論文關鍵詞：自備電站；機爐控制系統；現狀；改進意見

論文摘要：本文概述了火電廠熱工自動化技術的新發展，分析了首鋼自備電站機爐控制系統現狀，其中包括：主要的工藝設備；機爐控制系統規模及投產時間；系統構成及主要特點。并提出對首鋼自備電站機爐控制系統的改進完善意見。

1前言

首鋼從1986年開始在自備電站大規模應用以N-90為代表的IX萬集散型過程控制裝置，對機爐生產操作實行全面控制管理，在國產5萬kW火電機組的自動控制上取得重要突破，是國內中小機組中全面應用微機控制取得成功的第一家。從第一臺機組投產至今，3臺機組陸續發電104億度，不僅早就收回投資，而且創造利潤20多億元，為首鋼的改革發展創造了巨大效益。借鑒國內外先進技術，認真總結分析首鋼在5萬kW火電機組應用微機網絡控制裝置方面的經驗教訓，探討在國產中小機組的控制中如何深人開發利用新一代DCS的高級功能，對于進一步完善改進首鋼自備電站的自控系統，獲取更大的經濟效益，有十分重要的現實意義。

2火電廠熱工自動化技術的新發展

近年來，發展高參數、大容量單元機組以加快電力建設速度，降低煤耗是國內外一種趨勢。而80年代以來，由于能源供應緊張，使國內許多冶金、輕紡、化工企業包括首鋼在內紛紛建立廠內單機容量為5-10萬kW的自備電站，成為電力建設的一股新潮流。首鋼過去只有幾臺工業供熱鍋爐，但在19$6年也建成自己的兩臺220t鍋爐、5萬kW機組。而近十幾年來，新建機組在20萬kW以上的只占35.796， 10萬kW以下以及5萬kW左右的機組占39.596，使煤耗居高不下。因此，在今后新增機組中，進一步完善自動化控制系統，在舊機組特別是大量中小機組改造中，借鑒國內外經驗，因地制宜地增加一些關鍵性監控項目，以提高其經濟性和可靠性是十分必要的。

火電廠是較之其他工業過程更為復雜的控制對象。其特點是連續生產，強調安全經濟運行。發電廠機、爐、電三大主機加上無數輔機，運行中相互關聯、相互制約，任何一臺設備的故瘴或停用都會引起平衡的破壞而導致工況的重新調整。例如，鍋爐氣包虧水8s就會引起爆炸。火電機組設備的整體性和生產的連續性決定了它的運行監視和操作只能由少數1-- 2人集中負責。但是運行的復雜，系統的龐大又遠遠超出人們體力、腦力允許范圍。因此，一座現代化電廠不得不借助于高度發展的自動化設備來保持運行的安全性和經濟性。這就導致了對熱工自動化系統的可靠性的嚴格要求。

DCS(集散控制系統)的出現是工業控制的一個里程碑。自本世紀70年代以來，微電子技術的飛速發展，使過程控制領域發生重大突破。DCS(集散型或分布式控制系統)自20年前在美國Honeywell公司問世以來，其技術發展、應用推廣、推陳出新的速度驚人，已走向成熟的第三代產品。DCS分散控制、集中操作管理的高度可靠、高性能，替代傳統的控制結構和方法，為實現先進的控制功能和高級的自動化系統提供了可靠的保證。目前，世界已推出上百種型號的DCS。從發達國家的電力工業看，美國、西歐、日本新建的火電廠已全部采用12。而且在老設備的改造中，也大量考慮采用〔〔S。原來生產常規儀表的廠商也轉向生產DC`S，常規儀表生產也越來越小。計算機的功能也不再局限于開環監視，而具備了包括各種控制功能在內的可能性。功能范圍正在擴大。已逐漸取代常規設備。DCS的功能除DAS(數據采集、處理)，CCS(大型單元機組的協調控制系統)、SCS(順控系統)和BMS(燃燒器管理系統)以外，有時還把DEH(汽輪機數字電液控制系統)，BPC(汽輪機旁路控制系統)MEH(給水泵汽輪機控制系統)等包括在內組成一體化控制系統。火電機組自動化監控系統的發展已成為機組運行經濟性和可靠性的必要條件。目前，國外火電機組除廣泛應用〔X_’.S微機集散型控制系統外正在應用人工智能技術大力開發多種專家系統.如運行支援、故障診斷、事故分析處理等。我國火電機組的自動化程度，除近幾年引進和國產的30 --- 60萬kW機組外。其余都處于相當低的水平。

