一电厂热工控制DCS系统设计

《自动化技术与应用》2007年第 26卷第 12期 Techniques of Automation & Applications | 67 PLC 与 DCS PLC 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 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 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)12-0067-03 A DCS system for thermal control of a power station LIU 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 boiler 1 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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,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:2007-07-03 JX-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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 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 《自动化技术与应用》2007年第 26卷第 12期 68 | Techniques of Automation & Applications PLC 与 DCS PLC 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 《自动化技术与应用》2007年第 26卷第 12期 Techniques of Automation & Applications | 69 PLC 与 DCS PLC 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 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 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。因此,火力发电厂的热工控制是 一个复杂的控制工程。集散控制系统DCS是以计算机技术为 核心,通讯网络为基础的工业过程控制系统,其控制功能分散、 监视操作集中等特点,既能对电厂各系统协调控制,又分散了风 险,能适应电厂控制实时性强、可靠性高的要求,在生产实践中 取得了较好的效果。 参考文献: [1] 陈延章.热电厂循环流化床锅炉控制系统的研究[D][硕士 学位论文].徐州:中国矿业大学2003 [2] 孙伟.循环流化床锅炉过程控制[M].徐州:中国矿业大学 出版社,2002.11 [3] 何衍庆,俞金寿.集散控制系统原理及应用[M].北京:化学 工业出版社,2002 [4] 李遵基编著.热工自动控制系统[M].北京:中国电力出版 社,1997,10. [5] 侯书文,张小辉.DCS在循环流化床锅炉的应用一例[J]. 自动化博览,2005,04:37-38