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【摘要】锅炉的自动化控制的水平和可靠性直接关系到锅炉运行和产品质量，锅炉DCS自动控制系统不仅可以节能减排，还可以提高锅炉运行的安全性，改善工人工作环境以及提高劳动生产率。本文分析燃气锅炉系统控制任务的基础上，还探讨了工业自动控制系统的设计运行，具有显著的经济效益和社会效益。
【关键词】DCS；锅炉；电气自动化；控制系统
引言
随着现代化工业生产向高速化、自动化方向发展，锅炉控制系统普遍采用了DCS控制系统，其运行的可靠性和安全性直接关系着安全生产和经济效益。锅炉DCS控制系统是以微处理器为基础的由过程监控级和过程控制级组成的多级计算机系统，其运用通信网络将独立进行控制、采集、监视和操作的过程控制站、计算机站和数据采集站等对锅炉现场进行数据采集和及时处理，达到了锅炉燃烧工况良好、节能降耗的工艺要求。锅炉DCS控制系统具有控制功能齐全、开放性、可靠性、灵活性以及协调性，使其在工业过程控制方面得以广泛的应用。
1.DCS自动控制系统功能
锅炉系统的控制任务是调节锅炉出口的蒸汽流量、压力和温度，维持汽包水位在允许的范围内，保证燃烧的经济性和维持一定的炉膛负压，使设备安全、经济地运行。如图1所示为锅炉自动控制系统的结构图。
1.1 锅炉燃烧过程的控制
对燃烧过程的控制是为了使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出蒸汽负荷的要求，同时保证锅炉的安全经济运行。为了让燃烧进行得更加经济，在调节负荷或者燃料的同时，就需要及时地对送风和引风量进行調节改变。其控制过程主要有三个任务：一是维持出口蒸汽压力的稳定，当蒸汽压力偏离给定值时，应控制锅炉的燃烧率，使锅炉出口蒸汽压力恢复为给定值；二是保持炉膛过剩空气系数为最佳值，使燃料量和送风量保持适当地比例，以维持最佳地过剩空气系数，达到较完全燃烧和热损失最小；三是维持炉膛负压不变，当送风量变化时，引风量也要相应地变化，以维持炉膛负压不变，确保锅炉安全、经济运行。
1.2 锅炉汽包水位的控制
汽包水位是锅炉安全运行的重要参数之一，本文采用给水流量、汽包液位和蒸汽流量调节主给水阀，保证锅炉汽包水位的稳定。锅炉提供两个不同的给水调节阀，主调节阀为DN150，在正常负荷和高负荷运行时使用，发挥着主要作用；备用阀为DNl00，在低负荷时使用，同时也作为主调节阎的备用阀。锅炉汽包给水控制系统的任务就是保证汽包水位在容许的范围内，并兼顾锅炉的平稳运行。
将液位进行包液位调节后输出，和蒸汽流量进行加法运算，将运算结果设为给水量定值，并进行偏差调节，输出通过执行机构调节给水阀。当汽包液位上升时，包液位调节的输出减小，则加法器的输出也减小，给水阀火小，就减小了给水量。当蒸汽负荷突然增加，经过短暂过程后汽包内压力恢复平衡，此刻液位由于蒸发量的增加而开始下降，的输出就增加，则给水量增加，直至汽包液位恢复到给定位置。
1.3 炉膛负压调节
炉膛负压在锅炉燃烧自动控制系统中很重要的参量。特别是炉膛负压的测量结果直接影响燃烧控制过程。炉膛负压自动控制是通过调节引风机入口风门开度，让负压保持在-20至-10Pa之间的微负压稳定状态之中，这样锅炉系统就可以有效的并且安全的运行。
我们主要改变引风量的大小来控制炉膛负压，当鼓风量一定的状态，把鼓风量作为引风控制的前馈量，当鼓风OP值增加时立即增加引风OP值。但当鼓风OP减少时，需要要等待一段时间，然后再减少引风OP值的大小。
1.4 锅炉送风自动控制
锅炉送风自动控制的目的是为了使锅炉所添加的燃料在炉膛中燃烧时，自动送入合适的风量，来保证锅炉燃烧的经济性。送风自动控制的主要参数有送风以及煤气压力，通过不断的对送风机挡板开度的调整，来控制送风压力和煤气压力的自动调节，进而调整改变燃料的使用率。
