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新一代DCS系统在锅炉热控系统上的应用
jiang_0514 发表于 2009/6/25 14:39:50 516 查看 1 回复 [上一主题] [下一主题]
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新一代DCS系统在锅炉热控系统上的应用
1 引言
节能降耗、减少污染排放是热电联产的目标，循环流化床锅炉适应这一要求，从而得到了普遍的应用和迅速的发展。但是针对不同地区、不同季节甚至同一天的不同时间段所需热负荷的不同，链条锅炉有其独到之处。
为了及时跟上气候变化和时间变化对热负荷的不同要求，选择一个稳定可靠的自动控制系统成为必然要求。新一代DCS系统CYA一5000成功应用于循环流化床锅炉后，在链条锅炉上也得以应用和发展。
2 概述
CYA一5000系统最显著特点就是稳定、可靠及其开放性和灵活性。为实现管控一体化，系统由一个工程师站、一个操作员站、两个现场控制站组成，工程师站用于集中管理监测l#、2#锅炉运行工况。操作员站用于完成监视处理系统1#，2#锅炉的热工参数，过程控制站用于数据采集和控制。系统结构如图1所示：
国内燃煤链条锅炉在燃烧方面与国外的主要差距在于：使用煤种不稳定；燃烧前对煤缺乏必要的预处理；氧量分析仪失效及炉子漏风。这些因素导致了采用传统的含氧定值控制方式无法解决经济燃烧的问题。
CYA一5000控制系统以传统的PID控制，模糊控制等经典的控制理论为依据，运用锅炉的数学模型，从实际出发推出全新的控制方式：以热效率最高为目标，对风煤比（或含氧量）进行自动寻优，成功解决了上述问题。CYA一5000不是简单的对传统盘装仪表显示的替代，而是对整个生产过程及运行情况进行监视、控制、显示、报警、记录、班报和存档，是新一代DCS（分布式控制系统）系统的浓缩，代表着国内自动控制系统的最高水平。
3 CYA一5000控制系统简介
1）CYA一5000的硬件和软件的品质均属国际一流，其超级控制器基于Windows CE，I／O以美国GE Fanuc公司的产品为核心，软件是航天益来公司与美国Intellution公司联手推出的CFYX。
2）具有极好的开放性，支持Profibus、WorldFIP、Lon-Works、Interbus—S、CANOpen、SDS、DeviceNet、Modbus、GeniusBus、SNP等十余种现场总线，还可以将几百种著名DCS及PLC（如ABB、Honeywel、Modicon、SIEMENS、AB等）融为一体。
3）采用PLC技术，CPU内置浮点运算和PID算法，响应速度快，配以锅炉控制系统的核心算法和程序。即使操作员站发生故障，也不会影响锅炉自动的投入。
4）系统扩展性强，每一个过程控制站都能独立完成对应的控制任务。过程控制站、操作员站、工程师站采用最新、通用以太网技术，数据传输快，每个操作员站都可以对整个系统数据进行集中分析、统计和处理、集中管理被控对象。
5）系统采用Windows NT 操作平台，支持国际通用编程标准、组态灵活，具有很好的开放性和很强的可扩充能力。
6）支持各种数据库连接，与企业信息系统融为一体。支持Internet功能，使您在世界各地可以浏览您的企业实时运行情况。
4 软件的功能
1）工艺流程的显示，在每个工艺流程中都可以灵活的进入其他的流程界面和各功能界面。
2）操作面板功能，操作员通过点击流程图上的特定对象来打开一个显示窗口，取代常规的操作面板。标准显示窗口显示与特定对象相关的标志号、中文名称和状态。
显示的设备状态信息包括：阀门开、阀门正在开、阀门开故障、阀门关、阀门正在关、阀门关故障，电机运行、电机停止、电机启故障、电机停故障，超时失败，设备组运行、设备组停止，手动控制、自动控制、跟踪模式、高／低报警、联锁投入／解除、故障复位等。
操作员对设备的操作包括：开阀、关阀、电机启动、电机停止、故障复位、切入手动、切入自动、启动跟踪、取消跟踪、复位故障、操作命令。
3）参数显示，把所有的过程变量都做到一起，以供操作员集中监视，跟踪工艺流程。
4）趋势显示，趋势图（曲线）用于显示参数的变化趋向。水平坐标轴为时间，时间轴范围可选；变量曲线采用公共的相对坐标，并显示变量绝对值数值。包括实时趋势和历史趋势。实时趋势是在实时跟踪工艺过程的显示。
历史趋势可以保存整个工艺设备的运行情况，为寻找最佳运行状况和故障分析提供依据。
5）报警，实时监视运行是否正常，一旦过程变量超出报警限，立刻给以声光报警，并包含下列信息：当前过程变量报警、未确认报警显示、报警确认显示、报警消除显示。
5 控制方式
主机和辅机均采用就地集中控制方式。锅炉的自动控制系统应该具有安全性、可靠性及经济性，在安全保证的基础上，提高锅炉运行的经济性即燃烧效率，直接关系到电厂的经济效益。
5．1 自动调节项目
自动调节项目：燃料调节、蒸汽压力调节、送风调节、炉膛负压调节、汽包水位调节、除氧器水位调节和压力调节等。
1）水位三冲量控制回路
汽包水位控制回路采用串级三冲量控制。以汽包水位为主调节信号，蒸汽流量为前馈，给水流量为串级，采用智能PID控制（如图2所示）。可设定信号的滤波系数、控制周期、不控限、正负限幅、死区。稳态控制精度可达+10mm。
2）燃烧调节
包括燃料调节、蒸汽压力调节、送风调节、炉膛负压调节。负压调节采用单回路，控制引风机转速来达到控制目的；以蒸汽压力作为被控参数来控制给煤，PID的运算结果给到以含氧量为被控参数控制送风的回路中，从而实现最优化燃烧控制（如图形所示）。
3）除氧水位／压力调节
分别采用单回路控制，保证最佳除氧效果，实现辅机的安全稳定运行。
5．2 控制系统
控制系统是否能很好的实现自动控制功能，控制策略是最重要的，但外围设备的好坏直接影响到功能的执行。就好比一个人头脑发达，四肢简单，那他也不算完整的人。我们在送风机、引风机和炉排电机上采用变频控制，从而实现最佳的控制效果。
6 应用效果
新一代DCS系统CYA一5000已成功应用于济南市热力工程公司西八热源厂，自控回路的使用以及过程控制站的稳定良好的性能，变频调速系统的使用，提高了生产系统的科技含量，推动了企业的技术进步，提高了员工的业务能力；为西八热源厂节省了大量的水耗、电耗、煤耗；减少了运行人员的数量，减轻了运行人员的劳动强度；减少了有害气体及灰渣的排放量，减轻了对周围环境的污染；提高了热效率，节约了能源，降低了成本，保证了供热质量，为创造良好、稳定的社会环境做出了应有的贡献。
社会在发展，科技在进步。CYA一5000控制系统在锅炉热控系统上的应用发挥了它应有的作用，为环保节能、实施蓝天工程提供了最有效的途径，取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 北京航天益来电子科技有限公司资料CYA一5000热电厂自动化控制系统
[2] 热工自动化设计手册编写组，热工自动化设计手册．水利电力出版社，1996．