DCS在锅炉汽包水位控制中的应用

[摘要]本文介绍锅炉汽包水位控制系统在DCS控制系统中的组态应用
[关键词]单冲量 三冲量 组态 功能块
[时间]2008-07-15

一、概述
         锅炉正常运行中，汽包液位是一个重要的监视参数，它反映了锅炉负荷与给水的动平衡关系。液位过高，会影响汽水分离的效果，产生蒸汽带液现象，液位过低会破坏水循环，影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。因此及时而准确地把水位控制在允许的范围之内，并能适应各种工况的运行，是保证机炉安全运行的重要条件。

二、锅炉汽包给水的控制方式
        宁波大榭万华热电一期3×220t/h+50MW+25MW机组电动给水泵出口设计了两个调节阀，目的是在锅炉启动过程中得到一个平滑的流量调节过程，给水控制方式如图（1）所示设计为全程自动控制。

图（1）
1、 单冲量控制：启动阶段当蒸汽流量小于30%额定流量时，采用单冲量控制，启用副给水控制器PID1对设定值和水位测量值进行PI运算，自动控制指令由软手操控制器输出，去控制副给水调节阀LC1106b的开度，改变进入汽包的给水,最终使水位等于给定值。当运行工况和设备发生异常时，软手操控制器1强制为手动控制，同时把状态信号DV发送给副给水控制器PID1，退出自动状态，以保证锅炉安全运行。
2、 三冲量控制：负荷继续升高后，仅用PID1这个单冲量调节器，已难以保证调节品质，当负荷（蒸汽流量）大于30％以后，将采用三冲量控制方案。PID调节器3（又称为主给水流量调节器）接受给水流量FT1101反馈信号，当给水流量由于扰动而发生波动时，该调节器会快速地调节主给水调节阀的开度，有效克服给水波动。用蒸汽流量信号作为给水流量调节器PID3的设定值的一部分（前馈），是为了使进入锅炉的给水量与流出锅炉的蒸汽量随时保持平衡。（不严格地讲，只要能保持两者平衡，就能保持水位不变），这样可以有效地克服虚假水位对调节品质的影响，为了最终使水位能保持在定值上，PID调节器2（称为三冲量水位调节器）将对水位与其定值的偏差进行PI运算，其输出成为给水量设定值的另一部分（串级）。PI调节器2最终将水位维持在设定值。同样当运行工况或设备发生异常时，软手操控制器2强制为手动控制，同时把状态信号DV发送给汽包水位三冲量控制器PID2和PID3，退出自动状态，以保证锅炉安全运行。

三、DCS的应用
         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。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。
按图（1）的逻辑控制方案，DCS在宁波大榭万华热电的算法逻辑组态如下：
1、 单冲量控制算法组态：

图（2）
        图（2）中，LT1106A/B/C是经压力补偿过的三个汽包水位值，三取中是判断三个水位值品质的好坏，可取中、高选、低选、平均或三个水位值中的一个，一阶惯性是起滤波作用，并使得输出对输入有反馈作用，以得到一个有效平滑的水位测量值LT1106PV。LT1106SP1是水位给定值，LC1106B是副给水调节阀阀位控制信号，LZ1106B1是阀位反馈信号。手操器1中：RM值是工作状态信号，“0”是自动，“1”是手动，数据类型为位类型；FM值是强制手动开关信号，为“1”时把手操器强制由自动变为手动。PID1中：DA值是偏差报警位，RM值是工作状态信号，“0”是手动，“1”是自动，“2”是串级，“3”是手动跟踪，数据类型也是位类型。类型转换器1是把手操器1中的RM值由位类型转换为浮点型，以便于下面的比较器和1.000比较输出，供信号选择器1和2判断输出；类型转换器2是把PID1中的RM值由浮点型转换为位类型，以供PID1识别工作方式。信号选择器1和2中：当IG=0时，AV=I1；当IG=1时，AV=I2。偏差报警和幅值报警分别是对汽包水位的给定和测量、阀位的控制和反馈以及汽包的水位值是否出现异常作出判断并报警输出。
2、 三冲量控制算法组态：
图（3）

         图（3）中FT1101是主给水流量，FT1101PV是一阶惯性后的给水流量测量值，FT1108AM是经温压补偿后主蒸汽流量，LC1106A是主给水调节阀控制信号，LZ1106A是阀位反馈信号。PID2中输入信号OC是对控制量进行补偿，即如果OC端有输入信号，则控制量要加上OC端的值（前馈控制）。其他功能块的作用详见图（2）中的说明。
        组态完毕，进行PID参数整定，一般是按照工程经验先用实验方法设定，然后在实际运行中加以调整和完善。注意在做定值扰动实验时，三冲量控制要先整定PID3参数，后整定PID2参数，调节品质一般是衰减率0.75-0.9。我厂现PID参数整定如下：
P I D 调节器作用
PID1 600 100 反
PID2 80 40 0 反
PID3 160 30 0 反
投入使用几年来，水位自动运行良好。

四、结论
         综上所述，可见用DCS进行控制，由于系统功能完善，结构先进合理，综合性强，人机界面友好，自动化程度高，大大降低了操作者的劳动强度，而且由于其能耗小，扩展灵活，便于维护，安全可靠性高，极大地提高了企业的生产效率和经济效益。随着国产优秀DCS软件和高速计算元件的快速发展，锅炉控制系统将会更加完善。