摘 要：介紹了由北京和利時(shí)公司開發(fā)設(shè)計(jì)的 DCS 集散控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)，以太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司城西供熱分公司熱源廠為例，對(duì) DCS 系統(tǒng)及其壓力變送器傳感器在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，各地區(qū)的燃煤取暖小鍋爐已被大型熱源廠集中供熱取代。自動(dòng)化控制系統(tǒng)在熱源廠的應(yīng)用，對(duì)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(cái)產(chǎn)安全起到了關(guān)鍵作用。太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司城西供熱分公司熱源廠（以下簡(jiǎn)稱我廠） 所采用的自動(dòng)控制系統(tǒng)為北京和利時(shí)公司開發(fā)設(shè)計(jì)的 DCS 集散控制系統(tǒng)，由該系統(tǒng)對(duì)鍋爐進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和實(shí)時(shí)監(jiān)控。本文將以我廠為例，結(jié)合實(shí)際情況，簡(jiǎn)要分析 DCS 系統(tǒng)及其壓力變送器傳感器在使用中出現(xiàn)的故障及解決方案。

1 運(yùn)行概況

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

2 控制系統(tǒng)運(yùn)行方式

DCS 集散控制系統(tǒng)，是以微處理器為基礎(chǔ)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)鍋爐傳感器數(shù)據(jù)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(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，操作員可根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)出控制命令調(diào)整設(shè)備。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(hù)等特點(diǎn)。

安全生產(chǎn)是企業(yè)的重中之重。鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，大型設(shè)備啟動(dòng)的順序應(yīng)為：引風(fēng)機(jī)→羅茨風(fēng)機(jī)→二次風(fēng)機(jī)→一次風(fēng)機(jī)→爐前給煤機(jī)，停止順序?yàn)榉聪蝽樞蛲Ｖ�。引風(fēng)機(jī)的作用是抽取鍋爐燃燒后爐膛內(nèi)的煙氣，并使?fàn)t膛保持一定的負(fù)壓。如果運(yùn)行中出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)突發(fā)故障緊急停車而煙氣無(wú)法排出，將導(dǎo)致爐膛壓力變?yōu)檎龎�，�?yán)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(shè)備安全，縮短設(shè)備啟停時(shí)間，我廠的設(shè)備采用順序控制并聯(lián)鎖，控制范圍包括大型風(fēng)機(jī)控制機(jī)組以及機(jī)組包括的所有輔機(jī)、閥門和擋板及設(shè)備。在鍋爐啟動(dòng)和工作過(guò)程中，當(dāng)聯(lián)鎖電機(jī)中的任何 1 臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)停止相應(yīng)聯(lián)鎖的電機(jī)。以我廠給煤機(jī)給煤系統(tǒng)為例，爐前給煤機(jī)作為重要的燃料輸送設(shè)備，需配合風(fēng)機(jī)將燃料懸浮在爐膛中進(jìn)行充分燃燒。通過(guò)DCS 系統(tǒng)將給煤機(jī)和風(fēng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)鎖，并采取順序啟動(dòng)，只有風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后給煤機(jī)才可以啟動(dòng)，給煤機(jī)停止后風(fēng)機(jī)才可以停車，當(dāng)風(fēng)機(jī)因故障緊急停車時(shí)給煤機(jī)也聯(lián)鎖控制停止。運(yùn)行中，操作人員通過(guò) DCS 操作員站改變頻率調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或?qū)︼L(fēng)門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及給煤速度的調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到安全、高效的運(yùn)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(tǒng)設(shè)備及壓力變送器

系統(tǒng)設(shè)備分為兩部分，地衣部分為控制系統(tǒng)設(shè)備，第二部分為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備。

3.1 控制系統(tǒng)設(shè)備

控制設(shè)備有工程師站、操作員站、服務(wù)器、I/O 模塊柜等。所有設(shè)備均有主備雙電源。工程師站用于對(duì) DCS 進(jìn)行離線配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)。在實(shí)際運(yùn)行中，工程師站主要用于對(duì)運(yùn)行設(shè)備的控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控、離線數(shù)據(jù)查詢和操作員站的程序下裝。

操作員站用于對(duì)鍋爐運(yùn)行的控制和監(jiān)控。我廠共有 5 臺(tái)操作員站，一期控制室設(shè)有 1 臺(tái)工程師站和 3臺(tái)操作員站，分別控制 1 號(hào)、2 號(hào)鍋爐和公用系統(tǒng)；二期控制室設(shè)有 2 臺(tái)操作員站，分別控制 3 號(hào)、4 號(hào)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(shù)據(jù)交換使整個(gè)系統(tǒng)信息共享，當(dāng)某臺(tái)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(jiān)控。

