隨著我國經濟持續健康發展以及電力市場的放開，工業及城市用電需求迅速增長，充分利用民間閑置資金發展中小火電企業，對于解決當前用電需求空缺、推動經濟發展具有積極意義。由于中小火電機組周期短、投資少、發電穩定，近年來各地陸續上馬或改造了一批中小機組。由于火力發電是連續生產，控制精度要求高，連鎖保護復雜，為確保機爐安全、穩定、高效運行，利用先進的集散控制系統替代原有的數字式調節儀表對機爐進行控制勢在必行。本文以山東某火電廠2×75t/h水煤漿鍋爐＋2×15 MW 機組為例，討論浙大中自的SunyTDCS9200系列集散控制系統在鍋爐熱電行業的應用。 1、工程概述 該工程為改造項目，原為兩臺75t/h燃油鍋爐，經東北電力設計研究院設計改為循環流化床水煤漿鍋爐，汽機采用南京汽輪機廠生產的15MW抽凝式汽輪機，進口3.43/0.981/0.049，發電機為濟南發電機廠生產的無刷勵磁發電機。整個系統為兩爐兩機母管制運行，模擬量輸入點共492點（液位.溫度.壓力.流量.電流.電壓等），模擬量輸出84點，數字量輸入613點，數字量輸出242點，快速DI- SOE 56點。 2、SunyTDCS9200集散控制系統簡介 SunyTDCS9200系列集散控制系統是浙大中自公司憑借數十年從事控制理論、控制工程研究成果，按照可靠性高、系統開放、組態靈活的設計原則設計開發的新一代集散控制系統，它采用危險分散、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，具有多層分級、真正開放互連、穩定可靠、冗余度高、組態靈活等特點，廣泛應用于化工、生化、電力、造紙、環保等行業。 SunyTDCS9200集散控制系統采用分級分布式網絡體系結構，所有的硬件均實現模塊化、智能化。下位控制站構成現場控制級，采用嵌入式控制模板作為主控器，多CPU分布式處理，基于優先級的嵌入式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，上位監控站通過冗余工業以太網絡與之相連，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。DCS系統采用了多重冗余化技術以及有效的抗干擾措施，保證了系統可靠穩定運行。 3、電廠DCS系統結構 TDCS9200集散控制系統是一套分層分布式的網絡體系結構，共分3層，分別為現場控制網（CNet）、系統網（SNet）和管理網（MNet），共包括3個部分：數據采集單元、過程控制單元和監控管理單元。數據采集單元通過控制網絡CNet相連，實現I/O站與主控器之間的內部通訊；所有的控制站作為系統網（SNet）的一個節點，通過符合IEEE802.3規范的工業以太網總線與上位監控站相連，傳輸介質為5類非屏蔽雙絞線,實現控制站與操作站之間的數據通訊。系統網冗余配置。而管理網（MNet）允許用戶系統接入更高一層的企業管理網絡。 在本系統中，設現場控制站3臺，分別用于1#、2#鍋爐和1#、2#汽機以及電氣部分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。 根據系統規模，控制室設監控站5臺，主機采用高可靠性工業PC機，配有專用工業薄膜鍵盤、軌跡球鼠標和21’CRT顯示器。監控站運行實時專用監控軟件，它通過SNet與控制站交互數據，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。一旦有報警事件發生，CRT上將在顯眼位置給出報警提示，同時寬行針式打印機打出報警事故內容（位號、名稱、報警內容等）。 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。 主控室還配置 3臺打印機（寬行針式、黑白激光、彩色噴墨）作為系統網的一個共享節點（打印機服務器），分別用于實時報警打印、報表打印和工藝流程打印。 4、系統功能 系統納入了數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、輔機順控系統（SCS）、機爐保護系統（FSSS）、汽機監控保護（TSI）、電氣控制系統（ECS）等功能。所有的過程數據顯示在上位CRT完成，異常工況時監控軟件能給出聲光報警提醒操作工注意并給出相應的提示，指導操作工操作。 （1）數據采集系統（DAS） DAS系統由各I/O板卡完成對生產過程中的現場數據及設備狀態進行采集與處理，它包括：現場信號級（4～20mA）、信號隔離、硬件濾波、A/D轉換、軟件處理等部分，硬件部分自帶補償電路，能做到高頻干擾的自動隔離和原始信號補償，軟件處理包括開方、累積、誤差補償、濾波等，確保參與顯示和控制的輸入信號的準確性。 所有的DAS系統數據通過上位監控軟件在CRT上顯示、報警提示并記錄到歷史數據庫。DAS系統數據能以多種方式顯示記錄，包括工藝流程顯示，參數棒圖顯示等。 （2）模擬量控制系統（MCS） 模擬量控制系統（MCS）通過控制相關閥門擋板開度，調節鍋爐參數在規定范圍內變化，確保機爐安全經濟運行。在本系統中共設計了40多套自動調節系統，包括鍋爐與汽機的所有重要參數的調節。如汽包水位調節、主汽壓力調節、主汽溫度調節、煙氣氧量調節、爐膛負壓調節以及汽機側重要輔機的控制（除氧器壓力、液位、高低加熱器液位等）。MCS系統還設計了機爐協調控制系統，采用直接能量平衡的控制策略，能在發電機組功率變化情況下快速計算出汽機對鍋爐負荷的要求，并自動改變主汽壓力、溫度的設定值，保證機組與鍋爐輸入輸出的能量快速達到平衡。 ·主汽壓力控制系統 主汽壓力是表征能量供需平衡的標志，主汽壓力控制系統是一個復雜的多輸入回路，燃料變化、風量及其分布、負荷、主汽流量等都對主汽壓力有影響。一般對主汽壓力影響最大的因素就是燃料量的變化，負荷變化（以主汽流量反映）作為外擾，燃料變化、送風變化作為內擾，通過汽包壓力反映出來。主汽壓力的給定值由人工設定與主汽流量的變化綜合得出，主調變量選擇供漿泵轉速。在此基礎上，我們設計了主汽壓力－汽包壓力－主汽流量的串級加前饋控制系統，汽包壓力作為副環變量，反映燃燒狀況的綜合變化，提前消除內擾對主汽壓力的影響。負荷變化作為前饋變量，當負荷發生變化時，主汽流量也隨之發生變化，通過調節供漿泵轉速調節主汽壓力，從而改變鍋爐供汽量。 ·煙氣氧量控制系統 煙氣氧量是反映燃料是否充分燃燒的重要指標。在煙氣氧量控制系統中，采取分級送風的方式，一、二次風布風口分別在鍋爐下部的水冷風室和粒化器附近。總給風量由風煤比計算得出，經煙氣氧量修正，在按照工藝情況計算得出各布風口所需的風量給定值，其中一次風量需要經過一次床溫矯正。一次風量的控制通過控制一次風入口擋板的開度而實現，并保證一次風量大于二次風量之和；二次風量通過控制二次布風口擋板，調節爐膛內部不同部位燃燒平衡。為保證鍋爐經濟燃燒，應使煙氣氧量維持在一個最佳值上，故利用煙氣氧量來修正總給風量（送風機入口擋板）。 煙氣氧量調節系統如下圖所示： ·爐膛負壓調節 爐膛負壓調節是維持爐膛負壓在規定范圍內，確保鍋爐安全穩定運行的重要手段。對爐膛負壓影響最直接的因素就是鍋爐送風和引風。實踐證明，單純依靠調引風擋板開度來調節爐膛負壓，波動非常大。因此我們采用送風量動態前饋復合調節的設計方案。以爐膛負壓作為被調量，通過調節引風機入口擋板，保證爐膛負壓的恒定。由于爐膛負壓容易波動，故引入送風擋板閥位的動態變量作為引風前饋信號，當送風量變化時，引風擋板也相應的動作，使引風量跟隨送風量變化，及時消除送風對爐膛負壓的影響。將送風量的變化作為前饋量引入到爐膛負壓調節系統中來，構成前饋－反饋控制系統，調節原理圖如下： ·汽包水位控制 汽包水位是鍋爐模擬量控制系統中最重要的控制指標。汽包水位過高將影響蒸汽質量，水位過低則引起鍋爐干燒，造成水冷壁爆裂。在本系統中，我們采用以汽包水位、給水流量和蒸汽流量構成三沖量控制系統與以汽包水位進行單沖量調節結合的控制方案，兩種方案可手動切換，分別適應不同負荷階段水位控制的需要。汽包水位作為主調節器的輸入，主調節器的輸出作為副調節器的給定，與給水流量相平衡。通過調節主給水閥改變給水流量來維持汽包水位的恒定。把主蒸汽流量作為系統的前饋信號，反映和克服系統的外擾，給水流量信號反映和克服內擾。 ·過熱汽溫調節 由于用戶鍋爐過熱汽溫減溫方式為表面式，熱量傳遞慢，滯后時間長，單回路控制效果差，因此采用串級調節的方式，被控量為低過后主蒸汽溫度，取減溫器后蒸汽溫度作為副環變量，提前反映汽溫的擾動，通過改變減溫水流量來維持。副調節器維持過熱汽出口汽溫的恒定，低過出口主汽溫度作為主調節器的輸入，調節原理圖如下： （3）鍋爐順序控制（SCS） 順序控制系統主要完成各輔機設備的順序啟停及聯鎖保護。在順控邏輯中，采用了分級式結構，功能細化到單臺設備控制。通過聯鎖、保護和安全跳閘功能保證水煤漿鍋爐的安全運行。為了減少操作人員的工作，在鍋爐正常啟動及停車時，操作人員只需點擊開停車操作按鈕，所有相關設備就會按照順控邏輯動作，其運行狀態及啟停許可條件均通過CRT上的啟停流程畫面顯示出來。受控設備能同時接<