燃气锅炉集散式控制系统设计方案

燃气锅炉控制方案哈尔滨市九洲热能工程有限公司-1-燃气锅炉集散式控制系统设计方案一、系统概述0、前言根据常规设计原则和用户特殊要求，对35t/h燃气自然循环蒸汽锅炉的集散式控制系统（DCS）原理程序及配置方案进行介绍和论证。该系统主要包括锅炉数据采集和自动负荷调节控制，公用系统（水、气）数据采集，补水泄压及水箱自动上水控制，水泵等自动设备控制。同时系统提供远程访问支持。1、控制目的作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行。通过高水平和高可靠性的自动化控制系统，以节能为中心，提高热效率，降低耗气量；同时控制系统提供全参数的超限报警、联锁保护等系列安全保护措施，最大限度得保障人民及设备安全，锅炉的安全性对燃气而言尤为重要。2、控制方式锅炉控制采用BANG-MDCS微型集散式控制系统，可以将燃烧控制、公用系统等几个既密切联系又相互独立的子系统的测控参数集中显示，分散控制。BANG-MDCS微型集散式控制系统的系统自动化程度高，设置好各种参数后，系统可以全自动进行，不需要人工干预，大大降低了操作人员的劳动程度。控制系统还提供全系统手动运行方式和局部手动运行方式。对锅炉的运行不仅实现了全方位，全自动的控制，同时也实现了全功能的安全保护报警及保护停车。燃气锅炉控制方案哈尔滨市九洲热能工程有限公司-2-3、控制系统特点BANG-MDCS集散式控制系统具有以下几个特点：①控制功能完善。可以完成从简单的单回路到复杂的对变量模型化控制，通过控制策略，实现控制、显示监测、流量累计积算、打印、报警、历史数据存储查询等日常操作要求。②完善的人机联系和控制功能。操作人员通过CRT和操作键盘，可以监视生产装置以及整个工厂的生产情况，按预定的控制策略组态不同的控制回路，并调整回路的任一参数，还可对机电设备进行控制，实现真正的集中操作和分散控制。③系统扩展灵活。集散系统采用模块式结构，用户可根据要求方便地扩大或缩小系统的规模，或改变系统控制级别。系统采用组台方法构成各种控制回路，很容易对方案进行修改。④安装调试简单。集散系统的各单元都安装在机柜架内，标准化接插件相连，与过程连接时采用规格化端子板，到中央控制操作站只需敷设专用电缆进行数据传送。⑤具有良好的性能价格比。在性能上集散系统技术先进、功能齐全、可靠性高。4、控制系统组成功能燃气锅炉集散式控制系统，由锅炉本体及管网、一次仪表、控制系统、手/自动切换操作执行机构及阀等几部分组成。其中一次仪表将锅炉主要参数如温度、压力、流量等物理量转换成电流信号燃气锅炉控制方案哈尔滨市九洲热能工程有限公司-3-输入到数据采集单元；手/自动切换操作部分，在手动状态时由操作人员手动控制，用手操器控制相关各设备的执行器电机、阀门开度等，自动状态时对系统控制单元发出的控制信号经执行部分进行自动操作；控制系统是指对整个管路及管网运行进行监测、控制、报警以保证锅炉正常、可靠地运行。控制系统由操作站和若干控制单元组成。操作站安装在主控室，控制单元安装在主控室或锅炉现场控制柜中。锅炉的各仪表变送器检测信号通过电缆连接至控制单元。控制系统对给水、燃气等工艺过程进行自动控制，使锅炉在保证负荷的前提下，实现经济运行。系统功能如下：1）数据采集控制可对锅炉系统以下参数进行数据采集。包括：锅炉：蒸汽流量、压力、温度；给水流量、压力；锅筒水位；排烟温度；炉膛负压等参数。气管路：燃气压力、燃气流量等参数2）控制调节功能启停炉控制：按运行规程，自动控制锅炉点火与停炉程序，点火过程失败或因故灭火，可按安全程序吹扫，再次程序启动锅炉。燃烧控制：根据锅炉系统运行工况的监测数据自动调节风与燃烧比，使过热蒸汽达到额定蒸汽参数。