工业控制从早期的就地控制、集中控制，已经发展到现在的集散控制(DCS)，在过去的20年中，过程工业对DCS系统及相关的仪表装置进行了大量的投入，DCS系统的应用结果得到了用户的肯定。在近十年投入使用的火电厂中，无论机组大小怎样，系统的复杂程度如何，DCS以其特有的魅力成为电厂控制中必不可少的一部分，其在火电厂中的应用也早已为人们所熟知。但近年来，一种新能源的电厂越来越引起了各DCS厂家的注意，那就是垃圾焚烧电厂。
    随着我国国民经济的高速发展，城市建设规模的迅速扩大，人民群众的生活水平有了很大提高，城市化进程明显加速。与此同时，城市的生活垃圾也在迅猛地增加。与日俱增的垃圾所带来的垃圾处理问题，随着经济可持续发展战略的推进，环保力度的加强，已成为严重制约国民经济继续发展的瓶颈。采用填埋法一方面造成土地资源的浪费（1t垃圾的容积约为2.3m3），另一方面垃圾中的有机成份长年堆放腐烂，又严重污染城市空气和地下水资源，并存在着沼气爆炸的隐患。因此城市垃圾的无害化、减容化、资源化处理已成为各级政府迫在眉睫的任务。成立垃圾焚烧电厂则正是解决日益增长的城市生活垃圾问题的一个好办法。因此垃圾焚烧电厂已越来越受各市的关注和欢迎。垃圾焚烧电厂建立的同时，为DCS的发展提供了更广的空间。
    下面以杭州滨江垃圾焚烧电厂（杭州绿能环保发电有限公司）为例，谈谈DCS在垃圾焚烧电厂的应用。
    杭州绿能环保发电有限公司的一期工程已于2004年9月底全部投运，共配置了3台150t/d垃圾焚烧炉、3台15t/h余热锅炉及3套尾气处理系统。并配置了1套杭州汽轮机厂生产的7.5MW凝汽式汽轮发电机组。垃圾焚烧炉采用了杭州锅炉厂引进的日本三菱重工技术制造的马丁式垃圾焚烧炉。
    在项目筹建之初，杭州绿能环保发电有限公司（简称绿能公司）就对今后公司生产运行的自动化程度提出了较高的要求，最终公司选中了北京和利时公司推出的MACSII系统，因为稳定可靠和极强的扩展性是该系统最为突出的特点。系统经过近一年的安装调试之后，达到了公司最初提出的DCS作为总的控制系统，实现全厂机、炉、电和现场各辅机系统的一体化控制，为电厂运行提供可靠保障的同时也在最大程度上为公司节省了人力、物力和财力。
    绿能公司DCS的配置：DCS与电气网控系统共用一个主控室和机柜室。在主控室内设置1个工程师站；8个操作员站。其中6个是锅炉操作员站（每台炉2个）；1个汽机操作员站；1个公用系统操作员站（除氧给水等系统用）；配置了1台A3激光黑白网络打印机以及1台A3彩色喷墨网络打印机。操作员站和工程师站全部采用DELL公司的产品；CRT采用54cm彩显。此外还配置了冗余服务器2 台，也采用DELL公司的产品。通过密码和权限的设置，工程师站与所有的操作员站，可以方便地相互切换和操作，以保证实现在任何一台操作员站及工程师站上均能对全厂的热力系统和厂用电系统完成全部的监控功能。为了保持操作数据（特别是历史数据）的一致性和保持系统数据的安全性与大容量的要求，MACS系统的操作层采用真正的客户机/服务器方式（即C/S结构）。系统采用了冗余的服务器，通过服务器实现全局数据库共享。双冗余的系统服务器用来存储系统所有的实时数据、历史数据、操作记录、事件记录、日志记录等。而各种功能的单元如操作员站、工程师站、现场控制站等构成不同功能的客户机，真正实现了功能分散，危险分散，集中管理。
    MACSII系统采用了先进的现场总线技术，各部分的远程I/O均通过Profibus-DP现场总线引入MACS系统。例如成套供货的减温减压控制系统和空压站控制系统由制造厂带来，通过Profibus-DP现场总线与MACS系统相连。通过现场总线接入MACS的还有WOODWARD505、吹灰系统、汽机旁路系统、地磅、垃圾吊、电气综合自动化系统、布袋除尘及尾气处理系统、通风系统。还有除氧器系统、循环水泵房、综合水泵房、岸边取水泵房等。从而节省了大量控制电缆。此外，点火部分是以硬接线方式接入MACSII系统的。
    MACSII系统配置了4对冗余的主控制器，安放在机房内的标准机柜内；电源分配柜配置了1个；而放在锅炉汽机现场还放置了4个远程I/O机柜。系统总点数为2328点。

