摘 要：介紹了由北京和利時(shí)公司開發(fā)設(shè)計(jì)的 DCS 集散控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢，以太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司城西供熱分公司熱源廠為例，對 DCS 系統(tǒng)及其壓力變送器傳感器在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障進(jìn)行了簡要分析。

隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，各地區(qū)的燃煤取暖小鍋爐已被大型熱源廠集中供熱取代。自動化控制系統(tǒng)在熱源廠的應(yīng)用，對提高工業(yè)生產(chǎn)效率，降低企業(yè)污染排放，有效保障人身及財(cái)產(chǎn)安全起到了關(guān)鍵作用。太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司城西供熱分公司熱源廠（以下簡稱我廠） 所采用的自動控制系統(tǒng)為北京和利時(shí)公司開發(fā)設(shè)計(jì)的 DCS 集散控制系統(tǒng)，由該系統(tǒng)對鍋爐進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和實(shí)時(shí)監(jiān)控。本文將以我廠為例，結(jié)合實(shí)際情況，簡要分析 DCS 系統(tǒng)及其壓力變送器傳感器在使用中出現(xiàn)的故障及解決方案。

1 運(yùn)行概況

我廠共有 4 臺 116 MW 循環(huán)流化床鍋爐，設(shè)有一期、二期控制室，控制室內(nèi)有工程師站電腦、操作員站電腦、壓力變送器立盤、控制站、服務(wù)器、UPS 不間斷電源等設(shè)備。

2 控制系統(tǒng)運(yùn)行方式

DCS 集散控制系統(tǒng)，是以微處理器為基礎(chǔ)對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)。系統(tǒng)對鍋爐傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理后，通過操作員站電腦向操作員顯示各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，操作員可根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來發(fā)出控制命令調(diào)整設(shè)備。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、集中操作、分散控制等功能，具有配置靈活、控制功能齊全、可靠性高、易于維護(hù)等特點(diǎn)。

安全生產(chǎn)是企業(yè)的重中之重。鍋爐運(yùn)行過程中，大型設(shè)備啟動的順序應(yīng)為：引風(fēng)機(jī)→羅茨風(fēng)機(jī)→二次風(fēng)機(jī)→一次風(fēng)機(jī)→爐前給煤機(jī)，停止順序?yàn)榉聪蝽樞蛲Ｖ�。引風(fēng)機(jī)的作用是抽取鍋爐燃燒后爐膛內(nèi)的煙氣，并使?fàn)t膛保持一定的負(fù)壓。如果運(yùn)行中出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)突發(fā)故障緊急停車而煙氣無法排出，將導(dǎo)致爐膛壓力變?yōu)檎龎海瑖?yán)重時(shí)將發(fā)生鍋爐爆炸等事故。為減少人員誤操作，保證人員設(shè)備安全，縮短設(shè)備啟停時(shí)間，我廠的設(shè)備采用順序控制并聯(lián)鎖，控制范圍包括大型風(fēng)機(jī)控制機(jī)組以及機(jī)組包括的所有輔機(jī)、閥門和擋板及設(shè)備。在鍋爐啟動和工作過程中，當(dāng)聯(lián)鎖電機(jī)中的任何 1 臺電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)停止相應(yīng)聯(lián)鎖的電機(jī)。以我廠給煤機(jī)給煤系統(tǒng)為例，爐前給煤機(jī)作為重要的燃料輸送設(shè)備，需配合風(fēng)機(jī)將燃料懸浮在爐膛中進(jìn)行充分燃燒。通過DCS 系統(tǒng)將給煤機(jī)和風(fēng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)鎖，并采取順序啟動，只有風(fēng)機(jī)啟動后給煤機(jī)才可以啟動，給煤機(jī)停止后風(fēng)機(jī)才可以停車，當(dāng)風(fēng)機(jī)因故障緊急停車時(shí)給煤機(jī)也聯(lián)鎖控制停止。運(yùn)行中，操作人員通過 DCS 操作員站改變頻率調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或?qū)︼L(fēng)門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及給煤速度的調(diào)節(jié)來達(dá)到安全、高效的運(yùn)行狀態(tài)，#大限度地減少燃煤燃燒不充分產(chǎn)生的各種不利后果。

