摘要:介紹了JX一300X DCS系統(tǒng)的組成、功能、特點以及熱水鍋爐主要控制方案及其在鍋爐測控方面的應用。
關鍵詞:DCS;采暖鍋爐;檢測;控制;過剩空氣系數(shù);排煙熱損失
[b][align=center]The Application of DCS in Heating Boiler
WUYan—hui[/align][/b](Information and Control Institute,University of Petroleum ,Dongying Shandong 257061,China)
Abstract:In this paper’the application of JX一300X DCS system for measuring and controlling boiler was introduced.The system structure,functions,characters,and the main control scheme were presented.
Key words:DCS;heating boiler;measure;control;coefficient of overmuch air;heat losing of smoke vent
1 前言
目前全國各油田采用了大量的燃油鍋爐采暖。鍋爐控制屬于手動控制,鍋爐房自動化程度和管理水平較低,許多重要工藝參數(shù)沒有檢測手段,現(xiàn)有儀表原始落后、工況差(不準確或不能工作),采用人工記錄、手抄報表,勞動強度大、易出錯。加之供暖系統(tǒng)的工藝缺陷和設備老化等問題致使鍋爐系統(tǒng)的運行過程達不到安全、高效、節(jié)能、降耗的要求,耗電量、耗油量較大。因此,如何使燃油鍋爐經(jīng)濟可靠運行、安全生產、提高熱效率是至關重要的事情。為此,我們采用浙大中控的JX一300X DCS系統(tǒng)對勝利油田的純梁社區(qū)采暖鍋爐房進行了自動化改造。
JX一300X DCS是浙大中控自動化有限公司在JX一100、JX一200、JX一300基礎上,經(jīng)不斷完善、提高而全新設計的新一代全數(shù)字化DCS裝置,是當今國內同類產品之佼佼者。
該系統(tǒng)具有以下特點:
(1)傳統(tǒng)DCS控制運算功能和PLC聯(lián)鎖邏輯功能有機結合的開放、分散的體系結構;
(2)全數(shù)字化新型集散型控制系統(tǒng),可作為向現(xiàn)場總線過渡的技術基礎;
(3)雙重化冗余工業(yè)以太網(wǎng),10 M/100 M 冗余Ethernet(SCnet I):
(4)工作站軟件模塊化,功能全面,可靠性高;
(5)基于Windows NT 軟件體系的實時多任務控制軟件;
(6)現(xiàn)場總線設備的聯(lián)接;
(7)組態(tài)IEEEll31—3、高級控制算法C語言;
(8)控制站處理功能強大,控制算法容量大,工業(yè)級的嵌入式微處理器;
(9)卡件設計、使用更為靈活;
(10)順序事件記錄和事件分析軟件功能強大;
(11)標準化設計。
2 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由一臺上位機和一臺下位機組成。上位機為工程師站/操作員站,下位機作控制站,上位機和下位機之間利用“過程控制網(wǎng)(SCnet I)”進行通訊,系統(tǒng)結構示意圖如圖1所示。
圖1 鍋爐房DCS系統(tǒng)組成框圖
2.1 上位機
如前所述,本系統(tǒng)由于只有一臺上位機,所以上位機兼有工程師站和操作員站的雙重功能,其主要功能如下:
(1)系統(tǒng)組態(tài)包括總體組態(tài)、控制站硬件組態(tài)(I/O 卡件組態(tài)、信號點組態(tài))、控制方案組態(tài)(常規(guī)控制方案組態(tài)、特殊控制方案組態(tài)—— SC語言、圖形化控制方案組態(tài))、操作組態(tài)等;
(2)系統(tǒng)工藝流程顯示 顯示鍋爐工藝的全運行過程,包含系統(tǒng)總貌及各主要工藝分畫面,各畫面工藝參數(shù)實時動態(tài)顯示,工藝流程動畫顯示;
(3)系統(tǒng)參數(shù)總貌圖表格式顯示系統(tǒng)所有參數(shù);
(4)報警綜述相關報警參數(shù)的狀態(tài)指示實時動態(tài)顯示;
(5)系統(tǒng)重要參數(shù)歷史曲線趨勢圖記錄、顯示;
(6)系統(tǒng)所有參數(shù)實時曲線趨勢圖記錄、顯示;
(7)控制參數(shù)設置按操作級別在線修改控制參數(shù);
