摘 要：介紹了由北京和利時(shí)公司開(kāi)發(fā)設計的 DCS 集散控制系統在工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢，以太原市熱力集團有限責任公司城西供熱分公司熱源廠(chǎng)為例，對 DCS 系統及其壓力變送器傳感器在運行中出現的故障進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

隨著(zhù)環(huán)境保護要求的提高，各地區的燃煤取暖小鍋爐已被大型熱源廠(chǎng)集中供熱取代。自動(dòng)化控制系統在熱源廠(chǎng)的應用，對提高工業(yè)生產(chǎn)效率，降低企業(yè)污染排放，有效保障人身及財產(chǎn)安全起到了關(guān)鍵作用。太原市熱力集團有限責任公司城西供熱分公司熱源廠(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)我廠(chǎng)） 所采用的自動(dòng)控制系統為北京和利時(shí)公司開(kāi)發(fā)設計的 DCS 集散控制系統，由該系統對鍋爐進(jìn)行遠程操作和實(shí)時(shí)監控。本文將以我廠(chǎng)為例，結合實(shí)際情況，簡(jiǎn)要分析 DCS 系統及其壓力變送器傳感器在使用中出現的故障及解決方案。

1 運行概況

我廠(chǎng)共有 4 臺 116 MW 循環(huán)流化床鍋爐，設有一期、二期控制室，控制室內有工程師站電腦、操作員站電腦、壓力變送器立盤(pán)、控制站、服務(wù)器、UPS 不間斷電源等設備。

2 控制系統運行方式

DCS 集散控制系統，是以微處理器為基礎對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統。系統對鍋爐傳感器數據進(jìn)行采集處理后，通過(guò)操作員站電腦向操作員顯示各項實(shí)時(shí)數據，操作員可根據實(shí)時(shí)數據來(lái)發(fā)出控制命令調整設備。系統可實(shí)現數據采集、集中操作、分散控制等功能，具有配置靈活、控制功能齊全、可靠性高、易于維護等特點(diǎn)。

安全生產(chǎn)是企業(yè)的重中之重。鍋爐運行過(guò)程中，大型設備啟動(dòng)的順序應為：引風(fēng)機→羅茨風(fēng)機→二次風(fēng)機→一次風(fēng)機→爐前給煤機，停止順序為反向順序停止。引風(fēng)機的作用是抽取鍋爐燃燒后爐膛內的煙氣，并使爐膛保持一定的負壓。如果運行中出現引風(fēng)機突發(fā)故障緊急停車(chē)而煙氣無(wú)法排出，將導致?tīng)t膛壓力變?yōu)檎龎�，嚴重時(shí)將發(fā)生鍋爐爆炸等事故。為減少人員誤操作，保證人員設備安全，縮短設備啟停時(shí)間，我廠(chǎng)的設備采用順序控制并聯(lián)鎖，控制范圍包括大型風(fēng)機控制機組以及機組包括的所有輔機、閥門(mén)和擋板及設備。在鍋爐啟動(dòng)和工作過(guò)程中，當聯(lián)鎖電機中的任何 1 臺電機出現故障時(shí)，應停止相應聯(lián)鎖的電機。以我廠(chǎng)給煤機給煤系統為例，爐前給煤機作為重要的燃料輸送設備，需配合風(fēng)機將燃料懸浮在爐膛中進(jìn)行充分燃燒。通過(guò)DCS 系統將給煤機和風(fēng)機進(jìn)行聯(lián)鎖，并采取順序啟動(dòng)，只有風(fēng)機啟動(dòng)后給煤機才可以啟動(dòng)，給煤機停止后風(fēng)機才可以停車(chē)，當風(fēng)機因故障緊急停車(chē)時(shí)給煤機也聯(lián)鎖控制停止。運行中，操作人員通過(guò) DCS 操作員站改變頻率調節風(fēng)機轉速或對風(fēng)門(mén)開(kāi)度進(jìn)行調節，以及給煤速度的調節來(lái)達到安全、高效的運行狀態(tài)，#大限度地減少燃煤燃燒不充分產(chǎn)生的各種不利后果。

