垃圾焚烧发电厂DCS系统的设计与实现

王振宇

摘  要：我国垃圾焚烧发电厂的控制系统早期以引进为主，其控制采用PLC控制系统较多，且型号品牌各有不同，随着主要工艺设备国产化，控制系统也改为以一体化程度高，开放性强的分散型控制系统-DCS系统为主，垃圾焚烧发电厂的控制系统与传统火电行业的DCS系统差别不大，二者的差别主要在二次污染控制技术上，而在具体工程中，垃圾焚烧发电厂的二次污染控制系统如烟气处理系统、渗滤液处理系统以及飞灰固化系统等基本以厂家成套供应控制系统为主。故垃圾焚烧发电厂的控制系统采取DCS系统技术成熟，也能很好的满足工艺控制要求。

关键词：垃圾焚烧;发电厂;DCS系统;设计

1垃圾焚烧发电厂DCS控制的组成

分散控制系统（DCS）是一种控制功能分散、操作显示集中，采用分级结构的智能站网络。由过程控制级设备如操作站、通信网络、现场控制站和现场级设备如一次仪表、执行机构等组成，综合了计算机、通讯、显示和控制等技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理，具有系统配置灵活、组态方便、可扩展型强的优点。（1）现场控制站属于过程控制级设备，完成对主要单元设备，如余热锅炉、汽轮发电机组及其辅助设备等的热工控制，包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、开关量控制系统（SCS）及连锁保护、汽轮机紧急跳闸系统（ETS）等功能。（2）通信网络按DCS分层结构可分为过程控制级（CNET）和监控级（SNET）.过程控制级一般采用直接I/O模式以确保现场数据传输的实时性和可靠性，控制站内I/O模块到控制器通讯网络采用现场总线技术。监控级网络采用冗余工业以太网技术，其扩展性良好，可以同时实现与过程控制级和厂级管理网络（SIS和MIS系统）的通讯。（3）操作员站和大屏幕是运行人员与控制系统的主要人机（HMI）接口。每台操作员站都是冗余通讯总线上的一个站，带有独立的冗余通讯处理模件与冗余通讯总线连接，任何显示和控制功能均能在任一操作员站上完成，即任一操作员站的故障不会导致失去人-机接口功能。操作员站实施机组实时监控，通过键盘或鼠标发出操作指令，根据运行指导画面监视和处理各系统及设备异常工况与故障等突发事故。（4）工程师站主要用于控制策略的组态和修改及参数的重新整定（设定值的整定由操作员站完成），具有权限管理生成，系统组态，系统维护，用户程序开发、应用软件的调试、修改、图形显示的编辑，生成报表、备份及数据库维护等基本功能。

2垃圾焚烧发电厂DCS控制功能的设计

2.1数据采集系统（DAS）

DAS主要用于连续采集和处理所有与垃圾焚烧发电机组运行有关的现场测量参数及设备状态信号，并实时监控，保证机组安全可靠的运行。其主要功能包括：1）过程变量采集：采集工艺系统各种参数、设备状态等信号;输入信号的正确性判断、数字滤波、非线性校正;参数计算及性能计算等。2）信息显示：工艺流程模拟图、棒图、趋势曲线、成组参数、软手操画面等图形显示;操作指导画面及帮助显示;SCS步序及有关参数显示;历史趋势显示等。3）报警管理：故障及报警显示，可按报警时间，报警优先级、报警类型管理所有报警。4）事件记录：顺序事件（SOE）记录、工艺数据信息记录、设备运行记录、事故追忆记录、跳闸一览记录等。5）历史数据存储与检索6）性能计算等。

2.2模拟量控制系统（MCS）

MCS系統应满足垃圾焚烧发电机组运行的控制要求，并考虑在机组事故及异常工况下与相关的连锁保护协同控制的措施。其主要功能包括：1）炉排及燃烧器控制;2）蒸汽负荷-给料控制;3）焚烧炉炉内温度控制;4）燃烧风量控制;5）余热锅炉汽包水位三冲量调节系统;6）余热锅炉过热蒸汽温度调节系统;7）余热锅炉炉膛负压调节系统;8）汽机调速控制系统（DEH）;9）凝汽器热井水位控制;10）除氧器控制系统。

2.3顺序控制系统（SCS）

SCS系统的主要任务是按机组主要运行方式、以及有关热力系统的状态、参数，对机组的主要辅机以及相关的阀门进行程序启/停控制。SCS控制系统可分为三级：分别是机组级、功能组（子组）级、设备级。1）机组级控制。功能组控制为最高一级的控制。它在最少人工干预下完成整套机组的启动和停止。当SCS系统接到启动指令后，将机组从开始状态逐步启动到某一负荷。它只需设置少量断点，由运行人员确认并按下按钮后，程序就继续进行。当功能执行完毕后，发出“完成”信号反馈给主控系统，表示该控制功能已结束;功能组级控制并非机组启停全部自动控制，还应设置有必要的人工干预环节。2）功能组（子组）级控制。功能组（子组）级是根据工艺流程的要求，将局部工艺流程中关联密切的一些设备相对集中地进行启停控制，通常是以一个分系统或设备组为核心的设备组合。3）设备级控制。设备级控制对属于某个功能组（子组）的若干设备（如阀门、挡板、电动机等执行机构）分别进行的启停操作。SCS系统的重点是功能组（子组）级控制和设备级控制，一般不包括机组级。

2.4热工保护系统

热工保护系统的作用是当设备和系统的某一部分发生异常和事故时，根据故障的性质和严重程度，按照预先设定的保护要求，自动地对该部分设备乃至整个机组进行操作，以消除异常和防止事故扩大，保护工作人员和相关设备安全。按保护的作用程度，可分为停止机组的保护、辅助设备的保护或局部操作的保护。热工保护系统是垃圾焚烧发电厂DCS控制系统的重要组成部分，其系统的设计应有防止误动和拒动的措施，保护系统电源中断和恢复不会误发动作指令。具体功能如下：DCS系统与焚烧炉配套的燃烧器控制系统（ACC）等配合完成炉膛安全监控功能。1）主燃料跳闸（MFT）保护。当运行中锅炉发生以下情况时（汽包水位三取二过高/低，炉膛负压三取二过高/低、全部送风机跳闸、全部引风机跳闸等），保护系统能自动切断进入焚烧系统的所有垃圾和其它燃料，关闭所有一次、二次风机。2）汽机跳闸系统（ETS）。汽机跳闸系统（ETS）一般不集成在DCS系统中，而是由单独的控制系统完成，在危险工况下提供汽轮机跳闸保护。

参考文献

[1]曾卫东，田爽，袁亚辉，等.垃圾焚烧炉自动燃烧控制系统设计与实现[J].热力发电，2019，48（3）：109-113.F8016F3D-6810-4DD3-B089-F442405FF70C