锅炉发电系统中DCS技术的应用

安晓旭

（神华国华九江发电有限责任公司，江西 九江 332000）

0 引 言

在发电系统中，DCS是最常见的系统，但是仍然存在很多不足之处。随着网络技术的发展，发电企业也在逐渐完善发电系统，加强DCS技术的应用，提高DCS系统的应用效果，以期给人们的生活和工作做好电力保障。

1 DCS技术概述

DCS是集散控制系统，是结合了控制技术、计算机技术、CRT显示技术以及网络技术的高新技术产品，具有操作便捷、高可靠性和强控制功能等特征，能够便捷地应用于工业装置，从而对生产进行控制和经营管理，在电力、冶金以及化工等多个自动化领域中得到了普遍应用。DCS系统在发电领域的应用非常重要。在和发电有关的锅炉设备中，它能够收集发电组和其他设备的信息数据，将收集到的数据和信息制定为对应的控制命令。多年来，随着计算机技术和微电子技术的发展，人们对工业自动化的要求逐渐提高。DCS系统经历了多个发展阶段，不论结构还是技术，都获得了不小的进步，已经发展成为自动化生产必备的控制装置。DCS系统在硬件上使用了高档工业PC，技术指标更加先进。此外，DCS系统使用了RISC工作站，在软件上使用了通用商业软件包，在系统互连上使用了国标通用网络，正逐步朝高度集成化的方向发展。

2 DCS系统在发电企业中的应用要求

2.1 实时监控

一般情况下，使用DCS系统需要具备良好的环境才能凸显其使用价值。DCS能够监控生产环境，对锅炉发电设备的工作情况展开跟踪，实现控制生产过程。设计过程中要重点关注DCS系统的稳定性，加强其可靠性建设，更新操作系统。若系统需要和外网互相联系，要注重建设完善的防火墙。DCS系统不适合同企业办公系统或者外部网络进行连接。DCS系统能够给用户提供相关服务，需要根据用户的友好程度，利用一个界面进行操作。如果发现其中的问题，需要及时进行处理。此外，考虑到扩展性问题，在生产规模不断扩大的情况下，DCS系统需要进行改进，从长远角度对系统进行设置。

2.2 应用范围

经过前文的分析，需要明确DCS系统应用的范围。在大规模生产企业中，需要对整个生产过程展开监督。发电企业的发电设备规模较大，占地面积也较大，需要生产部门能够自成体系。由于发电厂的这种特征，需要从全局角度进行调控。此外，要保证能够及时处理出现的问题。

2.3 兼容性问题

在发电设备中，DCS系统可以在不同部门中使用不同功能，通过模拟量控制系统的MCS、SCS、DAS等形式。在机组电、炉以及机控制过程中，不同部门的控制系统也有不同特色，子系统是不同时间开始使用的。在组建新DCS系统时，需要充分考量子系统的兼容性，若有无法兼容的系统，需要果断抛弃。只有这样，DCS系统才能以整体的形式出现，内部子系统也能够保持互相独立，从而使问题数据得到本地化处理。

2.4 通信问题

在DCS系统中，最关键的一个问题是通信问题。在生产过程中，很多部门需要的数据格式有所差异，所以必须妥善处理数据。因此，一方面需要保证数据得到良好传输，使各个部门获取数据信息。另一方面，需要保证数据能够顺利传递到DCS系统的高层，为决策提供数据支持。

3 DCS系统的主要控制功能

3.1 锅炉燃烧控制保护

在整个工艺中，锅炉是最核心的转换能量设备。锅炉具有易燃易爆的特征，在设备启动、运行和停止时具有一定的危险性。因此，需要对锅炉安全进行实时监控。PLC系统能够实现锅炉自动点火、安全监控和安全保护等功能，监控功能不参与调节煤气的燃烧，只进行保护。

3.2 调节锅炉汽包液位

在锅炉安全运行的各个参数中，汽包水位十分重要。水位如果过高，可能会影响到汽水分离器的运行，从而造成蒸汽带水过多，造成管壁结垢而影响蒸汽的品质；若水位过低，将会破坏水循环，从而造成水冷壁的破裂，严重时形成干锅而损害汽包。通过使用三冲量的模式对汽包水位进行控制，即将汽包的液位作为主冲量，蒸汽和给水流量作为副冲量。这种控制模式能够有效克服蒸汽负荷和给水系统产生的变化，避免给液位带来干扰，能够有效地控制汽包液位。

