DCS与DEH一体化控制系统在玻璃工厂余热发电机中的应用

汪光侠

（中国建材国际工程集团有限公司，广东 深圳 518054）

0 引言

DCS是分布式控制系统的英文缩写，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，DCS综合了计算机，通信、显示和控制等技术，具有分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便的特点。

DEH就是汽轮机数字式电液控制系统，由计算机控制部分和EH液压执行机构组成。DEH是汽轮机配套的专用调节系统，采用DEH控制可以提高调节汽门的控制精度，为实现协调控制（CCS）及提高机组的控制水平提供了基本保障。随着计算机技术的发展和用户对自动化控制要求的不断提高，中小汽轮机也陆续开始应用DEH。对于玻璃工厂余热发电机，由于烟气温度和流量不稳定，余热锅炉产生的主蒸汽流量和压力也经常波动，有些汽轮机还需要抽汽供热，余热发电机就不能按照常规电厂的“定压运行”，而应当由DEH控制汽轮机的调速汽门接近全开，使汽轮机处于“滑压运行”状态，余热锅炉产生多少蒸汽，汽轮发电机就发多少电，这样可提高余热发电机的效益。

DCS一体化控制系统就是由同一套DCS系统完成锅炉、汽机、电气和辅助公用系统的全部控制功能，通过通信网络实现数据共享，显示终端共用，以达到简化系统，保证各个系统之间的协调运行。

1 DCS系统的组成及功能

DCS主要由操作站、过程控制站和通信网络组成。操作站是DCS的人机接口，完成系统的操作和组态，用于生产环节的控制操作、生产过程状态显示、报警状态即时显示、实时数据和历史数据显示和打印等。过程控制站是系统控制功能的主要实施部分，主要由DPU、电源模块、I/O单元组成，为了系统的安全性，DPU、电源等模块均冗余配置。通信网络是由通信模块、交换机和通信电（光）缆组成，负责各种功能站之间的数据交换，随着计算机与网络技术的飞速发展，网络功能逐步开放，DCS可以兼容更多的通信信号，实现更多的功能。

目前,国内玻璃工厂在一个厂区内一般都建有两条或以上的玻璃生产线，在每条玻璃生产线的窑头安装一台余热锅炉,每台余热锅炉均设一个DCS过程控制站对锅炉的热工、电气设备进行检测和控制。余热锅炉和发电机组及其附属设备的过程控制站通过通信网络联成一体，在中央控制室通过操作员站进行集中监视和操作。某项目有四条玻璃生产线,余热电站采用四炉一机配置,在余热电站主厂房的中央控制室设有五台全功能操作员站，其中一台操作员站兼做工程师站，通过操作员站完成对4台余热锅炉和汽轮发电机的监视和控制。操作员站之间可以相互切换，每台LCD显示器即可监控锅炉参数，又可监控汽轮发电机参数。

DCS系统基本功能包括：余热电站的数据采集系统（DAS）、主要模拟量的控制系统（MCS）和主辅机的联锁保护系统（SCS）。以LCD和键盘操作做为监视和控制中心的主要操纵设备，并配置少量必要的常规仪表和控制设备。集控方式下可以通过操纵员站的键盘和鼠标，对主、辅机设备进行启停，对各调节回路进行手动和自动控制。在手动方式下，通过备用操纵盘启停设备和用手操器对调节回路进行控制。系统主要运行在集控方式，只有控制系统故障时才在单机方式下运行。

2 DEH系统的组成及功能

DEH主要由操作员站、I/O控制站、液压控制系统和危急跳闸系统（ETS）等组成，它将汽轮机的调节、保护和油系统联结成一个整体，完成对汽轮机的启动、监视、保护和运行。早期的DCS系统由于运算周期无法满足ETS的要求，ETS单独使用PLC来实现主机保护，随着DCS系统的性能提高，用DCS硬件设备来实现ETS功能，ETS的任务也由DCS来完成，ETS和DCS实现了一体化，所有进入和输出ETS的信号都能在LCD显示和报警，并实现SOE记录。

DEH的主要功能是按操作员或自动启动装置给出的指令来控制主汽阀、调节阀的开度，使机组按一定要求升、降速或升降负荷实现机组运行中的各种要求，DEH装置按受转速、功率及第一级压力的实际信号，对机组的转速、功率、蒸汽流量，实行闭环调节，此外DEH还有阀门管理、参数监视显示、超速保护，自启停控制等多种功能。

