摘要：介紹了JX一300X DCS系統(tǒng)的組成,、功能、特點(diǎn)以及熱水鍋爐主要控制方案及其在鍋爐測控方面的應(yīng)用,。
關(guān)鍵詞：DCS,；采暖鍋爐；檢測,；控制,；過剩空氣系數(shù),；排煙熱損失
The Application of DCS in Heating Boiler
WUYan—hui
（Information and Control Institute,，University of Petroleum ，Dongying Shandong 257061,，China）
Abstract：In this paper’the application of JX一300X DCS system for measuring and controlling boiler was introduced．The system structure,，functions，characters,，and the main control scheme were presented．
Key words：DCS,；heating boiler,；measure；control,；coefficient of overmuch air,；heat losing of smoke vent
1 前言
目前全國各油田采用了大量的燃油鍋爐采暖。鍋爐控制屬于手動控制,，鍋爐房自動化程度和管理水平較低,，許多重要工藝參數(shù)沒有檢測手段，現(xiàn)有儀表原始落后,、工況差（不準(zhǔn)確或不能工作）,，采用人工記錄、手抄報(bào)表,，勞動強(qiáng)度大,、易出錯(cuò)。加之供暖系統(tǒng)的工藝缺陷和設(shè)備老化等問題致使鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行過程達(dá)不到安全,、高效,、節(jié)能、降耗的要求,，耗電量,、耗油量較大。因此,，如何使燃油鍋爐經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行,、安全生產(chǎn)、提高熱效率是至關(guān)重要的事情,。為此,，我們采用浙大中控的JX一300X DCS系統(tǒng)對勝利油田的純梁社區(qū)采暖鍋爐房進(jìn)行了自動化改造。
JX一300X DCS是浙大中控自動化有限公司在JX一100,、JX一200,、JX一300基礎(chǔ)上，經(jīng)不斷完善,、提高而全新設(shè)計(jì)的新一代全數(shù)字化DCS裝置,，是當(dāng)今國內(nèi)同類產(chǎn)品之佼佼者。
該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
（1）傳統(tǒng)DCS控制運(yùn)算功能和PLC聯(lián)鎖邏輯功能有機(jī)結(jié)合的開放,、分散的體系結(jié)構(gòu),；
（2）全數(shù)字化新型集散型控制系統(tǒng)，可作為向現(xiàn)場總線過渡的技術(shù)基礎(chǔ),；
（3）雙重化冗余工業(yè)以太網(wǎng),，10 M／100 M 冗余Ethernet（SCnet I）：
（4）工作站軟件模塊化，功能全面,，可靠性高,；
（5）基于Windows NT 軟件體系的實(shí)時(shí)多任務(wù)控制軟件；
（6）現(xiàn)場總線設(shè)備的聯(lián)接,；
（7）組態(tài)IEEEll31—3,、高級控制算法C語言；
（8）控制站處理功能強(qiáng)大,，控制算法容量大,，工業(yè)級的嵌入式微處理器；
（9）卡件設(shè)計(jì),、使用更為靈活,；
（10）順序事件記錄和事件分析軟件功能強(qiáng)大；
（11）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),。
2 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由一臺上位機(jī)和一臺下位機(jī)組成,。上位機(jī)為工程師站／操作員站，下位機(jī)作控制站,，上位機(jī)和下位機(jī)之間利用“過程控制網(wǎng)（SCnet I）”進(jìn)行通訊,，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 鍋爐房DCS系統(tǒng)組成框圖
2．1 上位機(jī)
如前所述,，本系統(tǒng)由于只有一臺上位機(jī),，所以上位機(jī)兼有工程師站和操作員站的雙重功能，其主要功能如下：
（1）系統(tǒng)組態(tài)包括總體組態(tài),、控制站硬件組態(tài)（I／O 卡件組態(tài),、信號點(diǎn)組態(tài)）、控制方案組態(tài)（常規(guī)控制方案組態(tài),、特殊控制方案組態(tài)—— SC語言,、圖形化控制方案組態(tài)）、操作組態(tài)等,；
（2）系統(tǒng)工藝流程顯示 顯示鍋爐工藝的全運(yùn)行過程,，包含系統(tǒng)總貌及各主要工藝分畫面，各畫面工藝參數(shù)實(shí)時(shí)動態(tài)顯示,，工藝流程動畫顯示,；
（3）系統(tǒng)參數(shù)總貌圖表格式顯示系統(tǒng)所有參數(shù)；
（4）報(bào)警綜述相關(guān)報(bào)警參數(shù)的狀態(tài)指示實(shí)時(shí)動態(tài)顯示,；
（5）系統(tǒng)重要參數(shù)歷史曲線趨勢圖記錄,、顯示；
（6）系統(tǒng)所有參數(shù)實(shí)時(shí)曲線趨勢圖記錄,、顯示,；
（7）控制參數(shù)設(shè)置按操作級別在線修改控制參數(shù)；
（8）打印可定時(shí)／即時(shí)打印生產(chǎn)報(bào)表,、屏幕硬拷貝,；
