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摘 要：本文主要介绍湘钢360平烧结余热发电和利时DCS控制系统进行混合建模的一般方式，并详细论述余热发电系统的混合建模及其系统架构，另外还对主要控制方案进行了阐述。这种建模和实现方式有效的配置了资源，并使系统更加可靠和灵活。
关键词：湘钢；余热发电；DCS控制系统；混合建模
1 DCS概述
DCS系统（Distributed Control System），采用“管理集中、控制分散”的设计方法，也称为集散控制系统，它避免了集中控制系统中因中心计算机故障而导致整个过程控制系统瘫痪的现象，具有更高的安全可靠性，而且还可以实现监视报警、日志管理、事故追忆等功能，已广泛应用于冶金大型工业领域。
在运用DCS的时候，首先需要对整个项目过程进行层次划分与逻辑建模，常用的建模方式有面向算法（即功能）的建模、面向对象的建模。
传统的发电机组的DCS系统设计是按照功能分的，即面向算法建模，一般分为数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、燃烧管理系统（FSSS）、汽轮机电液控制系统（DEH）、旁路控制系统（BPS）。目前，该方式正面临着很大的挑战，主要是安全方面以及网络数据交换量巨大的问题。
面向对象的建模方式指在划分DCS的子系统时，将算法相似的控制对象划分到一起，这大大减少了系统的复杂程度。
2湘钢余热发电系统概述
湘钢公司360平烧结余热发电，配置2台余热锅炉40t和1台20兆瓦汽轮发电机组，利用环冷机废气余热回收发电。生产过程中，采用了“废气叠加”、“环冷机密封”等一系列专利技术，使用了余热分段回收梯级利用、余热废气再循环等余热综合利用先进技术。并网发电以来，余热发电系统运行稳定，余热锅炉还提供10吨∕时低压外供蒸汽供烧结生产使用，各项性能指标均超过考核值，达产达效速度及烧结余热综合利用水平创造了国内同类项目的最好纪录。
3混合建模的DCS设计
为了综合面向对象的建模和面向算法的建模两种方式的优点，我们在该项目中采用了混合建模的方式。
3.1上层的面向对象建模
根据系统的特点，将受控系统划分为以下3个对象：锅炉系统、除氧给水系统、汽轮机系统。
3.2细分的面向算法建模
对每个独立对象，依次按功能对其细分：
锅炉系统：包括燃烧系统、风烟系统、汽水系统、MFT保护系统、自动吹扫系统；
给水系统：给水系统、疏水系统、工业水系统；
汽轮机系统：汽机TSI监测系统、润滑油系统、水系统、ETS紧急跳闸保护系统。
4控制系统实现
4.1系统架构
工程采用了HOLLiAS-MACS V系统，由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通讯控制站、数据服务器组成。
监控网络MNET、系统网络SNET均采用了冗余高速工业以太网，将各个通讯节点连接到中心交换机上，完成上位机、服务器及下位机之间的通讯。
控制网络CNET采用了先进的现场总线技术Profibus-DP总线，主控单元为DP主站，输入/输出模块为DP从站。主队站及它们之间的连接件构成了完整的Profibus-DP总线网络。网络配置（包括主/从站数量传输速率、传输距离等）的优化，在保证系统的正确、快速工作的前提下，可大大提高系统稳定性并具有很好的兼容性和扩展性。锅炉系统的鼓引风机采用了株洲南车生产的变频控制，通过DCS系统进行通讯，实现了对风机变频调节，达到节能降耗的目的。
4.2主要控制方案
4.2.1锅炉给水自动控制
锅炉给水为复杂控制，采用三冲量调节方式，给水调节阀根据锅炉汽包水位，给水流量和蒸汽流量的反馈信息自动调节给水量，保证锅炉汽包水位的稳定。现场一般采用两种方式做前馈补正，较常用的是直接将过热蒸汽流量的变化按一定比例做前馈补正；另一种是将给水流量和过热蒸汽流量的差值的变化量按一定比例做前馈补正。
现场的情况比较复杂，多种原因会引起给水流量或过热蒸汽流量介质波动（非信号干扰），可以取流量前几个周期的平均值做被控量，自动控制效果会好一些。
4.2.2过热蒸汽温度自动控制
锅炉过热蒸汽温度调节采用喷水减温装置，根据集汽集箱和减温器出口蒸汽温度自动调节减温水调节阀开度，控制减温水量，以保证集汽集箱的蒸汽温度在340士10℃范围内。
4.2.3锅炉安全连锁MFT
MFT连锁保护系统：主要包括手动停炉、汽包液位高高及低低停炉、送引风机全停停炉、炉等。各项保护连锁设置了投切按钮，并对最先引起停炉的原因做了首要判断。
4.2.4自控吹扫方案
一般设置手动和自动吹扫两种方式：手动吹扫即操作工根据自己的经验手动打开风门完成炉膛的吹扫工作；自动吹扫则由系统判断是否满足吹扫条件，后计时（可由操作人员在画面设定）自动完成吹扫。
4.2.5汽轮发电保护系统ETS
汽机ETS紧急跳闸保护系统：主要包括手动停机、505紧急停机、汽机转速高停机、冷凝器真空低停机、润滑油压低停机、轴向位移大、轴震动大、胀差超限停机、保安油压低停机等。
5结论
湘钢余热发电DCS系统的混合建模方式层次清晰，复杂度低，易于实现。稳定的DCS系统也为机组的可靠运行提供了保证。
参考文献：
[1]贾胜海等.DCS在锅炉控制系统中的应用.应用能源技术，2003，（2）.
[2]赵玮.A-B现场总线在余热锅炉控制系统的应用.余热锅炉，2007，（1）.
