DCS系统在热电厂锅炉中的应用

王六六

哈尔滨天源石化工程有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150090

所谓集散控制系统（即DCS，英文名称为Distributed Control System），其含义是利用微处理机或微型计算机技术对生产过程进行集中管理和分散控制。是4C技术的产物。4C技术就是控制技术（Control），计算机（Computer）技术，通讯（Communication）技术和CRT（Cathode Ray Tube）显示技术。整个装置继承了常规仪表控制系统和计算机集中控制系统的优点，克服了单微机控制系统危险性高度集中以及常规仪表控制功能单一，人/机联系差的缺点，可以方便地用于工业装置的生产控制和经营管理，在电厂锅炉流程自动化领域的应用已经十分普及。

1 锅炉控制方案

锅锅炉控制方案：常用的有燃烧自动控制，汽包水位自动控制。

1）锅炉燃烧系统控制可分散成：给煤控制，送风控制，炉膛负压控制

（1）给煤控制原理说明：采用三冲量单级调节，以锅炉出口蒸汽压力为被调节变量，主汽流量信号和汽包压力信号为补充信号，PID调节作用为反作用。即锅炉出口蒸汽压力大于给定值时，减少给煤量，汽包压力经分流后正方向接入。主汽流量信号经分流后反向接入。

（2）送风控制原理说明：采用串级调节。以烟气含氧量信号为主调变量，经主调节器运算后作为副调节器的给定信号。主汽流量信号为补充信号，从而改变送风量以适应氧量及主汽流量的变化。

（3）炉膛负压原理说明：采用单冲量调节。以炉膛负压为被调节变量。

锅炉燃烧自动控制在以往二型，三型仪表时代在实际应用中很难投入，利用集散控制系统强大的控制功能和灵活的组态方式，超前及延时功能。在实际应用得以实现。方便了锅炉的运行调整。提高了锅炉运行的稳定性燃烧经济性。

2）汽包液位控制

锅炉给水自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量，并使汽包液位保持在工艺允许的范围内。液位控制常用的为三冲量控制，即以给水流量、主蒸汽流量作为补充信号的三参数控制系统。给水流量信号的引入可以抵消由于锅炉给水压力的变化对汽包水位的影响。主蒸汽流量的引入可以抵消当主汽流量增大时造成的虚假水位现象。利用集散控制系统中的运算功能，适当引入补充信号的比例，根据信号作用的正反方向，正确接入运算功能块的引脚。根据比例，积分时间的整定方法，设定适合的P，I数值。达到理想的调节效果。

3）锅炉的自动保护系统可以采用多选或多个取平均值的方式，增加保护动作的可靠性，并且能够记忆保护动作的首出信号。

2 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。

锅炉DCS系统可以实现为了保证锅炉安全运行的参数的监视和控制的自动化，节能增效，改善工作条件，提高劳动效率。

锅炉DCS系统包括调度管理层、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。

2.1 锅炉控制终端设备

针对各种蒸汽锅炉，DCS系统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。

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，可以利用系统自带的功能块进行组态，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。

2.2 锅炉监控上位机

锅炉控制终端设备可以通过总线网络或工业以太网络，与现场监控上位机通信。

操作人员在上位机监视锅炉的运行状态、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。每台锅炉监控上位机当以不同的用户名和密码登录时可以实现每台上位机之间的相互备用

2.3 工业 Ethernet层

现场监控上位机加装网卡后，可以连接成工业Ethernet网络。在Ethernet网络层可以设置多个锅炉监控站、维护站，数据站等。

2.4 调度管理层

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、锅炉工况等。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，适于对各个锅炉每天的例行巡检。提升企业的信息化程度，提高管理水平。3 集散控制系统的管理功能

1）集散控制系统可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号，从而使锅炉的安全运行等级大大的提高。为保证锅炉系统安全、可靠地运行，监控系统将根据所监测的参数进行故障诊断，给监控人员提供报警信息提示，也可同时发出语言报警提示。监控人员根据报警信息，对锅炉进行正确的操控。

2）历史记录运行参数

监控系统的实时数据库对锅炉运行参数及报警信息进行时时记录并生成历史记录文件，另外监控系统还设有专门的报警事件日志，用以记录报警／事件信息和操作员的变化等。通过历史记录可以锅炉的运行的经济性加以分析，优化运行方案。

3）计算运行参数

锅炉运行的某些运行参数不能直接测量，如年运行负荷量、蒸汽耗量、补水量、冷凝水返回量等。集散控制系统提供了丰富的标准处理算法，根据所测得的运行参数，将这些导出量计算。

总之，DCS系统在热电厂锅炉中的应用增强了锅炉参数监控的可靠性，减轻了运行及检修人员的劳动强度，便于管理，提高了企业的经济性，为企业的发展壮大打下了坚实的基础。

[1]白焰，吴鸿，杨国田编著.分散控制系统与现场总线控制系统.

[2]朱北恒主编.火电厂热工自动化系统实验.浙江中控JX-300XP教材.