摘 要：本文結(jié)合高爐煤氣鍋爐及發(fā)電項(xiàng)目，重點(diǎn)論述了ABB公司的DCS集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)及其組態(tài)開發(fā)應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際說(shuō)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(chǎng)調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。

前言：

　　西鋼集團(tuán)堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀，走循環(huán)經(jīng)濟(jì)的道路，在努力提高鋼鐵產(chǎn)量的同時(shí)，注重環(huán)境保護(hù)，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(dòng)力廠45T燃?xì)忮仩t項(xiàng)目后，又新增1.8萬(wàn)KWh汽輪發(fā)電機(jī)組，利用燃燒低熱值高爐煤氣轉(zhuǎn)換為蒸汽進(jìn)行發(fā)電，既減少了污染嚴(yán)重的高爐煤氣對(duì)空放散，防止了環(huán)境污染，又收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　為了提高對(duì)燃?xì)忮仩t和汽輪發(fā)電機(jī)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，提高生產(chǎn)率的同時(shí)節(jié)省勞動(dòng)力，為節(jié)能減排發(fā)揮重大作用。

　　技術(shù)說(shuō)明：

　?。?）采用DCS集散式控制系統(tǒng);實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化自動(dòng)控制，通過(guò)儀表、電氣、計(jì)算機(jī)的綜合統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)忮仩t和氣輪發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)的全自動(dòng)過(guò)程監(jiān)控。

　　（2）下位機(jī)編程軟件采用ABB公司AC800M，實(shí)現(xiàn)鍋爐、汽機(jī)參數(shù)測(cè)量、流量運(yùn)算、自動(dòng)調(diào)節(jié)、氣動(dòng)閥連鎖及汽機(jī)停機(jī)保護(hù)，系統(tǒng)操作方便，控制靈活，即降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又減少了設(shè)備故障率。

　?。?）上位機(jī)利用GE公司iFIX軟件實(shí)現(xiàn)畫面集中監(jiān)控，查看變量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，設(shè)置重要參數(shù)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連鎖功能，防止鍋爐回火，保證汽機(jī)緊急停機(jī)，保證安全生產(chǎn)。

一.工藝流程和設(shè)計(jì)要求：

　　按工藝流程分為：高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣供氣系統(tǒng)、45T燃?xì)忮仩t系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)等四套自動(dòng)控制系統(tǒng)。包括：鍋爐汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 、爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng) 、一次風(fēng)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(jī)熱力系統(tǒng)及汽機(jī)油路系統(tǒng)。

　　實(shí)現(xiàn)流程畫面檢查、組畫面檢查、 報(bào)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(kù)檢查、實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)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(jí)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(jí)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為控制算法處理平臺(tái)，滿足了機(jī)爐保護(hù)和電氣控制的實(shí)時(shí)性要求?，F(xiàn)場(chǎng)控制站完成過(guò)程數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制，所有的硬件均實(shí)現(xiàn)模塊化、智能化。

　　上位機(jī)監(jiān)控站通過(guò)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(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，汽機(jī)部分采用TB801構(gòu)成MODBUS擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，充分利用了AC800M資源，鍋爐與汽機(jī)各裝有兩臺(tái)操作站，保證實(shí)時(shí)可靠監(jiān)控。

　　本系統(tǒng)設(shè)現(xiàn)場(chǎng)控制站3臺(tái)，分別用于1#、2#鍋爐及汽機(jī)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理、過(guò)程控制、聯(lián)鎖保護(hù)、順控邏輯等。監(jiān)控站運(yùn)行實(shí)時(shí)專用監(jiān)控軟件，完成工業(yè)過(guò)程的圖形顯示，報(bào)警管理、報(bào)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(tái)監(jiān)控站代替，完成整個(gè)DCS系統(tǒng)的組態(tài)，生成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、控制和管理所需要的所有數(shù)據(jù)、圖形和報(bào)表等，負(fù)責(zé)算法下裝和監(jiān)控站的管理。完成工業(yè)過(guò)程的集中監(jiān)測(cè)管理，還可進(jìn)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(dòng)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(tái);包括一個(gè)主機(jī)柜，三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O機(jī)柜、四個(gè)操作員站、一臺(tái)工程師站、主電源柜一個(gè)（由UPS供電）。 　　硬件配置：

三：DCS系統(tǒng)主要功能：

　?。ㄒ唬?、系統(tǒng)具有四個(gè)操作環(huán)境：初始化環(huán)境、工程師環(huán)境、鍋爐環(huán)境、汽機(jī)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(jī)顯示操作系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如下功能：

　　（1）圖形—逼真的最先進(jìn)的過(guò)程、圖形、符號(hào)顯示。

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

　?。?）多趨勢(shì)顯示—數(shù)據(jù)信號(hào)趨勢(shì)的組合顯示。

　?。?）歷史—過(guò)程歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)，可以以時(shí)間或其他形式顯示或紀(jì)錄。 　

　（5）報(bào)警/事件—實(shí)時(shí)處理報(bào)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(diǎn)，歷史點(diǎn)保存時(shí)間為30天。濃縮數(shù)據(jù)組每小時(shí)一次，具有最大值、最小值、平均值運(yùn)算，可保留一個(gè)月。事故追憶18點(diǎn)，數(shù)據(jù)追憶按故障跳閘（氣動(dòng)閥、鼓引風(fēng)機(jī)連鎖、汽機(jī)停機(jī)）前一秒記錄，時(shí)間分辨率為1秒。順序事件記錄90點(diǎn)，時(shí)間分辨率為lms，有過(guò)程報(bào)警、歷史報(bào)警功能。