杭州绿能环保发电有限公司DCS的两大特点：

一．操作简单，系统稳定可靠。
    DCS操作界面友好，简单易学。为了使操作员能最轻松地掌握对系统的控制，和利时工程人员和DCS工程师对系统组态进行了反复的修改，现在操作员已能方便地对各系统运行参数进行监视并对现场设备进行控制。DCS在操作员对运行参数进行监视的同时，还为电厂的安全运行提供了双保险―DCS的报警系统和热工保护。DCS的报警系统包括模拟量报警和开关量报警，很大程度上为电厂运行提供了可靠的安全保障。DCS还可以通过键盘和CRT显示画面，完成所有被控对象的操作和获取系统手动、自动运行的各种信息。提供在各种运行方式（即高一级自动方式、次一级自动方式及就地手操方式）下完善的监视和连锁功能。所供的连锁功能有最大的安全性，可在组件失灵或有关设备故障而出现危险时，减少所需的控制操作。连锁控制可作解联与否；故障及保护控制的投入与否的选择。在DCS中，除了简单的泵与泵之间的电气连锁和通过仪表接点信号对泵的保护外，MACSII系统热工大联锁保护项目有（均在冗余控制站中实现）：

1．在锅炉方面，引风机跳闸时，以及手动停炉时，停密封风机、全部送风和给料。

送风机跳闸时，停燃料供应。
启动顺序：引风机―密封风机―鼓风机―炉排―给料器
停止顺序：给料器－炉排―鼓风机―密封风机―引风机
系统的连锁主要表现在：
（1） 焚烧炉紧急停炉保护。
（2） 焚烧炉与余热锅炉的连锁控制。
（3） 余热锅炉汽包水位过高、过低停炉。

2．汽机方面，汽轮机遇到以下任何一种状态时，DCS将直接发送停机指令给WOODWARD505，关闭汽机主汽门。

    （1）电动主汽门前蒸汽温度过高停机
    （2） 汽机润滑油压力过低停机
    （3） 汽机轴承回油温度过高停机
    （4）发电机定子线圈铁芯温度过高停机
    （5） 汽机排气压力过高停机
    （6） 汽机轴向位移过大停机
    （7） 汽机相对胀差过大停机
    （8） 汽机转速过高停机
    （9） 发电机内部故障停机
    （10） 汽机跳闸蒸汽大旁路自动投入块I/O卡即冗余配置输出。

二.系统高度的自动化程度和极强的兼容性

    在绿能公司，DCS作为总的控制系统，实现了全厂机、炉、电和现场各辅机系统的一体化控制。

1．绿能公司DCS全厂控制内容如下：

    （1）3台150t/d马丁式垃圾焚烧炉的炉排系统（包括给料和排渣）液压站配置的三菱公司PLC，要求可以和全厂的DCS监控系统通信和交换信息；并且在DCS系统的CRT上实现画面显示和监控；3台垃圾焚烧炉的送、引风机直接由DCS系统控制。
    （2）锅炉的点火、吹灰、布袋除尘及尾气处理控制系统为成套供应设备。点火部分要求以硬接线方式接入DCS，吹灰、布袋除尘及尾气处理控制系统以通讯方式进入DCS系统。
    （3）3台15t/h蒸发量的余热锅炉汽水系统全部由DCS系统来控制；包括3台余热锅炉的汽包水位控制和主蒸汽温度控制；此外还包括对余热锅炉外围设备的监控。
    （4）1台7.5MW汽轮发电机组及蒸汽旁路系统全部由DCS系统来控制；其中包括凝结器热井水位控制；轴封抽汽压力控制；蒸汽旁路系统温度压力控制；汽轮发电机组油系统、轴系统的监控等。
    （5）全厂辅助系统的DCS控制：其中包括除氧器压力和水位的控制；循环水系统的监控；岸边取水泵房的监控；凝结水系统的监控；工业水及生活水系统等的监控。
    （6）污水处理系统的监控。所有一次仪表由环保专业开列，控制用PLC通过以太网与DCS系统相连。
    （7）空压站控制系统，由主设备制造厂带来，以太网接口由主设备厂家提供。
    （8）地磅房称重和垃圾进料吊车的控制设备由厂家带来，以太网接口由设备厂家提供。
    （9）厂用电气系统如上所述也纳入DCS系统监控范畴。其中包括：MCC的监控、厂用电的监控；并且可以通过以太网与全厂电气综合保护系统实现数据通讯。
    （10）烟气监测系统通过RS485通讯将现场采集数据发送至DCS，操作员可以很方便了解到当前烟气的排放情况，以便及时对炉膛燃烧状况进行调整。
    （11）全厂MIS系统通过网关对DCS进行访问，公司领导可以在办公室甚至在远在外地就可以了解公司的运行情况，进行遥控指导。