3 系統設備及壓力變送器

系統設備分為兩部分，地衣部分為控制系統設備，第二部分為現場(chǎng)測量設備。

3.1 控制系統設備

控制設備有工程師站、操作員站、服務(wù)器、I/O 模塊柜等。所有設備均有主備雙電源。工程師站用于對 DCS 進(jìn)行離線(xiàn)配置、組態(tài)工作和在線(xiàn)的系統監督、控制、維護。在實(shí)際運行中，工程師站主要用于對運行設備的控制和實(shí)時(shí)監控、離線(xiàn)數據查詢(xún)和操作員站的程序下裝。

操作員站用于對鍋爐運行的控制和監控。我廠(chǎng)共有 5 臺操作員站，一期控制室設有 1 臺工程師站和 3臺操作員站，分別控制 1 號、2 號鍋爐和公用系統；二期控制室設有 2 臺操作員站，分別控制 3 號、4 號鍋爐。由于 DCS 各控制器間通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接并可進(jìn)行數據交換使整個(gè)系統信息共享，當某臺操作員站發(fā)生故障時(shí)可通過(guò)剩余操作員站進(jìn)行控制和監控。

服務(wù)器主要對運行數據進(jìn)行采集和儲存，通過(guò)工程師站可離線(xiàn)查詢(xún)服務(wù)器中的歷史運行數據。我公司設有 2 臺服務(wù)器，1 主 1 備。I/O 是控制系統需要建立信號的輸入和輸出通道，DCS 中的 I/O 一般是模塊化的，1 個(gè) I/O 模塊上有 1 個(gè)或多個(gè) I/O 通道，用來(lái)連接傳感器和執行器。為防止緊急情況出現，每臺鍋爐在控制室分別設置了好立工作的壓力變送器立盤(pán)，與 DCS 系統互不干擾。壓力變送器立盤(pán)上設有顯示鍋爐運行主要參數的顯示壓力變送器，設備啟停、急停操作按鈕，聯(lián)鎖、解鎖轉換開(kāi)關(guān)及指示燈，操作人員不僅可以通過(guò)對應的登錄密碼在不同的工作電腦上實(shí)時(shí)掌握各個(gè)鍋爐的運行狀態(tài)，還可以通過(guò)壓力變送器立盤(pán)上的壓力變送器顯示直觀(guān)地讀取鍋爐主要的運行參數，為鍋爐安全運行提供了雙保險。

DCS 的系統網(wǎng)絡(luò )是整個(gè)系統的基礎和核心部分。網(wǎng)絡(luò )對 DCS 的實(shí)時(shí)性、可靠性起決定性作用，在不討論網(wǎng)絡(luò )可靠性的情況下談 DCS 的特性，一切都是空談。對于 DCS 的系統網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，它必須滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求，并且網(wǎng)絡(luò )連接必須可靠，任何情況下都不能中斷。我廠(chǎng)DCS 網(wǎng)絡(luò )采用雙總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構、先金的冗余通信系統，預防斷網(wǎng)及設備故障所造成的影響。

3.2 現場(chǎng)測量設備

鍋爐本體安裝有所需的熱電阻、熱電偶、變送器、電動(dòng)執行器、氧化鋯氧分析儀等，在給煤機現場(chǎng)還安裝有稱(chēng)重傳感器和測速傳感器，并在就地壓力變送器柜上顯示相關(guān)數據。所測數據通過(guò) DCS 控制柜經(jīng)過(guò)收集處理后反饋在操作員站電腦中，操作員根據數據發(fā)出命令控制調整電機轉速、風(fēng)門(mén)開(kāi)度、給煤速度和給煤量等。

