1、前  言
    隨著計算機技術和現代網絡技術及數字測量技術和數字控制技術在電站鍋爐控制中的應用，DCS（集散控制系統）在現代電力生產中所起到的作用也越來越大。DCS設計主要包括硬件系統設計和軟件系統設計2個部分。硬件系統設計主要包括I/O點的確定，以及DCS硬件系統配置方案。軟件系統設計主要包括各個系統的控制邏輯，主要包括：鍋爐調節控制系統(簡稱MCS)，鍋爐爐膛安全監控系統（簡稱FSSS），順序控制系統（簡稱SCS），以及數據采集系統(簡稱DAS)。
2、鍋爐概況
    600 MW超臨界鍋爐采用定  滑  定運行方式，單爐膛、四角切向燃燒、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Ⅱ型鍋爐。制粉系統：采用中速磨煤機直吹式制粉系統，每爐配6臺磨煤機（5臺運行，1臺備用），給水調節：機組配置2×50%BMCR調速汽動給水泵和1臺30%BMCR容量的電動調速給水泵。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
3、600 MW超臨界鍋爐控制系統方案設計
3.1硬件部分
3.1.1系統I/O點的統計
    技術人員通過鍋爐系統P＆ID圖對系統I/O點進行統計列表，I/O清單應包括位置說明、信號類型、歸屬系統、用途、工作范圍，為軟件組態的實現提供條件。表1為600 MW超臨界鍋爐本體范圍內的I/O點總數。
    DCS系統I/O站采用按照工藝流程劃分的原則：主要考慮控制和物理分散、子回路相對對立、減少站間控制信息的引用，對于需要多點測量的重要信號要盡量分配在不同的模塊上，以保證高可靠性、及時性和安全性。系統主控單元、系統電源、通訊網絡及主要模塊均采用冗余配置。
3.1.2硬件配置
    在本系統的網絡設計方案中，網絡系統共分為2層，上層為管理網絡，主要負責具體的鍋爐控制指令的設置和執行，在本設計方案中主要是指鍋爐控制指令的組態及具體生產指令的設置；下層為系統網絡，主要負責數據的采集和執行上層網絡（管理網絡）發出的指令，2層之間通過網橋實現連接，具體見圖1：600  MW超臨界鍋爐DCS控制系統硬件配置圖。該系統的DCS包括了四大組成部分：控制器、操作員站、工程師站、系統網絡。
3.2軟件部分
3.2.1 600 MW超臨界鍋爐控制主要特點
    600 MW超臨界鍋爐采用內置擴容疏水式啟動系統，鍋爐啟動初期通過電動給水泵保持省煤器進口給水流量為30 %BMCR，給水通過螺旋水冷壁以及垂直水冷壁加熱蒸發，由于蒸汽干度<1，在啟動分離器中汽水分離，蒸汽去爐頂集箱，分離出的水通過分離器連接貯水箱分為3路，1路去除氧器，另外2路去大氣擴容器，每1路通過1只液動調節閥來控制分離器水位，3只液動閥控制采用開環控制，通過有先后次序的打開和關閉，保證分離器水位保持在設定的范圍內。隨著燃料量的增加，分離器分離出的蒸汽量逐步增加，水量逐步減少，分離器入口濕蒸汽的焓值增加。當鍋爐負荷達到30%BMCR時，分離器入口蒸汽干度為1，分離器無水分離。保持給水不變，繼續增加燃燒率，分離器出口蒸汽達到一定的過熱度，鍋爐正式轉入干態運行，此時通過煤水比控制分離器出口蒸汽溫度和過熱蒸汽溫度。
    過熱蒸汽溫度通過煤水比控制為主，噴水減溫為輔，一級噴水減溫控制二級減溫器進出口溫差，并且采用分離器出口蒸汽壓力作為蒸汽過熱度保護。再熱蒸汽溫度控制采用燃燒器擺動，噴水減溫為輔。
    燃燒系統采用低NO，同軸燃燒系統(LNCFS)，引入緊湊燃盡風(CCOFA)、分離燃盡風(SOFA)、預置水平偏角的輔助風(CFS)。通過給煤機轉速函數控制燃料風擋板開度；通過總測量風量函數控制燃盡風擋板開度；通過爐膛大風箱于爐膛出口壓差函數控制輔助風擋板；通過分級配風有效減少NO，生成。
3.2.2數據采集、處理和顯示系統DAS( DataAcquisition System)
    數據采集及處理，是對機組的現場生產過程中實時數據（各種過程參數、設備狀態）進行檢測采集，經后續處理再經人機接口進行顯示、打印、報警及存儲。數據采集是由DCS系統的I/O模塊通過現場的一次儀表、信號裝置采集工藝過程的參數和設備狀態，如溫度、壓力、流量、位移等模擬量和設備狀態開關量信號，使現場信息匯集到DCS內部變為數字信息進行預處理。