1.5 锅炉过热蒸汽温度自动调节
锅炉过热蒸汽温度调节通过利用自制冷凝水喷水装置来自动的调节蒸汽的温度，其根据集器集箱和减温器出口蒸汽温度测量的结果，自动调节减温水调节阀开度，控制减温水量对温度进行调整，保证温度处于430～450℃的正常范围之内。如果集汽集箱出口蒸汽温度升高时，则减温水的水量就会被自动的增加，随着汽温降低，减温水量减少，反之则亦然，从而实现蒸汽温度稳定。
2.DCS自动控制系统设计
2.1 系统设计原则
（1）先进性
系统必须采用己获得普遍认可的开放式形式和系统性结构，全部采用已经成熟运用到生产实际的标准和通用产品，全面提高系统的兼容性和通用性。
（2）可靠性
系统直接控制着锅炉运行的生产过程，必须满足在恶劣工业环境连续稳定保持正常工作性能，采用冗余等先进技术及多种抗干扰措施。
（3）实时性
实时地采集和处理锅炉运行过程中的各种参数，并提供友好的人机界面，便于运行人员操作。
（4）开放性
设计备用厂级网络接口，保留可扩展余地，方便与其它控制系统连接和通讯以实现数据传递和资源共享，升级软硬件故障诊断功能，便于快速查找故障。
2.2 控制任务的运行
（1）自动的调节
对锅炉运行参数自动调整，保证锅炉内部运行参数与外界负荷保持一致，使得锅炉能够经济安全运行。
（2）自动的检测
采用检测仪表仪器对各类运行参数进行动态的、实时的监测并显示，为系统自动调节控制提供数据来源，并且保障运行安全。
（3）连锁保护
自动控制系统需具备报警功能，对运行过程中的水位不正常、压力不均衡等，系统的保护功能有压力和水位异常情况下的连锁保护。并且为了在启动关闭设备中防止错误操作出现事故需要建立电气联锁保护。 3.DCS自动控制系统系统组成
DCS自动控制系统主要构成包括了上下位系统。上位系统采用工业控制计算机用组态软件WinCe实时的对现场数据进行显示、处理，对各种参数进行设定，对所有数据进行存储。下位系统由PLC构成，与现场设备连接。上下位系统间借助于Ethernet进行通讯，满足数据的实时监控需求。自动控制系统采用S7-300系列PLC硬件组成基础自动化系统，采用WINCC V6.0监控软件，编程软件采用STEP7V5.3N，操作系统平台界面为Windows XP，组成计算机操作系统，实现人机通讯。
根据锅炉生产的工艺特点和现场的具体情况，整个系统共分为两层，分别是现场控制层、操作管理层。操作管理层由一个工程师站，一个操作员站组成，操作员通过操作员站能够监测过程参数状态、变化趋势和警报情况，实现对设备启停、过程回路操作和参数调整的集中管理。两个站点通过CPl613工业以太网卡、光纤切换模块接入光纤环网，从而实现操作员站、工程师站与现场控制站的通信，满足操作员站、工程師站对现场控制站的监视、控制和管理，实现数据共享。
现场控制层主要由控制站实现对锅炉房控制系统的安全联锁控制、顺序控制、综合报警、回路调节和逻辑控制。现场控制层的各个站点通过Porfibus-DP现场总线网络进行联系通信，收集控制系统的现场传感器、执行设备的实时运行参数和状态信号进行数据交换，实现两台锅炉系统所有现场设备、仪表的信号数据采集和控制等功能。，
4.总结
DCS锅炉自动控制系统具有诸多的优越性，不仅提高能源利用率，保证了系统能经济安全运行，而且锅炉出水温度稳定，升温速度响应快。从控制性能看，调节响应及时，波动幅度小，运行稳定。采用DCS锅炉自动控制系统提高了设备的可靠性，减小了设备维护工作量.减轻了工作人员的工作强度，提升了企业整体的经济效益。
参考文献
[1]张磊.浅析DGS锅炉自动控制系统的实现明[J].科技与企业，2012（1）.
[2]黄巧林.基于DCS的锅炉电气自动控制系统的应用[J].中国电子商务，2011（10）.