4 系統設備應用與故障分析

DCS 系統在我廠(chǎng)穩定運行已超過(guò) 10 年，其間未發(fā)生過(guò)重大故障，但出現過(guò)二期控制室操作員站數據突然定格，沒(méi)有實(shí)時(shí)變化，操作員無(wú)法獲取實(shí)時(shí)數據的情況。在緊急排查中，shou先懷疑的是網(wǎng)絡(luò )數據傳輸中斷。通過(guò) DCS 系統的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構圖中看到，服務(wù)器和二期操作員站之間主備網(wǎng)絡(luò )連接全部中斷，檢查后發(fā)現近操作員站端光纖收發(fā)器信號燈故障。由于時(shí)間緊迫，我們選擇直接更換備用光纖收發(fā)器和所連接的網(wǎng)線(xiàn)。更換后備用網(wǎng)絡(luò )恢復連接，數據正常傳輸，但主網(wǎng)絡(luò )仍處于斷線(xiàn)狀態(tài)。后再經(jīng)檢查發(fā)現，一是主要線(xiàn)路的網(wǎng)絡(luò )交換機長(cháng)期處在發(fā)熱狀態(tài)，加速了設備老化，數據傳送時(shí)斷時(shí)續，已無(wú)法正常工作；二是替換下的光纖收發(fā)器網(wǎng)線(xiàn)接口松動(dòng)。為防止類(lèi)似情況再次發(fā)生，保證設備穩定運行，我們決定更換全部網(wǎng)絡(luò )交換機、光纖收發(fā)器以及所用網(wǎng)線(xiàn)，并制訂計劃按元器件使用壽命進(jìn)行設備更新。

我廠(chǎng) DCS 系統在建廠(chǎng)設計時(shí)已經(jīng)在系統內設定各類(lèi)傳感器原件的默認參數。隨著(zhù)時(shí)代發(fā)展，傳感器元器件的更新，以及廠(chǎng)內實(shí)際運行情況的需要，很多設備的默認參數已不適用現在的運行情況。例如，鍋爐已運行多年，經(jīng)過(guò)多次更新改造，某些地方壓力值已不適用建廠(chǎng)所設定的壓力范圍，這種情況下直接更換與 DCS 系統量程不一致的壓力變送器，所傳送的 4 mA～20 mA 標準信號與系統壓力量程不一致，必將導致所測數據不準確。此類(lèi)情況必須通過(guò) DCS 系統的工程師站，更改所選壓力點(diǎn)的被測范圍，與壓力變送器的量程一致后，方可準確讀取數據。

在鍋爐燃燒室密相區所采用的測溫原件選用鎧裝耐磨溫度傳感器，在所測電機軸承測溫處和管網(wǎng)水溫多采用裝配式溫度傳感器。由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒具有流動(dòng)性，對套管及保護鎧的摩擦很大，一旦出現磨穿的現象便會(huì )很快燒毀傳感器。在電機上和管道上的溫度測點(diǎn)易受到震動(dòng)的影響，導致傳感器導線(xiàn)震斷，所以在安裝時(shí)要加裝防震墊保護，防止出現松動(dòng)，并定期檢查。

我廠(chǎng)給煤系統裝有速度傳感器和稱(chēng)重傳感器，用來(lái)測量輸煤皮帶運行速度和給煤量的大小。就地給煤壓力變送器收集傳感器數據后，經(jīng)過(guò)處理轉變?yōu)?4 mA～20mA 標準信號傳送到控制柜中。在實(shí)際運行中，出現過(guò)就地壓力變送器柜顯示煤量正常但 DCS 操作員站顯示數據偏低的情況。經(jīng)測量，在就地給煤壓力變送器端輸出的電流信號與壓力變送器顯示數據相對應，但在近控制柜端再次測量電流信號衰減，控制柜對應 I/O 模塊電壓正常，懷疑傳送線(xiàn)路受到干擾。在近控制柜端加裝信號隔離器后再次測量，兩端的電流信號一致，操作員站顯示數據正常。

5 結語(yǔ)

DCS 作為成熟的自動(dòng)化控制系統，為我廠(chǎng)安全生產(chǎn)、節能降耗起到了至關(guān)重要的作用，隨著(zhù)科技的發(fā)展，DCS 系統將得到廣泛應用，這將為保護環(huán)境，減少污染，創(chuàng )建碧水藍天的環(huán)境做出巨大的貢獻。