摘 要：本文結合高爐煤氣鍋爐及發電項目，重點論述了ABB公司的DCS集散控制系統結構和特點及其組態開發應用，結合實際說明了在該系統中DCS控制充分發揮了其配置靈活、控制通訊可靠、編程方便和可現場調試的優點，保證了生產的穩定性和安全性。

前言：

　　西鋼集團堅持科學發展觀，走循環經濟的道路，在努力提高鋼鐵產量的同時，注重環境保護，大力發展節能減排工作。為了充分利用高爐剩余煤氣，公司繼完成動力廠45T燃氣鍋爐項目后，又新增1.8萬KWh汽輪發電機組，利用燃燒低熱值高爐煤氣轉換為蒸汽進行發電，既減少了污染嚴重的高爐煤氣對空放散，防止了環境污染，又收到了良好的經濟效益。

　　為了提高對燃氣鍋爐和汽輪發電機組生產控制能力，采用控制水平較高的ABB公司DCS集散控制系統，該系統性能穩定、功能完善，具有可靠性高、適用性強等優點，提高生產率的同時節省勞動力，為節能減排發揮重大作用。

　　技術說明：

　　（1）采用DCS集散式控制系統;實現機電一體化自動控制，通過儀表、電氣、計算機的綜合統一控制，實現了燃氣鍋爐和氣輪發電機組生產的全自動過程監控。

　　（2）下位機編程軟件采用ABB公司AC800M，實現鍋爐、汽機參數測量、流量運算、自動調節、氣動閥連鎖及汽機停機保護，系統操作方便，控制靈活，即降低了工人的勞動強度，又減少了設備故障率。

　　（3）上位機利用GE公司iFIX軟件實現畫面集中監控，查看變量實時數據和歷史數據，設置重要參數報警，實現自動化連鎖功能，防止鍋爐回火，保證汽機緊急停機，保證安全生產。

一.工藝流程和設計要求：

　　按工藝流程分為：高爐煤氣、焦爐煤氣供氣系統、45T燃氣鍋爐系統、蒸汽輪機系統、發電機組系統等四套自動控制系統。包括：鍋爐汽包水位自動調節系統 、爐膛壓力調節系統 、一次風壓調節系統、主蒸汽溫度調節系統 、煤氣流量、煤氣壓力控制系統和汽機熱力系統及汽機油路系統。

　　實現流程畫面檢查、組畫面檢查、 報警畫面檢查、事件順序記錄檢查、事故追憶檢查、歷史數據庫檢查、實時趨勢和歷史趨勢檢查功能。

二.DCS系統組成：

　　2.1系統組成

[align=center] DCS系統組成框圖[/align]

　　電站DCS集散控制系統是一套分層分布式的網絡體系結構，采用分級分布式網絡體系結構，CPU分布式處理，基于優先級的實時操作系統作為控制算法處理平臺，滿足了機爐保護和電氣控制的實時性要求。現場控制站完成過程數據采集和實時控制，所有的硬件均實現模塊化、智能化。

　　上位機監控站通過冗余工業以太網絡與之相連，CPU與各通訊模塊、電源模塊均為雙冗余，保證了控制系統的安全性、可靠性。鍋爐控制系統采用CI854與CI801模塊構成PROFIBUS擴展網絡，汽機部分采用TB801構成MODBUS擴展網絡，充分利用了AC800M資源，鍋爐與汽機各裝有兩臺操作站，保證實時可靠監控。

　　本系統設現場控制站3臺，分別用于1#、2#鍋爐及汽機的數據采集和控制管理。控制站主要包括冗余電源組件、數據采集卡、控制器以及控制網總線控制器，實現現場數據的采集處理、過程控制、聯鎖保護、順控邏輯等。監控站運行實時專用監控軟件，完成工業過程的圖形顯示，報警管理、報表打印、歷史數據記錄與查詢、事故記錄查詢等。

　　工程師站由其中一臺監控站代替，完成整個DCS系統的組態，生成現場監測、控制和管理所需要的所有數據、圖形和報表等，負責算法下裝和監控站的管理。完成工業過程的集中監測管理，還可進一步與企業管理網絡相連，構成全廠綜合生產自動化系統。

　　2.2　DCS系統的硬件配置

　　系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺;包括一個主機柜，三個現場I/O機柜、四個操作員站、一臺工程師站、主電源柜一個（由UPS供電）。 　　硬件配置：

三：DCS系統主要功能：

　　（一）、系統具有四個操作環境：初始化環境、工程師環境、鍋爐環境、汽機環境。 　

　1、數據采集顯示系統：分為鍋爐顯示操作系統、汽機顯示操作系統。顯示系統實現如下功能：

　　（1）圖形—逼真的最先進的過程、圖形、符號顯示。

　　（2）通信—即有串行通信，又可以TCP/IP以太網并行通訊。

　　（3）多趨勢顯示—數據信號趨勢的組合顯示。

　　（4）歷史—過程歷史數據趨勢，可以以時間或其他形式顯示或紀錄。 　

　（5）報警/事件—實時處理報警和事件信息。

　　2、歷史及事故追憶功能：按參數重要程度，分辨率為1秒及2秒點，歷史點保存時間為30天。濃縮數據組每小時一次，具有最大值、最小值、平均值運算，可保留一個月。事故追憶18點，數據追憶按故障跳閘（氣動閥、鼓引風機連鎖、汽機停機）前一秒記錄，時間分辨率為1秒。順序事件記錄90點，時間分辨率為lms，有過程報警、歷史報警功能。

