小型熱電廠(chǎng)DCS控制系統的應用與改進(jìn)

　　0 引言

　　分散控制系統（DCS）是計算機、自動(dòng)控制技術(shù)及網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)的綜合產(chǎn)物。它基于控制分散、危險分散、操作和管理集中的設計思想，采用多層分級、合作自治的結構形式，適應了現代化生產(chǎn)和企業(yè)管理的要求。由于DCS融人了最新的現場(chǎng)總線(xiàn)、嵌人式軟件、先進(jìn)控制、報表技術(shù)、CRT以及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等，使得其能夠整體解決小至一臺大型設備（鍋爐）、大至一個(gè)現代化工廠(chǎng)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的全方位控制，并為工廠(chǎng)全程信息化管理提供基礎平臺。

　　隨著(zhù)我國生產(chǎn)力的不斷發(fā)展以及我國在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化方面科技水平的不斷提高，目前我國新建的火電廠(chǎng)普遍都采用了DCS控制系統，以前采用常規控制的火力發(fā)電廠(chǎng)也基本進(jìn)行了DCS改造。隨著(zhù)DCS控制系統的不斷發(fā)展，性能不斷提高價(jià)格逐年下降，DCS控制系統的應用范圍將越來(lái)越廣。DCS也逐步開(kāi)始在小型電廠(chǎng)廣泛應用。在我國，小型火力發(fā)電廠(chǎng)基本上為供熱機組，主要用于冶金、石化、化工、紡織等行業(yè)大型企業(yè)的自備電廠(chǎng)及城市供熱，大部分屬于電力系統外的電廠(chǎng)。典型的主設備選型多為循環(huán)流化床鍋爐配抽汽式汽輪發(fā)電機組，一般為二爐一機或三爐二機，熱力系統為母管制。保定石油化工廠(chǎng)熱電站即為典型的企業(yè)自備熱電聯(lián)產(chǎn)機組。其DCS系統的應用和改進(jìn)，可為我國為數眾多的小型電力企業(yè)同行提供一些思路和借鑒。

1 DCS系統的應用

DCS系統組成

該廠(chǎng)2003年應用北京和利時(shí)自動(dòng)化工程有限公司研制的HS2000分散控制系統進(jìn)行技術(shù)改造，該系統包括DAS和MCS兩部分，其中DAS用于運行參數實(shí)H寸監測，MCS用于模擬量控制。HS2000系統的節點(diǎn)從功能上分成操作員站、工程師站和現場(chǎng)控制站三種類(lèi)型。這些節點(diǎn)通過(guò)系統網(wǎng)絡(luò )連接在一起，所有節點(diǎn)之問(wèn)的數據和信息傳遞都南系統網(wǎng)絡(luò )完成。操作員站由可靠性高的工業(yè)微機配以外設組成，站上運行的軟件是HS2000系統專(zhuān)用的實(shí)時(shí)監控軟件。功能有：圖形顯示與會(huì )話(huà)、報警顯示與管理、報表打印、系統庫管理、歷史庫管理、追憶庫管理等。工程師站和操作員站使用同一臺微機，該站配以HS2000組態(tài)軟件包，供用戶(hù)實(shí)現應用系統的組態(tài)現場(chǎng)控制站是DCS系統完成現場(chǎng)測拉的重要站點(diǎn)。HS2000系統的現場(chǎng)控制站由主控模塊、智能I／O模塊、電源模塊和專(zhuān)用機柜四部分組成。該站主要完成兩項功能：信號的轉換與處理和控制運算。

1．2 鍋爐系統控制方案

1．2．1 改造原則

　根據實(shí)際情況，該廠(chǎng)于2003年首先對兩臺35t／h中溫中壓鏈條鍋爐進(jìn)行DCS改造，在采用DCS控制后還保留了鍋爐的緊急停止及重要輔機的硬手操，汽輪機暫時(shí)保留PLC控制，輔助車(chē)問(wèn)仍由常規儀表控制。

1．2．2 鍋爐運行控制任務(wù)

　?、?自動(dòng)檢測：用檢測元件和顯示儀表，對鍋爐的熱工參數（壓力、溫度、流量等）進(jìn)行連續測量和顯示，并為自動(dòng)調節和安全保護提供檢測信號。

　?、?自動(dòng)調節：對鍋爐運行參數進(jìn)行自動(dòng)調整，以適應外界負荷和工質(zhì)參數的要求，并使鍋爐保持在較經(jīng)濟的工況下運行。

