控制网

　　西钢集团坚持科学发展观，走循环经济的道路，在努力提高钢铁产量的同时，注重环境保护，大力发展节能减排工作。为了充分利用高炉剩余煤气，公司继完成动力厂45T燃气锅炉项目后，又新增1.8万KWh汽轮发电机组，利用燃烧低热值高炉煤气转换为蒸汽进行发电，既减少了污染严重的高炉煤气对空放散，防止了环境污染，又收到了良好的经济效益。

　　为了提高对燃气锅炉和汽轮发电机组生产控制能力，采用控制水平较高的ABB公司DCS集散控制系统，该系统性能稳定、功能完善，具有可靠性高、适用性强等优点，提高生产率的同时节省劳动力，为节能减排发挥重大作用。

　　技术说明：

　　（1）采用DCS集散式控制系统;实现机电一体化自动控制，通过仪表、电气、计算机的综合统一控制，实现了燃气锅炉和气轮发电机组生产的全自动过程监控。

　　（2）下位机编程软件采用ABB公司AC800M，实现锅炉、汽机参数测量、流量运算、自动调节、气动阀连锁及汽机停机保护，系统操作方便，控制灵活，即降低了工人的劳动强度，又减少了设备故障率。

　　（3）上位机利用GE公司iFIX软件实现画面集中监控，查看变量实时数据和历史数据，设置重要参数报警，实现自动化连锁功能，防止锅炉回火，保证汽机紧急停机，保证安全生产。

    一.工艺流程和设计要求：

　　按工艺流程分为：高炉煤气、焦炉煤气供气系统、45T燃气锅炉系统、蒸汽轮机系统、发电机组系统等四套自动控制系统。包括：锅炉汽包水位自动调节系统 、炉膛压力调节系统 、一次风压调节系统、主蒸汽温度调节系统 、煤气流量、煤气压力控制系统和汽机热力系统及汽机油路系统。

　　实现流程画面检查、组画面检查、 报警画面检查、事件顺序记录检查、事故追忆检查、历史数据库检查、实时趋势和历史趋势检查功能。

    二.DCS系统组成：

　　2.1系统组成

DCS系统组成框图

　　电站DCS集散控制系统是一套分层分布式的网络体系结构，采用分级分布式网络体系结构，CPU分布式处理，基于优先级的实时操作系统作为控制算法处理平台，满足了机炉保护和电气控制的实时性要求。现场控制站完成过程数据采集和实时控制，所有的硬件均实现模块化、智能化。

　　上位机监控站通过冗余工业以太网络与之相连，CPU与各通讯模块、电源模块均为双冗余，保证了控制系统的安全性、可靠性。锅炉控制系统采用CI854与CI801模块构成PROFIBUS扩展网络，汽机部分采用TB801构成MODBUS扩展网络，充分利用了AC800M资源，锅炉与汽机各装有两台操作站，保证实时可靠监控。

　　本系统设现场控制站3台，分别用于1#、2#锅炉及汽机的数据采集和控制管理。控制站主要包括冗余电源组件、数据采集卡、控制器以及控制网总线控制器，实现现场数据的采集处理、过程控制、联锁保护、顺控逻辑等。监控站运行实时专用监控软件，完成工业过程的图形显示，报警管理、报表打印、历史数据记录与查询、事故记录查询等。

　　工程师站由其中一台监控站代替，完成整个DCS系统的组态，生成现场监测、控制和管理所需要的所有数据、图形和报表等，负责算法下装和监控站的管理。完成工业过程的集中监测管理，还可进一步与企业管理网络相连，构成全厂综合生产自动化系统。

　　2.2　DCS系统的硬件配置

　　系统的所有硬件都基于统一的硬件平台;包括一个主机柜，三个现场I/O机柜、四个操作员站、一台工程师站、主电源柜一个（由UPS供电）。

　　硬件配置：

    三：DCS系统主要功能：

　　（一）、系统具有四个操作环境：初始化环境、工程师环境、锅炉环境、汽机环境。

　　1、数据采集显示系统：分为锅炉显示操作系统、汽机显示操作系统。显示系统实现如下功能：

　　（1）图形—逼真的最先进的过程、图形、符号显示。

　　（2）通信—即有串行通信，又可以TCP/IP以太网并行通讯。

　　（3）多趋势显示—数据信号趋势的组合显示。

　　（4）历史—过程历史数据趋势，可以以时间或其他形式显示或纪录。

　　（5）报警/事件—实时处理报警和事件信息。

　　2、历史及事故追忆功能：按参数重要程度，分辨率为1秒及2秒点，历史点保存时间为30天。浓缩数据组每小时一次，具有最大值、最小值、平均值运算，可保留一个月。事故追忆18点，数据追忆按故障跳闸（气动阀、鼓引风机连锁、汽机停机）前一秒记录，时间分辨率为1秒。顺序事件记录90点，时间分辨率为lms，有过程报警、历史报警功能。