我國電力系統自70年代后期，在寶鋼電廠成套引進的日本3 x35萬kW機組上首先使用DCS獲得成功.到1993年12月投人運行和新建的大型火電機組已有上百套，都采用DCS集散型控制系統。到1995年初，僅美國Bailey公司就在中國36家電廠設計投運212套N-90和[nfi-9C1系統。其中，除首鋼是3臺5萬kW小型機組，遼寧是兩臺10萬kW機組外，其余全是20萬kW以上且大多是30 —60萬kW大型機組。這些數字說明，DCS在我國熱控中的應用已日益普遍。在過程控制中，為滿足生產工藝的需要。火電廠自動化發展趨勢是，廣泛采用微機處理器為基礎的DCS集散控制系統，以功能復雜程度不同組合一定量的微機群去解決各自的控制要求，經通訊網絡和其他微機進行信息交換。實現機、電、爐的分散控制。集中監視操作管理。

縱觀已投運的DCS，絕大多數都取得了較好的經濟效益，為單元機組的安全、經濟運行，減少事故，提高設備效率，降低煤耗和廠用電起到促進作用，且顯著減輕了運行人員的勞動強度。有的電廠還充分發揮DCS信息采集功能、通信功能和運算功能的強大優勢，開發了許多高質量的數學模型和優化控制軟件，對系統精度和水平的提高作出了貢獻。

3首鋼自備電站機爐控制系統現狀

3.1主要工藝設備

主要工藝設備:}1)煤粉鍋爐3臺，燃氣鍋爐1臺(燒高爐煤氣)，每臺鍋爐產汽2.20t/h蒸氣壓力9. $1MPa，溫度24202。附帶磨煤制粉系統3套、高壓除氧器3臺、電動給水泵2臺及公用汽水管網;(2)單抽凝汽式雙水內冷汽輪發電機組3臺，額定功率5萬kW，額定轉速3OOD轉lmin，總裝機容量15萬kW。每臺機組含3臺低壓加熱器、2臺高壓加熱器外圍系統包括水處理系統、輸煤系統、除塵系統。

3.2機爐控制系統規模及投產時間

機爐控制系統規模及投產時間見表l。

3 .3系統構成及主要特點

按原設計和投產后不久的布局，主廠房內主體工藝設備的控制主要分為兩種模式:

第一種模式是以1號、2號、3號爐和1號、2號機為對象的N-90自控系統，代表了電站機爐控制系統的主體、主流和主要水平。整個系統I!O檢測控制點3 927點，分三級對熱電生產過程進行管理控制:}1)上面一級是以一臺小型機和多臺終端組成的廠級上位管理機系統，負責對各類生產工藝數據報警、趨勢進行記錄、分析、處理和報表打印.對全廠生產集中監督管理;(2}中間一級是以主控室6臺帶有彩色動態流程圖顯示的人機操作接口單元組成，可以對熱電生產的主要過程進行集中實時操作監視和手、自動控制，并設有聲光報警和趨勢顯示打印及緊急啟停手段.(3}下面一級是現場過程級，在主廠房內三個過程站里設有15個過程控制單元(PCU}，每個單元內按需要設有兒十個微處理器.直接與現場工藝設備和一次檢測、執行部件分別對應連接，按預先組態的控制編程和設定、指令，各自獨立完成熱電生產過程的調節、控制和數據采集、處理。對于重要的調節回路和工藝參數、邏輯控制，還設有相當一批數量的N-90數字操作站，可甩掉上面兩級就地操作控制。對于特別重要的設備，還增設了少量常規電氣按鈕和儀表，作為緊急事故處理手段。