（9）故障診斷 以畫面形式顯示控制站上所有卡件的運(yùn)行狀態(tài)以及上位機(jī)和下位機(jī)之間的通訊情況,；
（10）操作人員管理對不同人員設(shè)定不同的操作權(quán)限。
2．2 控制站
現(xiàn)場控制站安裝在控制站機(jī)柜中,，主要有以下特點(diǎn)：
（1）嵌入式微處理器和實(shí)時(shí)多任務(wù)的內(nèi)核（完成多種控制任務(wù)）,；
（2）支持圖形化、C語言,、大模塊構(gòu)造的控制程序,；
（3）能完成順控、連續(xù),、聯(lián)鎖控制,；
（4）4M 的應(yīng)用程序空間（FLASH 技術(shù)），4 M 的數(shù)據(jù)空間,；
（5）全智能的I／0 卡件,，具有高度自治性、任意冗余,；
（6）通過10 M 的SCnet I網(wǎng)絡(luò)接口與操作站交換信息,；
（7）通過1 M 的SBUS總線與就地和遠(yuǎn)程分散I／0單元連接；
（8）完善的故障自診斷（I／0 通道,、卡件,、現(xiàn)場傳感器）。
（9）抗干擾設(shè)計(jì),；
（10）硬件隔離設(shè)計(jì)（通信,、I／0 通道、網(wǎng)絡(luò)）,；
（11）軟件的避錯(cuò)和容錯(cuò)設(shè)計(jì)等,；
（12）帶電插拔維護(hù)，在線維修,。
控制站主要完成以下功能：
（1）現(xiàn)場儀表輸入信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換模擬輸入信號有電壓（0——-5 V）和電流（4～20 mA）兩種,；
（2）控制運(yùn)算 可實(shí)現(xiàn)手操、單回路,、串級,、比值、前饋等多種常規(guī)控制,，還可以用編程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化,、專家控制、模糊控制等先進(jìn)控制及特殊要求的控制,，手／自動無擾切換,；
（3）信號輸出 根據(jù)控制算法得到的輸出信號由信號輸出卡輸出，完成對調(diào)節(jié)閥和變頻器的控制。
2．3 變送單元
變送單元輸出4～20 mA或0-5 V 的信號,，送入控制站中的信號輸入卡,。主要包括：
（1）壓力變送器 測量爐膛壓力、燃料油壓力,、總回水壓力,、總出口水壓力、出口分支水壓力等參數(shù),；
（2）溫度變送器 測量爐膛溫度、對流室煙溫,、鍋爐入口水溫,、鍋爐出口水溫、鍋爐入口燃油溫度,、煙溫,、總回水溫度、分支回水溫度,、總出口水溫度,、燃料油罐溫度、水罐溫度,、環(huán)境溫度等,；
（3）流量變送器 測量燃料油流量、水流量等,；
（4）氧含量變送器 測量煙氣氧含量,；
（5）液位變送器 測量水罐液位、燃料油罐液位,；
（6）火焰監(jiān)視器 檢測鍋爐熄火,。
3 系統(tǒng)控制方案
本系統(tǒng)采用PID控制算法，主要包括以下控制：
（1）出口水溫控制 根據(jù)熱負(fù)荷,、出爐水溫要求,，控制燃料油流量。該系統(tǒng)為前饋加串級控制系統(tǒng),。
（2）風(fēng)量控制 通過監(jiān)測煙氣溫度和煙氣中的氧含量,，經(jīng)過計(jì)算得到過剩空氣系數(shù) 和排煙熱損失q值,，以此作為調(diào)節(jié)燃料／空氣配比的依據(jù),，實(shí)現(xiàn)充分完全燃燒，達(dá)到降低燃料消耗,、提高鍋爐熱效率,、減少環(huán)境污染等目的。正常控制以過?？諝庀禂?shù)為主參數(shù)控制風(fēng)機(jī)供風(fēng)量,，該控制系統(tǒng)采用變頻器調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)量。其中考慮以下因素影響,，進(jìn)行修正,。
（a）鍋爐熱負(fù)荷影響
鍋爐的加熱過程可用下列熱平衡方程描述：

式中：△H—— 被加熱介質(zhì)帶出與帶入鍋爐的焓差（即鍋爐熱負(fù)荷）；
—— 被加熱介質(zhì)的質(zhì)量流量,；
—— 被加熱介質(zhì)的比熱,；
△T—— 被加熱介質(zhì)出口與入口溫差。
由于流量較穩(wěn)定,，鍋爐的熱負(fù)荷可以用鍋爐出口與入口的溫差計(jì)算,。當(dāng)鍋爐熱負(fù)荷接近額定負(fù)荷時(shí)，過?？諝庀禂?shù)為某一定值,。當(dāng)負(fù)荷減少時(shí)，為保證爐體運(yùn)行效率,，過?？諝庀禂?shù)給定值自動進(jìn)行校正。
（b）由于煙道安裝CX系列高效換熱器,，要求入口煙氣溫度≥210"C,，該溫度是靠鍋爐提供的。必須提高鼓風(fēng)量,，才能提高其入口溫度,，風(fēng)量提高會引起鍋爐出口水溫下降，由出口水溫控制系統(tǒng)改變?nèi)加土坑枰员ＷC,。
（c）前饋量為燃油量或燃油給定值選大取得,，以保證油量加大時(shí)提高風(fēng)量。
（3）燃料油預(yù)熱溫度控制 由CX系列高效換熱器部分予以保證,，它分兩級控制,，第一級為高溫水預(yù)熱，第二級采用電加熱器加熱,，以保證燃料油溫度恒定,。


單臺鍋爐控制流程示意圖如圖2所示：
4 結(jié)束語
本系統(tǒng)在進(jìn)行自動化改造的同時(shí)，根據(jù)鍋爐原來排煙溫度高的缺點(diǎn),，增加了CX系列高效換熱器,，有效地利用了余熱。改造后,，停運(yùn)了鍋爐房的蒸汽鍋爐,，大大降低了燃油消耗,。
本系統(tǒng)于2001年l1月在勝利油田純梁社區(qū)投入使用，運(yùn)行表明：系統(tǒng)操作簡便,，運(yùn)行平穩(wěn),，達(dá)到了管理自動化、節(jié)約能源,、節(jié)省勞動力,、改善勞動條件、降低勞動強(qiáng)度等目的,，得到了使用單位的好評,。