摘 要：本文結(jié)合高爐煤氣鍋爐及發(fā)電項目，重點論述了ABB公司的DCS集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點及其組態(tài)開發(fā)應(yīng)用，結(jié)合實際說明了在該系統(tǒng)中DCS控制充分發(fā)揮了其配置靈活、控制通訊可靠、編程方便和可現(xiàn)場調(diào)試的優(yōu)點，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。

前言：

　　西鋼集團堅持科學(xué)發(fā)展觀，走循環(huán)經(jīng)濟的道路，在努力提高鋼鐵產(chǎn)量的同時，注重環(huán)境保護，大力發(fā)展節(jié)能減排工作。為了充分利用高爐剩余煤氣，公司繼完成動力廠45T燃氣鍋爐項目后，又新增1.8萬KWh汽輪發(fā)電機組，利用燃燒低熱值高爐煤氣轉(zhuǎn)換為蒸汽進行發(fā)電，既減少了污染嚴重的高爐煤氣對空放散，防止了環(huán)境污染，又收到了良好的經(jīng)濟效益。

　　為了提高對燃氣鍋爐和汽輪發(fā)電機組生產(chǎn)控制能力，采用控制水平較高的ABB公司DCS集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、功能完善，具有可靠性高、適用性強等優(yōu)點，提高生產(chǎn)率的同時節(jié)省勞動力，為節(jié)能減排發(fā)揮重大作用。

　　技術(shù)說明：

　　（1）采用DCS集散式控制系統(tǒng);實現(xiàn)機電一體化自動控制，通過儀表、電氣、計算機的綜合統(tǒng)一控制，實現(xiàn)了燃氣鍋爐和氣輪發(fā)電機組生產(chǎn)的全自動過程監(jiān)控。

　?。?）下位機編程軟件采用ABB公司AC800M，實現(xiàn)鍋爐、汽機參數(shù)測量、流量運算、自動調(diào)節(jié)、氣動閥連鎖及汽機停機保護，系統(tǒng)操作方便，控制靈活，即降低了工人的勞動強度，又減少了設(shè)備故障率。

　　（3）上位機利用GE公司iFIX軟件實現(xiàn)畫面集中監(jiān)控，查看變量實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，設(shè)置重要參數(shù)報警，實現(xiàn)自動化連鎖功能，防止鍋爐回火，保證汽機緊急停機，保證安全生產(chǎn)。

一.工藝流程和設(shè)計要求：

　　按工藝流程分為：高爐煤氣、焦爐煤氣供氣系統(tǒng)、45T燃氣鍋爐系統(tǒng)、蒸汽輪機系統(tǒng)、發(fā)電機組系統(tǒng)等四套自動控制系統(tǒng)。包括：鍋爐汽包水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 、爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng) 、一次風壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、主蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 、煤氣流量、煤氣壓力控制系統(tǒng)和汽機熱力系統(tǒng)及汽機油路系統(tǒng)。

　　實現(xiàn)流程畫面檢查、組畫面檢查、 報警畫面檢查、事件順序記錄檢查、事故追憶檢查、歷史數(shù)據(jù)庫檢查、實時趨勢和歷史趨勢檢查功能。

二.DCS系統(tǒng)組成：

　　2.1系統(tǒng)組成

[align=center] DCS系統(tǒng)組成框圖[/align]

　　電站DCS集散控制系統(tǒng)是一套分層分布式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，采用分級分布式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，CPU分布式處理，基于優(yōu)先級的實時操作系統(tǒng)作為控制算法處理平臺，滿足了機爐保護和電氣控制的實時性要求?，F(xiàn)場控制站完成過程數(shù)據(jù)采集和實時控制，所有的硬件均實現(xiàn)模塊化、智能化。

　　上位機監(jiān)控站通過冗余工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)與之相連，CPU與各通訊模塊、電源模塊均為雙冗余，保證了控制系統(tǒng)的安全性、可靠性。鍋爐控制系統(tǒng)采用CI854與CI801模塊構(gòu)成PROFIBUS擴展網(wǎng)絡(luò)，汽機部分采用TB801構(gòu)成MODBUS擴展網(wǎng)絡(luò)，充分利用了AC800M資源，鍋爐與汽機各裝有兩臺操作站，保證實時可靠監(jiān)控。