第二種模式是以3號機、4號爐為對象的DGS或PLC加數采的混合控制系統。如3號機是以較早占領中國市場的 PLC產品MODIGON-984用于低壓電氣設備(水泵、油泵電機及電動閥等)的控制連鎖，而以MIGQN的X32雙回路調節器和IAA數采系統組成小型的DGS簡易混合系統。4號爐則是MIG}N X32雙回路調節器加上OPTQ-22數采組成另一類小型DGS簡易混合系統。且3號機、4號爐也都有一臺工業微機用做上位管理機。這種模式一方面反映了人們對機爐龐大的N-90系統某些局部問題的擔心，另一方面也不乏有關部門專業技術人員及領導層對多元化、小型化及經濟型控制模式的探索和嘗試。 上述兩種模式其實沒有本質的區別，只是具體控制策略不同。整個電站機爐控制系統的共同特點仍同第一臺機組投產后人們所總結的那樣: {1)集中遙控操作顯示使人們嘗試到什么是生產過程的信息化監督和管理;(2)以微處理器網絡為基礎的Pcu，使對局部獨立設備的控制真正分散到每一控制器模塊，顯著提高了生產的安全可靠性;c})每個控制器模塊所存儲的大容量的先進功能庫以及軟硬件組態方式和在線修改PID參數的靈活性。使人們可方便地使用自適應、矩陣控制等高級控制功能，而不用大量進行硬件設備更新即不斷提高系統水平成為可能。

3.4系統存在的主要問題

首鋼自備電站投產12年為首鋼發展作出了巨大貢獻，但是人們對現代控制技術與主體工藝設備在可控性和施工質量方面的磨合配套估計不足，也逐漸暴露出一些問題，主要是:(1) N-90控制范圍過大、過全、過于集中，大量電器設備甚至液壓傳動的信號也都進人N-90。有些與主工藝流程無關的局部系統如沖渣、吹灰，很長時間才用一次，也進入N-90。還有些工藝設備可控性差，經常需人工現場干預.如磨煤機系統也全部進人N-90。使N-90集中操作監視、分散控制、分散危險的優點發揮不夠，整個系統投資也降不下來。3號機改上PLC指M-984 )和數采.就是對這個問題的反思和探索。}2)過程站選址不理想，1號、3號站均處于煤粉倉下部.房間密封條件差.長期漏粉、漏水。尤其是過程站電纜人口，靠近磨煤機爆發口上方，多次被磨煤機爆燃引燃電纜。2號爐投產時鋪設的電纜已燒壞80%以上。現1號、3號站地板下電纜層內已積滿煤粉，一旦因爆燃引燃電纜則會釀成重大事故。(3作為事故處理手段和應急措施，機、爐投產后陸續增加了部分電氣、儀表盤。包括N-90的OIU，數字站也一起放在汽機間的} . 2m層偏跨和鍋爐加藥間，環境極差，進出不便，也不安全，且把整個系統搞得支離破碎，不倫不類，易產生新的隱患。N_90的OIU操作接口，經10年長期使用后部件已嚴重老化，觸摸式智能鍵盤都已嚴重破損。原制造商早已升級換代不再生產。而且原oIu由于系統環路通訊過于擁擠則經常出現死機現象，影響正常生產監視操作。其上位機v}xl lasso小型機因其內存和速度都不適應現場要求和環境條件，在投產后s}-}年就遭淘汰。(})用于3號機的MIGO:}1的X32和IAA數采系統，故障不斷，經8年運行已有50 9}0信號不能輸人，也無法購置備件。這種情況隨時間推移還會與日俱增。4號爐的X32在承擔重要參數的監視及重要回路的調節方面也難如人意，總之，對上述間題的改進和完善已迫在眉睫。

4對系統改進完善的意見

筆者經認真調研，反復思考，在多方聽取生產、維護和管理部門人員的各方面意見后，站在設計人員角度，認為從保首鋼生產用電的大局出發，從電站的實際效益出發，利用每年一次大修機會，對控制系統進行有計劃有步驟的改造、完善，直至最終消除隱患是十分必要的。

總體改造的內容，按照輕重緩急的原則依次是:

(1)分步拆遷1號3號站和機、爐臨時值班室內的N-9i1和儀表、電氣盤，機爐分開控制，在鍋爐$m平臺南端汽水分析室改建1號，2號爐控制室，樓上為過程站，樓下($m層)為控制室。在汽機$m平臺北端副跨外改建1號、2號機控制室及過程站。

(2)對N-ga消腫減肥，精簡控制范圍，提高控制質量和可靠性，改變大而全、過分集中的情況:一是對絕大部分水泵、電機、電動閥門交由電氣或PLC控制;二是對一些無需自動調節或工藝根本就不具備條件的回路，交由儀表盤上手操器操作;三是工藝設備自成系統的保護設備，不再經過N-90，如汽輪機5臺保護柜全部從N-90中摘出，獨立工作。

