摘 要：介紹了小型熱電廠的DCS分散控制系統的應用，通過設置合理的模糊規則表參數，實現了工況穩定時鍋爐系統的自動控制；針對DCS控制系統實際運行中出現的問題進行分析，提出相應的改進方案，除能實現各種要求的控制功能外，還擴展到了汽輪機、給水泵等設備；并對DCS在小型火力發電廠應用中存在的問題進行了總結，希望為同行提供一些思路和借鑒。
關鍵詞：熱電廠；DCS；應用；改進
0 引言
　　分散控制系統（DCS）是計算機、自動控制技術及網絡通訊技術的綜合產物。它基于控制分散、危險分散、操作和管理集中的設計思想，采用多層分級、合作自治的結構形式，適應了現代化生產和企業管理的要求。由于DCS融人了最新的現場總線、嵌人式軟件、先進控制、報表技術、CRT以及網絡技術等，使得其能夠整體解決小至一臺大型設備（鍋爐）、大至一個現代化工廠整個生產過程的全方位控制，并為工廠全程信息化管理提供基礎平臺。
　　隨著我國生產力的不斷發展以及我國在生產過程自動化方面科技水平的不斷提高，目前我國新建的火電廠普遍都采用了DCS控制系統，以前采用常規控制的火力發電廠也基本進行了DCS改造。隨著DCS控制系統的不斷發展，性能不斷提高價格逐年下降，DCS控制系統的應用范圍將越來越廣。DCS也逐步開始在小型電廠廣泛應用。在我國，小型火力發電廠基本上為供熱機組，主要用于冶金、石化、化工、紡織等行業大型企業的自備電廠及城市供熱，大部分屬于電力系統外的電廠。典型的主設備選型多為循環流化床鍋爐配抽汽式汽輪發電機組，一般為二爐一機或三爐二機，熱力系統為母管制。保定石油化工廠熱電站即為典型的企業自備熱電聯產機組。其DCS系統的應用和改進，可為我國為數眾多的小型電力企業同行提供一些思路和借鑒。
1 DCS系統的應用
1．1 DCS系統組成
　　該廠2003年應用北京和利時自動化工程有限公司研制的HS2000分散控制系統進行技術改造，該系統包括DAS和MCS兩部分，其中DAS用于運行參數實H寸監測，MCS用于模擬量控制。HS2000系統的節點從功能上分成操作員站、工程師站和現場控制站三種類型。這些節點通過系統網絡連接在一起，所有節點之問的數據和信息傳遞都南系統網絡完成。操作員站由可靠性高的工業微機配以外設組成，站上運行的軟件是HS2000系統專用的實時監控軟件。功能有：圖形顯示與會話、報警顯示與管理、報表打印、系統庫管理、歷史庫管理、追憶庫管理等。工程師站和操作員站使用同一臺微機，該站配以HS2000組態軟件包，供用戶實現應用系統的組態 現場控制站是DCS系統完成現場測拉的重要站點。HS2000系統的現場控制站由主控模塊、智能I／O模塊、電源模塊和專用機柜四部分組成。該站主要完成兩項功能：信號的轉換與處理和控制運算。
1．2 鍋爐系統控制方案
1．2．1 改造原則
　　根據實際情況，該廠于2003年首先對兩臺35t／h中溫中壓鏈條鍋爐進行DCS改造，在采用DCS控制后還保留了鍋爐的緊急停止及重要輔機的硬手操，汽輪機暫時保留PLC控制，輔助車問仍由常規儀表控制。
1．2．2 鍋爐運行控制任務
　?、?自動檢測：用檢測元件和顯示儀表，對鍋爐的熱工參數（壓力、溫度、流量等）進行連續測量和顯示，并為自動調節和安全保護提供檢測信號。
　?、?自動調節：對鍋爐運行參數進行自動調整，以適應外界負荷和工質參數的要求，并使鍋爐保持在較經濟的工況下運行。
　?、鄢绦蚩刂疲菏瑰仩t的啟、停及運行等一系列操作實現自動化。如系統啟動按照引風機、鼓風機、爐排的啟動順序進行。
　　④保護連鎖：系統必須具有超壓、水位過高、水位過低聲光報警以及超壓停爐和水位過低停爐熱工聯鎖保護等功能。電氣聯鎖保護是為防止設備在啟、停過程中由于操作錯誤而造成事故。
1．2.3 控制參數
　　根據鍋爐實際使用需要，確定了10個調節攢，分別是：① 除氧水位；② 除氧壓力；③ 主汽減壓；④ 分汽缸出口穩壓；⑤ 爐膛負壓；⑥主汽溫度；⑦ 汽包水位；⑧ 爐排轉速；⑨ 鼓風轉速；④給煤機轉速（控制煤層厚度）等。其中汽包水位、主汽溫度是鍋爐系統控制的重點，燃燒自動則是鍋爐系統控制的難點。
1．2．4 常規控制回路
　　除氧水位、除氧壓力、除氧氣減壓、分汽缸出口穩壓、爐膛負壓等是常規的單回路調節。主汽溫度、汽包水位多采用單回路前饋或串級加前饋（：=三沖量）組成。常規回路及P、I、D參數調節參見表1。

