重慶川儀控制系統(tǒng)有限公司 袁孝志

循環(huán)流化床鍋爐(CFBB)是一種利用循環(huán)流化床燃燒礦物燃料生產(chǎn)蒸汽的裝置，它具有煤粉爐無法比擬的優(yōu)點：燃燒適應(yīng)性廣、低污染燃燒、脫硫效率高、燃燒熱強度大、爐膛體積小、床內(nèi)傳熱系數(shù)高、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣可綜合利用等。所以自問世以來，在國內(nèi)外得到了迅速的推廣與發(fā)展，但由于循環(huán)硫化床鍋爐自身的特點，在運行操作時不同于煤粉爐，如果運行中不能快速準(zhǔn)確地對其燃燒進(jìn)行控制，極易釀成事故。因此為了更好提升鍋爐效率和減少排放污染，選用優(yōu)秀的控制系統(tǒng)提升工作穩(wěn)定性和提高自動化程度，是實現(xiàn)鍋爐安全高效生產(chǎn)的重中之重。

1 工程概述

印度尼西亞金光集團江碧紙業(yè)LPPPI位于印度尼西亞蘇門答臘島（北）的Lontar Papyrus漿紙廠，是一家致力于制漿、造紙、化工等行業(yè)的公司。該廠一共有2臺堿回收鍋爐(RB)，其蒸汽能力分別是440t/h和175t/h，2臺160t/h多燃料鍋爐（MB），1臺 110t/h粉煤鍋爐(PCB) ，5臺透平式汽輪發(fā)電機，2臺GT (Gas Turbine)，應(yīng)急柴油發(fā)電機7臺，由于該廠汽電不平衡，所以急需擴建一座220t/h循環(huán)流化床鍋爐及配套30MW空冷汽輪發(fā)電機組來解決這個問題，用以滿足全廠生產(chǎn)、生活用電和生產(chǎn)用汽問題。該項目由四川東方鍋爐工業(yè)鍋爐集團有限公司總承包，重慶川儀控制系統(tǒng)有限公司負(fù)責(zé)提供ABB 800xA的DCS系統(tǒng)，并完成DCS的設(shè)計組態(tài)和現(xiàn)場調(diào)試工作。

2 800xA的系統(tǒng)特點

工業(yè)信息技術(shù)（IndustrialIT）是ABB公司的專利概念，該理念旨在以一種開放式控制系統(tǒng)來表征其特性，將產(chǎn)品、服務(wù)以及產(chǎn)品運行、維修和維護所需的信息融為一體。800xA系統(tǒng)(ControlIT/OperateIT)是一種具世界領(lǐng)先水平的全能綜合型開放控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)融傳統(tǒng)的DCS和PLC優(yōu)點于一體并支持多種國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。它既具備DCS的復(fù)雜模擬回路調(diào)節(jié)能力、友好的人機界面(HMI)及方便的工程軟件，又同時具有與高檔PLC指標(biāo)相當(dāng)?shù)母咚龠壿嫼晚樞蚩刂菩阅堋Ｏ到y(tǒng)既可連接常規(guī)I/O，又可連接Profibus、FF、CAN、Modbus等各種現(xiàn)場總線設(shè)備。系統(tǒng)具備高度的靈活性和極好的擴展性，無論是小型生產(chǎn)裝置的控制，還是超大規(guī)模的全廠一體化控制，甚至對于跨廠的管理控制應(yīng)用，系統(tǒng)都能應(yīng)付自如。

3 系統(tǒng)配置

該項目過程級配置了3對PM861冗余控制器，一對用于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS及除氧公共部分，一對用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS、模擬量控制系統(tǒng)MCS、順序控制系統(tǒng)SCS部分，一對用于汽機部分的監(jiān)視及控制部分。DCS控制系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的通訊，如全廠實時監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）、自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）、汽機安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSI）、汽機電液控制系統(tǒng)（DEH）、汽機危急遮斷系統(tǒng)（ETS）及其它輔助設(shè)備PLC控制系統(tǒng)等采用MODBUS的通訊方式。該項目一共有1820個IO點，配置了28個S800 I/O站，15個2200×800×600的控制機柜。