[3]高山等.基于HOLLiAS-LEC G3的白储能电锅炉控制系统.PLS、工控机与集散控制系统，2005，（12）.
关键词：湘钢；余热发电；DCS控制系统；混合建模
1 DCS概述
DCS系统（Distributed Control System），采用“管理集中、控制分散”的设计方法，也称为集散控制系统，它避免了集中控制系统中因中心计算机故障而导致整个过程控制系统瘫痪的现象，具有更高的安全可靠性，而且还可以实现监视报警、日志管理、事故追忆等功能，已广泛应用于冶金大型工业领域。
在运用DCS的时候，首先需要对整个项目过程进行层次划分与逻辑建模，常用的建模方式有面向算法（即功能）的建模、面向对象的建模。
传统的发电机组的DCS系统设计是按照功能分的，即面向算法建模，一般分为数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、燃烧管理系统（FSSS）、汽轮机电液控制系统（DEH）、旁路控制系统（BPS）。目前，该方式正面临着很大的挑战，主要是安全方面以及网络数据交换量巨大的问题。
面向对象的建模方式指在划分DCS的子系统时，将算法相似的控制对象划分到一起，这大大减少了系统的复杂程度。
2湘钢余热发电系统概述
湘钢公司360平烧结余热发电，配置2台余热锅炉40t和1台20兆瓦汽轮发电机组，利用环冷机废气余热回收发电。生产过程中，采用了“废气叠加”、“环冷机密封”等一系列专利技术，使用了余热分段回收梯级利用、余热废气再循环等余热综合利用先进技术。并网发电以来，余热发电系统运行稳定，余热锅炉还提供10吨∕时低压外供蒸汽供烧结生产使用，各项性能指标均超过考核值，达产达效速度及烧结余热综合利用水平创造了国内同类项目的最好纪录。
3混合建模的DCS设计
为了综合面向对象的建模和面向算法的建模两种方式的优点，我们在该项目中采用了混合建模的方式。
3.1上层的面向对象建模
根据系统的特点，将受控系统划分为以下3个对象：锅炉系统、除氧给水系统、汽轮机系统。
3.2细分的面向算法建模
对每个独立对象，依次按功能对其细分：
锅炉系统：包括燃烧系统、风烟系统、汽水系统、MFT保护系统、自动吹扫系统；
给水系统：给水系统、疏水系统、工业水系统；
汽轮机系统：汽机TSI监测系统、润滑油系统、水系统、ETS紧急跳闸保护系统。
4控制系统实现
4.1系统架构
工程采用了HOLLiAS-MACS V系统，由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通讯控制站、数据服务器组成。
监控网络MNET、系统网络SNET均采用了冗余高速工业以太网，将各个通讯节点连接到中心交换机上，完成上位机、服务器及下位机之间的通讯。
控制网络CNET采用了先进的现场总线技术Profibus-DP总线，主控单元为DP主站，输入/输出模块为DP从站。主队站及它们之间的连接件构成了完整的Profibus-DP总线网络。网络配置（包括主/从站数量传输速率、传输距离等）的优化，在保证系统的正确、快速工作的前提下，可大大提高系统稳定性并具有很好的兼容性和扩展性。锅炉系统的鼓引风机采用了株洲南车生产的变频控制，通过DCS系统进行通讯，实现了对风机变频调节，达到节能降耗的目的。
4.2主要控制方案
4.2.1锅炉给水自动控制
锅炉给水为复杂控制，采用三冲量调节方式，给水调节阀根据锅炉汽包水位，给水流量和蒸汽流量的反馈信息自动调节给水量，保证锅炉汽包水位的稳定。现场一般采用两种方式做前馈补正，较常用的是直接将过热蒸汽流量的变化按一定比例做前馈补正；另一种是将给水流量和过热蒸汽流量的差值的变化量按一定比例做前馈补正。
现场的情况比较复杂，多种原因会引起给水流量或过热蒸汽流量介质波动（非信号干扰），可以取流量前几个周期的平均值做被控量，自动控制效果会好一些。
4.2.2过热蒸汽温度自动控制
锅炉过热蒸汽温度调节采用喷水减温装置，根据集汽集箱和减温器出口蒸汽温度自动调节减温水调节阀开度，控制减温水量，以保证集汽集箱的蒸汽温度在340士10℃范围内。
4.2.3锅炉安全连锁MFT
MFT连锁保护系统：主要包括手动停炉、汽包液位高高及低低停炉、送引风机全停停炉、炉等。各项保护连锁设置了投切按钮，并对最先引起停炉的原因做了首要判断。
4.2.4自控吹扫方案
一般设置手动和自动吹扫两种方式：手动吹扫即操作工根据自己的经验手动打开风门完成炉膛的吹扫工作；自动吹扫则由系统判断是否满足吹扫条件，后计时（可由操作人员在画面设定）自动完成吹扫。
4.2.5汽轮发电保护系统ETS
汽机ETS紧急跳闸保护系统：主要包括手动停机、505紧急停机、汽机转速高停机、冷凝器真空低停机、润滑油压低停机、轴向位移大、轴震动大、胀差超限停机、保安油压低停机等。
5结论
湘钢余热发电DCS系统的混合建模方式层次清晰，复杂度低，易于实现。稳定的DCS系统也为机组的可靠运行提供了保证。
参考文献：
[1]贾胜海等.DCS在锅炉控制系统中的应用.应用能源技术，2003，（2）.
[2]赵玮.A-B现场总线在余热锅炉控制系统的应用.余热锅炉，2007，（1）.
[3]高山等.基于HOLLiAS-LEC G3的白储能电锅炉控制系统.PLS、工控机与集散控制系统，2005，（12）.