[3]秦国瑞.高温高压全燃高炉煤气锅炉DCS计算机控制[J].电站系统工程，2008，24（4）.
[4]王志明.基于DCS的燃气锅炉自动控制系统[J].微计算机信息，2008，24（19）.
【关键词】DCS；锅炉；电气自动化；控制系统
引言
随着现代化工业生产向高速化、自动化方向发展，锅炉控制系统普遍采用了DCS控制系统，其运行的可靠性和安全性直接关系着安全生产和经济效益。锅炉DCS控制系统是以微处理器为基础的由过程监控级和过程控制级组成的多级计算机系统，其运用通信网络将独立进行控制、采集、监视和操作的过程控制站、计算机站和数据采集站等对锅炉现场进行数据采集和及时处理，达到了锅炉燃烧工况良好、节能降耗的工艺要求。锅炉DCS控制系统具有控制功能齐全、开放性、可靠性、灵活性以及协调性，使其在工业过程控制方面得以广泛的应用。
1.DCS自动控制系统功能
锅炉系统的控制任务是调节锅炉出口的蒸汽流量、压力和温度，维持汽包水位在允许的范围内，保证燃烧的经济性和维持一定的炉膛负压，使设备安全、经济地运行。如图1所示为锅炉自动控制系统的结构图。
1.1 锅炉燃烧过程的控制
对燃烧过程的控制是为了使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出蒸汽负荷的要求，同时保证锅炉的安全经济运行。为了让燃烧进行得更加经济，在调节负荷或者燃料的同时，就需要及时地对送风和引风量进行調节改变。其控制过程主要有三个任务：一是维持出口蒸汽压力的稳定，当蒸汽压力偏离给定值时，应控制锅炉的燃烧率，使锅炉出口蒸汽压力恢复为给定值；二是保持炉膛过剩空气系数为最佳值，使燃料量和送风量保持适当地比例，以维持最佳地过剩空气系数，达到较完全燃烧和热损失最小；三是维持炉膛负压不变，当送风量变化时，引风量也要相应地变化，以维持炉膛负压不变，确保锅炉安全、经济运行。
1.2 锅炉汽包水位的控制
汽包水位是锅炉安全运行的重要参数之一，本文采用给水流量、汽包液位和蒸汽流量调节主给水阀，保证锅炉汽包水位的稳定。锅炉提供两个不同的给水调节阀，主调节阀为DN150，在正常负荷和高负荷运行时使用，发挥着主要作用；备用阀为DNl00，在低负荷时使用，同时也作为主调节阎的备用阀。锅炉汽包给水控制系统的任务就是保证汽包水位在容许的范围内，并兼顾锅炉的平稳运行。
将液位进行包液位调节后输出，和蒸汽流量进行加法运算，将运算结果设为给水量定值，并进行偏差调节，输出通过执行机构调节给水阀。当汽包液位上升时，包液位调节的输出减小，则加法器的输出也减小，给水阀火小，就减小了给水量。当蒸汽负荷突然增加，经过短暂过程后汽包内压力恢复平衡，此刻液位由于蒸发量的增加而开始下降，的输出就增加，则给水量增加，直至汽包液位恢复到给定位置。
1.3 炉膛负压调节
炉膛负压在锅炉燃烧自动控制系统中很重要的参量。特别是炉膛负压的测量结果直接影响燃烧控制过程。炉膛负压自动控制是通过调节引风机入口风门开度，让负压保持在-20至-10Pa之间的微负压稳定状态之中，这样锅炉系统就可以有效的并且安全的运行。
我们主要改变引风量的大小来控制炉膛负压，当鼓风量一定的状态，把鼓风量作为引风控制的前馈量，当鼓风OP值增加时立即增加引风OP值。但当鼓风OP减少时，需要要等待一段时间，然后再减少引风OP值的大小。
1.4 锅炉送风自动控制
锅炉送风自动控制的目的是为了使锅炉所添加的燃料在炉膛中燃烧时，自动送入合适的风量，来保证锅炉燃烧的经济性。送风自动控制的主要参数有送风以及煤气压力，通过不断的对送风机挡板开度的调整，来控制送风压力和煤气压力的自动调节，进而调整改变燃料的使用率。
1.5 锅炉过热蒸汽温度自动调节