　　3、远程操作功能：通过上位机画面，可以开关气动阀，控制调节阀开关位置进行上水和风量调节，同时，为防止误操作，设有禁操画面。

　　（二）、闭环控制系统功能

　　1、炉机协调控制功能 ：

　　机炉协调控制有两种方式，为提高机组的稳定性和相应性，在正常情况下采用以锅炉跟汽机为基础的协调控制方式,即以锅炉跟汽机为基础的协调控制方式。在锅炉出现故障影响发电机组正常运行之前，切换到汽机跟锅炉为基础的协调控制方式。

　　（1）送风控制跟随负荷指令，同时用氧量进行修正，引风控制炉膛负压。送风控制主要控制炉膛氧量，保证锅炉的稳定经济燃烧。系统中将负荷指令作为送风控制系统的指令，氧量作为修正，同时考虑风煤指令的交叉联锁，升负荷时先加风，减负荷时先减煤气。

　　（2）主给水控制汽包水位。当投运锅炉自动上水时，给水控制以自动控制方式。

　　（3）汽包水位以三冲量控制方式。采用三冲量控制方式，汽包水位作为动态修正信号，维持给水流量与主汽流量的平衡，保证汽包水位的稳定。

　　（4）为了提高锅炉的响应性，稳定控制锅炉主蒸汽压力，保证汽机对负荷的响应性，选用汽机主汽门前压力作为汽机对锅炉的能量需求，该信号以动态前馈形式控制锅炉的燃料量，这种控制方式加快了锅炉对汽机能量需求的响应性，稳定了锅炉的压力和燃烧，能保证锅炉控制的响应性和稳定性。

　　2、DCS控制系统的联锁保护与控制保护：

　　（1）锅炉：

　　通过对DCS控制系统软硬件的组态，实现了炉膛安全监控系统,保证燃气锅炉燃烧稳定。燃气锅炉在运行时，输送至炉前的高炉煤气和焦炉煤气分别从锅炉四角的燃烧器送入炉膛燃烧。煤气燃烧所需要的空气由鼓风机供给，鼓风机先把冷空气送到空气预热器加热后，再通过热风道将热空气送入炉膛。锅炉燃烧生成的烟气经过热器、省煤器、空气预热器换热后由引风机抽出排入大气。

　　如果煤气压力低或鼓风、引风机停，会发生锅炉回火爆炸事故，所以锅炉所有气动阀必须连锁控制切断，即高炉煤气压力、点火煤气压力分别控制高炉大喷和点火小喷气动阀连锁切断，鼓风、引风机反馈控制所有气动阀，即，鼓风、引风机一停，DDO模块驱动输出，现场所有气动阀连锁切断，保证安全生产设置了快速切断联锁。

　　（2）汽机

　　协调控制系统在机组运行中，实时监视机组辅机的处理能力，以确保机组辅机出力受限制的情况下，实行最高负荷和最低负荷限制，实现机组的能量平衡。控制系统实时监视以下设备的运行情况，实行方向闭锁，

　　为保证汽轮发电机组安全经济运行，须维持凝汽器一定的真空度，为此设置射水抽空气系统，以保证凝汽器真空保持在一定的范围。汽机停机连锁主要参数还包括：汽机转数、轴向位移、润滑油压低、抽汽压力高、以及发电机拖网和主保护动作等。

    四、应用前景

　　DCS采用危险分散、控制分散、集中监控的设计思想，充分利用了先进的计算机技术、通讯技术、网络技术和控制技术，在锅炉热电行业的应用，使现场运行可靠性高、系统开放、组态灵活。

　　该系统运行至今，性能稳定，安全高效，采用多重冗余化技术以及有效的抗干扰措施，充分发挥了DCS控制系统运行可靠、维护方便的优点。通过对45t锅炉和18000kw/h发电机组的自动化控制，使煤气、风量和氧量的配比达到最佳状态，从而使燃气锅炉获得最佳燃烧效率，使汽轮机、发电机高效安全运转，保证煤气充分燃烧，减少排放污染，节约了能源，真正实现了仪表、电气和自动控制的三电一体化，充分体现了全集成自动化的特点，是一种适用于现在、面向未来的开放型过程控制系统，应用前景巨大，具有广阔的推广价值。

    结论：

　　工业锅炉是我国耗能最多的设备之一，每年消耗的能源约占整个国家能源消耗的三分之一。DCS系统通过在高炉剩余煤气再利用发电项目中的应用,实现燃气锅炉生产最大化，降低了工人的劳动强度，降低了生产成本、增加企业经济效益、提高企业信息化水平，推动企业整体自动化控制水平再上新台阶，为企业能耗降低和资源综合利用发挥作用，并为国内同类型锅炉兴建提供了低投入、高质量、高回报的成功范例。该系统的稳定运行，最大限度的保证能源的综合利用,从而实现年产蒸汽8万余吨，年发电8000万千瓦时，为企业盈利数千万元，让企业在节约能源、降低能耗，净化环境的同时收到了良好的经济效益和社会效益。

    参考文献：

　　《集散型控制系统选型与应用》　清华大学出版社

　　《分布式控制系统（DCS）设计与应用实例》清华大学出版社

　　《可编程控制原理及其应用》　黑龙江哈尔滨工业大学出版社