DCS系统在宣钢180 t锅炉系统中的应用

王秀枝

（河钢宣钢设备能源部，河北张家口 075100）

DCS系统在宣钢180 t锅炉系统中的应用

王秀枝

（河钢宣钢设备能源部，河北张家口 075100）

主要从硬件选型、软件设计方面对宣钢180 t锅炉汽水系统、燃烧系统、停炉连锁等系统进行自动化功能设计，采用ABB公司的CBF软件进行软件编程，实现锅炉系统的自动控制。

锅炉；汽包水位；燃烧；控制

1 系统及工艺概述

宣钢180 t锅炉是全燃气锅炉，主要是使用高、转、焦炉煤气和热空气按比例进入燃烧室，燃烧后产生的热量将给水转化为饱和蒸汽，然后经过过热器转化为过热蒸汽，由减温水减温使过热蒸汽达到工艺需要的温度，最后进入蒸汽母管，为汽轮机运转提供动力；锅炉是一种能量转换设备，它把燃料中的化学能转化为热能，再进入汽轮机将热能转化为动能，为风机提供定压、定温的蒸汽，带动风机转动，为高炉供风。主要包括汽水系统、风烟系统、燃烧系统等的控制。

2 控制方案

2.1 总体思路

为了系统运行的可靠性，考虑成本，整个系统设计采用ABB公司的Freelance2000集散控制系统，该系统是通过以太网和基于现场总线技术的控制网络连接的综合信息系统。整个系统设计的总体思路是采用冗余控制,主要由工程师站、操作员站、交换机、控制器AC800F、I/O 模块、接线端子和通讯网络设备等组成，为了实现冗余控制，硬件选型无论是控制器，还是通讯设备、操作员站等均配置相同型号的两套。AC800F控制器作为控制核心，并且还扩展了EI803以太网模件，FI830 Profibus模件，方便数据通讯，SA802为现场控制器AC800F上的CPU板和以太网模件、现场总线模块提供高稳定性供电。

2.2 硬件设计

2.2.1 控制器的选型与配置

AC800F控制器的主要任务是用来协调控制站的硬件和软件的联系，实现核心数据处理及逻辑运算功能，比如完成计算控制、控制及处理上下网络通讯、诊断冗余等。因此系统的主要核心就是控制器，它的功能及性能直接关系到系统功能的可用性、实时性、可维护性和可靠性。

参考硬件选型手册，控制器选型结果如表1。

表 1 AC800F控制器选型表

2.2.2 I/O模块的选型和配置

AC800F过程控制系统的I/O单元由AI、AO、DI、DO、RTD等各信号模块与接线端子共同构成，I/O模块单元用于完成现场数据的采集、处理和驱动，实现现场数据的数字化。本控制系统根据ABB硬件选型手册，得出表2为 I/O模块的选型结果。

表 2 ABB I/O模块选型

本系统采用S800I/O站，每一排安装2个现场通信模件CI840，实现冗余网络，每排最多12个模块，根据实际系统的需要，每一个控制点的数据将从I/O模块中采集到，机架之间采用Pofibus-DP通讯缆连接。控制柜背面安装有接线端子，用于现场数据信号的接入。通过软件设置和硬件的不同配置可构成不同功能的控制结构。

2.2.3 工程师站、操作站设备选型

在实际运行过程中，ABB DCS控制系统相对稳定，操作站故障率较高，对于这一问题的解决办法是采取操作站间相互冗余，交换机对两个操作站通讯，只要交换机和连接上位机和下位机的网线正常，两个操作站就可以单独运行，交换机是最容易发生故障的环节，我们选择了HANSMAN的产品并且实现交换机间的冗余，即两台交换机间通过网线实现数据交换，其中一台交换机出现故障并不会影响整个系统的数据交换。在系统正常运行时，工程师站可以作为普通操作站使用。

2.3 DCS控制系统的网络结构

系统网络用于实现各节点间相互通讯，将操作员站、过程控制站、I/O单元通讯接口等硬件设备构成一个完整的分布式控制系统的通讯网络。为了生产可靠运行，本设计中DCS的过程控制采用冗余网络，即安装有两个AC800F控制器、两个操作员站，实现一用一备功能，防止系统中断控制，影响生产。网络结构图如图1。

图 1 控制系统网络结构图

AC800F使用Ethernet网络作为系统总线连接多种类型接点设备。实现过程控制站及操作员站和工程师站之间的对等通信。由各种总线传输上来的不同数据信息，在控制器内按照实现编制好的程序进行计算处理，一方面通过内部快速数据总线传递给专用以太网模件，依据通信表的安排传送给需要的操作员站，另一方面将处理的输出数据通过各类总线接口模件传送到目标现场设备。

