DCS控制系統(tǒng)在鍋爐的運(yùn)用
史鋼軍
（南京化纖股份有限公司）
摘要：本文主要介紹了DCS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其在鍋爐運(yùn)行中體現(xiàn)出的優(yōu)勢。
關(guān)鍵字：集散系統(tǒng)組態(tài)、安全生產(chǎn)。
1，集散控制系統(tǒng)簡介
南京化纖股份有限公司自備電廠共有3爐（75T循環(huán)流化床）3機(jī)（6MW背壓機(jī)組），為了提高生產(chǎn)過程自動化控制水平，更好地控制運(yùn)行參數(shù)，我們配備了DCS控制系統(tǒng)。鑒于運(yùn)行速度需滿足工藝要求,完成諸如實(shí)時數(shù)據(jù)顯示、報警、回路調(diào)節(jié)、設(shè)備的啟停、聯(lián)鎖、解鎖、事故追憶、歷史值的查閱等功能。我們選用了選用相對國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先、功能完善的浙大中控股份有限公司集散控制系統(tǒng)。
根據(jù)生產(chǎn)流程的需要，我們配備了6個控制站，1個工程師站，7個操作員站，相互之間通過網(wǎng)絡(luò)連接，整個網(wǎng)絡(luò)由SCNET網(wǎng)和SBUS網(wǎng)組成。為了加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，均采用了冗余控制。主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、外配24VDC電源、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等都采用了冗余控制，當(dāng)一路出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能自動切換，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下：
工程師站的主要作用是完成軟件組態(tài)及對各站數(shù)據(jù)庫、報表、圖形、歷史庫的下裝，I/O站完成現(xiàn)場信號采集及控制功能，操作員站完成現(xiàn)場監(jiān)視，包括報警、工藝流程顯示、控制操作參數(shù)修改(如PID參數(shù)修改)、趨勢顯示、統(tǒng)計等功能。系統(tǒng)共有引風(fēng)、送風(fēng)、給水、減溫水、給煤等調(diào)節(jié)量,用于調(diào)節(jié)爐膛壓力、低溫過熱器后氧量、煙氣出口氧量、鍋筒水位、蒸汽溫度、蒸汽流量。系統(tǒng)中所有電機(jī)、電動閥開停均由DCS操作,控制室內(nèi)還安裝了3個輔屏柜。為了及時處理緊急情況,在操作臺上安裝了緊急停爐按鈕，這樣可實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的多重保護(hù)，將事故的可能性降至最低。
2，DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示功能
2.1，數(shù)據(jù)、流程圖顯示畫面
流程圖主要包括：汽水系統(tǒng)畫面、燃燒煙氣系統(tǒng)畫面、點(diǎn)火系統(tǒng)、除氧公用系統(tǒng)、MFT保護(hù)系統(tǒng)。
根據(jù)工藝要求將系統(tǒng)的工藝流程在DCS系統(tǒng)操作員站屏幕上形象逼真地反映出來，將所有能動的設(shè)備在運(yùn)行時，讓其產(chǎn)生動態(tài)，使操作人員易于識別哪些設(shè)備運(yùn)行，哪些設(shè)備停止，如引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，風(fēng)機(jī)由綠色變成紅色，并運(yùn)用隱藏顯示功能，便可轉(zhuǎn)動。給煤機(jī)運(yùn)行時皮帶顯示會轉(zhuǎn)動，且爐膛火焰上下跳動，所有調(diào)節(jié)閥隨閥門開度變化而產(chǎn)生閥位的變化，液位亦隨實(shí)際液位實(shí)時變化。
DCS對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時保存，操作人員可在趨勢一覽里查詢需要的參數(shù)。可以準(zhǔn)確地反映當(dāng)時的工況，趨勢保存時間與操作站電腦硬盤的容量有關(guān)。較以前的二次表顯示體現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。
2.2，操作畫面
