前言 某熱電廠于2004年9月建成兩臺35T鏈條鍋爐和一臺6MW汽機，使用我們公司的DCS系統。 一、控制的基本特點 鍋爐作為能源動力轉換的重要設備，其整個運行狀況對于生產的安全，穩定高效具有決定性的意義。對于鏈條爐，和其他類型的鍋爐相比較，它的主要特點是運行較為穩定，負荷可以教大范圍的提升。但是其教大的滯后反應，決定了在調節控制方面的難點。較多的燃料供給設備，風煙配比情況，順序啟動和緊急停爐的順控問題，一直是各應用廠礦，科研單位，及自動化行業不斷優化的主題。根據我們的長期現場實踐總結，對于中壓鏈條爐，我們開辟了獨到的整體控制模式應用于現場，運行效果較為理想。 汽機做為發電機的動力設備，其運行穩定具有非常重要的意義，所以保證其在額定轉速（3000RPM）下運行是極其重要的，超過3360RPM即會造成飛輪事故的產生，低于2700RPM便對并網發電造成影響，而它的潤滑油系統也是保證汽輪機正常運行的一個前提條件。 1、 工藝簡介 本生產裝置包含以下幾個工序： 鍋爐：鍋爐總貌、汽水系統、煙風系統。 汽機：汽機總貌、潤滑油系統、除氧給水系統、減溫減壓系統。 3、工藝對控制系統的要求 a、實現各個單元操作的集中監控，包括：溫度、壓力、流量、液位等物理量的監測與控制。動態參數檢測、控制必須準確、可靠。 b、必要的遙控措施,對突發事件如停電等，系統應采取相應的保護措施，確保在緊急情況下或需要的時候對一些關鍵的控制點（閥門、馬達等）實施遙控。 c、配置必要的報警和聯鎖。 d、重要參數的記錄和方便地查閱其實時趨勢和歷史趨勢。 e、可隨時監測有關單元的有關參數或重要設備的運行情況。 f、控制系統操作簡單，參數設置、調整方便，便于操作，人性化的操作界面。 g、操作員站顯示整個生產工藝流程，修改和打印各種有關參數。 二 系統組成 1、系統配置 本項目控制系統采用的是FB-2000NS DCS。該系統能夠實現連續控制、批量控制和邏輯控制等多種控制算法。根據帶控制點的工藝流程圖，與工藝技術人員認真細致地分析了生產工藝對控制的要求，合理地設計了方便于操作工監視、操作的流程圖畫面。本工程采用2個控制站、2個操作站，操作站和控制站處于同一中控室內，兩操作站是完全對等的，其中任意一臺操作站均可兼作工程師站。控制站與操作站之間由CNET雙重化冗余的過程控制網連接。我們從生產更為可靠和經濟方面考慮，主控制器采用熱備冗余。其作用是當主板發生故障時，冗余板會自動投入工作，以確保系統穩定可靠地運行。其DCS的硬件配置為： 鍋爐： FB-2001NS2塊，FB-2005NS網卡2塊， FB-2010NS-8塊，FB-SC14NS-8塊； FB-2020NS-7塊，FB-SC20NS-7塊； FB-2030NS-8塊，FB-SC30NS-8塊； FB-2040NS-5塊，FB-SC43NS-5塊。 汽機： FB-2001NS2塊，FB-2005NS網卡2塊， FB-2010NS-12塊，FB-SC14NS-12塊； FB-2020NS-2塊，FB-SC20NS-2塊； FB-2030NS-8塊，FB-SC30NS-8塊； FB-2040NS-4塊，FB-SC43NS-4塊。 這樣就構成了一套分布式數據采集與控制系統。另外現場有一臺6KVA UPS在線式不間斷電源，所有模擬量信號通過隔離模塊后，進入輸入端子板，且所有模擬量輸出信號均通過隔離模塊，進入現場執行機構。現場控制站網絡結構圖如下： 2. DCS系統規模 鍋爐：AIN： 114個 AOU： 24個 DIN： 128個 DOUT：96個 汽機：AIN： 168個 AOU： 8個 DIN： 128個 DOUT：64個 二、控制方案 鏈條爐控制的實施方案 1．汽包水位控制 汽包水位的控制任務是：使給水流量適應鍋爐的蒸發量，以維持汽包水位在允許的范圍內保持給水穩定；另外是抗擾動性及負荷變化的虛假水位。 汽包水位的控制方案采用三沖量給水串級控制系統和水位單沖量結合的方式。三沖量鍋爐汽包給水自動控制系統，是以汽包水位H為主控信號，蒸汽流量D為前饋控制信號，給水流量W為反饋控制信號組成的控制系統。它采用蒸汽流量信號對給水流量進行前饋控制，當蒸汽負荷突然發生變化，蒸汽流量信號使給水調節閥一開始就向正確方向移動，即蒸汽流量增加，給水調節閥開大，抵消了由于“虛假水位”引起的反向動作，因而減小了水位和給水流量的波動幅度。當由于水壓干擾使給水流量減少的信號，開大給水閥門，使給水量保持不變。另外，給水流量信號也是調節器動作后的反饋信號，能使調節器及早知道控制的效果，所以三沖量給水控制系統，調節器動作快，還可以避免調節過頭，減少波動和失控。這樣，汽包水位很少受到影響。三沖量給水控制系統主回路簡化方塊如圖： 另外，當鍋爐處于低負荷運行時，水位控制系統可自動切換到單沖量調節。