4 锅炉发电系统中DCS技术的应用

在锅炉发电系统中，最主要的设备是锅炉和发电机组。在相关辅助系统中，需要对循环水和软化水进行控制。全部控制功能都需要在控制室中完成，仪表自控系统就是DCS系统，也是集散控制系统。在锅炉发电系统中，使用DCS系统能够综合系统信息数据，实现系统集成化。在锅炉发电系统中使用DCS系统进行信息收集，能够控制锅炉和集成功能，在发电系统中作用重大。

4.1 DCS系统在应用中存在的不足

4.1.1 无法实现完全在线修改

系统中设有增量和全局编译功能，但是增量编译只对部分修改有效，很多修改仍然需要使用全局编译，包括硬件、目标、任务等内容的配置[1]。全局下装的实质是复位控制器，也就是说，在现场需要让全部电机停转，将调节阀关闭。整个装置都需要停止运行，本质上是无法完全实现在线修改，仍然需要通过下装实现修改。

4.1.2 汽包液位控制算法没有使用三冲量

在汽包液位信号、蒸汽流量以及给水流量信号的收集中，使用三冲量的控制方法能够实现共同控制。由于未使用三冲量，可能会影响蒸汽流量的波动和汽包液位，造成假象液位的出现，从而造成系统出现误操作，没有把给水量信号当做副变量，从而给汽包液位带来影响。

4.2 应用分析

4.2.1 调节锅炉发电功能

通过通信站可以收集锅炉内部燃烧和水位情况，掌握现场的数据和信息，通过操作站监控运行情况完成统计工作，并对信息展开集中处理。这个环节中，需要根据操作人员对画面的显示和切换进行落实。根据操作员站发布的命令，能够准确调整系统运行参数，实现人工干预系统的最终目的。例如，实际操作中能够对汽包给水量进行调节，从而实现对发电系统的控制。

4.2.2 高配置操作站

系统操作站中，通过使用网络信息技术等先进技术和工业PC机配置，能够在局域型的控制系统下完成一系列监视操作，同时可以开展组态编程工作。此外，在配置上使用了高级CPU芯片，在硬盘上有高达80 GB的容量，对应内存也达到了256 MB。

4.2.3 主控单元FM801

在系统配置上使用Pentium级别的工控机，这种软件能够最大程度地提升系统处理信息的能力，同时能进一步提高网络通信的能力。发电系统中，可以利用主控单元对I/O点数据和信息进行处理[2]。发电站中需要配置现场控制站，要有至少两个互为冗余的主控单元。主控单元主要由机壳、CPU和电源模块等构成。主控单元中含有前面板，作为系统运行中指示状态的灯。也就是说，系统运行的状态能够通过面板指示灯直接反映。

4.2.4 DCS系统组态软件

在锅炉发电系统中使用DCS系统组态软件，组态软件运行在工程师站上，操作系统使用的应用软件是服务器和控制器。服务器算法软件被应用在服务器上，用来承担负荷率组态。控制器算法软件使用在硬件配置和数据库定义上，在多种算法语言上编写控制方案，同时具有多种形式的控制组态，如顺序流程图、梯形图等。在发电系统中使用功能块图的组态方式，能够辅助电器设备对回路过程，同时协助仪表进行报警处理。系统中含有很多计算环节，使用功能块图的方式也能够进行相关运算。

4.2.5 锅炉汽包水位控制算法

发电系统中，需要了解汽包液位、蒸汽流量以及给水量信号，从而实现三冲量的控制和收集。在合理运算后能够实现互相作用，以对控制锅炉给水阀[3]。实时监控蒸汽流量能够控制蒸汽流量，避免蒸汽流量对汽包液位造成干扰，最大程度避免假象液位的出现，从而避免控制系统产生误动行为。通过控制锅炉给水量，能够将给水量转变为负变量。结合串级控制系统，副回路由于具有快速特点，能够排除外界带来的干扰，从而降低给水压力导致的水流量，使汽包液位产生对应的作用。在很多大型锅炉发电系统中，使用控制给水信号的方法十分常见，能够实现对汽包的水位控制和调节。此外，使用给水信号和控制蒸汽流量的方法，很大程度上可以避免出现“假液位”和干扰现象。

5 结 论

综上所述，对DCS技术进行简单阐述，分析DCS系统在发电企业中的应用要求，包括需要进行实时监控、明确应用范围、关注兼容性问题、关注通信问题等，分析DCS系统的主要控制功能，包括锅炉燃烧控制保护和调节锅炉汽包液位，最后研究了锅炉发电系统中DCS技术的应用。