DCS系统在锅炉控制中的应用

DeltaV系统在锅炉汽包水位控制中的应用摘要：本文主要介绍DeltaV控制系统在锅炉汽包水位三冲量控制中的组态及应用。关键词：DeltaV组态应用三冲量Abstract:ThepaperintroducestheapplicationoftheDeltaVControlSysteminthree-impulsecascaderegulation.Keywords:DeltaVApplicationextractionthree-impulse1前言DCS系统也称分布式控制系统，其实质是计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的新型控制技术。DeltaV系统是在传统DCS系统优势基础上结合90年代的现场总线技术，并基于用户的最新需求开发的新一代控制系统，其功能特点是：模块化设计、开放的网络结构、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等。汽包水位是锅炉运行的主要指标，是一个非常重要的被控变量，维持水位在一定范围内是保证锅炉正常运行的首要条件。水位过高时，饱和水蒸气带水过多，同时过热蒸汽温度急剧下降，影响运行的安全性和经济性。水位过低且负荷较大时，水的汽化速度加快，如不及时补水调节，就会使汽包内水全部汽化，导致炉管损坏，甚至引起爆炸。因此，对汽包内锅炉水位控制要求比较高。使用DeltaV系统能够较好的满足控制、操作、诊断、维护等要求。2DeltaV系统介绍DeltaV系统是在传统DCS系统优势基础上结合90年代的现场总线技术，并基于用户的最新需求开发的新一代控制系统，它主要具有如下技术特点：开放的网络结构与OPC标准；基金会现场总线（FF）标准的数据结构；模块化结构设计；即插即用、自动识别系统硬件，所有卡件均可带电插拔，操作维护可不必停车；同时系统可实现真正的在线扩展；常规IO卡件采用8通道分散设计，且每一通道均与现场隔离，充分体现分散控制安全可靠的特点；DeltaV系统由冗余的控制网络、操作站及控制部分构成。2．1冗余的控制网络DeltaV系统的控制网络是以10M/100M以太网为基础的冗余的局域网（LAN）。系统的所有节点（操作站及控制器）均直接连接到控制网络上，不需要增加任何额外的中间接口设备。简单灵活的网络结构可支持就地和远程操作站及控制设备。网络的冗余设计提供了通讯的安全性。通过两个不同的网络集线器及连接电缆，建立两条完全独立的网络，分别接入工作站和控制器的主副两个网口。DeltaV系统的工作站和控制器都配有冗余的以太网口。DeltaV系统可支持最多120个节点，100个（不冗余）或100对（冗余）控制器，60个工作站，80个远程工作站；它支持的区域也达到100个，使用户安全管理更灵活。2．2DeltaV系统工作站DeltaV系统工作站是DeltaV系统的人机界面，通过这些系统工作站，企业的操作人员、工程管理人员及企业管理人员随时了解、管理并控制整个企业的生产及计划。DeltaV系统工作站分为三种：ProfessionalPlus工作站；操作员工作站；应用工作站；图1DeltaV系统结构2.2.1ProfessionalPlus工作站每个DeltaV系统都需要有一个ProfessionalPlus工作站。该工作站包含DeltaV系统的全部数据库。系统的所有位号和控制策略被映像到DeltaV系统的每个节点设备。2.2.2.操作员工作站DeltaV操作员站可提供友好的用户界面、高级图形、实时和历史趋势、由用户规定的过程报警优先级和整个系统安全保证等功能。2.2.3.应用工作站应用工作站用于支持DeltaV系统与其它通讯网络，还可运行第三方应用软件包，并将第三方应用软件的数据链接到DeltaV系统中，能提供快速、可靠的信息集成。2.3DeltaV系统控制器与IO卡件2.3.1.控制器DeltaV系统控制器的功能特点：自动分配地址－控制器有自动向DeltaV控制网络标识自己的能力，当控制器被插入时，它自动给自己分配一个唯一的地址，以即插即用。自动I/O检测－控制器能够检测到安装在子系统上的I/O接口通道。一旦插入IO卡件，控制器就能知道I/O卡件所连接的现场设备的常用属性。不间断控制操作－DeltaV系统提供了控制器冗余。在系统中可以加入副控制器使其在备用方式下等待，并映象主控制器的操作。出现故障时，备用控制器就会无扰动地切换为主控制器而不中断过程操作，同时向用户发出控制器切换信息。