(8)打印可定時/即時打印生產報表、屏幕硬拷貝;
(9)故障診斷 以畫面形式顯示控制站上所有卡件的運行狀態(tài)以及上位機和下位機之間的通訊情況;
(10)操作人員管理對不同人員設定不同的操作權限。
2.2 控制站
現(xiàn)場控制站安裝在控制站機柜中,主要有以下特點:
(1)嵌入式微處理器和實時多任務的內核(完成多種控制任務);
(2)支持圖形化、C語言、大模塊構造的控制程序;
(3)能完成順控、連續(xù)、聯(lián)鎖控制;
(4)4M 的應用程序空間(FLASH 技術),4 M 的數(shù)據(jù)空間;
(5)全智能的I/0 卡件,具有高度自治性、任意冗余;
(6)通過10 M 的SCnet I網(wǎng)絡接口與操作站交換信息;
(7)通過1 M 的SBUS總線與就地和遠程分散I/0單元連接;
(8)完善的故障自診斷(I/0 通道、卡件、現(xiàn)場傳感器)。
(9)抗干擾設計;
(10)硬件隔離設計(通信、I/0 通道、網(wǎng)絡);
(11)軟件的避錯和容錯設計等;
(12)帶電插拔維護,在線維修。
控制站主要完成以下功能:
(1)現(xiàn)場儀表輸入信號調理與轉換模擬輸入信號有電壓(0——-5 V)和電流(4~20 mA)兩種;
(2)控制運算 可實現(xiàn)手操、單回路、串級、比值、前饋等多種常規(guī)控制,還可以用編程實現(xiàn)優(yōu)化、專家控制、模糊控制等先進控制及特殊要求的控制,手/自動無擾切換;
(3)信號輸出 根據(jù)控制算法得到的輸出信號由信號輸出卡輸出,完成對調節(jié)閥和變頻器的控制。
[b]2.3 變送單元
[/b] 變送單元輸出4~20 mA或0-5 V 的信號,送入控制站中的信號輸入卡。主要包括:
(1)壓力變送器 測量爐膛壓力、燃料油壓力、總回水壓力、總出口水壓力、出口分支水壓力等參數(shù);
(2)溫度變送器 測量爐膛溫度、對流室煙溫、鍋爐入口水溫、鍋爐出口水溫、鍋爐入口燃油溫度、煙溫、總回水溫度、分支回水溫度、總出口水溫度、燃料油罐溫度、水罐溫度、環(huán)境溫度等;
(3)流量變送器 測量燃料油流量、水流量等;
(4)氧含量變送器 測量煙氣氧含量;
(5)液位變送器 測量水罐液位、燃料油罐液位;
(6)火焰監(jiān)視器 檢測鍋爐熄火。
3 系統(tǒng)控制方案
本系統(tǒng)采用PID控制算法,主要包括以下控制:
(1)出口水溫控制 根據(jù)熱負荷、出爐水溫要求,控制燃料油流量。該系統(tǒng)為前饋加串級控制系統(tǒng)。
(2)風量控制 通過監(jiān)測煙氣溫度和煙氣中的氧含量,經(jīng)過計算得到過??諝庀禂?shù) 和排煙熱損失q值,以此作為調節(jié)燃料/空氣配比的依據(jù),實現(xiàn)充分完全燃燒,達到降低燃料消耗、提高鍋爐熱效率、減少環(huán)境污染等目的。正??刂埔赃^??諝庀禂?shù)為主參數(shù)控制風機供風量,該控制系統(tǒng)采用變頻器調整風機風量。其中考慮以下因素影響,進行修正。
(a)鍋爐熱負荷影響
鍋爐的加熱過程可用下列熱平衡方程描述:
式中:△H—— 被加熱介質帶出與帶入鍋爐的焓差(即鍋爐熱負荷);
—— 被加熱介質的質量流量;
—— 被加熱介質的比熱;
△T—— 被加熱介質出口與入口溫差。
由于流量較穩(wěn)定,鍋爐的熱負荷可以用鍋爐出口與入口的溫差計算。當鍋爐熱負荷接近額定負荷時,過??諝庀禂?shù)為某一定值。當負荷減少時,為保證爐體運行效率,過??諝庀禂?shù)給定值自動進行校正。
(b)由于煙道安裝CX系列高效換熱器,要求入口煙氣溫度≥210"C,該溫度是靠鍋爐提供的。必須提高鼓風量,才能提高其入口溫度,風量提高會引起鍋爐出口水溫下降,由出口水溫控制系統(tǒng)改變燃油量予以保證。
(c)前饋量為燃油量或燃油給定值選大取得,以保證油量加大時提高風量。
(3)燃料油預熱溫度控制 由CX系列高效換熱器部分予以保證,它分兩級控制,第一級為高溫水預熱,第二級采用電加熱器加熱,以保證燃料油溫度恒定。
單臺鍋爐控制流程示意圖如圖2所示:
4 結束語
本系統(tǒng)在進行自動化改造的同時,根據(jù)鍋爐原來排煙溫度高的缺點,增加了CX系列高效換熱器,有效地利用了余熱。改造后,停運了鍋爐房的蒸汽鍋爐,大大降低了燃油消耗。
本系統(tǒng)于2001年l1月在勝利油田純梁社區(qū)投入使用,運行表明:系統(tǒng)操作簡便,運行平穩(wěn),達到了管理自動化、節(jié)約能源、節(jié)省勞動力、改善勞動條件、降低勞動強度等目的,得到了使用單位的好評。