3 系統(tǒng)設(shè)備及壓力變送器

系統(tǒng)設(shè)備分為兩部分，地衣部分為控制系統(tǒng)設(shè)備，第二部分為現(xiàn)場測量設(shè)備。

3.1 控制系統(tǒng)設(shè)備

控制設(shè)備有工程師站、操作員站、服務(wù)器、I/O 模塊柜等。所有設(shè)備均有主備雙電源。工程師站用于對 DCS 進(jìn)行離線配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)。在實(shí)際運(yùn)行中，工程師站主要用于對運(yùn)行設(shè)備的控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控、離線數(shù)據(jù)查詢和操作員站的程序下裝。

操作員站用于對鍋爐運(yùn)行的控制和監(jiān)控。我廠共有 5 臺操作員站，一期控制室設(shè)有 1 臺工程師站和 3臺操作員站，分別控制 1 號、2 號鍋爐和公用系統(tǒng)；二期控制室設(shè)有 2 臺操作員站，分別控制 3 號、4 號鍋爐。由于 DCS 各控制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換使整個(gè)系統(tǒng)信息共享，當(dāng)某臺操作員站發(fā)生故障時(shí)可通過剩余操作員站進(jìn)行控制和監(jiān)控。

服務(wù)器主要對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和儲存，通過工程師站可離線查詢服務(wù)器中的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。我公司設(shè)有 2 臺服務(wù)器，1 主 1 備。I/O 是控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道，DCS 中的 I/O 一般是模塊化的，1 個(gè) I/O 模塊上有 1 個(gè)或多個(gè) I/O 通道，用來連接傳感器和執(zhí)行器。為防止緊急情況出現(xiàn)，每臺鍋爐在控制室分別設(shè)置了好立工作的壓力變送器立盤，與 DCS 系統(tǒng)互不干擾。壓力變送器立盤上設(shè)有顯示鍋爐運(yùn)行主要參數(shù)的顯示壓力變送器，設(shè)備啟停、急停操作按鈕，聯(lián)鎖、解鎖轉(zhuǎn)換開關(guān)及指示燈，操作人員不僅可以通過對應(yīng)的登錄密碼在不同的工作電腦上實(shí)時(shí)掌握各個(gè)鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，還可以通過壓力變送器立盤上的壓力變送器顯示直觀地讀取鍋爐主要的運(yùn)行參數(shù)，為鍋爐安全運(yùn)行提供了雙保險(xiǎn)。

DCS 的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心部分。網(wǎng)絡(luò)對 DCS 的實(shí)時(shí)性、可靠性起決定性作用，在不討論網(wǎng)絡(luò)可靠性的情況下談 DCS 的特性，一切都是空談。對于 DCS 的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來說，它必須滿足實(shí)時(shí)性的要求，并且網(wǎng)絡(luò)連接必須可靠，任何情況下都不能中斷。我廠DCS 網(wǎng)絡(luò)采用雙總線的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、先金的冗余通信系統(tǒng)，預(yù)防斷網(wǎng)及設(shè)備故障所造成的影響。

3.2 現(xiàn)場測量設(shè)備

鍋爐本體安裝有所需的熱電阻、熱電偶、變送器、電動執(zhí)行器、氧化鋯氧分析儀等，在給煤機(jī)現(xiàn)場還安裝有稱重傳感器和測速傳感器，并在就地壓力變送器柜上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。所測數(shù)據(jù)通過 DCS 控制柜經(jīng)過收集處理后反饋在操作員站電腦中，操作員根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)出命令控制調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)門開度、給煤速度和給煤量等。