DEH有多种控制方式。在阀控方式下，操作员通过设置目标阀位或按阀位增减按钮控制油动机的开度。在阀位不变时，发电机功率将随蒸汽参数变化而变化。在功控方式下，操作员通过设置负荷率、目标功率来改变功率给定值，经过控制回路运算后控制油动机的开度。在给定功率不变时，油动机开度自动随蒸汽参数变化而变化，以保持发电机功率不变。在压控方式下，操作员通过设置压变率、目标压力来改变压力给定值，经过控制回路运算后控制油动机的开度。在给定压力不变时，油动机开度自动随蒸汽参数变化而变化，以保持主汽压力不变。为了确保机组的安全，还设置了多种限制保护、系统试验等功能。

在汽轮发电机组并网前，DEH系统为转速闭环无差调节系统，可以实现自动升速控制。在机组同期并网时，使发电机带上初负荷，并由转速PI控制方式转为阀位控制方式。并网后DEH的控制方式可在阀位控制、功率控制、主汽压力控制方式之间无扰切换。

3 DCS与DEH的一体化控制系统

DCS与DEH的一体化控制系统就是将DEH和ETS的控制部分采用与DCS一致的硬件和软件，作为DCS的一个站直接挂在DCS主干网上，实现与DCS的无缝连接。实现机组控制一体化要求，使机组的整体监控自动化得到提高。由DCS统一协调余热锅炉与汽轮机运行，在个别锅炉因烟气不稳的情况下，最大限度地让汽轮发电机以适当的控制方式运行。在汽轮机“滑压运行”时，DCS要密切监视汽轮机前的蒸汽压力和温度不能低于汽轮机厂规定的最低值，当进入汽轮机的蒸汽负荷低于一定值时，DCS立即命令汽轮机转为 “定压运行”，由此可见，只有采用同一套DCS控制整个余热发电机组，才能迅速响应玻璃厂烟气温度和流量的变化，保证汽轮机的运行安全并获得最大的经济效益。

DCS与DEH的一体化控制系统的网络拓扑图如图1示。

DCS与DEH的一体化控制系统具有下列优势：

图1 DCS一体化控制系统网络拓扑图

（1）功能的相对独立性。DCS中各过程控制站独立完成自己固定的功能和任务，DEH作为DCS的一部分，独立完成DEH、ETS功能，过程控制站控制功能的分散有利于降低风险和工作可靠性，这也是DEH成为DCS一部分的前提条件。

（2）通信简单 。目前国内有多个DCS生产商可以提供DEH，DEH与DCS采用同一家产品，不存在两个系统间通讯协议的转换和现场调试，解决以前经常出现的DCS与DEH通信困难或在DCS上操作DEH速度慢等问题。

（3）硬件配置简单。DCS与DEH的一体化设计可以使控制系统软硬件统一,避免DCS与多种硬件设备接口的麻烦，减少备品备件种类，方便用户采购和管理备品备件。同时由于信息共享，有些测量点不必引到几个系统，避免了一个测量点在不同设备上显示不一致的情况。

（4）应用软件采用一家产品，有利于用户更好地熟悉、掌握设备性能，维护人员不需要掌握几套应用软件，可有效减少维护人员的工作量。

（5）DCS与DEH采取一体化设计，DEH可以很方便地对汽轮机调速汽门的开度进行各种形式的控制和对汽轮机的机前压力的变化范围和变化速率加以限制，防超速保护（OPC）容易实现，从而可保证汽轮机的安全运行。此外，汽轮机的“滑压运行”和“定压运行”也很容易切换，这些都是多回路控制器505E难以做到的。

（6）当汽轮发电机孤网运行时，一体化设计方案不再需要两个系统之间的负荷/转速控制接口，有利于提高负荷响应速度，实现良好的孤网运行效果。

4 结束语

余热发电机组包含锅炉、汽机和电气三大系统，DCS和DEH采用一体化方案已成为共识。将电气控制系统（ECS）直接纳入DCS可实现ECS的完整监控，然而目前国内DCS厂商还没有满足电气控制系统的微机保护模块，电气开关量和电测量只能通过硬接线接入DCS系统，通过电气控制系统的监控站与DCS通信也存在不同厂家的产品通信问题，因此ECS与DCS一体化也是今后发展的方向。

随着计算机技术、通讯技术和控制技术的不断发展，为满足余热发电机的安全稳定性以及减少对并网线路的影响，余热发电机必须具备更高的调节适应能力，采用厂级监控信息系统（SIS）、一体化的DCS及辅助车间控制系统组成信息共享，功能强大的自动化控制网络，可以进一步提高机组的经济效益和安全性，使机组的运行管理水平上一个新的台阶。