該項目數(shù)據(jù)采集采用服務(wù)器與客戶端的方式，配置2臺數(shù)據(jù)連接服務(wù)器CS，2臺域服務(wù)器DS，2臺屬性服務(wù)器AS， 4臺操作員OS站，1臺工程師站ES站，該項目所用的服務(wù)器均為Dell公司的機架式PowerEdge R710系列，配置為：CPU主頻：Xeon 5500系列處理器，內(nèi)存：4G 硬盤：300G 磁盤陣列：PERC6/i 或 SAS6/iRR1 DVD，帶8M顯存的集成顯卡，22”高分辨率SVGA彩色顯示器。在項目實施過程中，Dell公司的商用計算機表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。

系統(tǒng)打印機為4臺：工程師站配置2臺佳能A3幅面雙色激光打印機LBP9100CBN；操作員站記錄打印機LQ-1600K3、報警事件打印機佳能1980。其所有的打印機都具有網(wǎng)絡(luò)接口功能。

本控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 本控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

該項目的現(xiàn)場總線采用Profibus-DP通訊協(xié)議，其最大通訊速率為12MB/S。Pro fi bus-DP電纜通過每個S800 I/O 站上的CI840A通訊模件與控制器上的CI854通訊模件連接，用以滿足現(xiàn)場信號的采集、處理和控制器的通訊。數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控采用TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)，其通訊速率為100MB/S。服務(wù)器、操作員站、工程師站和現(xiàn)場過程站通過以太網(wǎng)相連接，滿足服務(wù)器、操作員站、工程師站對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)視、控制和管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

4 控制系統(tǒng)主要功能

4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS

DAS是DCS的一重要部分，需要對過程變量進(jìn)行采集和處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能按掃描周期連續(xù)地定時采集、處理整個控制系統(tǒng)的所有過程輸入輸出、中間計算值和狀態(tài)以及運行操作和異常報警等信息，并以實時的方式提供給運行人員。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還通過歷史數(shù)據(jù)、報表記錄、性能計算和統(tǒng)計分析等軟件完成過程數(shù)據(jù)的存儲和處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還為整個800xA 系統(tǒng)提供了一套綜合的監(jiān)控界面，能通過CRT和鼠標(biāo)等人機交互設(shè)備以自動或手動的方式對工廠過程的各個受控參數(shù)和受控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制和處理，以保證該鍋爐以最佳的狀態(tài)安全可靠地運行。

整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能包括：

信號處理；

顯示功能；

模擬圖；

成組顯示；

棒圖顯示；

曲線顯示；

報警事件顯示和響應(yīng)；

歷史數(shù)據(jù)顯示；

其它顯示；

記錄報表；

系統(tǒng)自診斷；

性能計算。

4.2 模擬量控制系統(tǒng)MCS

循環(huán)流化床鍋爐采用DCS的主要原因之一就是要解決運行控制復(fù)雜性的問題。相對優(yōu)秀的模擬量調(diào)節(jié)控制回路的設(shè)計可以有效地控制現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)動作，從而安全高效地控制鍋爐燃燒系統(tǒng)的運作。

循環(huán)流化床鍋爐是一個多參數(shù)、多變量、強關(guān)聯(lián)、干擾多的控制對象，其自動控制系統(tǒng)既是獨立的，又是相互關(guān)聯(lián)的，可謂是“牽一發(fā)而動全身”。當(dāng)一個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)之后，其它的調(diào)節(jié)系統(tǒng)也要有相應(yīng)變化。本鍋爐的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)涉及負(fù)壓調(diào)節(jié)、水位調(diào)節(jié)、給煤調(diào)節(jié)及配風(fēng)調(diào)節(jié)等多個方面，充分滿足了該循環(huán)流化床的運行控制要求。