　　3、遠程操作功能：通過上位機畫面，可以開關氣動閥，控制調節閥開關位置進行上水和風量調節，同時，為防止誤操作，設有禁操畫面。

　　（二）、閉環控制系統功能

　　1、爐機協調控制功能 ：

　　機爐協調控制有兩種方式，為提高機組的穩定性和相應性，在正常情況下采用以鍋爐跟汽機為基礎的協調控制方式,即以鍋爐跟汽機為基礎的協調控制方式。在鍋爐出現故障影響發電機組正常運行之前，切換到汽機跟鍋爐為基礎的協調控制方式。

　　（1）送風控制跟隨負荷指令，同時用氧量進行修正，引風控制爐膛負壓。送風控制主要控制爐膛氧量，保證鍋爐的穩定經濟燃燒。系統中將負荷指令作為送風控制系統的指令，氧量作為修正，同時考慮風煤指令的交叉聯鎖，升負荷時先加風，減負荷時先減煤氣。

　　（2）主給水控制汽包水位。當投運鍋爐自動上水時，給水控制以自動控制方式。

　　（3）汽包水位以三沖量控制方式。采用三沖量控制方式，汽包水位作為動態修正信號，維持給水流量與主汽流量的平衡，保證汽包水位的穩定。

　　（4）為了提高鍋爐的響應性，穩定控制鍋爐主蒸汽壓力，保證汽機對負荷的響應性，選用汽機主汽門前壓力作為汽機對鍋爐的能量需求，該信號以動態前饋形式控制鍋爐的燃料量，這種控制方式加快了鍋爐對汽機能量需求的響應性，穩定了鍋爐的壓力和燃燒，能保證鍋爐控制的響應性和穩定性。

　　2、DCS控制系統的聯鎖保護與控制保護：

　　（1）鍋爐：

　　通過對DCS控制系統軟硬件的組態，實現了爐膛安全監控系統,保證燃氣鍋爐燃燒穩定。燃氣鍋爐在運行時，輸送至爐前的高爐煤氣和焦爐煤氣分別從鍋爐四角的燃燒器送入爐膛燃燒。煤氣燃燒所需要的空氣由鼓風機供給，鼓風機先把冷空氣送到空氣預熱器加熱后，再通過熱風道將熱空氣送入爐膛。鍋爐燃燒生成的煙氣經過熱器、省煤器、空氣預熱器換熱后由引風機抽出排入大氣。

　　如果煤氣壓力低或鼓風、引風機停，會發生鍋爐回火爆炸事故，所以鍋爐所有氣動閥必須連鎖控制切斷，即高爐煤氣壓力、點火煤氣壓力分別控制高爐大噴和點火小噴氣動閥連鎖切斷，鼓風、引風機反饋控制所有氣動閥，即，鼓風、引風機一停，DDO模塊驅動輸出，現場所有氣動閥連鎖切斷，保證安全生產設置了快速切斷聯鎖。

　　（2）汽機

　　協調控制系統在機組運行中，實時監視機組輔機的處理能力，以確保機組輔機出力受限制的情況下，實行最高負荷和最低負荷限制，實現機組的能量平衡。控制系統實時監視以下設備的運行情況，實行方向閉鎖， 　　為保證汽輪發電機組安全經濟運行，須維持凝汽器一定的真空度，為此設置射水抽空氣系統，以保證凝汽器真空保持在一定的范圍。汽機停機連鎖主要參數還包括：汽機轉數、軸向位移、潤滑油壓低、抽汽壓力高、以及發電機拖網和主保護動作等。

四、應用前景

　　DCS采用危險分散、控制分散、集中監控的設計思想，充分利用了先進的計算機技術、通訊技術、網絡技術和控制技術，在鍋爐熱電行業的應用，使現場運行可靠性高、系統開放、組態靈活。

　　該系統運行至今，性能穩定，安全高效，采用多重冗余化技術以及有效的抗干擾措施，充分發揮了DCS控制系統運行可靠、維護方便的優點。通過對45t鍋爐和18000kw/h發電機組的自動化控制，使煤氣、風量和氧量的配比達到最佳狀態，從而使燃氣鍋爐獲得最佳燃燒效率，使汽輪機、發電機高效安全運轉，保證煤氣充分燃燒，減少排放污染，節約了能源，真正實現了儀表、電氣和自動控制的三電一體化，充分體現了全集成自動化的特點，是一種適用于現在、面向未來的開放型過程控制系統，應用前景巨大，具有廣闊的推廣價值。

結論：

　　工業鍋爐是我國耗能最多的設備之一，每年消耗的能源約占整個國家能源消耗的三分之一。DCS系統通過在高爐剩余煤氣再利用發電項目中的應用,實現燃氣鍋爐生產最大化，降低了工人的勞動強度，降低了生產成本、增加企業經濟效益、提高企業信息化水平，推動企業整體自動化控制水平再上新臺階，為企業能耗降低和資源綜合利用發揮作用，并為國內同類型鍋爐興建提供了低投入、高質量、高回報的成功范例。該系統的穩定運行，最大限度的保證能源的綜合利用,從而實現年產蒸汽8萬余噸，年發電8000萬千瓦時，為企業盈利數千萬元，讓企業在節約能源、降低能耗，凈化環境的同時收到了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻： 　　《集散型控制系統選型與應用》　清華大學出版社 　　《分布式控制系統（DCS）設計與應用實例》清華大學出版社 　　《可編程控制原理及其應用》　黑龍江哈爾濱工業大學出版社