論文關鍵詞：自備電站；機爐控制系統(tǒng)；現(xiàn)狀；改進意見

　　論文摘要：本文概述了火電廠熱工自動化技術的新發(fā)展，分析了首鋼自備電站機爐控制系統(tǒng)現(xiàn)狀，其中包括：主要的工藝設備；機爐控制系統(tǒng)規(guī)模及投產(chǎn)時間；系統(tǒng)構(gòu)成及主要特點。并提出對首鋼自備電站機爐控制系統(tǒng)的改進完善意見。

　　1前言

    首鋼從1986年開始在自備電站大規(guī)模應用以N-90為代表的IX萬集散型過程控制裝置，對機爐生產(chǎn)操作實行全面控制管理，在國產(chǎn)5萬kW火電機組的自動控制上取得重要突破，是國內(nèi)中小機組中全面應用微機控制取得成功的第一家。從第一臺機組投產(chǎn)至今，3臺機組陸續(xù)發(fā)電104億度，不僅早就收回投資，而且創(chuàng)造利潤20多億元，為首鋼的改革發(fā)展創(chuàng)造了巨大效益。借鑒國內(nèi)外先進技術，認真總結(jié)分析首鋼在5萬kW火電機組應用微機網(wǎng)絡控制裝置方面的經(jīng)驗教訓，探討在國產(chǎn)中小機組的控制中如何深人開發(fā)利用新一代DCS的高級功能，對于進一步完善改進首鋼自備電站的自控系統(tǒng)，獲取更大的經(jīng)濟效益，有十分重要的現(xiàn)實意義。

　　2火電廠熱工自動化技術的新發(fā)展

    近年來，發(fā)展高參數(shù)、大容量單元機組以加快電力建設速度，降低煤耗是國內(nèi)外一種趨勢。而80年代以來，由于能源供應緊張，使國內(nèi)許多冶金、輕紡、化工企業(yè)包括首鋼在內(nèi)紛紛建立廠內(nèi)單機容量為5-10萬kW的自備電站，成為電力建設的一股新潮流。首鋼過去只有幾臺工業(yè)供熱鍋爐，但在19$6年也建成自己的兩臺220t鍋爐、5萬kW機組。而近十幾年來，新建機組在20萬kW以上的只占35.796, 10萬kW以下以及5萬kW左右的機組占39.596，使煤耗居高不下。因此，在今后新增機組中，進一步完善自動化控制系統(tǒng)，在舊機組特別是大量中小機組改造中，借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗，因地制宜地增加一些關鍵性監(jiān)控項目，以提高其經(jīng)濟性和可靠性是十分必要的。

    火電廠是較之其他工業(yè)過程更為復雜的控制對象。其特點是連續(xù)生產(chǎn)，強調(diào)安全經(jīng)濟運行。發(fā)電廠機、爐、電三大主機加上無數(shù)輔機，運行中相互關聯(lián)、相互制約，任何一臺設備的故瘴或停用都會引起平衡的破壞而導致工況的重新調(diào)整。例如，鍋爐氣包虧水8s就會引起爆炸。火電機組設備的整體性和生產(chǎn)的連續(xù)性決定了它的運行監(jiān)視和操作只能由少數(shù)1-- 2人集中負責。但是運行的復雜，系統(tǒng)的龐大又遠遠超出人們體力、腦力允許范圍。因此，一座現(xiàn)代化電廠不得不借助于高度發(fā)展的自動化設備來保持運行的安全性和經(jīng)濟性。這就導致了對熱工自動化系統(tǒng)的可靠性的嚴格要求。

