论沈阳浑南南部热源厂集中供热工程热工控制系统
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摘要：文章对沈阳浑南南部热源厂自动化控制系统及热网通讯等方面均进行了有关技术的分析，提出了可行的控制方案，在热力自动化控制及节能方面取得了显著效果。该工程采用了热力工程集散控制系统（简称DCS系统），文章就该工程的热工控制系统进行了展开论述及分析。
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）33-0041-02
随着现代大型热源厂工艺水平的提高及节能减排的要求，对工业自动控制的技术水平要求也就越来越高，沈阳浑南南部热源厂集中供热工程建设规模为6台90MW链条炉排热水锅炉及若干热网热力站，在这次工程设计过程中，本着以上的设计原则，本工程采用了热力工程集散控制系统（简称DCS系统），现就本工程的热工控制系统进行了展开论述及分析。
1 系统基本要求
锅炉房控制方式为集散型（DCS）自动监控系统，作为锅炉设备主要控制手段，配以部分后备控制手段。后备控制是指现场手动控制方式。DCS系统其结构可分为三部分：第一级为现场I/O数据模块，第二级DPU过程控制站以及输煤系统和脱硫除尘系统PLC控制站（脱硫除尘系统PLC控制站由脱硫除尘厂家配套），第三级为控制室操作员监控站工程师站。通讯系统采用现场总线方式。现场I/O数据模块安装于数据采集控制柜中，其功能是采集现场的各种过程检测仪表的流量、压力、温度和设备运行状态等信号，和传递上级控制站的各种控制命令，就地采集，就地转换，以数字通讯方式通过数据总线上传至系统主机。
DPU过程控制站为两台，互为热备冗余系统，安装于控制室内，具有自动控制环节的PID运算，实时数据处理，在线控制等功能。操作员、工程师站由两台工控站成，22”液显，安装于控制室内，作为监控的人机接口，具有良好的操作平台和逼真组态画面。
1.1 系统控制功能
1.1.1 锅炉出水温度控制：根据室外的温度自动调节锅炉出水温度，以控制室内的温度在规定的范围内，并且节约用煤。同时还具有根据一天室外的温度，分时段提出运行锅炉台数的参考解决方案。最大限度地发挥锅炉的运行效率，实行最优化调用。
1.1.2 锅炉的自动燃烧控制：根据煤量和风量在不同负荷下（出水温度控制）的关系进行燃烧控制，控制烟气含氧量。实现锅炉燃烧最佳控制。
1.1.3 炉膛负压控制：采用炉膛负压为主控信号，送风量为前馈信号，控制引风量。
1.1.4 补水定压控制：通过调频补水泵补水，控制热网回水压力恒定。
1.1.5 顺序控制：锅炉系统、输煤系统和除渣系统的设备顺序控制启动停止，锅炉停机，热网循环泵继续定时运行，防止高温水的汽化现象发生，保证锅炉安全运行。
1.1.6 事故报警处理功能：热网出水压力高，设备故障时应具有声光报警，停电故障发生时，应报警并立即启动柴油发电机，维持循环泵、补水泵运行。软件实现的功能有：生动形象的生产工艺流程画面；电气系统图；实时数据状态图，趋势图，历史曲线图，棒状图；实时锅炉经济分析，计算成本，指导运行人员最佳运行操作；控制回路画面；事故报警记录；定时打印日报、月报表。
1.1.7 所有变频控制的电机电流均应有电流显示及电流突变报警。
1.2 系统组态功能
微机控制系统，采用工业控制计算机作为上位计算机完成显示、报警、打印等功能，采用DCS作为下位控制器完成工艺参数采集和控制功能。
操作员站：具有主要工艺参数的监控、报警、历史曲线的显示、报表打印、信息上传、控制参数的修正等
功能。
现场控制站：具有各种热工参数及电气参数的采集、锅炉出水温度的控制、燃烧系统的控制、自动补水控制、炉膛压力控制、联锁控制等功能。
