DCS系统在热电厂自动控制上的应用研究

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摘要：热电厂的dcs系统的应用是通过设置合理的模糊数据规则表参数来实现的。实现了工况稳定时锅炉系统的自动控制；针对控制系统实际运行中出现的问题进行分析，提出相应的改进方案除能实现各种要求的控制功能外。

关键词：热电厂；DCS；应用

DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。DCS自1975年问世以来，已经经历了二十多年的发展历程。在这二十多年中，DCS虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。现在的DCS系统具有通用性强，系统组态灵活，控制功能完善，数据处理方便，显示操作集中，人机界面友好，运行可靠等优点。

1 DCS系统组成

DCS的构成方式十分灵活，一般由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。

2 锅炉系统控制方案

2．1锅炉运行控制任务

根据实际情况，首先应该对两台中温中压链条锅炉进行DCS改造，在采用DCS控制后还保留锅炉的紧急停止及重要辅机的硬手操，汽轮机暂时保留PLC控制，辅助车间仍由常规仪表控制。

①自动检测：用检测元件和显示仪表，对锅炉的热工参数（压力、温度、流量等）

进行连续测量和显示，并为自动调节和安全保护提供检测信号。

②自动调节：对锅炉运行参数进行自动调整，以适应外界负荷和工质参数的要求，并使锅炉保持在较经济的工况下运行。

③程序控制：使锅炉的启、停及运行等一系列操作实现自动化，如系统启动按照引风机、鼓风机、炉排的启动顺序进行。

④保护连锁：系统必须具有超压、水位过高、水位过低声光报警以及超压停炉和水位过低停炉热工联锁保护等功能。电气联锁保护是为防止设备在启、停过程中由于操作错误而造成事故。

2．2常规控制参数和回路

根据锅炉实际使用需要，确定了10个调节量，分别是：除氧水位;除氧压力；主汽减压；分汽缸出口稳压；炉膛负压；主汽温度；汽包水位；炉排转速；鼓风转速；给煤机转速（控制煤层厚度）等。其中汽包水位、主汽温度是锅炉系统控制的重点，燃烧自动则是锅炉系统控制的难点。除氧水位、除氧压力、除氧气减压、分汽缸出口稳压、炉膛负压等是常规的单回路调节。主汽温度、汽包水位多采用单回路前馈或串级加前馈（三冲量）组成。常规回路及PID参数可以查下表。

2．3燃烧系统的控制

锅炉参数中，主汽压力（或过热蒸汽压力）是衡量蒸汽量与外界负荷两者是否适应的指标。引起主汽压力变动的扰动来源有两个：一是燃料量的扰动，为基本扰动；二是用汽量的扰动， 为负荷扰动。基本扰动可以通过自身的闭环来克服，负荷扰动则不易做到。负荷变化时，母管压力出现瞬时改变，而调节通道的迟延较大，对象扰动通道与调节通道的动态甚为悬殊，调节很不利。根据司炉工经验煤从进入炉膛到完全燃烧需要20分钟以上。常规的PID调节跟随性较差，无法完成这样一个大滞后系统的自动调节。采用基于模糊理论的专家系统，可较好地实现对锅炉燃烧系统的自动控制。基于专家系统的控制参数规则表，其中P论域表示模糊控制中锅炉压力的论域。燃烧周期的自动调整，加快了负荷大幅变化时燃烧控制的响应速度。煤质或炉况的不同对调节效果有一定的影响。由于隶属度函数的曲线均相互交错重叠，因此模糊控制算法对于参数变化的适应性具有较强的鲁棒性，实际运行验证这一点。

规则表参数中阀门变化值对应于每个燃烧周期炉排转速的变化量。炉排转速控制给煤量，是保证锅炉经济、安全运行的重要控制对象。根据操作工的经验，在一定的炉况和煤质条件下， 炉排转速达到一定限额后将不再对汽包压力起决定作用，因此必须对炉排转速设置合理的上限以防燃烧不充分，污染环境。鼓风转速与炉排转速之间应根据一定的风煤比互相协调，保证燃烧的经济性。这个比例与具体的煤质、炉况、变频器转速相关，在运行中需根据现场情况及时调整。引风转速与鼓风转速应互相适应，将炉膛负压维持在一定范围内，保证燃烧的安全性。燃烧控制规则表以及锅炉各种参数的设置可通过查表得知。为方便操作，将炉排转速、鼓风转速、引风转速限幅、燃烧周期等参数设置为操作员权限，并引至监控界面以便司炉工在线修改。

转速是汽轮机运行的最主要的参数之一，对该参数实现实时监测，增加了运行人员的监测手段与途径，提高了信号显示精度，方便了运行人员的监盘与操作控制。更重要的是总调值长可通过局域网监测汽机转速，在脱网事故状态下仍可监测到汽机转速变化，从而可据此有效地进行事故处理，避免事故的进一步扩大 给水泵是为锅炉供水的关键设备，因此可以将原 DCS 系统进行扩展，将汽轮机转速和三台给水泵的变频调节信号加入到了 DCS 系统中。

结束语

DCS系统在热电厂的应用使电厂的热工控制有了飞跃性的发展。同时也因为控制理念的改变使热工控制和电气控制的界限不再像散装仪表那样清楚。因此热工人员和电气人员的相互配合成了至关重要的问题。专业间的相互渗透对任何专业都是有利的。相信我们的运行维护人员很快会掌握DCS系统的操作与维护，使热电厂的控制更为精准简单。

参考文献

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