dcs的锅炉负荷控制系统的设计
燃气发电厂是我国重点新能源工业之一，在我国电力工业中占有主要地位。锅炉负荷控制系统是燃气发电厂非常重要的控制子系统，为保证锅炉安全运行，必须使其负荷要尽量保持稳定。本文首先介绍横河DCS软件和硬件的基本组态方式与应用；然后分析负荷控制被控对象的运行特性，介绍并比较了常见的两种控制方案，分析解决了工程应用中遇到的实际问题进行深入分析。接着引入锅炉负荷串级调节系统，从而可以通过调节燃气量调节阀门的开度，实现对锅炉负荷的稳定控制。最后，本论文分析该控制系统基于DCS的工程实现。关键词 锅炉，负荷控制，分散控制系统，串级调节
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 目前锅炉负荷控制系统的研究现状 1
1.3 本课题主要的研究内容和要求 1
2 DCS系统介绍 2
2.1 DCS系统简介 2
2.2 DCS控制系统的发展历程 2
2.3 DCS系统结构 3
2.4 DCS系统的特点与其未来展望 5
3 锅炉负荷控制系统 6
3.1 锅炉负荷控制系统概述 6
3.2 被控对象的动态特性分析 6
4 控制策略原理和控制方案设计 8
4.1 负荷控制的控制方式 8
4.2 相关过程控制知识 10
5 横河CENTUM VP系统介绍 11
5.1 CENTUM VP系统配置 11
5.2 CENTUM VP系统优点 12
5.3 CENTUM CS 3000系统 13
6 工程实现 13
6.1 FCS组态 13
6.2 HIS组态 30
7 工程测试 33
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
附录A（负荷调节连续控制组态图） 40
附录B（负荷信号采集组态图） 41
附录C（主副调节器逻辑组态） 42
附录D（燃气量反跟踪） 43
附录E（炉燃气高低限设定 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
） 44
1 绪论
1.1 课题的背景及意义
由于天然气等新能源的开发和我国对节约能源、保护环境的提倡，燃气锅炉的使用日趋普遍。目前，许多燃气电厂均采用PLC进行机组的控制和调节。但是锅炉负荷是主汽温度、压力、流量等三个基本参数之一，是一个十分重要的参数，很容易受到干扰而直接影响机组做功[1]。如果负荷过低会使燃料不完全燃烧，这样不但影响正常生产，而且会降低锅炉设备的使用寿命，浪费资源；负荷过高，如果增加蒸汽的流出，则会影响机组的正常工作，但是不降低负荷又可能会导致锅炉爆炸。因此为保证锅炉安全运行，必须使其负荷要尽量保持稳定。
本文主要研究的是燃气锅炉负荷控制系统，通过完成该课题，使我们能对锅炉的燃烧系统有些了解，能在使用横河CENTUM VP分散控制系统进行复杂控制系统的设计、组态和调试方面得到训练。
1.2 目前锅炉负荷控制系统的研究现状
随着计算机的使用越来越频繁，对于锅炉控制的自动化程度也不断提高。由于控制理论这个“软件”的不断完善和计算机功能这个“硬件”的不断提高，锅炉已在近十几年来实现了高度的自动化。锅炉系统的运行状态一直是人们关心的有关能源利用和环境保护的问题[2]。但由于锅炉负荷系统被控对象的惯性和迟延较大，受到的干扰因素较多，具有非线性、时变性等特点，尤其目前电厂机组发展趋势均是大功率、多参数、快响应，使得被控过程的复杂程度和系统控制的精度大大提高，导致以前普遍使用的PLC等控制方法已不能满足负荷控制质量的要求[3]。因此人们越来越倾向目前比较先进的DCS控制系统，并且随着我国自动化系统和电厂仪表等设备的日趋完善，工作人员的素质不断提高，我国对于具备全程控制功能的DCS系统的运用越来越广泛和灵活。
1.3 本课题主要的研究内容和要求
本课题的主要任务是基于DCS技术，设计火电厂锅炉负荷自动控制系统，完成对该系统的实时控制，并在上位机的监控界面上实现对现场参数、运行状态、故障状态等信息的监控。根据电厂机组的实际情况，该系统能够自动进行启动、停止、运行等调节过程，使锅炉母管上的燃气量调节阀门应根据外部机轮组开度指令和锅炉主蒸汽压力的变化自动调节阀门开度，既要保证燃气的富氧燃烧，节约能源，又要保证锅炉的主蒸汽压力不能过高，使机组运行稳定。除此以外，系统还要求做到对紧急故障能及时响应，在报警的同时自动切换到人工手动控制状态。按照以上的要求，我们主要应达到的目标有：
1. 对被控变量进行必要的动态特性分析。
2. 确定锅炉负荷控制系统的设计方案。
3. 熟悉集散系统结构,并且掌握CENTUM VP系统的使用步骤和简单的组态方法。
4. 完成负荷控制系统的总貌图、连续流程图、联锁逻辑的设计,并实现相应的系统组态以及参数设置等。
5. 对设计的控制系统进行功能测试，得出正确的仿真趋势图、报警列表、联锁效果图等调试图。
2 DCS系统介绍
2.1 DCS系统简介
DCS指的是Distributed Control System，中文名是分散控制系统，也可称为分布式控制系统或者集散控制系统[4]。分布式控制系统是基于微处理器而设计出来的控制系统。它的设计特点主要有：分散控制功能、集中显示操作、分散与自治结合、集中协调等。