　?、鄢绦蚩刂疲菏瑰仩t的啟、停及運行等一系列操作實(shí)現自動(dòng)化。如系統啟動(dòng)按照引風(fēng)機、鼓風(fēng)機、爐排的啟動(dòng)順序進(jìn)行。

　?、鼙Ｗo連鎖：系統必須具有超壓、水位過(guò)高、水位過(guò)低聲光報警以及超壓停爐和水位過(guò)低停爐熱工聯(lián)鎖保護等功能。電氣聯(lián)鎖保護是為防止設備在啟、停過(guò)程中由于操作錯誤而造成事故。

1．2.3 控制參數

　　根據鍋爐實(shí)際使用需要，確定了10個(gè)調節攢，分別是：① 除氧水位；② 除氧壓力；③ 主汽減壓；④ 分汽缸出口穩壓；⑤ 爐膛負壓；⑥主汽溫度；⑦ 汽包水位；⑧ 爐排轉速；⑨ 鼓風(fēng)轉速；④給煤機轉速（控制煤層厚度）等。其中汽包水位、主汽溫度是鍋爐系統控制的重點(diǎn)，燃燒自動(dòng)則是鍋爐系統控制的難點(diǎn)。

1．2．4 常規控制回路

　　除氧水位、除氧壓力、除氧氣減壓、分汽缸出口穩壓、爐膛負壓等是常規的單回路調節。主汽溫度、汽包水位多采用單回路前饋或串級加前饋（：=三沖量）組成。常規回路及P、I、D參數調節參見(jiàn)表1。

1．2．5 燃燒系統的控制

　　鍋爐參數中，主汽壓力（或過(guò)熱蒸汽壓力）是衡量蒸汽量與外界負荷兩者是否適應的指標。引起主汽壓力變動(dòng)的擾動(dòng)來(lái)源有兩個(gè)：一是燃料量的擾動(dòng)，為基本擾動(dòng)；——是用汽量的擾動(dòng)。為負荷擾動(dòng)?；緮_動(dòng)可以通過(guò)自身的閉環(huán)來(lái)克服，負荷擾動(dòng)則不易做到。負荷變化時(shí)母管壓力出現瞬時(shí)改變，而調節通道的遲延較大，對象擾動(dòng)通道與調節通道的動(dòng)態(tài)甚為懸殊。調節很不利。根據司爐工經(jīng)驗，煤從進(jìn)入爐膛到完全燃燒需要20min以上。常規的P、I、D調節跟隨性較差，無(wú)法完成這樣一個(gè)大滯后系統的自動(dòng)調節。采用基于模糊理論的專(zhuān)家系統[l]，可較好地實(shí)現對鍋爐燃燒系統的自動(dòng)控制。表2是基于專(zhuān)家系統的控制參數規則表。其中P論域表示模糊控制中鍋爐壓力的論域，AP論域表示兩個(gè)運行周期鍋爐壓力變化差的論域。燃燒周期的自動(dòng)調整，加快了負荷大幅變化時(shí)燃燒控制的響應速度。煤質(zhì)或爐況的不同對調節效果有一定的影響。由于隸屬度函數的曲線(xiàn)均相互交錯重疊，岡此模糊控制算法對于參數變化的適應性具有較強的魯棒性。實(shí)際運行驗證了這一特點(diǎn)。

1．2．6 閥門(mén)的調節與限幅

　　規則表參數中閥門(mén)變化值對應于每個(gè)燃燒周期爐排轉速的變化鰱。爐排轉速控制給煤量，是保證鍋爐經(jīng)濟、安全運行的重要控制對象。根據操作工的經(jīng)驗，在一定的爐況和煤質(zhì)條件下．爐排轉速達到一定限額厲將不再對汽包壓力起決定作用。此必須對爐排轉速設置合理的上限以防燃燒不充分。污染環(huán)境。鼓風(fēng)轉速與爐排轉速之問(wèn)應根據一定的風(fēng)煤比互相協(xié)調，保證燃燒的經(jīng)濟性。這個(gè)比例與具體的煤質(zhì)、爐況、變頻器轉速相關(guān)，在運行中需根據現場(chǎng)情況及時(shí)調整。引風(fēng)轉速與鼓風(fēng)轉速應互相適應，將爐膛負壓維持在一定范同內，保證燃燒的安全性。燃燒控制規則表以及鍋爐各利一參數的設置如表2所示。為方便操作，將爐排轉速、鼓風(fēng)轉速、引風(fēng)轉速限幅、燃燒周期等參數設置為操作員權限，井引至監控界面以便司爐工在線(xiàn)修改。