汽包水位調(diào)節(jié)（即給水自動）是循環(huán)流化床中除燃燒自動外最為重要的一個調(diào)節(jié)回路，也是整個控制系統(tǒng)中必須投入自動的調(diào)節(jié)回路之一。給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的是通過控制鍋爐的上水流量從而實現(xiàn)保持鍋爐汽包內(nèi)水位的穩(wěn)定性，使其在某一設(shè)定值上下輕微浮動，有效地減輕了由操作人員手動控制水位所產(chǎn)生的繁重工作。本循環(huán)流化床鍋爐的給水控制系統(tǒng)由主給水調(diào)節(jié)和給水旁路調(diào)節(jié)二套自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。其中給水旁路調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)采用單沖量調(diào)節(jié)方式，通過汽包水位實際值與設(shè)定值之間的偏差控制給水旁路調(diào)節(jié)閥的輸出，該自動系統(tǒng)一般在鍋爐負(fù)荷小于30%的情況下投入使用；主給水調(diào)節(jié)則分為單沖量調(diào)節(jié)和三沖量調(diào)節(jié)二種控制方式，其單沖量調(diào)節(jié)和三沖量調(diào)節(jié)的控制切換通過系統(tǒng)對鍋爐運行情況進(jìn)行判斷后自行實現(xiàn)，不需要人為干預(yù)，該自動系統(tǒng)一般在鍋爐高負(fù)荷時使用（即負(fù)荷大于30%）。三沖量給水調(diào)節(jié)通過汽包水位、給水流量、蒸汽流量三個信號來調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)閥，維持汽包水位，此系統(tǒng)的水位調(diào)節(jié)品質(zhì)比較好。蒸汽流量和給水流量的差值送入三沖量調(diào)節(jié)器的前饋輸入端，構(gòu)成具有比例調(diào)節(jié)作用的副調(diào)節(jié)回路，副調(diào)節(jié)回路能快速消除給水內(nèi)擾，并且給水流量能快速跟鍋爐負(fù)荷（蒸汽流量）同步變化，使汽包水位基本不變。主調(diào)節(jié)回路采用比例-積分調(diào)節(jié)，當(dāng)汽包水位偏離其設(shè)定值時改變給水流量，使汽包水位回到其設(shè)定值。

圖2為主給水調(diào)節(jié)控制原理：

圖2 主給水調(diào)節(jié)控制原理圖

為更充分地使用DCS資源，提高控制系統(tǒng)的安全可靠性。本系統(tǒng)除具有常規(guī)三沖量液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本功能外，還具備以下功能：

（1）單沖量/三沖量自動切換功能

在液位、給水、蒸汽三個信號均正常時，調(diào)節(jié)器處于三沖量調(diào)節(jié)狀態(tài)。當(dāng)給水或蒸汽兩信號中任意一個異常時，DCS自動地從三沖量調(diào)節(jié)狀態(tài)切換到單沖量調(diào)節(jié)狀態(tài)。以防止鍋爐缺水/滿鍋。并發(fā)出聲光報警，提醒操作員注意調(diào)節(jié)器目前的工作狀態(tài)。

（2）自動/手動自動切換功能

當(dāng)液位信號異常時，DCS自動地從單沖量或三沖量切換到手動狀態(tài)。調(diào)節(jié)器輸出保持前一周期的輸出，并發(fā)出聲光報警，提醒操作員注意調(diào)節(jié)器目前的工作狀態(tài)。

（3）汽包液位補償

由于飽和水及飽和蒸汽的重度隨著蒸汽壓力的變化而變化，當(dāng)用差壓變送器測量汽包液位時，在同樣的液位而不同的蒸汽壓力下，其變送器輸出所指示的液位也不同，其原因是飽和水和飽和蒸汽的重度的影響，誤差為10%～15%。為克服飽和水及飽和蒸汽的重度的影響，特增設(shè)汽包液位補償功能，以減少測量誤差。