服務(wù)器主要對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和儲(chǔ)存，通過(guò)工程師站可離線查詢服務(wù)器中的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。我公司設(shè)有 2 臺(tái)服務(wù)器，1 主 1 備。I/O 是控制系統(tǒng)需要建立信號(hào)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(zhí)行器。為防止緊急情況出現(xiàn)，每臺(tái)鍋爐在控制室分別設(shè)置了好立工作的壓力變送器立盤，與 DCS 系統(tǒng)互不干擾。壓力變送器立盤上設(shè)有顯示鍋爐運(yùn)行主要參數(shù)的顯示壓力變送器，設(shè)備啟停、急停操作按鈕，聯(lián)鎖、解鎖轉(zhuǎn)換開關(guān)及指示燈，操作人員不僅可以通過(guò)對(duì)應(yīng)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(yùn)行狀態(tài)，還可以通過(guò)壓力變送器立盤上的壓力變送器顯示直觀地讀取鍋爐主要的運(yùn)行參數(shù)，為鍋爐安全運(yùn)行提供了雙保險(xiǎn)。

DCS 的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心部分。網(wǎng)絡(luò)對(duì) 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(duì)于 DCS 的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，它必須滿足實(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DCS 網(wǎng)絡(luò)采用雙總線的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、先金的冗余通信系統(tǒng)，預(yù)防斷網(wǎng)及設(shè)備故障所造成的影響。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備

鍋爐本體安裝有所需的熱電阻、熱電偶、變送器、電動(dòng)執(zhí)行器、氧化鋯氧分析儀等，在給煤機(jī)現(xiàn)場(chǎng)還安裝有稱重傳感器和測(cè)速傳感器，并在就地壓力變送器柜上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。所測(cè)數(shù)據(jù)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(jù)數(shù)據(jù)發(fā)出命令控制調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)門開度、給煤速度和給煤量等。

4 系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用與故障分析

DCS 系統(tǒng)在我廠穩(wěn)定運(yùn)行已超過(guò) 10 年，其間未發(fā)生過(guò)重大故障，但出現(xiàn)過(guò)二期控制室操作員站數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的情況。在緊急排查中，shou先懷疑的是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中斷。通過(guò) DCS 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(xiàn)近操作員站端光纖收發(fā)器信號(hào)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。更換后備用網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)連接，數(shù)據(jù)正常傳輸，但主網(wǎng)絡(luò)仍處于斷線狀態(tài)。后再經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，一是主要線路的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)長(zhǎng)期處在發(fā)熱狀態(tài)，加速了設(shè)備老化，數(shù)據(jù)傳送時(shí)斷時(shí)續(xù)，已無(wú)法正常工作；二是替換下的光纖收發(fā)器網(wǎng)線接口松動(dòng)。為防止類似情況再次發(fā)生，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，我們決定更換全部網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖收發(fā)器以及所用網(wǎng)線，并制訂計(jì)劃按元器件使用壽命進(jìn)行設(shè)備更新。

我廠 DCS 系統(tǒng)在建廠設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定各類傳感器原件的默認(rèn)參數(shù)。隨著時(shí)代發(fā)展，傳感器元器件的更新，以及廠內(nèi)實(shí)際運(yùn)行情況的需要，很多設(shè)備的默認(rèn)參數(shù)已不適用現(xiàn)在的運(yùn)行情況。例如，鍋爐已運(yùn)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所設(shè)定的壓力范圍，這種情況下直接更換與 DCS 系統(tǒng)量程不一致的壓力變送器，所傳送的 4 mA～20 mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)與系統(tǒng)壓力量程不一致，必將導(dǎo)致所測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。此類情況必須通過(guò) DCS 系統(tǒng)的工程師站，更改所選壓力點(diǎn)的被測(cè)范圍，與壓力變送器的量程一致后，方可準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)。

在鍋爐燃燒室密相區(qū)所采用的測(cè)溫原件選用鎧裝耐磨溫度傳感器，在所測(cè)電機(jī)軸承測(cè)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(duì)套管及保護(hù)鎧的摩擦很大，一旦出現(xiàn)磨穿的現(xiàn)象便會(huì)很快燒毀傳感器。在電機(jī)上和管道上的溫度測(cè)點(diǎn)易受到震動(dòng)的影響，導(dǎo)致傳感器導(dǎo)線震斷，所以在安裝時(shí)要加裝防震墊保護(hù)，防止出現(xiàn)松動(dòng)，并定期檢查。

我廠給煤系統(tǒng)裝有速度傳感器和稱重傳感器，用來(lái)測(cè)量輸煤皮帶運(yùn)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(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)變?yōu)?4 mA～20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送到控制柜中。在實(shí)際運(yùn)行中，出現(xiàn)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(shù)據(jù)偏低的情況。經(jīng)測(cè)量，在就地給煤壓力變送器端輸出的電流信號(hào)與壓力變送器顯示數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，但在近控制柜端再次測(cè)量電流信號(hào)衰減，控制柜對(duì)應(yīng) I/O 模塊電壓正常，懷疑傳送線路受到干擾。在近控制柜端加裝信號(hào)隔離器后再次測(cè)量，兩端的電流信號(hào)一致，操作員站顯示數(shù)據(jù)正常。

5 結(jié)語(yǔ)

DCS 作為成熟的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，為我廠安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗起到了至關(guān)重要的作用，隨著科技的發(fā)展，DCS 系統(tǒng)將得到廣泛應(yīng)用，這將為保護(hù)環(huán)境，減少污染，創(chuàng)建碧水藍(lán)天的環(huán)境做出巨大的貢獻(xiàn)。