系統(tǒng)組態(tài)提供了風(fēng)機(jī)啟停/風(fēng)閥調(diào)節(jié)、給水閥、減溫水閥、給煤機(jī)啟停/頻率調(diào)節(jié)、電動閥開關(guān)等操作畫面，每一幅畫面均將該回路調(diào)節(jié)所需參數(shù)完整提供。風(fēng)機(jī)啟停、電動閥開關(guān)畫面采用窗口形式，窗口類似于正常電機(jī)控制使用的控制箱，它顯示出遠(yuǎn)程/就地、故障、運(yùn)行狀態(tài)。調(diào)節(jié)畫面采用PID窗口形式，有自動、手動轉(zhuǎn)換功能，可隨意修改設(shè)定值，由PID自動輸出給現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成自動調(diào)節(jié)的功能。
3，DCS組態(tài)
3.1 設(shè)備啟停的組態(tài)
現(xiàn)場設(shè)備的啟停主要是通過圖形編程來實(shí)現(xiàn)DCS對設(shè)備的啟停，組態(tài)時需考慮現(xiàn)場設(shè)備的電氣控制原理和設(shè)備的功率。根據(jù)電氣設(shè)計資料，在其接觸器控制電路加入中間繼電器(其中間繼電器受控于DCS系統(tǒng)I/O站開出端子板上的繼電器)，以滿足開出信號端子板上繼電器所能承受的電流，此類設(shè)計一般考慮為大功率電機(jī)啟動時使用。當(dāng)電機(jī)功率不大時，可直接用I/O端子板上的續(xù)電器進(jìn)行直接控制。
3.2，調(diào)節(jié)回路的組態(tài)
現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)多為角行程調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在組態(tài)中運(yùn)用BSCX模塊進(jìn)行控制。將測量值，設(shè)定值、連接至相應(yīng)的引腳，輸出控制連接至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。并可構(gòu)成一個簡單的調(diào)節(jié)回路。在操作畫面上可調(diào)節(jié)PID參數(shù)，正反作用。每個調(diào)節(jié)回路都有獨(dú)立的PID參數(shù)。
鍋爐液位是利用三沖量進(jìn)行控制，及汽包液位、給水流量、主蒸汽流量。整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)有主副兩個回路和一個前饋通道組成，給水反饋形成副回路，能及時反映調(diào)節(jié)效果和消除給水自干擾。液位反饋形成主回路，當(dāng)水位偏離給定值時主PID輸出通道通過副回路調(diào)節(jié)給水量，使穩(wěn)態(tài)時水位回到給定值，主蒸汽流量作為前饋通道。下為示意圖：
3.3，系統(tǒng)連鎖功能
本系統(tǒng)所有連鎖開關(guān)都采用自定義一字節(jié)軟開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，可以在畫面上手動切除與投入。總連鎖投入時：如引風(fēng)機(jī)停時系統(tǒng)自動按照順序同時停一次風(fēng)機(jī)與給煤機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、返料風(fēng)機(jī)。連鎖切除時，設(shè)備可隨意啟停。
根據(jù)MFT停爐條件設(shè)計邏輯圖，如上圖所示，當(dāng)爐膛壓力、床溫、汽包液位等模擬量異常時，在連鎖投入的情況下，會自動停給煤機(jī)。汽包液位、汽包壓力到達(dá)設(shè)定值后會自動開關(guān)事故閥，保證鍋爐的安全生產(chǎn)。設(shè)定值在工程師權(quán)限下可修改。輸出動作后，將在首出中記憶，在不復(fù)位的情況下不會消失。
4，結(jié)束語
本系統(tǒng)自2006年投入運(yùn)行以來，未出現(xiàn)過軟硬件問題，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，控制操作靈敏，安全可靠性高。一方面減少了司爐工的工作強(qiáng)度提高了工作效率，又有效地節(jié)約了能源，減少污染。初步估算由DCS替代所有顯示、調(diào)節(jié)二次表可節(jié)約投資50萬元。實(shí)踐證明在循環(huán)流化床上使用DCS系統(tǒng)較以前的二次表常規(guī)控制節(jié)約了大量的人力投入和資金投入，在以后的發(fā)展中有著廣泛的前景。
