DCS控制在锅炉输煤系统中的应用

李 冬，张保存

（1.中国石油集团东北炼化工程有限公司锦州设计院 辽宁 锦州 121001；2.辽宁石油化工大学 信息与控制学院，辽宁 抚顺 113000）

某大型原油储备罐区为国家重点工程，锅炉作为其配套工程，产生的蒸汽主要为储罐升温、维温、管线伴热及冬季供暖使用，该项目共建设35吨和20吨两套循环流化床锅炉，分别供采暖期和非采暖期使用。

输煤系统是锅炉系统的一部分，担任着给锅炉输送燃料的重要角色。一旦输煤系统故障，会直接导致整个锅炉系统的停车。从而引发蒸汽伴热的缺失，造成储罐及输油管线中的原油凝结，给企业带来重大损失。

1 输煤系统的组成和特点

输煤系统控制的现场设备主要包括：振动给煤机、1#～3#皮带机、筛煤机、碎煤机、除尘机组等。为确保安全运行，系统对被控设备设置各种检测和保护功能。

输煤系统具有控制设备多、分布广、工作环境恶劣、操作频繁及维护量大等特点[1]。

2 DCS系统简述

DCS[2]是分散控制系统（Distributed Control System）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。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 ，综 合 了 计 算 机 （Computer）、通 讯 （Communication）、显 示（CRT） 和 控 制 （Control） 等 4C技 术 ， 又 结 合 了 信 息（Correspondence）管理技术，目前的DCS是完成过程控制和信息管理的一种现代化的装置（即5C技术）[3]。其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS一经问世，就以其高可靠性、适用范围广、功能强、安全而成为过程控制中最为实用的系统，并获得了广泛的应用[4]。

图1 DCS系统结构图Fig.1 DCSsystem structure

本项目采用DCS对锅炉系统（包含输煤系统）进行控制和管理，其网络结构由上至下分为两个层次[5]：系统网（SNET）和控制网（C-NET）。系统网是过程监控级的通信网络，用于工程师站/操作站和主控制器之间的双向数据传输；控制网是过程控制级的通信网络，实现控制机柜内的各个I/O模块和主控制器之间的互连和信息传送。I/O模块通过主控制器实现对现场信号的采集和控制，输煤系统的现场信号主要为数字量信号（DI/DO）。

3 DCS的控制程序设计

输煤系统按照控制方式分为自动、远程手动和就地手动3种，其中自动和远程手动控制由DCS完成，就地手动由输煤设备自带控制箱完成。在DCS中设置顺序控制自动投用/切除状态选择软开关，对应自动和远程手动控制方式。

3.1 自动控制

自动控制是对整个输煤系统采用一键式控制，即在DCS中一键启动或停止整套输煤系统，整个输煤程序完全自动进行控制，无需操作人员进行干预。这样有助于提高系统的运行效率，减少操作人员的工作量。

自动控制分为启动和停止两部分顺序逻辑控制，下面分别介绍这两部分顺序控制的自动控制。这里面的顺序控制自动投用/切除状态选择软开关均置于投用状态。

3.1.1 自动启动控制

输煤系统自动启动顺序控制如图2所示。

图2 输煤系统自动启动顺序控制图Fig.2 Coal handlingsystemtoautomatically boot sequencecontrol chart

首先广播系统接到DCS信号后启动，自动发出警告指令，提醒现场操作人员注意并进入指定岗位。

接下来遵循逆煤流的原则进行顺序控制启动，即按输煤物料流程的相反顺序进行设备的启动控制。控制程序设计方案如下：

1）自动启动除尘机组（分为A、B两台），这将用来消除启动后续设备带来的煤粉尘，改善锅炉房内的环境。

2）延迟一段时间（1分钟）后，启动3#皮带机，但要在除尘机组已运行的逻辑条件满足的情况下。

3）延迟一段时间（10秒钟）后，在除尘机组和3#皮带机已运行的逻辑条件满足的前提下，启动碎煤机。

在顺序控制中满足逻辑条件前提下启动后续设备，我们将其称之为带条件启动（停止）。这里的逻辑条件不仅指设备运行的条件，延迟时间到达也是其中的条件。

4）然后依次按顺序延迟启动筛煤机、2#皮带机、1#皮带机和振动给煤机，启动每台设备均遵循带条件启动原则。

整个输煤系统启动过程中或启动完成后，如果某个逻辑条件未满足的情况需要自动进行停机控制，这部分内容将在下面的自动停止控制中提到。

3.1.2 自动停止控制

自动停止控制程序分为以下两种情况：

1）正常停机的顺序控制

完整的正常停机顺序控制如图3所示。

图3 完整的正常停机顺序控制图Fig.3 Complete normal shutdown sequence control chart

与自动启动控制正好相反，停止程序遵循顺煤流的原则进行顺序控制停机，即按输煤物料流程的相同顺序进行设备的停止控制。

在DCS操作站按下自动停止开关后，首先停止振动给煤机，然后均经过一段延迟时间后依次停止1#皮带机、2#皮带机、筛煤机、碎煤机、3#皮带机，最后停止除尘机组。停止每台设备一定要遵循带条件停止原则。