锅炉过热蒸汽温度调节通过利用自制冷凝水喷水装置来自动的调节蒸汽的温度，其根据集器集箱和减温器出口蒸汽温度测量的结果，自动调节减温水调节阀开度，控制减温水量对温度进行调整，保证温度处于430～450℃的正常范围之内。如果集汽集箱出口蒸汽温度升高时，则减温水的水量就会被自动的增加，随着汽温降低，减温水量减少，反之则亦然，从而实现蒸汽温度稳定。
2.DCS自动控制系统设计
2.1 系统设计原则
（1）先进性
系统必须采用己获得普遍认可的开放式形式和系统性结构，全部采用已经成熟运用到生产实际的标准和通用产品，全面提高系统的兼容性和通用性。
（2）可靠性
系统直接控制着锅炉运行的生产过程，必须满足在恶劣工业环境连续稳定保持正常工作性能，采用冗余等先进技术及多种抗干扰措施。
（3）实时性
实时地采集和处理锅炉运行过程中的各种参数，并提供友好的人机界面，便于运行人员操作。
（4）开放性
设计备用厂级网络接口，保留可扩展余地，方便与其它控制系统连接和通讯以实现数据传递和资源共享，升级软硬件故障诊断功能，便于快速查找故障。
2.2 控制任务的运行
（1）自动的调节
对锅炉运行参数自动调整，保证锅炉内部运行参数与外界负荷保持一致，使得锅炉能够经济安全运行。
（2）自动的检测
采用检测仪表仪器对各类运行参数进行动态的、实时的监测并显示，为系统自动调节控制提供数据来源，并且保障运行安全。
（3）连锁保护
自动控制系统需具备报警功能，对运行过程中的水位不正常、压力不均衡等，系统的保护功能有压力和水位异常情况下的连锁保护。并且为了在启动关闭设备中防止错误操作出现事故需要建立电气联锁保护。 3.DCS自动控制系统系统组成
DCS自动控制系统主要构成包括了上下位系统。上位系统采用工业控制计算机用组态软件WinCe实时的对现场数据进行显示、处理，对各种参数进行设定，对所有数据进行存储。下位系统由PLC构成，与现场设备连接。上下位系统间借助于Ethernet进行通讯，满足数据的实时监控需求。自动控制系统采用S7-300系列PLC硬件组成基础自动化系统，采用WINCC V6.0监控软件，编程软件采用STEP7V5.3N，操作系统平台界面为Windows XP，组成计算机操作系统，实现人机通讯。
根据锅炉生产的工艺特点和现场的具体情况，整个系统共分为两层，分别是现场控制层、操作管理层。操作管理层由一个工程师站，一个操作员站组成，操作员通过操作员站能够监测过程参数状态、变化趋势和警报情况，实现对设备启停、过程回路操作和参数调整的集中管理。两个站点通过CPl613工业以太网卡、光纤切换模块接入光纤环网，从而实现操作员站、工程师站与现场控制站的通信，满足操作员站、工程師站对现场控制站的监视、控制和管理，实现数据共享。
现场控制层主要由控制站实现对锅炉房控制系统的安全联锁控制、顺序控制、综合报警、回路调节和逻辑控制。现场控制层的各个站点通过Porfibus-DP现场总线网络进行联系通信，收集控制系统的现场传感器、执行设备的实时运行参数和状态信号进行数据交换，实现两台锅炉系统所有现场设备、仪表的信号数据采集和控制等功能。，
4.总结
DCS锅炉自动控制系统具有诸多的优越性，不仅提高能源利用率，保证了系统能经济安全运行，而且锅炉出水温度稳定，升温速度响应快。从控制性能看，调节响应及时，波动幅度小，运行稳定。采用DCS锅炉自动控制系统提高了设备的可靠性，减小了设备维护工作量.减轻了工作人员的工作强度，提升了企业整体的经济效益。
参考文献
[1]张磊.浅析DGS锅炉自动控制系统的实现明[J].科技与企业，2012（1）.
[2]黄巧林.基于DCS的锅炉电气自动控制系统的应用[J].中国电子商务，2011（10）.
[3]秦国瑞.高温高压全燃高炉煤气锅炉DCS计算机控制[J].电站系统工程，2008，24（4）.
[4]王志明.基于DCS的燃气锅炉自动控制系统[J].微计算机信息，2008，24（19）.