DCS系统在通河工程中的应用

概述： 　　根据通河工程中DCS系统的运用，着重描述了DCS系统的功能。接合通河工程阐述了报警、报表、网络、智能前端、检测点的布置、信号干扰以及FIX32组态软件。同时还阐述了DCS系统在工程运用中的不足和改进建议。 一、DCS在通河工程中的描术： 　　通河工程是根据锅炉运行的规范、工艺流程的要求、锅炉燃烧工段的控制要求、锅炉汽包水位的控制要求、锅炉配风系统的控制要求和性能特点。采用的控制方案是：现场仪表+智能前端+DCS控制系统。分散式控制系统（DCS系统）是依托成熟可靠的工业网络体系，以锅炉安全、稳定、经济运行为最终目标，力求达到最佳成本效益比。 　　DCS集散型控制系统是由一个工程师站、一个操作站和现场接口站、高速通信网、网关以及集散控制系统的系统软件和应用软件所构成的分布式计算机控制系统。它具有模块化、开放式的结构,并通过现场接口站连接各种智能仪表。 　　控制系统由数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）两个子系统组成,为满足运行、监视、操作等要求，方便故障判断和事故分析,测量信号点采用“2选1”冗余设计,确保可自动剔除坏质量点。各控制系统的手/自动切换和手动操作全部在组态软件（FIX32软件）上实现,无后备硬手操作。 　　所有过程数据均来自过程站,操作站实时数据处理软件除将瞬时数据存贮记录外,还将用户组态定义的历史数据在一定时刻将之存贮。历史数据的时间周期分为秒、分、时三种,历史数据的存贮采用多级存贮,将近期历史数据存放在内存中,以提高存取速度;长期历史数据转存到硬盘中。因为硬盘容量也有限,硬盘上的历史数据文件可卸载至软盘备份,否则将被以后的数据覆盖。DAS系统完成数据采集、运行操作、报警记录、事故追忆打印、报表形成和打印等功能,主要特点有: ● 报表打印:报表一般的形式为多层次中文字体报表,报表中数据类型有瞬时数据、历史数据和累积数据,相应地报表种类也按照其数据表项取值的不同分为瞬时报表、历史报表和累积报表。例如：通河工程中的所有检测点的瞬时值均采用瞬时报表（如：炉膛的压力、温度，风机的流量、压力，汽泡水位、压力等等）；重点调节回路的检测点（如：汽泡水位调节回路、除氧水箱调节回路等等）均采用历史报表；而主蒸汽管路的检测点则用累积报表。运用瞬时报表主要是为了时时监测实时采集数据的变化情况，历史报表和累积报表则主要是为了当系统出现故障时有数据进行参考，以便能更快的查出系统的问题所在。 ● 报警功能:DCS报警功能分为系统报警和过程报警两类,系统报警对整个DCS系统中软硬件部件故障状态进行报警,而过程报警则对整个DCS过程监测控制回路某指定具有报警设定的参数进行报警。出现报警后,系统对该报警进行记录,并通过专用键盘上相关该报警的指示灯指示以及声报警器指示,系统报警和过程报警通过不同的报警声提示用户。 ● 系统报警功能:DCS系统采取了多方面的容错设计,特别是过程站,各部件均可1：1热备份,操作站各站是松耦合状态的冗余备份工作状态。系统中各部分具有完备的故障诊断报警以及降级、恢复等完备处理能力,系统报警处理是其中之一。 ● 过程报警:过程报警是属于过程监控范畴的报警,对工艺参数的变化超限进行报警,比如某测量参数超过指定的上限或下限（例如：汽泡水位、炉膛压力、蒸汽温度等等）及某输出参数变化速度是否超过指定的速度等（例如：烟气的流量等等）。 DCS过程报警功能具有如下特点: ●报警可设优先级0~7,已报警的优先级最高的报警工位名始终显示在报警窗口上,直至其被处理 ●设计有专门的报警记录画面,记录着最多64项近期发生的报警信息。 报警记录项格式为: 工位名 工位中文说明 报警时参数值 报警原因 时间 日期 ●已发生报警的工位在工位一览画面、综观画面、控制分组画面、趋势画面、调整画面、流程图画面上都有醒目的红色报警指示标志。 ●报警时可选择驱动声音报警和打印机输出。 DCS系统完成锅炉的在线监控、故障诊断等优化运行功能。系统具有良好的接口与组态性能。 系统的运用： ●DCS系统控制策略：针对通河工程的特点，采用的是PID调节控制，这种控制策略具有控制性能好、精度高等优点； ●传感器、计算机、测量仪表、操作器均选用性能可靠、价格适宜的优质产品，保证系统的可靠性。 DCS系统采用计算机控制方式，测点数据的显示、现场设备的控制和保护均可由计算机来完成。其基本控制回路包括： ●锅炉汽泡水位系统的自动控制。它主要是由汽泡水位，主蒸气管道的压力，供水管道的压力和流量+变频器+上位机组成的，采用的是常规的三冲量自动调节方式。