　　本系統(tǒng)設(shè)現(xiàn)場控制站3臺，分別用于1#、2#鍋爐及汽機的數(shù)據(jù)采集和控制管理。控制站主要包括冗余電源組件、數(shù)據(jù)采集卡、控制器以及控制網(wǎng)總線控制器，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理、過程控制、聯(lián)鎖保護、順控邏輯等。監(jiān)控站運行實時專用監(jiān)控軟件，完成工業(yè)過程的圖形顯示，報警管理、報表打印、歷史數(shù)據(jù)記錄與查詢、事故記錄查詢等。

　　工程師站由其中一臺監(jiān)控站代替，完成整個DCS系統(tǒng)的組態(tài)，生成現(xiàn)場監(jiān)測、控制和管理所需要的所有數(shù)據(jù)、圖形和報表等，負責算法下裝和監(jiān)控站的管理。完成工業(yè)過程的集中監(jiān)測管理，還可進一步與企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)相連，構(gòu)成全廠綜合生產(chǎn)自動化系統(tǒng)。

　　2.2　DCS系統(tǒng)的硬件配置

　　系統(tǒng)的所有硬件都基于統(tǒng)一的硬件平臺;包括一個主機柜，三個現(xiàn)場I/O機柜、四個操作員站、一臺工程師站、主電源柜一個（由UPS供電）。 　　硬件配置：

三：DCS系統(tǒng)主要功能：

　?。ㄒ唬⑾到y(tǒng)具有四個操作環(huán)境：初始化環(huán)境、工程師環(huán)境、鍋爐環(huán)境、汽機環(huán)境。 　

　1、數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)：分為鍋爐顯示操作系統(tǒng)、汽機顯示操作系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)實現(xiàn)如下功能：

　?。?）圖形—逼真的最先進的過程、圖形、符號顯示。

　?。?）通信—即有串行通信，又可以TCP/IP以太網(wǎng)并行通訊。

　　（3）多趨勢顯示—數(shù)據(jù)信號趨勢的組合顯示。

　?。?）歷史—過程歷史數(shù)據(jù)趨勢，可以以時間或其他形式顯示或紀錄。 　

　（5）報警/事件—實時處理報警和事件信息。

　　2、歷史及事故追憶功能：按參數(shù)重要程度，分辨率為1秒及2秒點，歷史點保存時間為30天。濃縮數(shù)據(jù)組每小時一次，具有最大值、最小值、平均值運算，可保留一個月。事故追憶18點，數(shù)據(jù)追憶按故障跳閘（氣動閥、鼓引風機連鎖、汽機停機）前一秒記錄，時間分辨率為1秒。順序事件記錄90點，時間分辨率為lms，有過程報警、歷史報警功能。

　　3、遠程操作功能：通過上位機畫面，可以開關(guān)氣動閥，控制調(diào)節(jié)閥開關(guān)位置進行上水和風量調(diào)節(jié)，同時，為防止誤操作，設(shè)有禁操畫面。

　?。ǘ?、閉環(huán)控制系統(tǒng)功能

　　1、爐機協(xié)調(diào)控制功能 ：

　　機爐協(xié)調(diào)控制有兩種方式，為提高機組的穩(wěn)定性和相應(yīng)性，在正常情況下采用以鍋爐跟汽機為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式,即以鍋爐跟汽機為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式。在鍋爐出現(xiàn)故障影響發(fā)電機組正常運行之前，切換到汽機跟鍋爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式。

　?。?）送風控制跟隨負荷指令，同時用氧量進行修正，引風控制爐膛負壓。送風控制主要控制爐膛氧量，保證鍋爐的穩(wěn)定經(jīng)濟燃燒。系統(tǒng)中將負荷指令作為送風控制系統(tǒng)的指令，氧量作為修正，同時考慮風煤指令的交叉聯(lián)鎖，升負荷時先加風，減負荷時先減煤氣。

　　（2）主給水控制汽包水位。當投運鍋爐自動上水時，給水控制以自動控制方式。

　　（3）汽包水位以三沖量控制方式。采用三沖量控制方式，汽包水位作為動態(tài)修正信號，維持給水流量與主汽流量的平衡，保證汽包水位的穩(wěn)定。

　　（4）為了提高鍋爐的響應(yīng)性，穩(wěn)定控制鍋爐主蒸汽壓力，保證汽機對負荷的響應(yīng)性，選用汽機主汽門前壓力作為汽機對鍋爐的能量需求，該信號以動態(tài)前饋形式控制鍋爐的燃料量，這種控制方式加快了鍋爐對汽機能量需求的響應(yīng)性，穩(wěn)定了鍋爐的壓力和燃燒，能保證鍋爐控制的響應(yīng)性和穩(wěn)定性。

