摘 要
集散控制系统(DCS),自问世以来,DCS 虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变, 但是经过不断的发展和完善, 其功能和性能都得到了巨大的提高。进入九十年代以后, 计算机技术突飞猛进, 更多新的技术被应用到了DCS 之中。其中PLC 是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备, 它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑, 它在集散控制系统(DCS)中承担了对现场控制和通信任务。总的来说,DCS 正在向着更加开放, 更加标准化, 更加产品化的方向发展. 本门综述了控制系统在工业的应用现状及其最新研究进展，及未来发展趋势。并详细介绍了关于浙大开发的JX-300XP 系统和JX-300XP 系统在三废余热锅炉中的应用。
关键字： 集散控制系统 JX-300XP 系统 自动控制系统 浙大中控DCS 系统
目 录
第1章 集散型控制系统 .............................................................................................. 1
1.1 集散型控制系统 . .......................................................................................... 1
1.1.1集散型控制系统的定义 ....................................................................... 1
1.1.2DCS 系统的主要技术概括 . .................................................................... 1
1.1.3DCS 系统的特点 .................................................................................... 1
1.2 集散控制系统的产生与发展 ......................................................................... 2
1.2.1 集散控制系统的产生阶段 .................................................................. 2
1.2.2集散型控制系统的发展阶段 ............................................................... 2
1.3 集散控制系统的现状与发展趋势 ................................................................. 3
1.3.1集散控制系统的现状 ........................................................................... 3
1.3.2集散控制系统今后的发展趋势 ........................................................... 4
第2章浙大中控DCS 系统 ........................................................................................... 5
2.1 JX-300XP系统 .................................................................................................. 5
2.1.1系统简介 . .............................................................................................. 5
2.2 系统划分 . ........................................................................................................ 6 2.2.1 JX-300XP系统过程级划分 ................................................................... 6
2.2.3 JX-300XP系统操作级划分 ................................................................... 6
2.2.4 JX-300XP系统的管理级与示意图........................................................ 6
2.2.5 JX-300XP网络结构划分 ....................................................................... 7
2.2.6 JX-300XP过程控制站的划分 ............................................................... 7
2.3 JX-300XP的特点 .............................................................................................. 7
第3章 JX-300XP系统的应用实例 ............................................................................. 9
3.1 JX-300XP 系统在三废余热锅炉中的应用 .......................................................... 9
3.1.1前言 . ...................................................................................................... 9
3.2工艺流程 . ................................................................................................. 9
图3.1 硫化床锅炉工艺流程图 ................................................................. 10
3.2系统硬件、软件设计 ................................................................................... 10
3.2.1控制站硬件 . ......................................................... 错误！未定义书签。
3.4 卡件的选型和配置 ..................................................................................... 11
3.4.1卡件的选择步骤 . ................................................................................ 11
3.4.2卡件步骤设置 . .................................................................................... 11
3.4.3 UPS及电源设置.................................................................................. 11
3.5组态设置及实时监控 . ........................................................................................... 12
3.6 60t ／h 循环流化床锅炉的自动控制系统 . ................................................ 12
3.6.1 燃烧自动控制 . ................................................................................... 12
3.6.2 炉膛的负压控制 . ............................................................................... 13
3.6.3 汽包水位控制 . ................................................................................... 13
