| 67PLC and DCS一电厂热工控制DCS系统设计刘景芝，孙 伟（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏 徐州 ２２１００８）摘 要：以西山孝义金岩公司自备电厂为背景，主要结合循环流化床锅炉机组的运行特点和控制特性，对其热工系统运用集散控制方式进行控制，并采用浙大中控的ＷｅｂＦｉｌｅｄ ＪＸ－３００Ｘ系统对单元机组的热工控制系统做了初步的整体设计。
关键词：热工控制系统；集散控制系统（ＤＣＳ）；循环流化床锅炉中图分类号：ＴＰ３９３．０３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２００７）１２－００６７－０３A DCS system for thermal control of a power stationLIU Jing-zhi, SUN Wei(The School of Information and Electrical Engineering ,China University of Mining and Technology , Xuzhou 221008 China) Abstract: This paper introduces a distributed control system for the power station of the Xishan Jinyan company. According to the operation and control requirements of the circulating fluidized bed boiler, the distributed control for the thermal system of a power unit is designed with the SUPCON WebFiled JX-300X.Keywords: thermal control system; distributed control system(DCS); circulating fluidized bed boiler１ 引言火力发电是现代电力生产中的一种主要形式，火力发电厂运行系统多而且复杂，各系统之间要协调运行又要对负荷变化具有很强的适应能力，因此有效的控制火力发电厂运行极其重要。
目前火电机组都普遍采用ＤＣＳ［３］，因为ＤＣＳ系统给电厂在安全生产与经济效益方面带来巨大作用，使以往任何控制系统无法与其相提并论。
随着各项技术的发展和用户对生产过程控制要求的提高，一种全数字化的控制系统——现场总线控制系统（ＦＣＳ）问世了，并得到了快速发展。
虽然现场总线控技术代表了未来自动化发展的方向并将逐步走向实用化，但由于火电厂的具体环境和控制特点，经过论证与分析，近期内热控系统只能以ＤＣＳ为主［１］［２］。
西山孝义金岩公司自备电厂包括２台７５ｔ／ｈ循环流化床锅炉、２台１５ＭＷ抽汽式汽轮发电机组。
本文主要针对循环流化床锅炉，将其改造为单元机组运行。
根据循环流化床锅炉和火电机组的运行特点，分析其热控系统的功能要求，采用集散控制系统（ＤＣＳ）实现热工自动化，并以浙大中控的ＷｅｂＦｉｌｅｄ ＪＸ－３００Ｘ为例，进行具体系统的初步设计。
收稿日期：２００７－０７－０３ＪＸ－３００Ｘ集散控制系统全面应用最新的信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术和现场总线技术，采用高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，兼具高速可靠的数据输入输出、运算、过程控制功能和ＰＬＣ联锁逻辑控制功能，能适应更广泛更复杂的应用要求，是一套全数字化的、结构灵活、功能完善的新型开放式集散控制系统。
ＪＸ－３００Ｘ体系结构如下图：２ 系统介绍及方案描述２．１ 系统总体方案描述根据单元机组运行特点及要求，其控制系统一般配有以下系统：（１） 数据采集系统（ＤＡＳ）；图１ JX－３００X体系结构图68 | T echniqu es of AutomatioPLC and DCS（２） 协调控制系统（ＣＣＳ）；（３） 锅炉控制系统，其中包括：锅炉燃烧、汽温、给水等模拟量控制系统（ＭＣＳ），顺序控制系统（ＳＣＳ），以及锅炉炉膛安全监控系统（ＦＳＳＳ）或称燃烧器管理系统（ＢＭＳ）；（４） 汽机数字电液调节系统（ＤＥＨ）。
除上述几大系统以外，主要辅机系统还有旁路控制系统（ＢＰ）、上煤系统以及安全保护系统等。
主、辅系统之间相互渗透、相互依赖，通过信息通信网络紧密连接成为—个有机的整体，从而组成单元机组热工控制的主体，如图２所示［４］。
本ＤＣＳ的功能覆盖范围包括数据采集和处理系统（ＤＡＳ）、模拟量控制系统（ＭＣＳ）、顺序控制系统（ＳＣＳ）、燃烧器管理系统（ＢＭＳ）、汽机跳闸保护（ＥＴＳ）。
同时具有与其他供货商供应的控制系统和设备进行通讯的功能，并负责相关的接口工作，以便能通过同一总线传递必要的信息和数据，接受控制系统的统一调度和指挥，形成完整的控制系统。
主要监控范围包括锅炉、汽轮发电机除氧给水、减温减压系统、点火供气系统等。
ＤＣＳ由冗余配置的分散处理单元、数据通讯系统和人—机接口组成。
２．２ 系统配置该循环流化床锅炉机组热工系统采用机、炉集散控制方式，能在就地人员的巡回检查和少量操作的配合下，在单元控制室内实现机组启动、停机、运行工况监视控制和管理以及事故处理等功能。