　　2、DCS控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護與控制保護：

　　（1）鍋爐：

　　通過對DCS控制系統(tǒng)軟硬件的組態(tài)，實現(xiàn)了爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng),保證燃氣鍋爐燃燒穩(wěn)定。燃氣鍋爐在運行時，輸送至爐前的高爐煤氣和焦爐煤氣分別從鍋爐四角的燃燒器送入爐膛燃燒。煤氣燃燒所需要的空氣由鼓風機供給，鼓風機先把冷空氣送到空氣預(yù)熱器加熱后，再通過熱風道將熱空氣送入爐膛。鍋爐燃燒生成的煙氣經(jīng)過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器換熱后由引風機抽出排入大氣。

　　如果煤氣壓力低或鼓風、引風機停，會發(fā)生鍋爐回火爆炸事故，所以鍋爐所有氣動閥必須連鎖控制切斷，即高爐煤氣壓力、點火煤氣壓力分別控制高爐大噴和點火小噴氣動閥連鎖切斷，鼓風、引風機反饋控制所有氣動閥，即，鼓風、引風機一停，DDO模塊驅(qū)動輸出，現(xiàn)場所有氣動閥連鎖切斷，保證安全生產(chǎn)設(shè)置了快速切斷聯(lián)鎖。

　?。?）汽機

　　協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在機組運行中，實時監(jiān)視機組輔機的處理能力，以確保機組輔機出力受限制的情況下，實行最高負荷和最低負荷限制，實現(xiàn)機組的能量平衡?？刂葡到y(tǒng)實時監(jiān)視以下設(shè)備的運行情況，實行方向閉鎖， 　　為保證汽輪發(fā)電機組安全經(jīng)濟運行，須維持凝汽器一定的真空度，為此設(shè)置射水抽空氣系統(tǒng)，以保證凝汽器真空保持在一定的范圍。汽機停機連鎖主要參數(shù)還包括：汽機轉(zhuǎn)數(shù)、軸向位移、潤滑油壓低、抽汽壓力高、以及發(fā)電機拖網(wǎng)和主保護動作等。

四、應(yīng)用前景

　　DCS采用危險分散、控制分散、集中監(jiān)控的設(shè)計思想，充分利用了先進的計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)，在鍋爐熱電行業(yè)的應(yīng)用，使現(xiàn)場運行可靠性高、系統(tǒng)開放、組態(tài)靈活。

　　該系統(tǒng)運行至今，性能穩(wěn)定，安全高效，采用多重冗余化技術(shù)以及有效的抗干擾措施，充分發(fā)揮了DCS控制系統(tǒng)運行可靠、維護方便的優(yōu)點。通過對45t鍋爐和18000kw/h發(fā)電機組的自動化控制，使煤氣、風量和氧量的配比達到最佳狀態(tài)，從而使燃氣鍋爐獲得最佳燃燒效率，使汽輪機、發(fā)電機高效安全運轉(zhuǎn)，保證煤氣充分燃燒，減少排放污染，節(jié)約了能源，真正實現(xiàn)了儀表、電氣和自動控制的三電一體化，充分體現(xiàn)了全集成自動化的特點，是一種適用于現(xiàn)在、面向未來的開放型過程控制系統(tǒng)，應(yīng)用前景巨大，具有廣闊的推廣價值。

結(jié)論：

　　工業(yè)鍋爐是我國耗能最多的設(shè)備之一，每年消耗的能源約占整個國家能源消耗的三分之一。DCS系統(tǒng)通過在高爐剩余煤氣再利用發(fā)電項目中的應(yīng)用,實現(xiàn)燃氣鍋爐生產(chǎn)最大化，降低了工人的勞動強度，降低了生產(chǎn)成本、增加企業(yè)經(jīng)濟效益、提高企業(yè)信息化水平，推動企業(yè)整體自動化控制水平再上新臺階，為企業(yè)能耗降低和資源綜合利用發(fā)揮作用，并為國內(nèi)同類型鍋爐興建提供了低投入、高質(zhì)量、高回報的成功范例。該系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，最大限度的保證能源的綜合利用,從而實現(xiàn)年產(chǎn)蒸汽8萬余噸，年發(fā)電8000萬千瓦時，為企業(yè)盈利數(shù)千萬元，讓企業(yè)在節(jié)約能源、降低能耗，凈化環(huán)境的同時收到了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻： 　　《集散型控制系統(tǒng)選型與應(yīng)用》　清華大學(xué)出版社 　　《分布式控制系統(tǒng)（DCS）設(shè)計與應(yīng)用實例》清華大學(xué)出版社 　　《可編程控制原理及其應(yīng)用》　黑龍江哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社