控制系统采用性能优质的进口或国产仪表进行检测以确保控制部分的正常运行。引风机、鼓风机、炉排、循环泵、补水泵上煤和出渣系统等采用变频调速技术进行
控制。
1.3 系统检测功能
温度：锅炉进水温度、锅炉出水温度、炉膛温度、空气预热器进口烟温、空气预热器出口烟温（排烟温度）、空气预热器出口风温、除尘器出口烟温、系统供水温度、系统回水温度、室外温度。
压力：锅炉进水压力、锅炉出水压力、炉膛负压、空气预热器进口烟气压力、空气预热器出口烟气压力（排烟压力）、空气预热器出口风压、除尘器出口烟压、鼓风机出口风压、系统供水压力、系统回水压力。
流量：炉出水流量、锅炉燃料流量。
液位：软化水箱水位、除氧水箱液位。
其他：烟气含氧量、炉排转速及电流、鼓风机转速及电流、引风机转速及电流、循环泵转速及电流、各种相关设备启停状态指示。
1.4 系统自动统计功能
系统供热量及累计、锅炉供热量及累计、系统补水量及累计、燃料流量及累计。
1.5 系统安全运行报警功能
锅炉出水压力上、下限报警；锅炉出水温度上、下限报警；炉膛温度上限报警；系统回水压力上、下限报警；系统供水压力上、下限报警；系统供水温度上限报警；炉膛负压上、下限报警；软化（除氧）水箱水位上、下限报警；锅炉出水流量下限报警。
1.6 系统安全运行联锁功能
锅炉出水压力上、下限报警联锁停炉；锅炉出水温度上限报警联锁停炉；炉膛温度上限报警联锁停炉；锅炉出水流量下限报警联锁停炉；循环泵故障联锁停炉；引风机故障联锁停炉；当联锁停炉时，DCS系统按先停炉排和鼓风机、后停引风机的顺序停炉。
1.7 经济分析功能
供水流量累计，记录；补水流量累计，记录；煤耗量累计，记录。
热效率计算（班，月）。
吨煤/热水成本核算。
其他各种参数的记录、打印。
1.8 安全分析功能
报警参数记录、打印。
报警曲线记录、打印。
1.9 仪表盘功能
显示功能：仪表盘上装有后备显示仪表可对系统重要工艺参数进行显示手动控制功能：仪表盘上装有后备手操器，可对系统进行远程手操。当手操器上的手/自动开关拨于自动位置时，为计算机控制。手动与自动切换为双向无扰切换。为确保锅炉在DCS系统或远程控制系统出现故障时仍能使锅炉系统维持安全运行，我们在系统设计时使用了后备操作器，使我们的系统提供了能实现DCS系统与仪表控制系统或手动操作系统、远程与就地的平稳和无扰切换功能，在系统故障排除后可平稳、无扰地切换为微机自动控制联锁功能：盘内装有电气联锁装置，可进行手动联锁操作。当联锁停炉时，DCS系统应按先停炉排和鼓风机、后停引风机的顺序停炉。
2 系统供电及系统接地
DCS系统采用双路冗余电源输入，一路为220VAC，50Hz（带PE保护接地，接地电阻≤1Ω），另一路为不间断电源UPS供电，并由系统完成双机切换。断电时可维持DCS系统运行30分钟以上。
DCS系统直接接至电气接地网，无须设置独立接地网，接地电阻≤1Ω，系统采用单点接地方式，通过单独接地点接入电气接地网，与高压设备的接地点间的距离应大于
10米。
3 系统通讯设计
3.1 通讯方式
ADSL通讯方式采用利用市话网，在热网监控站和热力站之间使用调制解调器相互通讯。从物理结构上来说，这种通讯方式是星型结构。优点是利用了市话预先敷设的网络，通讯上基本能得到保证。此方式是在热网监控站使用一个MODEM，每隔一定时间轮流拨打每个热力站，查询数据，低成本的投入即可获得所需的数据，但耗时比较长，不能时时在线。而专线方式和光纤方式是指自己架设网络或租用电信的专用网，费用较高，维护量大。
3.2 系统构成
系统构成如图1所示。
参考文献
[1] 施仁，刘文江.工业自动化仪表与过程控制[M].北京：电子工业出版社.
[2] 陈瑞.工业自动化控制系统设计流程[M].北京：机械工业出版社.
[3] 天津电气传动研究所.电气传动自动化技术手册[M].北京：机械工业出版社.