DCS下的锅炉电气自动控制系统的应用分析

杜海香

（太原锅炉集团自控设备厂，山西 太原 030001）

伴随着网络化控制技术的日趋完善，采用以太网结构实现与PLC间的即时通信，利用PC机完善的软硬件资源实现友好人机界面，以及时采集和远程处理锅炉现场数据，监控锅炉是否处于燃烧工况正常、是否达到环保节能的工艺要求。此外，该控制系统由于通过DCS实现系统控制，从而保证了EIC系统一体化全面作业。实践证明，基于DCS系统的锅炉电气自动化控制系统方案能够很好地实现节能、环保、降耗并最终达到良好的经济效益和社会效益目的。本文笔者结合多年的锅炉电气自动化控制系统设计经验对基于 DCS系统下的锅炉电气自动化控制系统应用进行了阐述，希望为业界提供一些借鉴。

1 DCS系统的基本构成

DCS（Distributed Control System）即集散控制系统，系统核心思想是分散控制，集中操作。其主要由上位系统和下位系统构成，上位系统采用工业控制计算机，用组态软件完成现场数据的实时显示、存储、报警处理打印及控制参数设定。实际作业中，借助于工业控制计算机对上位系统进行全方式的控制，包括使用WinCC组态软件实时的对现场数据进行显示、处理，对各种参数进行设定，对所有数据进行存储，对可能出现问题的数据实现自动报警以及最终数据的输出功能等。下位系统由PLC构成，并连接现场设备。上下位系统之间采用Ethernet实现通讯，目的是满足对数据的实时监控。目前基础的自动化控制系统组件主要是S7－300系列PLC硬件，系统平台的主要界面是Windows 2007，监控软件是WINCC V6.0，编程软件是STEP7 V5.3。以上软件的组合使系统趋于完整，最终实现人机之间友好通信。

2 基于DCS系统的锅炉电气自动化控制系统方案

2.1 控制任务的运行

2.1.1 自动检测

用检测元件和显示仪表对锅炉的热工参数如压力、温度和流量等进行持续测量，为下一步的自动调节和安全保护提供检测信号。

2.1.2 自动调节

对锅炉运行参数进行自动调整以适应外界负荷和工质参数的要求，并使锅炉保持在较经济的工况下运行。

2.1.3 程序控制

对诸如引风机、鼓风机、炉排的启动顺序等启、停和运行等进行自动化控制。

2.1.4 保护联锁

系统配置的对水位是否正常、压力是否正常等的报警系统，以及基于保护作用的对压力和水位异常情况下的连锁保护功能。为预防和杜绝在设备关闭过程中的操作性失误，必须建立电气联锁保护。

2.2 控制系统本身功能

2.2.1 控制燃烧系统

燃烧系统控制的目的是维持蒸汽管压力的稳定，同时保证足够的燃烧效率。因此，为了平衡二者，在调节负荷或燃料的同时，需要及时地对送风和引风量进行调节改变。如果负荷增减的度量较大，可以采取的调节措施为停开数层或某一层。总之要坚持一个思想，就是满足蒸汽压力稳定即可满足蒸汽量的要求。

2.2.2 锅炉送风自动控制

锅炉送风目的是投入燃料在炉膛燃烧时自动投入合适风量保证锅炉的有效燃烧。这要涉及到控制参数，对送风的控制参数主要为送风以及煤气压力，这两个参数使得锅炉热效率得到保证，借助于不断的对送风机挡板开度的调整来实现送风压力的自动调节；如果两台送风机同时运行，应并列其中一个，对另一个调节入口风门。

2.2.3 炉膛负压调节

平衡量与引风量目标在于锅炉运行中稳定状态要保持为微负压，这样系统就可以有效的并安全的运行。炉膛负压自动控制是通过调节引风机入口风门开度，保持炉膛负压在－20～10 Pa的微负压状态，以确保锅炉安全燃烧。

2.2.4 蒸汽温度调节

蒸汽温度调节采用自制冷凝水喷减温装置。其工作原理为按照蒸汽出口温度测量的结果，自动打开调节阀，对温度进行调整，保证温度处于正常范围之内，也就是430～450 ℃之间。

3 基于DCS控制系统的控制联锁保护

3.1 锅炉保护

为了安全的监控炉膛，较好的保证稳定的锅炉燃烧状况，需要控制DCS软硬件。在运行时，输送至炉前的高炉煤气和焦炉煤气分别从锅炉的燃烧器送入炉膛燃烧，煤气燃烧所需要的空气由鼓风机供给，鼓风机先把冷空气送到空气预热器，加热后再通过热风道将热空气送入炉膛。如果煤气压力低或鼓风引风机停，会发生锅炉回火爆炸事故，对于锅炉的所有气动阀来讲，在切断层面上都要进行连锁控制，保证在出现异常的时候，所有的安全气阀都可以被自动的连锁切断，也就是说点火煤气压力控制点火小，喷气动阀、高炉煤气压力控制高炉大喷气动阀，它们之间实现连锁切断，对于所有的气动阀来讲，引风机和鼓风机进行全部的控制，一旦出现鼓风、引风机停止作业，所有气动阀都会被快速连锁切断。

3.2 水位连锁保护

基于 DCS控制系统在处理水位变化方面实现了较好的自动控制。该系统设置了因压力大小导致水位偏高或偏低的声光报警装置和因水位偏低而停炉热工连锁保护保护功能。尤其是气泡水位控制设计方案依据给水流量、气泡液位和蒸汽流量调节给水阀，从而保护了锅炉水位的稳定。

4 结束语

基于DCS系统的锅炉电气自动化控制系统兼具多重优势，最主要的就是促使复杂的控制流程和动态运行状况清晰地、实时地显示在 PC监控屏幕上。其次，该系统方案有助于在大幅度提高能源使用效率的同时确保系统的安全稳定运行。从局部控制系统角度上说，该系统下锅炉出水时温度保持了稳定，舒适度进一步提高，升温速度和效率也很迅捷，且波动小，运行稳定性更趋良好。未来DCS自动化设计的方向应是DCS规模进一步放大和PC网络的完善。届时，改进的DCS将与智能化控制融为一体，为高水平自动化控制提供技术支撑。

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