    DCS(集散控制系統(tǒng))的出現(xiàn)是工業(yè)控制的一個里程碑。自本世紀70年代以來，微電子技術的飛速發(fā)展，使過程控制領域發(fā)生重大突破。DCS(集散型或分布式控制系統(tǒng))自20年前在美國Honeywell公司問世以來，其技術發(fā)展、應用推廣、推陳出新的速度驚人，已走向成熟的第三代產(chǎn)品。DCS分散控制、集中操作管理的高度可靠、高性能，替代傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和方法，為實現(xiàn)先進的控制功能和高級的自動化系統(tǒng)提供了可靠的保證。目前，世界已推出上百種型號的DCS。從發(fā)達國家的電力工業(yè)看，美國、西歐、日本新建的火電廠已全部采用12。而且在老設備的改造中，也大量考慮采用〔〔S。原來生產(chǎn)常規(guī)儀表的廠商也轉(zhuǎn)向生產(chǎn)DC`S，常規(guī)儀表生產(chǎn)也越來越小。計算機的功能也不再局限于開環(huán)監(jiān)視，而具備了包括各種控制功能在內(nèi)的可能性。功能范圍正在擴大。已逐漸取代常規(guī)設備。

DCS的功能除DAS(數(shù)據(jù)采集、處理)，CCS(大型單元機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng))、SCS(順控系統(tǒng))和BMS(燃燒器管理系統(tǒng))以外，有時還把DEH(汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng))，BPC(汽輪機旁路控制系統(tǒng))MEH(給水泵汽輪機控制系統(tǒng))等包括在內(nèi)組成一體化控制系統(tǒng)。火電機組自動化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展已成為機組運行經(jīng)濟性和可靠性的必要條件。目前，國外火電機組除廣泛應用〔X_'.S微機集散型控制系統(tǒng)外正在應用人工智能技術大力開發(fā)多種專家系統(tǒng).如運行支援、故障診斷、事故分析處理等。我國火電機組的自動化程度，除近幾年引進和國產(chǎn)的30 --- 60萬kW機組外。其余都處于相當?shù)偷乃健?/p>

    我國電力系統(tǒng)自70年代后期，在寶鋼電廠成套引進的日本3 x35萬kW機組上首先使用DCS獲得成功.到1993年12月投人運行和新建的大型火電機組已有上百套，都采用DCS集散型控制系統(tǒng)。到1995年初，僅美國Bailey公司就在中國36家電廠設計投運212套N-90和[nfi-9C1系統(tǒng)。其中，除首鋼是3臺5萬kW小型機組，遼寧是兩臺10萬kW機組外，其余全是20萬kW以上且大多是30 —60萬kW大型機組。這些數(shù)字說明，DCS在我國熱控中的應用已日益普遍。在過程控制中，為滿足生產(chǎn)工藝的需要。火電廠自動化發(fā)展趨勢是，廣泛采用微機處理器為基礎的DCS集散控制系統(tǒng)，以功能復雜程度不同組合一定量的微機群去解決各自的控制要求，經(jīng)通訊網(wǎng)絡和其他微機進行信息交換。實現(xiàn)機、電、爐的分散控制。集中監(jiān)視操作管理。

    縱觀已投運的DCS，絕大多數(shù)都取得了較好的經(jīng)濟效益，為單元機組的安全、經(jīng)濟運行，減少事故，提高設備效率，降低煤耗和廠用電起到促進作用，且顯著減輕了運行人員的勞動強度。有的電廠還充分發(fā)揮DCS信息采集功能、通信功能和運算功能的強大優(yōu)勢，開發(fā)了許多高質(zhì)量的數(shù)學模型和優(yōu)化控制軟件，對系統(tǒng)精度和水平的提高作出了貢獻。

　　3首鋼自備電站機爐控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　3.1主要工藝設備

    主要工藝設備:}1)煤粉鍋爐3臺，燃氣鍋爐1臺(燒高爐煤氣)，每臺鍋爐產(chǎn)汽2.20t/h蒸氣壓力9. $1MPa,溫度24202。附帶磨煤制粉系統(tǒng)3套、高壓除氧器3臺、電動給水泵2臺及公用汽水管網(wǎng);(2)單抽凝汽式雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機組3臺，額定功率5萬kW,額定轉(zhuǎn)速3OOD轉(zhuǎn)lmin，總裝機容量15萬kW。每臺機組含3臺低壓加熱器、2臺高壓加熱器外圍系統(tǒng)包括水處理系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)。