分布式控制系统是一个多级计算机系统。该系统主要是由现场设备级和过程监控级构成，各节点都与通信网络相连。具有4C技术，即计算机（Computer）、通信（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）。其主要思想是把控制分开但是功能集中处理，配置组态实行多样化而使用多个级别进行管理。
2.2 DCS控制系统的发展历程
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 目前锅炉负荷控制系统的研究现状 1
1.3 本课题主要的研究内容和要求 1
2 DCS系统介绍 2
2.1 DCS系统简介 2
2.2 DCS控制系统的发展历程 2
2.3 DCS系统结构 3
2.4 DCS系统的特点与其未来展望 5
3 锅炉负荷控制系统 6
3.1 锅炉负荷控制系统概述 6
3.2 被控对象的动态特性分析 6
4 控制策略原理和控制方案设计 8
4.1 负荷控制的控制方式 8
4.2 相关过程控制知识 10
5 横河CENTUM VP系统介绍 11
5.1 CENTUM VP系统配置 11
5.2 CENTUM VP系统优点 12
5.3 CENTUM CS 3000系统 13
6 工程实现 13
6.1 FCS组态 13
6.2 HIS组态 30
7 工程测试 33
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
附录A（负荷调节连续控制组态图） 40
附录B（负荷信号采集组态图） 41
附录C（主副调节器逻辑组态） 42
附录D（燃气量反跟踪） 43
附录E（炉燃气高低限设定 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
） 44
1 绪论
1.1 课题的背景及意义
由于天然气等新能源的开发和我国对节约能源、保护环境的提倡，燃气锅炉的使用日趋普遍。目前，许多燃气电厂均采用PLC进行机组的控制和调节。但是锅炉负荷是主汽温度、压力、流量等三个基本参数之一，是一个十分重要的参数，很容易受到干扰而直接影响机组做功[1]。如果负荷过低会使燃料不完全燃烧，这样不但影响正常生产，而且会降低锅炉设备的使用寿命，浪费资源；负荷过高，如果增加蒸汽的流出，则会影响机组的正常工作，但是不降低负荷又可能会导致锅炉爆炸。因此为保证锅炉安全运行，必须使其负荷要尽量保持稳定。
本文主要研究的是燃气锅炉负荷控制系统，通过完成该课题，使我们能对锅炉的燃烧系统有些了解，能在使用横河CENTUM VP分散控制系统进行复杂控制系统的设计、组态和调试方面得到训练。
1.2 目前锅炉负荷控制系统的研究现状
随着计算机的使用越来越频繁，对于锅炉控制的自动化程度也不断提高。由于控制理论这个“软件”的不断完善和计算机功能这个“硬件”的不断提高，锅炉已在近十几年来实现了高度的自动化。锅炉系统的运行状态一直是人们关心的有关能源利用和环境保护的问题[2]。但由于锅炉负荷系统被控对象的惯性和迟延较大，受到的干扰因素较多，具有非线性、时变性等特点，尤其目前电厂机组发展趋势均是大功率、多参数、快响应，使得被控过程的复杂程度和系统控制的精度大大提高，导致以前普遍使用的PLC等控制方法已不能满足负荷控制质量的要求[3]。因此人们越来越倾向目前比较先进的DCS控制系统，并且随着我国自动化系统和电厂仪表等设备的日趋完善，工作人员的素质不断提高，我国对于具备全程控制功能的DCS系统的运用越来越广泛和灵活。
1.3 本课题主要的研究内容和要求
本课题的主要任务是基于DCS技术，设计火电厂锅炉负荷自动控制系统，完成对该系统的实时控制，并在上位机的监控界面上实现对现场参数、运行状态、故障状态等信息的监控。根据电厂机组的实际情况，该系统能够自动进行启动、停止、运行等调节过程，使锅炉母管上的燃气量调节阀门应根据外部机轮组开度指令和锅炉主蒸汽压力的变化自动调节阀门开度，既要保证燃气的富氧燃烧，节约能源，又要保证锅炉的主蒸汽压力不能过高，使机组运行稳定。除此以外，系统还要求做到对紧急故障能及时响应，在报警的同时自动切换到人工手动控制状态。按照以上的要求，我们主要应达到的目标有：
1. 对被控变量进行必要的动态特性分析。
2. 确定锅炉负荷控制系统的设计方案。
3. 熟悉集散系统结构,并且掌握CENTUM VP系统的使用步骤和简单的组态方法。
4. 完成负荷控制系统的总貌图、连续流程图、联锁逻辑的设计,并实现相应的系统组态以及参数设置等。
5. 对设计的控制系统进行功能测试，得出正确的仿真趋势图、报警列表、联锁效果图等调试图。
2 DCS系统介绍
2.1 DCS系统简介
DCS指的是Distributed Control System，中文名是分散控制系统，也可称为分布式控制系统或者集散控制系统[4]。分布式控制系统是基于微处理器而设计出来的控制系统。它的设计特点主要有：分散控制功能、集中显示操作、分散与自治结合、集中协调等。
分布式控制系统是一个多级计算机系统。该系统主要是由现场设备级和过程监控级构成，各节点都与通信网络相连。具有4C技术，即计算机（Computer）、通信（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）。其主要思想是把控制分开但是功能集中处理，配置组态实行多样化而使用多个级别进行管理。
2.2 DCS控制系统的发展历程
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