基于DCS 的锅炉自动化系统

李强

(太原市热力公司，山西太原 030045)

0 引言

随着我国生产力的不断发展以及自动化科技水平的提高，锅炉控制系统普遍采用了DCS控制系统，其运行的可靠性和安全性直接关系着安全生产和经济效益。自动化仪表系统是自动控制系统与生产过程的联接纽带，特别是近年来，随着企业技术改革和扩建工程的不断进行，自动化程度和水平不断增强，因此对自控维护人员的技术水平提出了更高要求，理解自控、学习自控、解决自控问题、完善自控系统，保证生产过程持续、安全、稳定、可靠的运行。

1 投入自动控制的优势

投入自动控制，设备的启动、停止、调试工作可由运行人员在电脑上完成操作，控制系统通过控制模块连接电信号按已经编制好的程序进行，减少了误操作机会。锅炉DCS系统正是以锅炉监控自动化为目标，提高锅炉控制能力，同时具有保障安全生产，节能增效，降低劳动强度，提高安全系数及企业效益等优势。DCS具备了实时监控技术和故障诊断技术，当程控设备发生故障时，会执行系统警示并可执行复位。DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的英文缩写，是由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为枢纽的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、组态方便、配置灵活。具有可靠性、灵活性、协调性、控制功能完善、易于维护等特点。当生产工艺需要改变时可以随时改变程序，使用方便、灵活。操作人员可以在操作电脑上直接对现场设备进行控制和监视。

锅炉自控系统的主要功能是实现对热源厂工艺系统的上位监测及自动控制。工艺系统为64 MW热水链条锅炉。上位系统的网络采用的是开放、灵活的TCP/IP协议，可以对锅炉系统进行统一的监测、控制，具有动态画面显示功能、报警功能、报表输出功能、历史数据存储功能。上位监控软件采用组态显示画面，具有使用方便、简单易学、软件组态灵活等特性。锅炉自控系统均采用了美国AB公司出品的SLC500系列现场控制器，主要功能是:1)通过连接现场仪表(温度传感器、压力传感器等)采集现场工艺资料;2)对采集到的现场工艺数据进行计算和逻辑运算，发出控制指令，驱动连接的执行机构;3)通过控制网络——工业以太网，与锅炉监控中心的操作员站连接，上传锅炉现场控制站的实时过程数据，同时接受上位计算机的控制调度指令，实现整个锅炉系统的优化控制，实现热工检测、联锁保护、自动调节等功能。为了便于运行人员监视生产工况，现场的仪表带有信号变送器，将信号送到上位机上显示。主要信号有:温度热电阻及温度热电耦、压力变送器、流量计、微差压传感器、含氧量变送器等。检测仪表的主要功能是用来检测现场过程数据，锅炉进出口水温和烟气温度、进出口水压、进出口风压、烟气含氧量(烟气含氧量是反映燃烧是否完全的重要参数，一般应参与鼓风量的调节)等，这些参数给DCS模块提供4 mA～20 mA的模拟量信号，上位机通过工业以太网读取参数，并将测量数据传送到锅炉控制系统的控制器中，为控制器的逻辑运算提供准确、可靠的原始数据。并连接到报警系统，当这些量偏离设定值时发出报警信号。

锅炉供热的仪表控制系统是整个系统的核心部分(见图1)。

2 锅炉自控调试流程

1)检查锅炉运行情况及各仪表读数。2)检查自控画面中数据给定点数据输入功能。3)检查各执行器自控信号给定，逐项检查软手操切换功能，注意观察设备运行情况。4)各手操器切入自控，控制设备切入软手操模式。5)系统自动调试:调试电脑连接DCS，启动程序并监控运算逻辑。a.引风机自控调试(见图2):观察负压表读数，设定负压设定，调整控制参数初值;切入自控，观察程序运算及设备运行情况;改变负压设定，调整参数使设备动作符合要求，记录参数;调整鼓风机，引入扰动，观察并调整引风机，使其动作符合要求。b.鼓风机自控调试(见图3):观察氧量表及鼓风风压表读数，观察锅炉各风门开度，记录锅炉炉膛风量。设定风煤比，设定氧量给定，调整控制参数初值;切入自控，观察程序运算及设备运行情况;改变氧量设定，调整参数使设备动作符合要求，记录参数;调整炉排电机转速，引入扰动，观察鼓风机动作，调整风煤比设定，使鼓风机动作符合要求。c.给煤机自控调试(见图4):调整给煤机控制参数，给煤机控制比初值;切入自控，观察程序运算及设备运行情况;调整炉排电机转速，引入扰动，观察给煤机动作，调给煤机转速比设定，使给煤机动作符合要求。d.炉排电机自控调试(见图5):观察锅炉出口水温度数，设定锅炉出口水温给定，调整控制参数初值;切入自控，观察程序运算及设备运行情况;改变出口水温设定，调整参数使设备动作符合要求，记录参数。e.自控调试完成，记录各控制参数值。f.连续运行，适当改变各锅炉控制设定值，观察锅炉各控制设备运作及锅炉燃烧情况。

3 系统的连锁

锅炉的保护系统是锅炉控制系统的重要组成部分。其保护内容取决于锅炉设备本身的容量、结构、自身特性和运行方式。一般设有鼓、引风连锁保护、炉排连锁保护等。

鼓、引风连锁保护:为了保证锅炉炉膛内有一定的负压，并与外界空气有一定的流通。所以在控制启停的时候必须先启动引风，然后再启动鼓风，误操作就无法先启动鼓风。这样就有效提高了锅炉启停时的安全系数，避免事故的发生。

炉排连锁保护:在异常状态下，如引风突然停止，则连锁动作如下:引风停，则鼓风停，炉排接着停止。这样的连锁保护是为了防止当引风停后炉膛负压过大而造成爆炸等事故的发生。

4 自动化仪表系统故障的判断思路

热源厂的生产环境复杂，自动化设备和仪表在高温高压下不停运转，所以自控系统和仪表会经常出现不同情况的异常状态，对检测和维护工作也带来了考验。我们在分析仪表故障前，更要对工艺的流程和设备的特性有所了解，再参考系统的设计方案及工艺构造进行调试。比如某台炉的自控设备出现故障时，先分析组态操作画面中的历史数据，参数在仪表量程范围内的曲线波动，记录曲线发生突变或跳到最大或最小时，此时的故障常在仪表系统。先检查就地仪表，而后检查变送器部分，再到后备台检查接线端子，最后判断DCS模块故障及电源故障。逐步检查故障状态，直到数据恢复正常。有时故障要参考生产负荷和机组的变化相对调整，进行综合分析，特别值得注意的是控制对象和控制阀的变化，仪表安装更要符合规范，所以，我们要从现场仪表系统和工艺操作系统两个方面综合考虑、仔细分析。

5 结语

通过自控系统的实施，先进的控制方式保障了锅炉的正常燃烧，从安全方面来看，实现了设备的快速反应、自动控制、灵活诊断、快速维修和灵活配置控制等特点，提高了工作安全系数，建立连锁保护，保证特殊情况下的锅炉安全工作;从环保方面来看，可以合理有效地利用能源，减少对环境的污染;新技术为工业控制与监测提供一定的指引作用，在结合实际生产的情况下可逐步完善自动化。

［1］数字城市科技公司.自控工程操作与维护手册［Z］.2006(部分引用).

［2］张东风.热工测量及仪表［M］.北京:中国电力出版社，2007:141-147.

［3］黄桂梅.计算机控制技术与系统［M］.北京:中国电力出版社，2006:202-209.