2）故障停机控制

在输煤系统运行阶段，如果某个逻辑条件不满足，则该需要满足该条件的设备禁止启动，同时该设备前面已启动的设备也自动停止。

例如筛煤机发生故障停机，那么它的停机状态信号会作为联锁停机信号送给前面正在运行的设备，包括振动给煤机、1#皮带机、2#皮带机在内的设备会同时停机。后面正在运行的设备包括碎煤机和3#皮带机则继续根据生产需要运行一段时间。待3#皮带机上的煤输送完毕后，操作人员在可以在DCS操作站上按下停机按钮，系统将自动按照顺序控制程序停止碎煤机、3#皮带机和除尘机组。

这主要是防止输煤过程中出现煤的堆积，从而减少对其它设备造成的伤害，同时也给操作人员和检修人员进行故障排查提供安全的环境。

故障停机控制完成后，可以马上就逻辑条件未满足可能出现的原因展开排查，找出故障原因并进行及时处理。只有当故障解决后才能重新启动顺序控制程序。

3.2 远程手动控制

在实际生产过程中，往往需要对单台输煤设备进行远程启停控制，我们称之为远程手动控制，它又分为联锁手动控制和解锁手动控制两种控制形式。

3.2.1 联锁手动控制

根据现实情况灵活控制输煤系统会用到联锁手动控制。首先将顺序控制自动投用/切除状态选择软开关置于切除状态，然后按照与自动控制相同的顺序原则启动（停止）整套或部分输煤系统。为了保障设备和人员的安全，程序上依然要遵循带条件启动（停止）的原则。

3.2.2 解锁手动控制

在输煤系统试车、调试和检修等阶段，实际操作中往往会用到手动远程启动和停止单台设备，且不需要受到其它设备状态等条件的影响。与3.2.1相同，前提是将顺序控制自动投用/切除状态选择软开关置于切除状态。

在每台输煤设备的逻辑控制程序中设置解锁软开关，能够将除该设备自身保护条件外的联锁条件全部切除，联锁切除后的控制即为解锁手动控制。可以看出解锁手动控制不再遵循带条件启动（停止）的原则，这就需要在实际应用中一定要确保安全才能进行。我们在DCS组态中，将解锁软开关设置为工程师级（不允许一般操作人员操作）作为增强安全性的手段。

4 DCS控制的辅助手段

将电视监控系统作为DCS程序控制的辅助手段运用到输煤系统中来，保证设置摄像机对煤廊，皮带间，振动给煤机等输煤系统沿线主要环节实现全面监视，将硬盘录像机和监控计算机设置于控制室内DCS操作站旁，从而使操作人员能够在室内直观的观测到输煤设备运转情况。保证设备的良好的运行状态[6]。

电视监控系统与DCS系统实现联动控制，当DCS检测到现场某台设备停机或出现故障信号时，电视监控画面能够自动切换到该设备监视画面。这样能够便于操作人员对出现状况进行实时观测和及时处理。

5 结束语

该大型原油储备库区的配套锅炉系统已于2009年投用，至今运行状况良好。从现场应用来看，其输煤系统成功运用了DCS控制，提高了自动化水平，优化了生产的流程，实现了控制的灵活性，保证了系统的安全性。

[1]李旭芳.火电厂输煤程控系统及燃煤计量方法的研究[D].西安:西安建筑科技大学，2005．

[2]张德全.集散控制系统原理及其应用[M].北京：电子工业出版社，2007.

[3]朱学军.分布式控制系统发展综述[J].机床电器，2004，31（1）:5-8.ZHU Xue-jun.Distributed control systems development review[J].Electrical Machines，2004，31（1）:5-8.

[4]Rahkonen T.Distributed industrial control systems-A critical review regarding openness[J].Control Engineering Pratice，1995，3（8）:1155-1162.

[5]傅周兴.工业控制网络及企业信息网的构建[J].电气传动自动化，2002，24（2）:42-44.FU Zhou-xing.Industrial control networks and enterprise information network construction[J].Electrical Transmission Automation，2002，24（2）:42-44.

[6]云鹏刚，张泽.PLC在电厂输煤自控系统中的应用[J].微型机与应用，2000，18（2）:62-63.YUN Peng-gang，ZHANG Ze.PLC automatic control system used in thecoal handling[J].Microcomputer&Its Applications，2000，18（2）：62-63.