　　3.2機爐控制系統(tǒng)規(guī)模及投產(chǎn)時間
        機爐控制系統(tǒng)規(guī)模及投產(chǎn)時間見表l。

　　3 .3系統(tǒng)構(gòu)成及主要特點

    按原設計和投產(chǎn)后不久的布局，主廠房內(nèi)主體工藝設備的控制主要分為兩種模式:

    第一種模式是以1號、2號、3號爐和1號、2號機為對象的N-90自控系統(tǒng)，代表了電站機爐控制系統(tǒng)的主體、主流和主要水平。整個系統(tǒng)I!O檢測控制點3 927點，分三級對熱電生產(chǎn)過程進行管理控制:

（1)上面一級是以一臺小型機和多臺終端組成的廠級上位管理機系統(tǒng)，負責對各類生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)報警、趨勢進行記錄、分析、處理和報表打印.對全廠生產(chǎn)集中監(jiān)督管理;

(2}中間一級是以主控室6臺帶有彩色動態(tài)流程圖顯示的人機操作接口單元組成，可以對熱電生產(chǎn)的主要過程進行集中實時操作監(jiān)視和手、自動控制，并設有聲光報警和趨勢顯示打印及緊急啟停手段.

(3}下面一級是現(xiàn)場過程級，在主廠房內(nèi)三個過程站里設有15個過程控制單元(PCU}，每個單元內(nèi)按需要設有兒十個微處理器.直接與現(xiàn)場工藝設備和一次檢測、執(zhí)行部件分別對應連接，按預先組態(tài)的控制編程和設定、指令，各自獨立完成熱電生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)、控制和數(shù)據(jù)采集、處理。對于重要的調(diào)節(jié)回路和工藝參數(shù)、邏輯控制，還設有相當一批數(shù)量的N-90數(shù)字操作站，可甩掉上面兩級就地操作控制。對于特別重要的設備，還增設了少量常規(guī)電氣按鈕和儀表，作為緊急事故處理手段。

    第二種模式是以3號機、4號爐為對象的DGS或PLC加數(shù)采的混合控制系統(tǒng)。如3號機是以較早占領中國市場的 PLC產(chǎn)品MODIGON-984用于低壓電氣設備(水泵、油泵電機及電動閥等)的控制連鎖，而以MIGQN的X32雙回路調(diào)節(jié)器和IAA數(shù)采系統(tǒng)組成小型的DGS簡易混合系統(tǒng)。4號爐則是MIG}N X32雙回路調(diào)節(jié)器加上OPTQ-22數(shù)采組成另一類小型DGS簡易混合系統(tǒng)。且3號機、4號爐也都有一臺工業(yè)微機用做上位管理機。這種模式一方面反映了人們對機爐龐大的N-90系統(tǒng)某些局部問題的擔心，另一方面也不乏有關部門專業(yè)技術人員及領導層對多元化、小型化及經(jīng)濟型控制模式的探索和嘗試。

    上述兩種模式其實沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是具體控制策略不同。整個電站機爐控制系統(tǒng)的共同特點仍同第一臺機組投產(chǎn)后人們所總結(jié)的那樣: {1)集中遙控操作顯示使人們嘗試到什么是生產(chǎn)過程的信息化監(jiān)督和管理;(2)以微處理器網(wǎng)絡為基礎的Pcu，使對局部獨立設備的控制真正分散到每一控制器模塊，顯著提高了生產(chǎn)的安全可靠性;c})每個控制器模塊所存儲的大容量的先進功能庫以及軟硬件組態(tài)方式和在線修改PID參數(shù)的靈活性。使人們可方便地使用自適應、矩陣控制等高級控制功能，而不用大量進行硬件設備更新即不斷提高系統(tǒng)水平成為可能。

　　3.4系統(tǒng)