2.4 DCS控制系统组态软件

本系统选用ABB配套的系统组态软件ABB9.1实现软件组态，ABB软件包含了实时监控和系统组态两个部分。操作员站的软件采用工控软件Digivis来开发，其操作系统采用WINDOWS XP。操作员站主要完成控制系统的操作、监视、实时数据显示、运行参数的实时趋势，历史趋势、报警查询、报表、自动和手动控制方式的选择，调整过程设定值和偏差等任务。过程站采用Industrial IT软件开发，过程站主要完成数据采集，停机及各种泵阀连锁，自动控制程序编制，各种参数声光报警等程序设计。

工程师站选择Control Builder F编程软件，用来编制系统自动控制程序，实现设备的自动运行。锅炉控制采用功能方块图FBD图形编程语言，该语言直观、简洁、便于理解。

3 系统各功能控制过程的实现

3.1 锅炉安全停炉和防止误操作停炉

保障锅炉的安全运行及在突发事故下锅炉的安全停炉是研发时的重点。

3.1.1 煤气系统

煤气系统除在总管上安装有切断阀外，在每个燃烧器支管上也加装手动和电动切断阀。当需要停炉时会在第一时间关闭总管和支管切断阀并同时打开煤气放散阀。

3.1.2 火焰监控系统

炉膛火焰监视采用现场火焰监视摄像机进行监控，操作员通过观看现场火焰监视器来确认炉膛是否失火。

3.1.3 其它安全装置

锅炉给水通过主路/旁路的切换来确保当一个调节阀出现故障时，自动上水系统仍能正常运行。蒸汽系统通过安全阀来确保当汽包压力过高时汽包自动泄压。

3.1.4 防误操作系统

当锅炉某一参数达到停炉值时，控制系统会通过主控室内的声光报警提示操作员，并弹出确认取消画面。操作员对比其它参数和与现场岗位人员确认判断是否需要停炉后点击确认或取消按钮来进行停炉/故障信号切除操作，确保锅炉不会因为现场某一检测元件失灵而引起停炉。

3.2 上位机显示画面和工艺系统程序编制

3.2.1 水系统程序及画面

锅炉汽水工艺系统的程序由自动上水、减温水自动控制等程序组成。自动上水程序根据汽包水位的测量值、给水流量的测量值和蒸汽流量的测量值，这三个冲量调节锅炉主路或旁路给水阀的开度（主路与旁路之间有联锁切换）对汽包水位进行自动调节，以保持汽包水位在正常水位-30 mm~+30 mm。减温水给水阀门自动控制程序主要是对锅炉过热蒸汽温度进行自动调节。以低温过热器出口蒸汽温度的测量值为调节参数，调节减温器的主、备减温水给水阀开度 ，通过控制减温水的流量使低温过热蒸汽温度保持在450依10益的范围内。

3.2.2 燃烧系统程序

风烟系统的联锁程序由引送风机、送风机与出口风门挡板等联锁程序组成。引送风机联锁程序可以保证当引风机停机时，送风机也停机，但送风机停机不会引起引风机停机；送风机与出口风门挡板联锁程序可以保证送风机停机的同时自动关闭出口挡板。风烟系统联锁程序保证了在事故及停炉时炉膛保持负压，保证人员、设备安全。

3.2.3 停炉联锁系统程序及画面

停炉联锁程序包括炉膛失火、汽包液位高、汽包液位低、汽包压力大、引风机全停、送风机全停、高炉煤气压力低、手动停炉八个联锁条件，如果在联锁程序投入状态下出现满足停炉的条件，程序会自动发出一个停炉信号，经岗位人员确认后进入停炉程序：自动关闭与工艺有关的电动阀，停两台送风机，从而实现锅炉的自动停炉。停炉联锁程序有力的保障了锅炉运行的安全。

4 结语

180 t锅炉自动化控制使锅炉运行更加稳定，自动化控制程序的完善保证了设备的正常运行，减少了设备运行、维护的工作量，同时极大的改善了设备运行状况，减少工作人员的劳动强度，促进了公司及我厂的工业化自动化建设，并保证了控制系统的准确控制，保证了安全生产。

The App lication of DCS System in Xuangang’s 180 t Boiler System

Wang Xiuzhi
(Xuangang Equipment and Energy Dept.of Hebei Iron and Steel Group,Zhangjiakou,Hebei 075100,China)

The automation function of the steam water system,combustion system and furnace shutdown interlink system of Xuangang’s 180 t boiler were designed from the aspects of hardware type selection and software design.The CBF software of ABB Company was used in software programming,to achieve automation control of the boiler system.

boiler;steam drum;combustion;control

TP27

B

1006-6764(2018)01-0062-03

2017-08-31

王秀枝（1971-），女，2005年毕业于河北大学计算机管理专业，仪表高级工程师，现从事自动化仪表和供排水管理工作。