1．2．5 燃燒系統的控制
　　鍋爐參數中，主汽壓力（或過熱蒸汽壓力）是衡量蒸汽量與外界負荷兩者是否適應的指標。引起主汽壓力變動的擾動來源有兩個：一是燃料量的擾動，為基本擾動；——是用汽量的擾動。為負荷擾動?；緮_動可以通過自身的閉環來克服，負荷擾動則不易做到。負荷變化時母管壓力出現瞬時改變，而調節通道的遲延較大，對象擾動通道與調節通道的動態甚為懸殊。調節很不利。根據司爐工經驗，煤從進入爐膛到完全燃燒需要20min以上。常規的P、I、D調節跟隨性較差，無法完成這樣一個大滯后系統的自動調節。采用基于模糊理論的專家系統[l]，可較好地實現對鍋爐燃燒系統的自動控制。表2是基于專家系統的控制參數規則表。其中P論域表示模糊控制中鍋爐壓力的論域，AP論域表示兩個運行周期鍋爐壓力變化差的論域。燃燒周期的自動調整，加快了負荷大幅變化時燃燒控制的響應速度。煤質或爐況的不同對調節效果有一定的影響。由于隸屬度函數的曲線均相互交錯重疊，岡此模糊控制算法對于參數變化的適應性具有較強的魯棒性。實際運行驗證了這一特點。
1．2．6 閥門的調節與限幅
　　規則表參數中閥門變化值對應于每個燃燒周期爐排轉速的變化鰱。爐排轉速控制給煤量，是保證鍋爐經濟、安全運行的重要控制對象。根據操作工的經驗，在一定的爐況和煤質條件下．爐排轉速達到一定限額厲將不再對汽包壓力起決定作用。 此必須對爐排轉速設置合理的上限以防燃燒不充分。污染環境。鼓風轉速與爐排轉速之問應根據一定的風煤比互相協調，保證燃燒的經濟性。這個比例與具體的煤質、爐況、變頻器轉速相關，在運行中需根據現場情況及時調整。引風轉速與鼓風轉速應互相適應，將爐膛負壓維持在一定范同內，保證燃燒的安全性。燃燒控制規則表以及鍋爐各利一參數的設置如表2所示。為方便操作，將爐排轉速、鼓風轉速、引風轉速限幅、燃燒周期等參數設置為操作員權限，井引至監控界面以便司爐工在線修改。

2 運行效果和問題
　　2003年DCS改造后，兩套鍋爐系統基本實現了爐況穩定條件下的自動控制。通過設置合適的爐排轉速、鼓風轉速、引風轉速限幅值，基本保證了煤的充分燃燒，減少了環境污染．實現了工況穩定時整個鍋爐系統的自動控制。同時由于引入燃燒周期的自適應調整’力Ⅱ快了負荷大幅變化時的響應速度。提高了系統控制的自動化程度。
　　但在運行期問，該廠發現該鍋爐在負荷變化較大的工況下，控制過程中存在以下幾個主要問題：鍋爐汽包液位測量存在較大偏差；燃燒控制系統無法投自動。
3 問題分析與改進
3．1 汽包液位控制改進
　　在鍋爐汽包液位測量中，由于汽包液位系統是一個沒有自平衡能力的被控對象。當供水量突然降低或出口蒸汽流量增大時。由于此時鍋爐傳給汽包的熱量不變。致使液體大量汽化。造成汽包液位測量結果偏大；當供水量突然增大或出口蒸汽流量減小時，情況相反，也就是我們常說的“汽包虛假液位”。而該鍋爐在汽包液位檢測回路的原設計方案中忽視了這個問題；直接影響了汽包液位控制的平穩，為此，我們對汽包液位測量結果引入壓力補償，補償公式如下：
h=[△P+gH（ρ"-ρ）]／[g（ρ"-ρ‘）]
　　式中：h一補償后的汽包液位；△P-變送器測量的差壓值；g-重力；H一汽包高度；ρ-液體參考密度；ρ‘—水的密度；ρ"-蒸汽密度。汽包壓力與ρ‘、ρ"之間的關系曲線用折線近似后如表3所示。