    數據計算處理是對經過預處理的信息進行再加工處理，得到DCS的二次參數，主要的處理方法如下所述：
    (1) -次計算，這類數據處理主要是對現場信息的補償和修正，一般現場需要補償的信息有：流量補償，一般采用計算公式補償的方法；
    (2)二次計算，對測點求和、求差、信號選擇、累計及平均值、最大值等數據計算；
    (3)性能計算，鍋爐熱效率、汽機熱效率、電廠總效率及各個生產班組運行考核等計算指標；
    顯示部分包括分級報警顯示。報警系統就是將被檢測的對象及時準確地檢測出來，并提醒操作人員注意，以防止異常情況進一步惡化。
3.2.3模擬量調節系統MCS( Modulating  Con-trol System)
    在超臨界鍋爐中，由于蒸發與過熱受熱面之間沒有固定的分界線，當給水量或燃料量變化時都會引起蒸發量、汽溫和汽壓的同步變化，相互有牽制，關系密切，這樣給控制系統的設計和調整增加了靈活性，也增添了復雜性。隨著超臨界機組蒸汽壓力的升高，鍋爐中間點汽溫和過熱器出口汽溫控制點的溫度變動慣性增加（亦即比熱增加），時間常數和延遲時間相應增大，在燃料或給水量擾動時，超臨界鍋爐的蒸汽溫度變化具有更大慣性。
    在超臨界機組啟動和低負荷運行期間，必須投入啟動系統，因此也增加了鍋爐啟動系統對控制的要求。
    從以上幾點可知，超臨界鍋爐更難于控制，情況更復雜。在規定的運行工況下，必須維持某些比例常數，而在變工況下必須使這些比例按～定規律變化，在啟動和低負荷時，則要求更大幅度地改變這些比例，以得到寬范圍領域的自動控制。
    為此，必須設計更完善的閉環控制系統，在啟動工況下更多地采用變參數、變定值技術，所有控制功能應在前饋技術的基礎上完成，并連續地校正控制系統的增益。
    MCS主要包括如下控制回路：
    (1)啟動方式選擇（冷態、溫態、熱態）；
    (2)機組主控；
    (3)磨煤機一次風機流量和溫度控制；
    (4)煤量控制；
    (5)給水泵控制；
    (6)熱一次風壓差（△p）控制；
    (7)暖爐油量和霧化介質壓力控制；
    (8)鍋爐風量控制；
    (9) SOFA擋板控制；
    (10 )燃料／輔助風擋板控制；
    (11)二次風量控制；
    (12)爐膛壓力控制；
    (13)給水指令；
    (14)燃料／空氣量指令；
    (15)分離器水位控制；
    (16) -級噴水減溫控制；
    (17)二級噴水減溫控制；
    (18)再熱汽溫控制（噴水）；
    (19)再熱汽溫控制（噴嘴擺動）。
3.2.4順序控制系統SCS( Sequence ControlSystem)
    由于機組的控制對象多，控制過程復雜，運行方式多，所以，采用程序控制，不僅可以減少值班員的操作次數，減少控制盤臺操作尺寸、縮小監視面。更重要的是還可以防止對象多及運行方式多而引起的操作事故，有利于機組的安全運行、防止設備損壞或是減少操作人員的勞動強度等。
    順序控制設計要滿足以下原則：
    (1)1個功能組為某一工藝系統內所有輔機及其所有的相關設備，如鍋爐煙風系統內的送風機、引風機、空氣預熱器及相關輔助設備和風門擋板等。1個子項組為某個設備組，如1臺風機及其所有的相關設備。
    (2)所設計的功能組和子項組順序控制自動順序操作，并可接受機組級順控指令，目的是為了在機組啟、停時減少操作人員的常規操作。且各子項組的啟、停能夠獨立進行。
    (3)對于每一個子項組及其相關設備，他們的狀態、啟動許可條件、操作順序和運行方式，均可在CRT上顯示出來。
    (4)在手動順序控制下，可為操作員提供操作指導，這些操作指導以圖形方式顯示在CRT上，按照順序進行，可顯示下一步被執行的程序步驟，并根據設備狀態變化的反饋信號，在CRT上改變相應的設備顏色。
    (5)運行人員通過手動指令，可修改順序或者對執行的順序跳步，但這種運行方式必須滿足安全要求。
    (6)順序控制中的每1步均應通過手動指令從設備的反饋信號得以確認，每1步都應監視預定的時間。如順序未能在約定的時間完成，則應發出警報，并禁止程序執行下去。如果故障消除，在運行人員再啟動后，可使程序繼續進行下去。