(3)對現有N-9U的OIU操作接口單元和上位系統改造升級有兩種做法:一是去掉OIU，上位監視管理采用通用工業微機裝載FIX}emacs為上位軟件。UIU在投產之初繼續與工業微機并存，然后待操作工熟悉后逐步去掉QIU。利用通用微機的豐富工控軟件，還可以使人機界面更加友好，實現中文顯示操作;二是將PCU的通訊模塊和上位系統向I:VF`I-9i?升級。INFI-90與t}_}a在模件級兼容，PCU可利用原有設備，只需更換原有的LIM和BIM為NIS和NPM，將環路接口CIU03更換為ICI，然后去掉QIU，更換為以通用工業微機為載體的~ducoor-NT操作員站。

本方法充分利用N-90舊有設備，只在上位部分更換必要設備及軟件就可實現整個系統的升級換代，且可先升級一臺QIU，待消化吸收其技術后，再考慮全面的升級。

兩種方法都是采用通用工業微機和WindowsNT操作系統及TCPlIP開放型通訊協議，傳輸速率可高達lOMHz，每秒可傳送幾萬個IIO數據，不會再出現死機，備品備件也不成問題。

(4)3號機的數采和4號爐的調節，因機型與整個系統機型不統一，可考慮以下意見。一是3號機的數采可向:}1-9U靠攏，并可以上述方式向INFI-90升級，也可以向M-9S4靠攏，選用Modi~的984或quantum，上位都可選用通用微機，如用Fixdernacs，還可與3號機原已在用的984通訊。有人建議用Freelance-2000(小型PLC)系統替換X32和IAA數采，如能與M-984通訊，工作穩定，也是可以的，但最好是機型統一并面向將來系統的整齊劃一。或是機爐都往N-90靠攏，或是汽輪機都用M-584或quantum，形成機爐控制系統的整體合理構造。二是4號爐的調節回路，如給水三沖量控制，因X32橫向通訊的不可靠而受影響，那就只有考慮將其少量必要的調節回路和重要參數進人就近的3號爐N-90中去，由:V-90監視控制。鑒于4號爐剛投產不久，不易做較大變動，而應在1號、2號、3號爐的改造方向確定后，向1號，2號、3號爐靠攏。

(5)操作和維護人員經十幾年工作，對’.}1-90軟硬件較熟悉，且有較強維修服務能力，而:}1-90又與INFI-90在模件級兼容，鑒于;}1-90設備的老化和破損，通過從上位升級開始，逐步實現向IN-FI-90的局部和全部升級，在目前首鋼資金緊張的情況下確是可行的。

5系統改進及實施效果

對首鋼自備電站機爐控制系統的改進，關系到首鋼熱電生產經營的穩定發展。1997年，由電力廠、計控部配合電子公司成功進行了2號爐自控系統改造，又于1998年10月(上接第24頁)著手對3號機的M ICON數采系

統進行改造。4號爐的重要調節回路和參數也選擇一批必要的點進人3號爐N-90PCU，實現了可靠的自動調節和監控。

控制系統的可靠帶來設備生產運行的穩定，產生的效益是十分明顯的:由于2號爐改造，是在不動一次表，N-90充分利舊的情況下進行的，整個投資只有300萬元，4號爐更是充分利舊.只花十幾萬元.但取得的效益都是十分驚人的。

據電力廠有關部門介紹，2號爐改造和4號爐的局部調整見效很快。199H年1一9月，2號爐生產蒸氣92.5萬t，比1997年同期多生產蒸氣16 . 952.5萬t.多創效益1017萬元。4號爐1998年1---9月比1997年同期相比多生產蒸氣1.86萬t，多創效益111.6萬元。同樣，鍋爐的良好工況也給發電生產帶來可觀的效益，由于2號爐故障率顯著降低，1998年1一9月，電力廠發電7.4146億度，比1997年同期多發電7 700多萬度，多創效益1 540萬元。

綜上所述，本文認為.總公司在生產經營允許的條件下.應及早平衡安排資金，對電站機爐系統進行全面的改造和完善，以使機爐自動化控制水平提高到一個新的水平.為總公司多發電、多產汽，為全公司發展作出應有的貢獻。