2． 系统实现的顺序控制（SCS）与模拟量控制（MCS）

    MACS系统实现的顺序控制（SCS）功能主要用于辅机的顺序启停。运行人员可在CRT/键盘上操作每一个被控对象，手动操作将有许可条件，以防运行人员误动作。设备的连锁、保护指令将具有最高优先级；手动指令则比自动指令优先。被控设备的“启动”、“停止”或“开”、“关”指令将互相闭锁，且将使被控设备向安全方向动作。成对或成组的被控设备（如润滑油泵、凝泵、给水泵等），控制系统的组态将考虑采用不同的分散处理单元或控制组件（如二进制卡件），以防系统故障时二个被控设备同时失去控制。绿能公司现场几乎所有的泵与风机都采用DCS进行控制，各风、油、汽管道上重要的阀门也都采用DCS进行控制。高度自动化程度使绿能公司3炉1机只需要3个锅炉操作员和1个汽机操作员就能轻松高效地完成运行任务。
    模拟量控制（MCS）是绿能公司高效运行的另一个条件。下面介绍一下全厂最为重要的，同时也是最让人关心的几个自动调节系统。
    （1）.炉排控制系统。绿能公司引进的是目前世界领先的日本三菱重工的马丁逆推式垃圾焚烧设备，DCS与炉排系统通过硬接线连接，DCS直接给炉排PLC柜发送控制指令，经炉排PLC处理后对现场设备进行控制。由于中国城市生活垃圾的特殊情况（未进行过任何的分类且垃圾的热值较低），炉排的自动控制在运行之初一点都不顺利，其设计控制思路如下：在焚烧炉投入运行未达到稳定时采用炉膛温度自动控制。系统要求炉膛温度在850±10℃进行变化，控制系统根据炉温的变化对炉排及给料的运行进行自动调整。在焚烧炉运行稳定以后则改炉温自动控制为流量自动控制。系统要求主蒸汽流量在15±0.2t进行变化，控制系统根据流量的变化对炉排及给料的运行进行自动调整。在运行过程中几乎不需要进行任何的人工干预。但由于我国城市垃圾的质量很难达到控制系统的要求，因此炉排系统投自动就显得十分困难。为了能最大程度上发挥自动控制的作用，系统在不对PLC程序进行任何修改的情况下，在DCS上对控制进行了改动。在自动控制程序中添加了定时控制，通过定时控制，操作员可以根据炉膛的运行情况决定给停料时间，这样就有效地将DCS与PLC结合在了一起，操作员也不用在频繁去手动启停炉排设备，大大缩小了操作员的劳动强度，目前炉排控制系统运行十分稳定。

    (2).给水自动控制系统。在垃圾电厂，使用最为广泛也最让DCS厂家及操作员头疼的就是给水自动控制系统。绿能公司在调试期间也碰到了同样的问题。炉膛燃烧状况的不稳定给给水自动带来了极大的挑战。垃圾炉最大的一个特点就是燃烧不稳定，在带来蒸汽流量巨大波动的同时也让汽包水位变化较大。MACS系统采用三冲量汽包水位调节功能；低负荷时采用单冲量调节系统；负荷大于30％时一般采用由汽包水位、给水流量和蒸汽流量组成的三冲量串级调节系统来调节给水阀。在一般火电厂这种调节方式经过PID整定后基本能满足运行要求，但完全按照这种方式用于垃圾电厂的效果并不好，在调试期间，往往给水调节自动一投，水位就波动很大，调节阀调节十分频繁。经过多次对算法进行修改，最终将原先单纯用给水流量和蒸汽流量作为补偿的方式改为给水流量和蒸汽流量的差值作为补偿的方式。并且在给水流量与蒸汽流量的差值超过5 t时采用增减闭锁的方式来进行控制。这样就大大缓解了给水流量与蒸汽流量相差过大的矛盾，最终实现了水位的稳定控制。目前，给水自动控制运行十分稳定，它能牢牢地稳住汽包水位，且调节阀不再频繁动作。既让运行人员感到轻松，又很好地保护了设备。
MACS在绿能公司实现的其他自动调节功能还有：

    (1).一、二次风自动调节。
    (2).引风机出口挡板开度自动调节。
    (3).过热蒸汽温度自动调节。
    (4).尾气系统控制。
    (5).热井水位调节。
    (6).除氧器压力、水位调节。
    (7).减温减压器压力、温度调节。
    (8).汽轮机负荷的自动调节。

    目前，杭州绿能环保发电有限公司运行状况良好，垃圾焚烧量超过了设计要求的450t/d，可以达到600t/d；发电量可以达到6.9―7.5MW；主控制系统DCS也在为公司实现高度自动化的同时带来安全可靠的保障。