锅炉控制系统中 DCS的应用研究

锅炉控制系统中 DCS的应用研究

焦向东

清水源热电有限公司 陕西省榆林市 719000

摘要：通过DCS系统对模糊PID控制器进行组态改进使其输出更佳的控制过程。在对原有锅炉控制系统分析的基础上，提出对其控制系统改造的控制方案；并在本次研究中加入了新的控制算法，将模糊PID控制算法与PID控制及温度控制相结合，运用到锅炉相关控制上，对其进行仿真并对比分析；以此得到更佳的控制效果，并通过仿真与传统PID相比较，得出模糊PID控制的优越性能。

关键词：锅炉；控制系统；DCS

1 引言

随着电气控制技术发展，DCS系统的应用越来越广泛，传统的模拟系统逐渐为数字化系统所替代。DCS系统发展初期，考虑到设备的稳定性和可靠性，在选型时，往往以国外知名厂家的系统为首选。在经历了一步一步发展，加上国际形势的影响，国产化DCS系统成为DCS系统选择的大方向，国产DCS系统在电厂改造项目中的应用也变得越来越具备规模和关键性。

2 DCS系统简介及其重要性

DCS（Distributed Control System）是分散控制系统的简称，在国内又常称集散控制系统。DCS系统是将计算机系统与发电机组运行控制模式相结合的控制系统，与传统控制系统有着本质区别。DCS系统采用分散控制、集中操作、分级管理的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式，以计算机为基础，通过网络通信等技术，将能独立完成采集、控制、监视、操作和计算功能的数据采集站、过程控制站、运行监视站和计算机站等组成一个信息共享系统。DCS由分散处理单元、过程输入输出通道、数据通讯系统和人机接口等组成。电厂DCS系统具有系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、易于修改扩展、运行安全可靠等特点，可实现汽机、锅炉、电气、电网及辅助系统的远程操作、集中控制。随着近年计算机技术、通信技术、网络技术等技术的快速发展和热工自动化水平的提高，DCS系统在发电厂中，特别是在超临界、超超临界、大容量、高参数机组运行控制中的应用技术得到飞速提升，发挥了非常重要的作用。DCS系统的高可靠性，高运转效率，有效降低了煤耗，也节约了大量的人力物力资源，提高了自动化、智能化、信息化水平，大大提高了发电厂的经济性和安全性，使发电机组的运行管理水平上了一个新台阶。

3 锅炉DCS控制系统优化

3.1 硬件的可靠性设计

①I/O模件提高I/O模件的可靠性是提高整个DCS系统可靠性指标的主要途径，为此，在2号锅炉DCS分布式控制系统中加入远程智能数据采集模件。采集模件采用电气隔离技术，使采集模件、网络通信线和过程控制站相互之间完全电气隔离，从而彻底避免了多I/O共地可能引起的地线回流所带来的电磁干扰。每个模件与网络在电磁上相互隔离，当单一采集模件故障时，运行人员可带电更换，迅速排除故障，使整个DCS系统的可靠性大为增强。②控制和操作用计算机操作员站（OPU）、工程师站(ENG)采用当前市场最主流的计算机。过程控制站（DPU）则采用工业化设计的产品，具有工业级品质。③网络可靠性设计现场总线层网络采用总线型拓扑结构，I/O模件和过程控制站都通过各自的通讯接口连接到通讯网络上。网络和各采集模件、主机之间在电气上是完全隔离的，可有效避免网络上各种电路间的相互干扰，网络的平均故障间隔时间MTBF可达120000小时。局域控制层和系统管理层网络选用国际上通用的Ethe-rnet网，通信速率为100/1000Mbps，管理层网络可直接与其它Ethernet网络连接。

3.2 软件设计

①操作界面的功能。A.操作界面的功能：控制、调整、监视各运行设备的状态、参数。B.汽水操作界面：汽水系统三（或二）个给水调节门的操作及有关参数监视。C.汽温操作界面：四（或三）个减温水调节门的操作及有关参数监视。D.烟风操作界面：送引风调节门的操作及有关参数监视。E.燃烧操作界面：给粉机的启、停、调节，给粉电源操作及参数监视。F.制粉操作界面：制粉系统的所有操作及参数监视。

②工艺界面的功能。A.工艺界面的功能：按照工艺流程控制、调整、监视各运行设备的状态、参数。B.汽水工艺界面：汽水系统的工艺流程图、相关参数的监视及阀门的操作。C.烟风工艺界面：送风系统的工艺流程图及相应设备参数监视、调整；也可进行引风调整（8个火焰监视均可在此界面中显示）。D.汽温工艺界面：给水、减温系统的工艺流程图、相关参数的监视及调节。E.实时累积功能：在汽温工艺画面中，有2个实时累积器，实时累积主汽流量和给水流量，自动累加，直到工程师设定上限数值后，自动清零再累加。F.制粉工艺界面：制粉系统的工艺流程图、相关参数的监视及设备的操作、调整。G.燃烧工艺界面：燃烧系统的工艺流程图及相应设备参数监视、调整。

③其他界面的功能。A.挂牌设定表：集中显示锅炉所有动力设备的“挂牌”状态，可进行设备检修“挂牌”（即：禁止操作）、设备正常“运行”（即：可正常运行）。动力设备挂牌后，相应操作器上的控制键消失，出现红色的“禁止操作”。B.挂、摘牌操作：点击“挂牌标志”按钮打开“锅炉动力设备挂牌设定表”，选择所要挂牌或摘牌的设备，单击对应的“挂牌”或“运行”，已挂牌的“挂牌”为红色，未挂牌的“运行”为绿色。C.系统结构图：显示锅炉DCS系统的结构示意图。实时监测各主要设备运行状态。在该工作面中，DPU工作、备用和故障三种状态分别用绿、黑和红三种不同颜色来表示；而对于I/O模块工作状态，当工作正常时将显示绿色（备用正常时将显示黑色），不正常时将显示红色错误代码。

3.3 DCS系统受电工作

（1）环境要求及对措。DCS盘柜内都是很多精密的电器元件，对环境的温度、湿度等都有较高的要求。环境温度一般应保持在15℃~28℃，温度变化率不大于5℃/h，相对湿度为40%~75%，振动小于0.5mm，含尘量小于0.3mg/m3。所以，在盘柜安装后，地板二次抹面前，要在地板上先铺上塑料地板进行防尘。没有工作时，应将盘柜的柜门关上。清洁地板时，宜使用吸尘器。同时，应及时装上柜式空调，进行除湿、控制温度，以满足环境要求。（2）受电前检查及通电。DCS设备接地已经完成，接地方式及接地电阻经过测试符合设计要求。DCS每个机柜首次通电前，都必须测试电源电缆对地绝缘电阻，防止电压过大或短路对系统硬件造成损伤。受电全过程，应由调试单位、安装单位、DCS厂家共同参与完成。所有参加受电的人员应听从调试人员指挥，严禁违章操作。受电时，还必须做好安全防护措施，要有工作负责人监护。DCS受电完成后，为确保DCS正常运行，未经调试同意，不得擅自切断DCS工作电源。

4 结束语

综上所述，在工业生产领域中，由于DCS控制系统具有其自身系统安全性高和高度自动化的特点而被广泛的应用。但是，在实际生产活动过程，由于环境的各种因素会影响DCS控制系统的运行状态，从而导致了各种各样故障发生。当故障发生时，要仔细排查，给予恰当的解决方案，从而排除故障保障生产。

参考文献：

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