當發生負荷的突增、突降情況時，往往會引起較高的水位波動，這時單采用經典的三沖量控制，難以克服干擾因素水位的大擾動，此時，可通過程序綜合儀表輸入的客觀信息，強行上拉或下拉給水閥位植，防止水位下降或上升過快。 單沖量汽包水位控制主要用于給水流量，主汽流量等儀表的損壞，檢修或者啟停時的控制。 2、爐膛負壓控制 爐膛負壓采用串級控制的方式，將一次風和二次風進行相加的總和作為主調節回路的測量值，以副回路爐膛負壓的調節輸出作為給定值，調節輸出到引風變頻輸入改變其轉速。達到改變引風量的目的，從而維持爐膛副壓的穩定。其方框圖如下： 爐膛負壓串級調節框圖 3、過熱蒸汽汽溫控制 過熱器蒸汽溫度串級控制系統方塊圖： 說明：ｆ１　：煙氣流量和溫度變化的擾動 　　　　 ｆ２　：入口蒸汽流量和溫度的擾動 　　　　 ｆ３　：減溫水壓力變化的擾動 　　　　 θ０　：入口蒸汽溫度 　　　　 θ１　：出口蒸汽溫度 　　　　 θ２　：減溫器出口溫度 汽溫自動調節中，具有導前微分信號的雙沖量汽溫自動調節系統的調節質量已經能滿足生產上的要求，得到了廣泛的應用。如果因減溫器至被調量測溫點這段區域的遲延和慣性較大，要求進一步減小動態偏差時，可以采用串級汽溫自動調節系統，該系統的調節器整定也具有較大的靈活性。 如圖所示串級汽溫自動調節系統和雙沖量汽溫自動調節系統的區別是不用微分器，而多用了一個副調節器，減溫器后的導前溫度信號θ2送到副調節器，主汽溫信號θ1送至主調節器。副調節器的給定信號由主調節器來校正，副調節器直接控制電動執行器以操縱減溫水調節閥。 在串級汽溫自動調節系統中，由減溫器、變送器2、副調節器、電動執行器構成快速副回路，它能盡可能地消除減溫水側的擾動，對過熱汽溫起粗調作用，副調節器一般采用比例或比例微分調節器；主調節器的作用是最后保持汽溫為給定值，對汽溫起細調作用，一般采用比例積分或比例積分微分調節器。因為一般對主汽溫的調節質量有嚴格要求，對減溫器后的汽溫則無嚴格要求，允許有靜差。 當主汽溫θ1或導前汽溫θ2升高時，要求減溫水調節閥開大，使調節的結果θ1和θ2恢復到給定值，反之亦然。形成的負反饋閉環系統如圖所示。主調節器輸入回路的“正—反”作用開關應置于“反”方向；副調節器輸入回路的“正—反”作用開關應置于“正”方向。 3．燃燒控制系統 燃燒部分的控制是整個設備控制的核心。影響整個設備改變的因素較多，而且整個過程是一個大滯后的調節，采用傳統的PID，串級控制等效果都不是很理想，會出現超調節，大波動的現象產生。根據現場的分析，我們采用了主蒸汽流量和壓力的聯合控制來實現整個燃燒系統的主輔式控制。 主要的控制策略原理為：我們需要設定一個目標的流量控制值，目標流量的計算是在當前流量的基礎上，通過對當前壓力的變化率的大小進行流量修正，即當壓力變小時，其變化率為正值（上次檢測值-當前檢測值），同時對其進行增益放大，計算后的數值與當前流量進行累加后進行控制中心點的自尋優平衡態。根據整個工藝實際狀況，確定所需的燃料的中心量值，根據風煤的比率值確定所需鼓風的總量值。按照設計的一、二次風的分配比例進行運算，調整鼓風量的大小（一次風）。這是保證整個系統穩定運行的主線。 對于壓力的調節，采用對主線在燃料供給，風量供給的中心值進行修正的原則。 主汽壓力作為給煤修正的串級給定，通過爐膛溫度的串級主回路控制，有效的對壓力變化，媒質變化所引起的運行波動給予消除。同時根據相同的比例幅度控制總風量的大小。 為了保證燃燒效果的最佳，采用根據排煙的含氧量大小，對二次風進行調整的方法，使燃燒始終處于較為經濟的狀態。 具體的調節原理圖如下所示： 汽機控制的實施方案 1．減溫減壓控制 減溫減壓控制調節回路采用單沖量調節方式，較為經典和簡單。原理方框圖如下： 減壓控制也為單回路調節，原理框圖與減溫相同。 2．除氧器的液位、壓力控制 除氧器的液位，壓力控制采用單回路控制模式。原理框圖略。 五、畫面構成 1、 鍋爐工藝上有鍋爐總貌、汽水系統、煙風系統、參數表一起8個畫面（兩臺鍋爐）。 汽機工藝上有汽機總貌、潤滑油系統、除氧給水系統、減溫減壓系統、參數表1、參數表2、聯鎖邏輯、趨勢圖一起8個畫面。 2、 動態數據：在流程圖上相應處顯示。 3、 動態畫面的鍵接：在每幅畫面上做按鈕，可相互切換。 4、 點擊工藝流程圖上相應的調節閥，既可彈出PID畫面，可在線修改給定值和輸出值。 六、報表 將102個參數按分組生成報表（鍋爐工藝40個，汽機工藝62個），8小時打印。 七、趨勢 根據用戶要求進行分組，鍋爐工藝的歷史趨勢畫面具備32個比較重要參數的歷史趨勢，汽機工藝的趨勢畫面上是有13個參數的歷史數據趨勢，這些歷史數據以每一秒采集一次的周期顯示在歷史趨勢圖上 八、報警 根據客戶要求，采用聲音報警及畫面報警提示，一共是對138個信號參數進行了報警設置，其中鍋爐工藝站上是32個參數，汽機工藝站上是67個參數。