如下图： 热汽温采用串级PID调节,以确保系统的可靠性和安全性。 　　锅炉压力调节控制。燃烧控制的目标是维持安全燃烧且控制主蒸汽压力稳定在设定值。安全燃烧的一个主要指标是控制炉膛内的温度分布，压力值。为达到这一控制目标，主要采用的控制手段是调节给煤、一次风、二次风，运行时将其设定在一固定值简化操作。控制的影响因素主要有：一般情况下增给煤或减少风量炉温升高且变化十分明显；负荷变化引起炉膛温度分布发生变化等。由以上的燃烧过程特性可知，在燃烧影响因素中，负荷的变化将引起炉膛的温度分布发生变化，同时由于锅炉应用的环境为供热能，因此整个燃烧控制方案根据蒸汽负荷大小设定给煤机转速（给煤量）和送风量以便快速跟随负荷的扰动。如下图： 　　由于蒸汽压力的变化，实际上反映了蒸汽负荷的变化，即蒸汽的产生量和蒸汽的消耗量（负荷）不相适应。当蒸汽负荷增加时，如果燃料量不变，蒸汽压力就要下降，为了保持蒸汽压力不变，当负荷增加时，就必须适当的改变燃料量，增加蒸发量，以恢复蒸汽的压力。因此，首先设定蒸汽压力给定值，当负荷变化导致蒸汽压力波动时，根据蒸汽压力的偏差值进行调节。 　　DCS系统完成生产过程中的数据采集（采集锅炉运行的过程变量和状态，如阀位、电机状态、温度、流量、压力、等状态的瞬时值）、调节控制（对采集到的数据和状态信息进行处理，判断是否正常、可用，是否超上下限并需要报警；对采集数据的判断结果作出相应的反应，如重新采集某点的数据或报警，判断采集仪表、转换电路是否需要进行冗余切换等），以实现闭环和开环控制功能。其过程输入信息是面向传感器的信号，如热电偶、热电阻、变送器（压力、流量、液位等）及开关量等，其输出是驱动执行机构。 　　为实现DCS系统的上述功能对通河工程一般布置测点如下: 温度测点有： 　　炉膛温度，一次风室温度，高温过热器进口烟温，低温过热器进口烟温，省煤器进口烟温，空气预热器二次风进口烟温，空气预热器二次风出口烟温，空气预热器一次风进口烟温，空气预热器一次风出口烟温，排烟温度，引风机前烟气温度, 低温过热器出口汽温，减温器进口汽温，减温器出口汽温，过热蒸汽温度，给水混合集箱进水温度，给水混合集箱出水温度，省煤器出口水温等。 压力测点有： 　　汽包压力，主蒸汽压力，给水压力，一次风室压力，高温过热器进口负压，低温过热器进口负压，省煤器进口负压，二次风预热器进口负压，一次风预热器进口负压，排烟处负压，一次风进口风压，二次风进口风压，除尘器前负压，除尘器后负压等。 流量测点有： 　　蒸汽流量，给水流量，一次风风量，二次风风量等。 液位测点有： 　　汽包液位，除氧器液位等。 报警系统： 　　为保证锅炉的安全、稳定、经济运行，设置了多路报警系统。 　　1．汽包水位高、低报警 　　3．给水压力高、低报警 　　4．蒸汽温度高、低报警 　　5．炉膛温度高、低报警 　　6．炉膛负压高、低报警 　　7．计算机系统硬件故障报警 智能前端： 　　它是一个带有模拟屏的智能化模块，具有形象，直观，安全的优点。在通河工程中，采用计算机控制的同时，再配以动态模拟显示控制，可对生产流程进行全面实时控制，即使在计算机发生故障时，操作人员也能在控制室的模拟屏上对生产过程迅速进行手工操作。 分散的现场控制单元对生产过程进行信号采集和控制，操作员站集中对信息进行综合管理，两者用通讯网络连接成一个实有机整体。如下图： 　　它主要由模拟屏处理器、模拟屏、UPS电源、通讯网络组成。既可动态显示生产过程的主要参数，物料的流动、设备的运转启动、亦可实现泵、阀、电机等开关的硬手操。因此，在计算机系统故障时，可独立实现生产过程的就地人工操作。它通过通讯网络，完成现场数据采集与DCS之间的交换。它包括：模拟量（AI）、数字量（A0）、开关量（DO/DI）等等。在通河工程中，它实现了计算机故障时的独立人工作操，确保生产过程的安全性，利用DCS系统资源和数据库，大大的减少实现动态模拟屏的软硬件开销，便于系统的维护。 通讯模块： 　　支持RS-232 C/RS-422，RS-485以及工业Intranet等通信协议等。在较复杂的工业控控制系统中，上、下位机的通信常常用串行异步通信，由于RS-232总线串行通讯最大距离一般为50—100英尺，最大通信特率为20Kbps，而RS-485总线串行通信最大距离一般为1000英尺，最大通信特率为10Mbps，而且，RS-485的收发器成本低，抗干扰好，构成网络容易，因此，考虑选用RS-485通讯模块。 干扰信号： 干扰的产生及后果： 　　在实际生产过程中，一些大型动力设备如变压器、电焊机、电动机、大功率可控硅整流设备等的启动过程，电磁感应的影响或因<