet网络和控制站之间以及HMI服务器及控制站之间的通信网络同样使用的是冗余结构，也正式因为这一结构的使用，使得系统的可靠性得到了大幅度提升，系统自身在电磁兼容性、抗冲击性及抗振动性上有着极大的优势，确保系统可以在工作环境下持续运转很长的时间。

2.3可扩展性

DCS系统内部所使用的分布形式的冗余网络结构，可以根据实际生产需求的变化，组成环形、树形等多种的网络结构形式，与此同时，在网络站点的增加及扩展中也有着很好的作用，很好的满足了未来的系统功能扩大及管理范围逐步扩展的需求。

2.4便于操作

DCS为了更好的提升操作及管理的可行性，在显示生产环节、操作、设定各项数据及预警的过程中，通常都是使用多窗口画面的LED操作站，以客户和服务器为基础的呈现分布式的HMI系统结构的应用，使得任何一个的操作站都可以很好的面向生产过程，与此同时，还可以做到充分调用系统内部的各项工艺实施生产，因为有了冗余的服务器及多个操作站使得操作人员实现了实施监控生产过程的目标。同时，在系统维护的便利性上也有了很大的提升。

DCS技术在余热发电中的应用设计

3.1软硬件设计

DCS系统硬件选择由杭州和时利自动化有限公司生产的主控制单元及输入和输出模块，并且在重新架构DCS系统的过程中根据实际的生产需求增加合理数量的操作员站及I/O站，I/O站数量的合理增设，主要是为了实现全面控制锅炉及水处理系统、汽轮机及公用系统的目标。

整个DCS系统的控制组态是以杭州和时利自动化有限公司开发出的HOLLiAS MACS V6.5系列DCS系统作为运行基础，因其采用全冗余、多重隔离、热分析、容错等可靠性设计技术，从而保证系统在复杂、恶劣的工业现场环境中能安稳长满优地运行，实现了生产、设备和安全三大目标的最佳协调，并帮助用户实现产品全生命周期维护成本的最小化和设备投资回报的最大化。同时提供了众多知名厂家控制系统的驱动接口，可实现智能现场仪表设备、控制系统、企业资源管理系统之间无缝地信息流传送，实现工厂智能化、管控一体化。

3.2系统监控

DCS系统具备将锅炉、汽机等部位的温度、压力、流量历史分布趋势进行监视，并在数值达到危险临界数值的情形下发出警报的能力。除此之外，还包括了诸如各个阀门、设施的操作及系统操作调节的自动化、软手动化及硬手动化方式之间的切换。具体如下：第一，锅炉的主画面。主要负责显示锅炉的整体生产工艺流程其与之相关的各项主要参数数值，并且在数值达到警戒值的情形下，发出警报。第二，分画面。主要是用于将各个子系统的画面进行展示，包括设定各项参数的功能、控制流程图的显示、警报记录、历史分布趋势等方面。第三，警报画面。在生产过程数值超出预先设置的警报数上限的情况下，在发出警报的同时将警报发出时间、实际数值、等级等数据在警报界面上进行展示，同时，操作人员可以在警报画面中做出确认及过滤警报信息的工作。除此之外，在监控站的内部还设置有多个等级的安全管理，并以此为基础划分对应的操作权限，以防出现各种误操作现象。

3.3调节过热蒸汽温度

在余热发电的过程中，过热蒸汽温度是整个锅炉系统运行的重要参数，如若这一温度数值过高，将会为过热器的安全运行带来极大的安全隐患，但是，过热蒸汽温度过低又会对汽轮机的整体负荷产生相应的影响。为在控制过热蒸汽温度的过程中，需要从生产环节的安全性及系统运行的经济性两个方面进行考虑，由此出发，借助锅炉给水表面形式的减温装置的应用，就可以很好的实现调节过热蒸汽温度的目标。这一装置可以根据过热器出口集箱蒸汽温度变化，将温水调节阀的开度做出自动且合理化的控制，通过减温水量的控制，就可以始终保障蒸汽温度控制在380到400摄氏度的范围之内。在过热器出口集箱蒸汽温度过低的情形下，就可以将减温水量减少，使得蒸汽温度得以提升。反之，蒸汽温度就会相应的有所降低。

具体调节过程如下：PID在调节并输出蒸汽出口温度之后，和减温器出口的温度偏差做出调节，并将结果进行输出，从而带动执行机构，对减温水的调节阀做出调节。当实际测得蒸汽温度过高之时，PID的输出就会相应的有所增强，也就意味着减温水阀的调节阀就会相应的有所提升，相反则会将阀门的开度降低。但是，在受到诸如烟气流量和温度、减温器入口蒸汽流量及温度等方面引发扰动现象的过程中，会在减温器出口蒸汽温度上发生迅速的变化，并且温度会出现急剧的升高，在这种情形下，需要将减温水量进行增加。

3.4汽机控制系统

这一系统使用的电液控制方式，自动化控制汽机需要控制及调节冲转、暖机直到转速额定的负荷及压力。DCS系统主要负责是监控这些参数，并且和油压系统相互配合进行控制。

汽机的检测保护系统会把检测到的重要参数及信号传递到汽机紧急跳闸系统，在这些参数到达警戒限值的时候，汽机紧急跳闸系统就会做出紧急停机的操作，用来保护汽轮机的安全，汽机紧急跳闸系统中主要包括轴向位移、轴承盖的振动、汽机转速等等重要参数。

总结

余热发电的建设上，在满足人们生活能源需求的前提下，将环境污染程度降至最低。本文借助于杭州和时利自动化有限公司的软硬件，就如何DCS系统在余热发电中的设计及应用做出了相应的分析，以便为今后余热发电发展提供一定的参考。

参考文献

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