图2控制器说明2.3.2.IO卡件DeltaV系统的所有IO卡件均为模块化设计，可即插即用、自动识别、带电插拔。3锅炉汽包水位控制锅炉正常运行中，汽包液位是一个重要的监视参数，它反映了锅炉负荷与给水的动平衡关系。液位过高，会影响汽水分离的效果，产生蒸汽带液现象，液位过低会破坏水循环，影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。因此及时而准确地把水位控制在允许的范围之内，并能适应各种工况的运行，是保证机炉安全运行的重要条件。3.1包给水控制方式3.1.1单冲量控制启动阶段，当锅炉负荷较小，产气量在30%以下时，主要采用采用单冲量控制，汽包水位经过二选一选择器，传送至副给水控制器PI，在汽包压力01P08，01P09，汽包水位01L03，01L04，主蒸汽温度02T10，主蒸汽流量02F01,给水流量01F01高低报警均无时，根据水位设定值对测量值进行比例积分运算，自动控制指令由DCS送出，控制信号送至副给水阀01YC02，调节副给水阀开度，改变汽包给水流量，最终使汽包水位等于设定值，当汽包压力，水位，主蒸汽温度，流量，给水流量任意出现报警时，副给水控制器将退出自动控制状态，强制进行手动控制，以保证过路的安全运行。图3控制原理图3.1.2三冲量控制负荷继续升高，产气量达到一定程度时，仅用单冲量调节器，当遇到负荷急剧变化，虚假液位出现时，PI控制器就会误以为汽包液位突然升高，从而关小给水阀，控制给水流量，影响生产并造成了危险，所以当负荷（蒸汽流量）大于30％以后，将采用三冲量控制方案。汽包水位经二选一，进入PID调节器1（称为三冲量水位调节器），将汽包水位与给定值的偏差进行PID运算，其输出送至主给水流量调节器PID2，成为主给水调节器的设定值。主给水流量调节器PID2接受给水流量01F01反馈信号，并将主蒸汽流量02F01与01F01进行运算，作为主给水流量调节器PID2的前馈信号，这样不但可以控制给水阀，迅速克服给水流量的波动。还可以使进入汽包的给水与送出的蒸汽保持平衡，从而有效地克服虚假液位对调节品质的影响，使汽包液位维持在设定值。同样当运行工况或设备发生异常时，既在汽包压力01P08，01P09，汽包水位01L03，01L04，主蒸汽温度02T10，主蒸汽流量02F01,给水流量01F01任一存在高低报警时，将被强制转入手动操作状态，并且禁止外部切换，以保证生产过程的安全运行。4DeltaV系统在汽包水位控制中的应用4.1三冲量组态程序中用到了传递功能块，PID功能块，以及计算/逻辑功能块。传递功能块XFR1的主要作用是进行信号选择，并在特定时间之后把选择的信号传递到输出。PID功能块1作为控制回路的主调节器，PID功能块2作为控制回路的负调节器。计算/逻辑功能块CALC1主要用于逻辑处理。计算/逻辑功能块CALC2实现计算功能。图3系统组态图汽包液位01L03，01L04由两个外部参数IN1和IN2引入至传递功能块XFR1的IN_1和IN_2参数。SELECT是布尔量，与流程图中的按钮相连接，作为中间变量，将按钮的赋值传递给功能块XFR1的SELECTOR参数，实现液位的选择，当流程图中的按钮处于释放状态时，SELECTOR被赋值0，传递功能块将IN_1的值传递至输出，当SELECTOR为1时，IN_2传递值输出。传递功能块XF1的输出引致PID1，做为主调节器的PV值，SP值与外部相连，由操作人员，通过流程图画面中的Faceplate面板赋值。通过比例，积分，微分运算之后，赋给副调节器PID2的CAS_IN参数，在串级控制模式下，CAS_IN就作为副调节器的给定值参与控制。在计算/逻辑功能块CLAC2中，给水流量与主蒸汽流量进行运算后，作为副调节器的PV值，引入到PID2中。最终将计算后的值送至AO，控制01YC01动作。计算/逻辑功能块CALC2主要是用于逻辑判断，对控制器的控制模式进行切换。当汽包压力01P08，01P09，汽包水位01L03，01L04，主蒸汽温度02T10，主蒸汽流量02F01,给水流量01F01高低报警出现时，主，副调节器均被强制到手动控制状态，禁止外部切换，保证生产过程的正常运行。当单冲量投自动运行模式时，三冲量的主，副控制器保持在手动控制模式，同样，在三冲量投用串级控制模式时，单冲量被保持在手动模式，实现单/三冲量的互不干扰。5综述DeltaV运用于三冲量控制能够较好的控制汽包液位，消除干扰，在化工领域中被广泛应用。