给水控制：自动控制给水泵确保汽包液位在规定的范围内。3）报警、联锁保护功能在断水、超温、超压、熄火、停电的情况下，控制停炉和停泵。燃气锅炉控制方案哈尔滨市九洲热能工程有限公司-4-对压力、温度等主要参数实现上、下限超限报警、联锁保护。上、下限可由操作人员在线设定、修改。4）手/自动双向无扰动切换依据现场运行环境可实现手/自动无扰动切换。5）显示功能包括系统流程图显示（锅炉、水和气系统、动设备）、运行参数显示、仿真二次表显示、动设备运行状态显示、控制回路调整画面显示、控制方案设定画面显示、趋势图显示、报警事件显示、系统事件显示。6）报表打印功能本系统配有打印机，可打印出运行参数的数据。7）参数在线修改功能在自动工作状态下，对各给定值、整定参数等实现在线修改。8）趋势记录功能可实现实时趋势、历史趋势记录功能，易于事故追忆和原因分析、监督管理，历史记录时间可设定。9）报警功能可实现实时报警，其中包括炉膛负压高低报警、锅炉水位高低报警、过热蒸汽压力及温度超高报警、鼓、引风机故障报警、给水泵故障报警、燃气压力高低限报警、锅炉熄火报警。5、主要控制手段燃烧过程的自动控制：锅炉的燃烧控制实质上是能量平衡系统，它以蒸汽压燃气锅炉控制方案哈尔滨市九洲热能工程有限公司-5-力和温度作为能量平衡指标，不断根据用汽量与压力的变化调整燃料量与送风量，同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用。二、蒸汽锅炉控制系统锅炉控制系统，一般有蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、除氧器水位、除氧器压力等控制系统。1、系统组成该系统以高性能的工业PC作为操作站工作平台，采用多种抗干扰技术和多冗余容错技术的BANG-MDCS作为过程控制站，基于WINDOWS中文环境下的组态程序，组成性能价格比最高的锅炉房控制系统。该系统控制软件采用互为冗余技术，充分提高了系统的可靠性和锅炉协调运行的经济性。2、系统配置系统配置说明：本套控制系统主要由调度管理计算机、工程师站/操作员站、过程控制站、控制单元，仪表及执行机构组成。本系统可以通过以太网（TCP/IP）与全厂的计算机系统相连，提供远程检测，形成全厂的MIS系统。作为操作员站计算机采用标准以太网TCP/IP协议，连接高性能的过程控制站。（1）调度管理计算机主管领导通过该计算机及其软件系统利用局域网，方便地监视和管理锅炉房及能源动力系统各设备的运行情况，科学地安排设备生产和系统的经济运行。（2）工程师站和操作站燃气锅炉控制方案哈尔滨市九洲热能工程有限公司-6-硬件采用高性能的工业计算机，软件采用基于WINDOWS（汉化）操作系统上的组态软件。该机既可作操作员站，又可作工程师站，各功能间通过软件设备密码来实现，确保系统操作时的正确可靠，防止误操作。（3）过程控制站由多个控制单元组成，每个控制单元控制工艺的一个部分，以达到危险分散的目的。（4）控制单元及I/O组件控制单元的主控制卡CPU采用双微处理器结构，即两片微处理器协同处理控制站任务。每块I/O组件独立隔离。通过控制单元可实现锅炉的实时检测、调节等综合控制功能。采用先进技术和高可靠性器件生产的接口单元，确保了信号的高精度和高可靠性。3、基本功能（1）模拟流程图动态、直观、形象地显示锅炉系统的工艺流程以及主要运行参数和设备的运行状态。（2）棒状回路图以棒图的方式直观显示各重要工艺参数的变化情况。（3）数据总貌通过简明的图表显示锅炉系统的全部运行参数，便于对系统运行情况的宏观把握。（4）高级的趋势记录显示功能燃气锅炉控制方案哈尔滨市九洲热能工程有限公司-7-将数据以各种的趋势曲线（实时趋势和历史趋势等，时间间隔可根据需要调整）显示出来，便于分析工艺过程，提高工艺水平，同时为系统故障分析提供准确依据。