　　3、遠(yuǎn)程操作功能：通過(guò)上位機(jī)畫面，可以開關(guān)氣動(dòng)閥，控制調(diào)節(jié)閥開關(guān)位置進(jìn)行上水和風(fēng)量調(diào)節(jié)，同時(shí)，為防止誤操作，設(shè)有禁操畫面。

　　（二）、閉環(huán)控制系統(tǒng)功能

　　1、爐機(jī)協(xié)調(diào)控制功能 ：

　　機(jī)爐協(xié)調(diào)控制有兩種方式，為提高機(jī)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(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式,即以鍋爐跟汽機(jī)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(jī)組正常運(yùn)行之前，切換到汽機(jī)跟鍋爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式。

　?。?）送風(fēng)控制跟隨負(fù)荷指令，同時(shí)用氧量進(jìn)行修正，引風(fēng)控制爐膛負(fù)壓。送風(fēng)控制主要控制爐膛氧量，保證鍋爐的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)燃燒。系統(tǒng)中將負(fù)荷指令作為送風(fēng)控制系統(tǒng)的指令，氧量作為修正，同時(shí)考慮風(fēng)煤指令的交叉聯(lián)鎖，升負(fù)荷時(shí)先加風(fēng)，減負(fù)荷時(shí)先減煤氣。

　?。?）主給水控制汽包水位。當(dāng)投運(yùn)鍋爐自動(dòng)上水時(shí)，給水控制以自動(dòng)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(dòng)態(tài)修正信號(hào)，維持給水流量與主汽流量的平衡，保證汽包水位的穩(wěn)定。

　?。?）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(jī)對(duì)負(fù)荷的響應(yīng)性，選用汽機(jī)主汽門前壓力作為汽機(jī)對(duì)鍋爐的能量需求，該信號(hào)以動(dòng)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(duì)汽機(jī)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(hù)與控制保護(hù)：

　?。?）鍋爐：

　　通過(guò)對(duì)DCS控制系統(tǒng)軟硬件的組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng),保證燃?xì)忮仩t燃燒穩(wěn)定。燃?xì)忮仩t在運(yùn)行時(shí)，輸送至爐前的高爐煤氣和焦?fàn)t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(fēng)機(jī)供給，鼓風(fēng)機(jī)先把冷空氣送到空氣預(yù)熱器加熱后，再通過(guò)熱風(fēng)道將熱空氣送入爐膛。鍋爐燃燒生成的煙氣經(jīng)過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器換熱后由引風(fēng)機(jī)抽出排入大氣。

　　如果煤氣壓力低或鼓風(fēng)、引風(fēng)機(jī)停，會(huì)發(fā)生鍋爐回火爆炸事故，所以鍋爐所有氣動(dòng)閥必須連鎖控制切斷，即高爐煤氣壓力、點(diǎn)火煤氣壓力分別控制高爐大噴和點(diǎn)火小噴氣動(dòng)閥連鎖切斷，鼓風(fēng)、引風(fēng)機(jī)反饋控制所有氣動(dòng)閥，即，鼓風(fēng)、引風(fēng)機(jī)一停，DDO模塊驅(qū)動(dòng)輸出，現(xiàn)場(chǎng)所有氣動(dòng)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(jī)

　　協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在機(jī)組運(yùn)行中，實(shí)時(shí)監(jiān)視機(jī)組輔機(jī)的處理能力，以確保機(jī)組輔機(jī)出力受限制的情況下，實(shí)行最高負(fù)荷和最低負(fù)荷限制，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的能量平衡。控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視以下設(shè)備的運(yùn)行情況，實(shí)行方向閉鎖， 　　為保證汽輪發(fā)電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jī)停機(jī)連鎖主要參數(shù)還包括：汽機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、軸向位移、潤(rùn)滑油壓低、抽汽壓力高、以及發(fā)電機(jī)拖網(wǎng)和主保護(hù)動(dòng)作等。

四、應(yīng)用前景

　　DCS采用危險(xiǎn)分散、控制分散、集中監(jiān)控的設(shè)計(jì)思想，充分利用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)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(chǎng)運(yùn)行可靠性高、系統(tǒng)開放、組態(tài)靈活。

　　該系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行可靠、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)45t鍋爐和18000kw/h發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化控制，使煤氣、風(fēng)量和氧量的配比達(dá)到最佳狀態(tài)，從而使燃?xì)忮仩t獲得最佳燃燒效率，使汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)高效安全運(yùn)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(shí)現(xiàn)了儀表、電氣和自動(dòng)控制的三電一體化，充分體現(xiàn)了全集成自動(dòng)化的特點(diǎn)，是一種適用于現(xiàn)在、面向未來(lái)的開放型過(guò)程控制系統(tǒng)，應(yīng)用前景巨大，具有廣闊的推廣價(jià)值。

結(jié)論：

　　工業(yè)鍋爐是我國(guó)耗能最多的設(shè)備之一，每年消耗的能源約占整個(gè)國(guó)家能源消耗的三分之一。DCS系統(tǒng)通過(guò)在高爐剩余煤氣再利用發(fā)電項(xiàng)目中的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t生產(chǎn)最大化，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)成本、增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、提高企業(yè)信息化水平，推動(dòng)企業(yè)整體自動(dòng)化控制水平再上新臺(tái)階，為企業(yè)能耗降低和資源綜合利用發(fā)揮作用，并為國(guó)內(nèi)同類型鍋爐興建提供了低投入、高質(zhì)量、高回報(bào)的成功范例。該系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度的保證能源的綜合利用,從而實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)蒸汽8萬(wàn)余噸，年發(fā)電8000萬(wàn)千瓦時(shí)，為企業(yè)盈利數(shù)千萬(wàn)元，讓企業(yè)在節(jié)約能源、降低能耗，凈化環(huán)境的同時(shí)收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)： 　　《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(jì)與應(yīng)用實(shí)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