4 系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用與故障分析

DCS 系統(tǒng)在我廠穩(wěn)定運(yùn)行已超過 10 年，其間未發(fā)生過重大故障，但出現(xiàn)過二期控制室操作員站數(shù)據(jù)突然定格，沒有實(shí)時(shí)變化，操作員無法獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的情況。在緊急排查中，shou先懷疑的是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中斷。通過 DCS 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中看到，服務(wù)器和二期操作員站之間主備網(wǎng)絡(luò)連接全部中斷，檢查后發(fā)現(xiàn)近操作員站端光纖收發(fā)器信號燈故障。由于時(shí)間緊迫，我們選擇直接更換備用光纖收發(fā)器和所連接的網(wǎng)線。更換后備用網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)連接，數(shù)據(jù)正常傳輸，但主網(wǎng)絡(luò)仍處于斷線狀態(tài)。后再經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，一是主要線路的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)長期處在發(fā)熱狀態(tài)，加速了設(shè)備老化，數(shù)據(jù)傳送時(shí)斷時(shí)續(xù)，已無法正常工作；二是替換下的光纖收發(fā)器網(wǎng)線接口松動。為防止類似情況再次發(fā)生，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，我們決定更換全部網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖收發(fā)器以及所用網(wǎng)線，并制訂計(jì)劃按元器件使用壽命進(jìn)行設(shè)備更新。

我廠 DCS 系統(tǒng)在建廠設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定各類傳感器原件的默認(rèn)參數(shù)。隨著時(shí)代發(fā)展，傳感器元器件的更新，以及廠內(nèi)實(shí)際運(yùn)行情況的需要，很多設(shè)備的默認(rèn)參數(shù)已不適用現(xiàn)在的運(yùn)行情況。例如，鍋爐已運(yùn)行多年，經(jīng)過多次更新改造，某些地方壓力值已不適用建廠所設(shè)定的壓力范圍，這種情況下直接更換與 DCS 系統(tǒng)量程不一致的壓力變送器，所傳送的 4 mA～20 mA 標(biāo)準(zhǔn)信號與系統(tǒng)壓力量程不一致，必將導(dǎo)致所測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。此類情況必須通過 DCS 系統(tǒng)的工程師站，更改所選壓力點(diǎn)的被測范圍，與壓力變送器的量程一致后，方可準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)。

在鍋爐燃燒室密相區(qū)所采用的測溫原件選用鎧裝耐磨溫度傳感器，在所測電機(jī)軸承測溫處和管網(wǎng)水溫多采用裝配式溫度傳感器。由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒具有流動性，對套管及保護(hù)鎧的摩擦很大，一旦出現(xiàn)磨穿的現(xiàn)象便會很快燒毀傳感器。在電機(jī)上和管道上的溫度測點(diǎn)易受到震動的影響，導(dǎo)致傳感器導(dǎo)線震斷，所以在安裝時(shí)要加裝防震墊保護(hù)，防止出現(xiàn)松動，并定期檢查。

我廠給煤系統(tǒng)裝有速度傳感器和稱重傳感器，用來測量輸煤皮帶運(yùn)行速度和給煤量的大小。就地給煤壓力變送器收集傳感器數(shù)據(jù)后，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)變?yōu)?4 mA～20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號傳送到控制柜中。在實(shí)際運(yùn)行中，出現(xiàn)過就地壓力變送器柜顯示煤量正常但 DCS 操作員站顯示數(shù)據(jù)偏低的情況。經(jīng)測量，在就地給煤壓力變送器端輸出的電流信號與壓力變送器顯示數(shù)據(jù)相對應(yīng)，但在近控制柜端再次測量電流信號衰減，控制柜對應(yīng) I/O 模塊電壓正常，懷疑傳送線路受到干擾。在近控制柜端加裝信號隔離器后再次測量，兩端的電流信號一致，操作員站顯示數(shù)據(jù)正常。

5 結(jié)語

DCS 作為成熟的自動化控制系統(tǒng)，為我廠安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗起到了至關(guān)重要的作用，隨著科技的發(fā)展，DCS 系統(tǒng)將得到廣泛應(yīng)用，這將為保護(hù)環(huán)境，減少污染，創(chuàng)建碧水藍(lán)天的環(huán)境做出巨大的貢獻(xiàn)。