基于DCS的锅炉控制系统研究

【摘 要】 采用计算机系统实现锅炉及供热系统的优化控制，可以大大提高燃烧效率，节约能源，减少污染。本文介绍了DCS结构特点以及影响DCS的主要技术，阐述了锅炉实现DCS控制的重要意义，还阐述了锅炉控制原理，并介绍了锅炉DCS系统配置。

【关键词】 DCS锅炉压力控制回路

1 引言

锅炉是工业生产中一次能源转换为二次能源的重要动力设备，也是主要的能源消耗设备。尤其在北方，冬季采暖以燃煤锅炉为主，其能源消耗以及引发的环境污染问题日趋严重。采用计算机系统实现锅炉及供热系统的优化控制，可以大大提高燃烧效率，节约能源，减少污染。

2 锅炉实现DCS控制的意义

锅炉是工业生产的重要设备，它直接影响生产的正常进行和产品的产量、质量和成本。锅炉又是耗能极大的设备，在整个工业生产的能源消耗中占相当的比重。我国中小型锅炉的设备水平一直比较落后，大多数中小型锅炉的控制、操作水平基本上停留在手工和简单仪表操作的水平。一般工业锅炉控制系统存在着严重耦合、给燃料量到主蒸汽力压的变化时滞大、燃料给系统带来的不确定等问题。锅炉DCS控制系统克服了鉴于传统仪表构成的锅炉控制系统存在局限性，以人机界面的形式对锅炉生产过程进行控制和监控，降低操作难度，提高工作效率。

3 锅炉控制原理

锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性的相互关联的复杂的控制系统，调节参数与被调节参数之间，存在着许多交叉的影响，调节难度非常大。我们采用将系统控制分散成一个一个的闭环控制：给煤控制，送风控制，汽包液位控制，炉膛负压控制等。

3.1 给煤控制

锅炉燃烧系统自动调节的基本任务是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，同时还要保持经济燃烧和锅炉的安全运行。目前，中小型煤粉炉控制系统效果不佳主要体现在送风和给煤控制上。送风控制系统应与给煤控制相协调，控制在一定的风煤比，维持燃烧处在最佳经济状态。

3.2 送风控制

送风调节是通过负荷规则调节器实现“加负荷时，先加风后加煤；减负荷时，先减煤后减风的控制规则。

3.3 炉膛负压控制

炉膛负压反映了送风量与引风量之间的平衡关系，目标就是要保证锅炉在运行过程中，始终保持在微负压的稳定状态，以保证其安全有效运行。

3.4 汽包液位控制

锅炉给水自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量，并使汽包液位保持在工艺允许的范围内。液位控制是有以下三种：①单冲量控制，即以水位为唯一调节信号的单参数、单回路控制系统；②双冲量控制，即以蒸汽流量作为补充信号的双参数控制系统；③三冲量控制，即以给水流量、主蒸汽流量作为补充信号的三参数控制系统。其中三冲量调节系统还可分为三冲量单级调节和三冲量串级调节。

3.5 过热蒸汽出口温度控制

保证过热蒸汽出口蒸汽温度在允许的范围内，保护过热器，使过热器管壁温度不超过允许的温度范围。

4 锅炉DCS系统配置

锅炉DCS系统是一个专用于锅炉自动化控制的分布式集散控制系统，它以锅炉监控自动化为目标，节能增效，保护环境，改善工作条件，提高劳动效率。锅炉DCS系统包括调度室管理层、工业Ethernet层、现场监控上位机、锅炉控制终端设备。实际系统结构可根据具体情况灵活配置。

4.1 锅炉控制终端设备

针对各种工业、民用、燃煤、燃气、燃油、水暖、蒸汽锅炉，山东三木自动化公司开发了一系列锅炉终端设备，以适应不同类型锅炉的具体控制要求。锅炉控制终端设备完成实时燃烧控制、风量调节、汽包水位调节、水管压力控制、补水控制、水电煤耗累计、故障报警等。分布式系统结构：一台锅炉配置一套锅炉控制终端设备，真正实现了分布式控制。集成度高：集成了数字显示、报警、手/自动控制等传统仪表的功能，可简化仪表配置和布线。功能强大，性能可靠：采用高性能的主控制器和I/O模块，能适应恶劣的工作环境。强有力的编程工具：可以利用梯形图组态完成逻辑和顺序控制、数据运算、PID调节等，也可利用高级语言编程完成特殊的控制要求和复杂的数据计算。

4.2 锅炉监控上位机

一个供热车间的多个锅炉控制终端设备可以通过总线网络或工业以太网络，与现场监控上位机及热备机通信。操作人员在上位机监视各个锅炉的运行状态、报警显示、曲线报表等，以及进行参数设定。对锅炉运行的重要参数，如压力、温度、压差、流量等进行统计处理和保存，进行曲线显示、历史数据查询、报表打印等等。上位机采用高性能工控机或工作站，可使用双机热备份。

4.3 工业Ethernet层

现场监控上位机加装网卡后，可以连接成工业Ethernet网络。在Ethernet网络层可以设置多锅炉监控站、维护站，以及网络打印机等。根据对系统可靠性、安全性的要求，可选用不同程度的网络、服务器冗余设计。

4.4 调度室管理层

锅炉DCS系统提供MODEM专线、拨号网络或无线方式，使中央调度室的管理人员能够和几公里或十几公里之外分散的多个锅炉房通信，了解各个锅炉房的运行情况、仪表完好情况、锅炉炉况等。拨号网络方式可充分利用原有的电话线路，通过公用电话网将中央调度室和各个锅炉房连接起来，节省建设费用和周期，很适于对各个锅炉房每天的例行巡检。

5 结语

综上所述，锅炉DCS控制系统克服了鉴于传统仪表构成的锅炉控制系统存在局限性，以人机界面的形式对锅炉生产过程进行控制和监控，降低操作难度，提高工作效率。

参考文献：

[1]曹汝鹏.浅谈DCS在电厂应用的提高[J].内蒙古石油化工，2010（1）.

[2]王文才，李志，周家庆.29MW循环流化床热水锅炉燃烧控制方案[J].河北理工大学学报（自然科学版），2008（1）.

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