（5）系统自诊断、报警、事件和管理功能系统具有丰富自诊断、报警、时间检测和管理功能，使得操作员可以很快找到过程的故障。各种故障可以输出到显示器或打印机，并记录在硬盘中。控制柜或控制单元的I/O组件有关指示灯也提供报警信息。（6）维护、维修BANG-MDCS分布结构使系统的维护难度降低，系统中任意一个控制单元的运行、切断对其他控制单元的操作没有直接影响。标准组件可直接替换，基本I/O组件均可以带电热拔插。（7）系统组态由工程技术人员根据授权的密码等级，修改并调整各检测参数和控制回路的参数，确保系统始终运行在最佳状态，控制策略组态软件的提供，使得只需现场运行人员即可根据生产过程需要生成并调整过程控制策略。BANG-MDCS具有知识库学习能力，可以将学习后扩充、更新的知识库运用到当前工况及以后的工况。（8）计算机自动形成各种图形报表。各种图形报表可以拷屏、随机、定时、定班等多种方式打印。（9）系统安全性为了保证系统的安全性提供了可组态的安全等级，规定了工程技术人员和燃气锅炉控制方案哈尔滨市九洲热能工程有限公司-8-操作人员对系统功能的访问权限，使得不同的人员在同一系统上只能访问、操作自己的画面和功能，有效地防止操作员越限操作。（10）联网特性系统开放型的网络特性结构，使系统的数据可以传送到其他网络的应用程序中，实现系统数据网络共享。（11）良好的人机接口采用全中文操作界面，操作简单，易学易掌握。三、控制原理国内目前绝大多数的这类锅炉其自动化程度还很低（尤其是燃烧的完全自控），基本上以人工手操为主，控制手段基本停留在常规仪表上。本系统结合专家智能控制方案很好地完成了锅炉及管网的自控，使锅炉自控的投运率达到98%以上，并保证了锅炉的经济燃烧。（一）锅炉燃烧控制与负荷调节锅炉的控制包括以下几个主要程序：自动吹扫程序、自动点火程序、熄火保护程序、安全联锁保护程序、燃烧负荷调节程序、主蒸汽自动调节、锅炉给水操纵台、减温水管路系统、燃气系统、生火排汽管路等。锅炉自动点火程序以控制单元为核心，充分考虑到各种必要的联锁，避免错误的操作和设备故障造成的事故，体现良好的安全性。锅炉的负荷调节的目标是根据系统负荷调节的需要而制定的。（二）、锅炉补水控制燃气锅炉控制方案哈尔滨市九洲热能工程有限公司-9-补水压力控制系统实质是及时补充因泄露、蒸发等原因造成的水量损失。及时补水关系到锅炉和管网能否正常的工作，补水控制采用常规PID控制。补水泵调节作用：①补充水量②维持锅炉入口压力。缺水保护及液位控制：通过液位传感器，进行水位检测，缺水时自动报警启泵，满水时自动停泵。（三）、电机启停的监视和控制通过DCS系统直接显示电机的运行状态，并可直接控制电机的启动和停止。（四）、锅炉安全连锁功能锅炉安全保护系统，以高精度的数据采集和逻辑判断，进行锅炉和辅机的联锁保护和紧急停机，确保锅炉运行的安全。具体保护程序：1、点火过程中点火器未着火保护。2、运行过程中主燃烧器熄火保护。3、压力过低自动切断燃料。4、炉膛压力高低5、锅炉水位高低6、过热蒸汽压力及温度超高7、鼓引风机故障8、给水泵故障燃气锅炉控制方案哈尔滨市九洲热能工程有限公司-10-四、系统配置清单序号名称备注1工控机2以太网卡3报表打印机4操作台5UPS电源6电源插座7以太网控制器8工业以太网交换机9I/O模件底座10电源模件11以太网通讯模块12AI模件(4～20mA)13AI模件(TC)14AO模件(AO)15DO模件16交直流输入端子板17DO继电器端子板18仪表柜19交流接触器20空气开关21过载继电器22中间继电器23信号灯24电流表25电流互感器26就地机柜27系统软件28应用软件29资料、说明书30工程图纸及有关说明文件