　　在HS2000DCS控制點的組態中。運用RPV點中的表達式及折線化算法，很容易實現以上補償關系。原設計所給出的汽包液位三沖量控制方案如圖1所示。

　　通過分析發現，調節器的輸人為：汽包液位設定值-汽包液位測量值+主蒸汽流量-給水流量。實際運行中由于各種擾動的影響。給水流域和主蒸汽流量幾乎不可能相等。該方案的控制結果將使汽包液位產生靜差。為此，采用在三沖量基礎上的串級控制方案。如圖2所示。由于主調節器的作用。該方案較好地消除了靜差。

3．2 燃燒控制改進
　　原設計的燃燒控制用于氧含量測量的裝置改用700B氧含量分析儀。把控制方案改為氧含量控制引風機出口擋板，爐膛負壓控制送風機出口擋板的方案。并使氧含量控制的P、I作用弱一些。經過實際運行，燃燒控制系統的滯后時間相對較小，證明改進的控制方案可行。
3．3 功能擴展
　　轉速是汽輪機運行的最主要的參數之一。對該參數實現實時監測。增加了運行人員的監測手段與途徑，提高了信號顯示精度，方便了運行人員的監盤與操作控制。更重要的是總調值長可通過局域網監測汽機轉速。在脫網事故狀態下仍可監測到汽機轉速變化，從而可據此有效地進行事故處理。避免事故的進一步擴大；給水泵是為鍋爐供水的關鍵設備，因此在2004年該廠將原DCS系統進行擴展。將汽輪機轉速和三臺給水泵的變頻調節信號加入到了DCS系統中。
4 結論
（1）綜合效果
　　該廠DCS系統自安裝投運以來，軟、硬件運行基本可靠。經過改進后達到了預期的技術指標。① 控制水位精度：±10 mm。汽壓：±0．03 MPa，汽溫：±5℃。負壓：±4 Pa；②節能效果顯著。煙氣含氧量和渣含碳量明顯降低。經測試提高運行效率4％ 。實際節煤5％ ，一年耗煤量按40000噸計算，每噸煤按360元人民幣計算。僅節煤一項一年可節約72萬元。
（2）DCS的進一步應用目標
　?、龠M一步擴展DCS系統的功能范圍。實現一體化；采用先進的控制軟件，進一步發揮DCS的效能。為提高電廠管理的自動化水平，進一步擴大DCS的應用范圍。實現所謂的一體化，未來計劃汽輪機電液控制系統（DEH和MEH）、發電機、主變組和廠用電源系統的控制都將納入DCS。②進一步擴大DCS物理分散的應用。以減少電纜費用。③實現全廠輔助車間的系統聯網和統一監控。減少值班人員。
（3）DCS在小型火力發電廠應用中存在的問題
　?、賴aDCS硬件的制造工藝及制造水平離國際水平有較大的差距，硬件的故障率較高；② 由于缺乏切實可行的測試方法和手段。有些DCS性能指標無法進行考核和驗收。許多性能指標沒有達到規范要求；③由于DCS市場競爭激烈，價格壓得很低。DCS供應商在工程設計及應用軟件的開發上不可能有很大的投入。在硬件配置上往往并沒有體現DCS的分散控制原則。特別是在小型系統中。這種現象尤為明顯；④工程設計及應用軟件的開發水平也不高。先進的控制軟件及控制策略不能推廣應用。不利于電廠的經濟安全運行；⑤國產檢測元件及執行機構的可靠性、準確性往往不能滿足DCS控制系統的要求。加大了系統自動調節投入的難度。使得DCS的優勢不能完全發揮出來，影響了機組的經濟運行；⑥ 由于小機組的不規范性。一些輔助設備都自帶控制系統（箱）。較常用的方法是采用硬接線的方式，將這些設備的控制信號傳送至DCS并由DCS進行控制；各系統之問的聯接是工程中最麻煩的問題。能否解決這些問題又成了整個系統能否長期安全運行的關鍵；⑦控制策略一般由DCS廠家制定．1旦DCS廠家往往對生產過程的細節并不太了解?；蛘哒f對主設備的變化不太了解。因而?？刂撇呗酝行┎蛔?。必須在投產后在有經驗的運行人員的幫助下，根據實際情況不斷修改才能取得較好的效果。
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