每台单元机组采用一人为主、两人为辅的运行管理方式。
系统采用浙大中控的ＷｅｂＦｉｌｅｄ ＪＸ－３００Ｘ系统。
该集散控制系统采用过程控制网ＳＣｎｅｔ ＩＩ和控制站内部Ｉ／Ｏ控制总线图２ 单元机组控制系统概貌图３ 热工控制DCS系统结构示意图ＳＢＵＳ，硬件配置包括工程师站、操作站、过程控制站、打印机、操作键盘以及ＣＲＴ显示屏等。
结构示意图如图３所示。
单元机组设置两个操作站，并且配有相应的操作员键盘，一个工程师站，配有工程师键盘，以便于组态和维修。
系统设置了两台打印机，一台用于报警事件的打印，另一台用于报表的打印。
控制站包括数据采集站、锅炉控制站、汽轮机控制站和逻辑站。
过程控制网是ＳＣｎｅｔ ＩＩ１：１冗余配置。
３ DCS系统功能简介３．１ 数据采集和处理系统（DAS）ＤＡＳ的主要功能是快速准确地反映机组参数、设备状态、工艺报警、性能指标，为操作员提供准确的操作依据。
如图４所示，ＤＡＳ系统从生产过程中采集现场数据，提供给控制及管理系统。
３．２ 模拟量控制系统（MCS）３．２．１ 总风量控制系统保证燃料在炉膛中充分燃烧是风量控制系统的基本任务。
在单元机组锅炉的送风系统中，一、二次风各用两台风机分别供给。
总风量指令是由锅炉负荷控制系统给出的。
总风量中一、二次风所占比例最大，同时一次风和二次风直接影响锅炉的运行及燃烧工况。
所以，总风量调节系统通过改变一、二次风量的调节指令来保证锅炉所需配风。
为了保证锅炉燃烧的安全性，在机图４ DAS系统的示意总体结构图图５ 总风量控制系统| 69PLC and DCS组增、减负荷时，保证有充足的风量，保持一定的过量空气，在整个过程中始终保持“总风量大于或等于总燃料量”，系统设计了风煤交叉限制回路。
在减负荷时，只有燃料量（或热量信号）减小，风量控制系统才开始动作。
当负荷低于３０％额定负荷时，为了能保证锅炉的安全燃烧，风量保持在３０％［４］。
总风量控制系统的给定值与总风量测量值的偏差进行ＰＩＤ运算的结果经过函数处理后送至一次风量调节系统和二次风量调节系统。
控制系统如图５所示。
３．２．２ 二次风量控制系统二次风量控制系统采用串级控制系统，其目的是调节烟气含氧量。
烟气含氧量测量值与其给定值的偏差送入主调节器进行ＰＩＤ运算，运算结果与总风量指令控制系统发出的二次风量指令一起进行函数处理后作为副调节器的给定值，再与二次风量测量值进行ＰＩＤ运算，运算结果分为两路作为上部二次风流量和下部二次风流量的控制指令［５］。
３．２．３ 炉膛负压控制系统（引风量控制系统）炉膛压力控制系统的基本任务是通过控制引风机动（静）导叶或入口挡板来维持炉膛压力为给定值，以稳定燃烧、保证燃烧效率、减少污染和保证安全。
该系统是一个简单的单回路系统。
炉膛负压测量值经过惯性延滞处理后，与给定值进行偏差比较运算，若有偏差，则经过ＰＩＤ运算后，其运算结果作为引风机执行机构的动作指令，从而控制炉膛负压以满足锅炉运行要求。
炉膛负压测量点有三点，采取三点取中值的办法进行信号处理。
并且直接把总风量进行微分运算后作为前馈信号送入ＰＩＤ控制输出中，以提高一、二次风量变化时控制系统响应的快速性。
３．２．４ 汽包水位控制系统锅炉汽包水位是锅炉安全运行的一个主要参数，其控制系统的任务就是保证汽包水位在容许的范围内，并兼顾锅炉的平稳运行。
循环流化床锅炉给水控制系统在低负荷时采用单冲量调节系统，负荷大于３０％时采用由汽包水位、给水流量和主蒸汽流量组成的三冲量串级控制系统来调节给水阀门，从而保证汽包水位在规定范围内变化。
在此控制系统中，汽包水位信号经汽包压力补偿后与汽包水位的设定值偏差作为主调节器的输入信号，主蒸汽流量信号经温度、压力补偿修正后，与给水流量信号一起作为副调节器控制系统的输入信号，给水流量为喷水减温水流量信号后的总给水流量。
除此之外模拟量控制系统还包括燃料控制系统、主蒸汽温度控制系统、减温减压装置出口温度控制系统、除氧器水位控制系统等。
３．３ 顺序控制系统顺序控制任务是按照各设备的启停运行要求及运行状态，经作者简介：刘景芝（１９８３－），女，硕士研究生，控制理论与控制工程专业。
逻辑判断发出操作指令，对机组主要设备组或子组进行顺序启停，同时该系统根据工艺系统要求实施联锁与保护。
在顺控系统中，指令的优先级是分层的，设备的保护和联锁指令具有最高优先级，手动指令比自动指令优先。
锅炉顺序控制子组项目主要包括：一次风机子功能组、二次风机子功能组、引风机子功能组、给煤机子功能组、给水泵子功能组、循环水泵子功能组、减温减压器子功能组、疏水泵子功能组、凝结水泵子功能组等［２］。
３．４ 燃烧器管理系统（BMS ）ＢＭＳ的主要功能就是利用计算机系统及相应的设备连续监视燃烧系统的状态与大量参数，通过事先设定的逻辑程序和各种安全连锁条件，严格执行燃烧系统的安全运行规程，从而保证在锅炉运行的各阶段，特别是在启／停过程中，防止燃料和空气混合物在锅炉的任何地方积聚，避免锅炉爆炸事故的发生。
３．５ 汽机保护系统（ETS ）汽机保护系统ＥＴＳ，是锅炉机组危急情况下的保护系统。
当锅炉出现危及安全运行的状况时，实施自动或手动紧急停炉保护，以保证机组运行安全。
４ 结束语火力发电厂设备众多、系统庞大、过程复杂，大多数设备长期处于高温、高压、高速、易燃、易爆、易损等恶劣的工作条件下。
各局部过程之间的状态相互影响，联系密切，发电是连续的生产过程，对负荷变化要有很强的适应能力，各生产环节对负荷请求的响应速度不一致。
