HPCS4000+在35T燃气锅炉装置中的应用
HPCS4000+在35T燃气供汽锅炉装置中的应用
Application of “HPCS4000+”control system in 35T Gas Heating Boilers
刘永志
北京远东仪表有限公司（北京，100013）
摘要：本文介绍了HPCS4000+在35T燃气供汽锅炉生产中的应用，分别对其应用的DCS硬件、软件和网络特点、关键控制的实现方法进行分析。
关键词：HPCS4000+,燃气锅炉控制,锅炉三冲量,炉膛负压调节
Abstract： This paper describes Application of “HPCS4000+”control system in 35T Gas Heating Boilers, of its application of the DCS hardware, software and network characteristics, critical control of the implementation analysis。
Keywords： HPCS4000 +, gas boiler control, boiler three impulses, regulating negative pressure chamber。
一、概述
锅炉是全厂的重要动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷变化的需求。为此，锅炉生产过程的各个参数都必须严格控制。锅炉设备室一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、鼓风和引风量。主要输出变量包括汽包水位、蒸汽压力、炉膛负压、烟气氧量等。锅炉对象各主要变量之间的关系可由图一表示。这些输入输出变量之间相互关联。如果蒸汽负荷发生变化，必将引起汽包水位、蒸汽压力等的变化。燃料量的变化不仅影响蒸汽压力和汽包水位，还会影响炉膛负压、氧含量等。因此锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的复杂控制对象。
二、工艺流程画面：
1.总貌画面
2.锅炉监控画面
3.除氧给水监控画面
4.趋势查询画面
三、35T燃气供汽锅炉生产过程控制-DCS系统
该装置为新建3x35T生产用蒸汽燃气蒸汽锅炉，该供热系统为独立热源所以对控制系统的要求很高，即用汽负荷波动较大时控制系统的稳定及时的跟踪控制使热源稳定及时的供给用户。此装置的控制系统采用京仪华文DCS控制系统中的HPCS4000+型工业自动化控制系统对生产过程进行自动化控制。HPCS4000+系统不仅继承了以往系统的高可靠性和方便性，而且采用开放的系统软件平台将控制系统与管理功能整合集成，构成覆盖从现场总线到企业管理的综合自动化管理系统平台，它综合了DCS、PLC、现场总线、MES的技术，开放式的系统网络、操作系统、以及开放式接口，使整个公司可以从生产控制级到管理级的整个信息系统集成最优化。它采用模块化结构，可按系统和装置、工段进行配置，具有高电磁兼容性和强的抗震性、冲击性，具有很高的工业环境的适应性。易于日常维护、培训学习、掌握等特点。当控制任务增加时可自由扩展。由于采用安全分散式结构和具备多界面网络能力，使得应用十分灵活，为工厂自动化控制和企业信息管理提供了全面解决方案。网络结构图如下：
网络结构图
四、关键过程控制
为了使锅炉装置长周期、经济负荷、高质量生产目标得以实现，其中的关键环节：汽包水位自动调节、炉膛负压自动调节、锅炉恒压给水控制、燃烧器前空气压力自动调节、除氧器水位自动调节、除氧器压力自动调节、自来水水箱液位自动调节、软化水PH值自动调节、凝结水水箱液位自动调节等，都由DCS控制。
1.汽包水位自动调节
汽包水位自动调节即锅炉三冲量控制系统是锅炉系统中最重要的控制系统之一，实际生产中有多种锅炉三冲量控制方案，经典的三冲量串级控制在各种锅炉汽包水位的自动调节中已得到广泛应用。针对35T/h燃气锅炉，我们提供了一种最为成熟、更好理解的控制方案，即根据给水流量、汽包液位和蒸汽流量调节主给水阀，保证锅炉汽包水位的稳定，是前馈—反馈串级调节回路，如图所示：
汽包水位控制系统的结构图
将蒸汽流量作为PID1的前馈参与PID1运算，将汽包液位作滤波补偿后送入PID1调节后输出，其结果作为PID2的设定点，PID2将此设定点与给水流量的偏差进行调节，输出经处理后带动执行机构，调节给水阀。
汽包液位是主被调量，给水量是副被调量，蒸汽流量是前馈量。当汽包液位上升时，PID1的输出减小，则给水阀关小，就减小了给水量。当汽包负荷变大时，即蒸汽流量增加，则PID1的输出就增大，给水阀开大，就增大了给水量。
当蒸汽负荷突然增加，而出现“假液位”时，由于PID1是反作用，使PID1的输出减小，由于负荷增加，蒸汽流量就增加，这样，PID1的输出基本变化不大。经过短时间后汽包内压力恢复平衡，“假液位”消除，此时液位因蒸发量增加而开始下降，PID1的输出就增加，则给水量增加，直至汽包液位恢复到给定位置。
在负荷大于３０％时，采用三冲量调节系统调节给水调节阀，维持汽包水位为定值 控制逻辑图如下：
2.炉膛负压控制
炉膛压力调节系统是控制炉膛压力为给定值的一个单回路控制系统。其被调量为炉膛压力，控制变量为引风机变频。
1)炉膛压力信号
2)炉膛压力是关键的参数。
为了提高该系统的可靠性，炉膛压力测量采用了二套测压装置。可实现无扰切换控制。控制逻辑图如下：
3.锅炉恒压给水泵控制
锅炉给水调节系统是控制锅炉给水母管压力为给定值的一个单回路控制系统。其被调量为给水母管压力，控制变量为给水泵变频。
1) 给水母管压力信号
2) 给水母管压力是关键的参数。
为了提高该系统的可靠性，给水母管压力测量采用了二套测压装置。可实现无扰切换控制。控制逻辑图如下：
4.燃烧器前空气压力自动调节控制逻辑图如下：
5.除氧器水位自动调节控制逻辑图如下：
五、结束语
HPCS4000+控制系统是京仪华文自动化系统工程（上海）有限公司继承以往系统的高可靠性和方便性，综合自身核心技术与国际先进技术而推出的新一代DCS ，充分体现了当今DCS开放化、信息化、智能化、小型化的发展特点。经过长时间连续运行，系统稳定、可靠，使锅炉装置长周期、经济负荷、高质量生产目标得以实现，给用户带来了明显的经济效益。
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