    (7)在自動順序執行期間，出現任何故障或運行人員發出中斷信號，可以使正在運行的程序中斷并回到安全狀態，使程序中斷的故障或運行人員的指令在CRT上顯示出來。當故障排除后，順序控制在確認無誤后再進行啟動。
    (8)順序控制是按命令邏輯順序進行的，每步都有檢查，在正常工作運行時，程序一旦啟動應至結束。在順序過程中每1步都有指令，在此完成后自行熄滅，不同的程序應有不同的終止指令以示區別。
    (9)運行人員可以在CRT上顯示每1個被控對象。一些重要的手動設備操作應有許可條件，以防止運行人員誤操作。
   (10)設備的聯鎖、保護指令具有最高優先級；手動指令則比此自動指令優先。被控設備的“啟動”、“停止”或“開”、“關”指令相互閉鎖，且使被控設備向安全方向動作。
   (11)保護和閉鎖功能是經常有效的，設計成無法由控制室人工切除。
   (12) SCS應通過聯鎖，聯跳和保護跳閘功能來保護被控對象的安全。機組聯鎖及保護跳閘功能均采用硬接線連接。
    (13)對于成對的控制設備，控制系統的組態應該考慮采用不同的分散處理單元，防止系統故障時2個被控設備同時失去控制。
    按照以上規則，本設計完成的主要功能組及子組級功能如下：
    (1)空氣預熱器馬達（主馬達、輔助馬達、氣動馬達）；
    (2)空氣預熱器支撐軸承、導向軸承潤滑油泵；
    (3)引風機系統（引風機、引風機進出口風門擋板等）；
    (4)一次風系統（一次風機、一次風機進出口擋板）；
    (5)二次風系統（二次風機、二次風機進出口擋板）；
    (6)給煤機系統（給煤機、煤閘門擋板等）；
    (7)給水系統；
    (8)吹灰程控功能；
    (9)啟動系統（啟動系統液動調節閥前的電動隔離閥）；
    (10)暖管系統（暖管管路進口、出口電動截止閥）；
    (11)汽溫控制系統（調節閥前的電動截止閥）；
    (12)省煤器出口放氣閥；
    (13)后煙井下集箱疏水閥。
3.2.5鍋爐爐膛安全監控系統(FSSS，FurnaceSafeguard Supervisory System)
    隨著電站單元機組容量變得越來越大，鍋爐的安全和正常運行所必須的監控也變得越來越復雜。這就使得普通的操作人員很難準確而迅速地處理許多危及鍋爐安全的異�，F象，因為操作人員處理突發事故的能力是受其精神狀態、運行經驗和體能等許多因素的限制。要是操作人員能借助控制裝置對給定的輸入用預先編制的程序給予快速反應使得復雜的安全聯鎖程序自動進行，就可更有效地提高鍋爐運行的安全性，富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
    鍋爐爐膛安全監控系統，其英文名稱為Fur-nace Safeguard Supervisory Systemo FSSS是由燃料安全聯鎖系統( FSS)和燃燒器控制系統(BCS)二部分組成，它在防止運行人員操作事故及設備故障引起鍋爐爐膛爆炸方面起著重要作用。
    本FSSS系統的主要功能包括：
    (1)爐膛吹掃；
    (2)主燃料跳閘MFT (Main Fuel Trip)；
    (3)發出跳閘原因顯示和記憶；
    (4)爐膛正、負壓保護；
    (5)燃油泄漏試驗；
    (6)燃油母管跳閘閥和循環閥的聯鎖控制；
    (7)油燃燒器點火和熄火控制（中央順序點火和就地點火）；
    (8)自動順序啟、停油燃燒器；
    (9)煤粉燃燒器的層投切控制自動順序啟、停煤粉燃燒器；
    (10)負荷的快速返回(RUN BACK)；
    )爐膛滅火保護；
    (12)火焰檢測；
    (13)火檢探頭冷卻風系統的管理；
    (14)二次風門檔板的開關控制；
    (15)聯鎖和報警。
4、結束語
    隨著電站鍋爐大型化，鍋爐控制系統的重要性也日益顯現出來，完善合理的硬件和控制策略對鍋爐安全、穩定、高效運行提供了保障。目前，鍋爐自動化水平己趨成熟，擺在我們面前的問題是如何對系統進行控制優化，這不僅需要先進的控制策略，還需要對鍋爐系統進行進一步解析。