4.3 順序控制系統(tǒng)（SCS）

鍋爐輔機設(shè)備的順序控制及聯(lián)鎖的基本目的是將正常運行時由于鍋爐及輔機設(shè)備的工況原因?qū)υO(shè)備所產(chǎn)生的不良影響降至最低，以保障設(shè)備的長久使用。其主要功能是在裝置不滿足運行條件或正常運行中接近不穩(wěn)定、不安全的運行狀態(tài)時，依靠預(yù)先設(shè)定的保護動作來限制該裝置的瞬間動作方式，最終得以保證設(shè)備的安全。本臺循環(huán)流化床鍋爐的DCS控制系統(tǒng)設(shè)計了多套順控及聯(lián)鎖控制回路，包括引風(fēng)機、一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、高壓風(fēng)機、石灰石風(fēng)機、給煤機、循環(huán)水泵、冷渣器以及水系統(tǒng)的電動門和蒸汽系統(tǒng)的電動門及安全門。

4.4 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)

采用ABB 800xA系統(tǒng)實現(xiàn)的爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是在鍋爐啟動、停止該正常運行等各種方式下，連續(xù)監(jiān)視燃燒系統(tǒng)的各種參數(shù)與狀態(tài)，根據(jù)順序邏輯程序和安全聯(lián)鎖條件控制各種聯(lián)鎖裝置和燃燒系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備，完成必要的設(shè)備操作或事故處理，防止爆炸性的燃料和空氣混合物在鍋爐的任何部位積聚，避免鍋爐爆炸等未遂事故的發(fā)生，保障鍋爐的運行安全。

FSSS系統(tǒng)的主要功能包括爐膛吹掃、MFT、風(fēng)道燃燒器和啟動燃燒器啟停、給煤機啟停等。

在鍋爐每次冷態(tài)啟動或當(dāng)總給料跳閘（床溫低于600℃且無任何燃燒器在運行），必須對爐膛進(jìn)行通風(fēng)吹掃。所有吹掃允許條件都在CRT畫面上有自己的狀態(tài)顯示，當(dāng)所有條件都滿足時，“吹掃準(zhǔn)備”燈亮，此時運行人員可按“啟動吹掃”按鈕，開始通風(fēng)吹掃。

如果在啟動吹掃后的規(guī)定時間內(nèi)，上述條件繼續(xù)保持滿足，則到達(dá)規(guī)定時間后系統(tǒng)將自動發(fā)出“吹掃完成”信號，“吹掃完成”燈亮，自動復(fù)位軟邏輯主燃料跳閘存貯器，或由運行人員案FSSS軟操盤上的MFT RESET鍵，即可復(fù)位“手動跳爐”或DCS兩路電源均喪失引起的硬邏輯MFT。MFT信號復(fù)位后，鍋爐進(jìn)入準(zhǔn)備點火階段。

如果在規(guī)定時間內(nèi)任一條件喪失，則發(fā)出“吹掃中斷”信號，這時必須等待所有條件重新滿足后，再從頭進(jìn)行一次完整的吹掃過程。

MFT是FSSS中安全措施的最高形式。當(dāng)出現(xiàn)任何危及鍋爐安全運行的情況時，將發(fā)出MFT動作指令，快速切斷所有進(jìn)入爐膛的燃料和物料，并將MFT信號送至其它系統(tǒng)。其中，第一個直接引起MFT的信號就是首出跳閘原因。首出跳閘原因?qū)⒂洃洸⒃贑RT上顯示，直到啟動前吹掃開始后或者吹掃結(jié)束時才清除。

5 結(jié)語

本項目從合同生效至調(diào)試完畢，歷時6個月順利完成?；贗ndustrial IT控制平臺的800xA系統(tǒng)完全滿足對循環(huán)硫化床的工藝要求和現(xiàn)代化管理的要求。220t/h循環(huán)流化床鍋爐在印度尼西亞金光集團江碧紙業(yè)LPPPI 投入使用后，解決了該廠之前的汽電不平衡問題，滿足了生產(chǎn)和生活的用電用汽問題，減低了工人的勞動強度，節(jié)約了能源，效果顯著。