3.6.4 主汽温度控制 . ................................................................................... 14
3.6.5 料层差压控制 . ................................................................................... 14
3.6.6 锅炉安全连锁保护 ............................................................................ 15
3.7X-300XP 系统在三废余热锅炉中的总结 . ...................................................... 15
参考文献 . ..................................................................................................................... 16
致 谢 . ......................................................................................................................... 17
第1章 集散型控制系统
1.1 集散型控制系统概念
1.1.1集散型控制系统的定义
它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer ）、通讯（Communication ）、显示（CRT ）和控制（Control ）等4C 技术，达到分散危险，提高可靠性的崭新设计思想。使计算机控制技术有了真正的实用性。因此DCS 一经推出，便很快取代了集中式计算机控制系统，在生产中获得广泛的应用。可以说DCS 的出现，开创了“网络控制系统”的先河，推动着自动化控制领域的发展方向，代表着过程控制技术的水平。知道今天，它也未被新兴的现场总线完全取代，仍展示着旺盛的生命力。
1.1.2DCS 系统的主要技术概括
系统主要有现场控制站（I/O站）、数据通讯系统、人机接口单元（操作员站OPS 、工程师站ENS ）、机柜、电源等组成。系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口。
1.1.3DCS 系统的特点
（1）硬件系统在恶劣的工业现场具有高度的可靠性、维修方便、工艺先进。底层汉化的软件平台具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；易于组态，易于使用。支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要。
（2) 系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有高度的可靠性。系统内任一组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。
（3) 系统的参数、报警、自诊断及其他管理功能高度集中在CRT 上显示和在打印机上打印，控制系统在功能和物理上真正分散。
（4) 整个系统的可利用率至少为99.9%；系统平均无故障时间为10万小时，实现了核电、火电、热电、石化、化工、冶金、建材诸多领域的完整监控。
（5) 网络结构可靠性、开放性及先进性。在系统操作层，采用冗余的100Mbps 以太网；在控制层，采用冗余的100Mbps 工业以太网，保证系统的可靠性；在现场信号处理层，12Mbps 的PROFIBUS 总线连接中央控制单元和各现场信号处理模块。
（6）标准的Client/Server结构。有的DCS 的操作层采用Client/Server结构
（7）开放并且可靠的操作系统。系统的操作层采用WINDOWS NT操作系统；控制站采用成熟的嵌入式实时多任务操作系统QNS 以确保控制系统的实时性、安全性和可靠性。
（8）可扩展性和可裁剪性，保证经济性。
1.2 集散控制系统的产生与发展
1.2.1 集散控制系统的产生阶段
集散控制系统的产生大致可以分为三个阶段
第一阶段：由常规的模拟式调节仪表构成的过程控制系统，成本低、可靠性高，容易维护操作。但是随着生产的发展，模拟式仪表的局限性越来越明显，如模拟仪表难于实现多变量解耦控制遗迹其他复杂的控制规律；控制精度不高；生产规模的扩大和工艺的日益复杂，仪表控制系统越来越多，控制室的仪表屏越来越大，难于实现集中的操作和显示；各个系统之间难于实现通信联系；当生产工艺要求变更时，往往需要变更调节仪表。而计算机控制系统可实现复杂的控制规律；各分系统之间可以实现通信，能集中操作和显示，控制精度比较高。
第二阶段：在计算机集中控制中，一台计算机控制几十个乃至几百个回路，一旦计算机发生故障，将会影响整个系统的工作，系统地可靠性比较低，当然，为了提高系统的可靠性，可采用双机运行方式，但成本就会提高。20世纪70年代工业的发展使生产过程更加复杂，规模更加扩大，其中石油化工业尤为突出。生产规模的扩大和复杂，迫切要求高可靠性的计算机控制系统。
第三阶段：在总结模拟调节仪表和计算机集中控制的优点的基础上，发展、形成了集散型控制系统。集散型控制系统以多台微机处理机分散在生产现场，进行过程的测量和控制，实现了功能呢和地理上的分散，避免了测量、控制高度集中带来的危险性和常规仪表控制功能单一的局限性；数据通信技术和CRT 显示技术遗迹其他外部设备的应用，能够方便的集中操作、显示和报警，克服了常规仪表控制过于分散和人机联系困难的特点。20世纪70年代微电子技术和计算机技术的重大突破，为集散控制系统提供了体积小、功能强、可靠性高、价格低廉的微处理机和各类半导体芯片，为发展集散控制系统奠定了物质基础。
1.2.2集散型控制系统的发展阶段
dcs的发展主要分为三个阶段：
第一阶段 DCS主要依赖“4c ”技术 解决“集中”与“分散”的问题；
第二阶段DCS 达到了所谓“4A ”目标，即生产过程自动化PA （Production ）、办公室自动化OA 、实验室自动化LA 、工厂自动化FA 。考虑到互用性和开放性，DCS 按系统构成在垂直方向分解成过程控制级、控制管理级、生产管理级。1996年美国
Honywell 公司提出了全厂一体化的概念，把过程控制网络、实时操作网络和工厂信息网融为一体，率先推出了TPS （Total Plant Solution）全厂一体化控制系统。TPS 是第一个采用微软的windows NT 操作系统的DCS ，利用微软的OLE （对象链接和嵌入）技术，使用户直接将过程控制画面链接或插入至数据库或其他与windows NT相似的错左系统。例如TDCS-3000系统，它把TDCS-2000作为子系统挂在自身的局部控制网络LCN 上。TDCS-2000作为与生产过程连接的部分承担过程控制（由现场控制单元完成）和控制管理级（由操作站完成）的任务，而TDCS-3000则主要承担生产管理以及
经营管理级的任务。
第三阶段：DCS 引入了现场总线，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。现场总线使现场设备加人工厂信息网络，成为企业信息网络底层它是实现工厂底层信息集成的关键技术。现场总线融入DCS 中，推动了DCS 功能的进一步发展，融入现场总线的CENTUM.CS 。由原来的4-20mA 模拟通信方式与现场总线方式混合存在，系统可以灵活地加以扩展，DCS 功能与现场总线仪表的控制功能加以融合，报成了产品的实时性与先进性，使原来的系统不致被淘汰，在DCS 向FCS 过度的初级阶段，不失为一种较好的选择
1.3 集散控制系统的现状与发展趋势
1.3.1集散控制系统的现状
DCS问世以来经历了多次重大改进和发展。系统结构和基本功能都已趋于稳定，产品也达到了成熟实用前程度。针对不同的应用领域，存在着不同的有针对的成熟的DCS 产品吗，如电力、治金、石化和建材行业都有适合各自行业的、满足不同生产工艺和设备控制要求的DCS 产品。世界上主要DCS 供应商为Honeyell 、Bailey 、
WestingHouse 、ABB 、Foxboro 、L&N、Siemens 、EURO 、横河、日本山武霍尼韦尔等。我国在20世纪80年代从国外引进了 几百套DCS 来装备石化、治金、电力、化肥等企业，同时又从国外引进技术，与外资合作合资组生产并逐步实现国产化。如重庆工业自动化仪表所和上海工业自动化仪表所开发的DJK-7500、航天的友立-2000、电子部六所的HS1000和HS2000、北京康拓公司的KT6000、天津中环的DCS-2001、上海新华的XDPS 、浙大中控SuperconJX 、杭州威盛公司的FB-2000等分散控制系统每年生产上千台，已具备很强的竞争能力，在技术上形成了可初步与国外系统相抗的产业。 国产DCS 主要应用与中小系统，可占市场的百分之五十左右。“十五”期间，大型DCS 以国外产品为主的状况近期不会有大的改变，PLC 和基于IPC 的国产DCS 及工业控制装置在中小工程中将占据主导地位。近年来，为了使DCS 更加适用与工业生产现场，新一代DCS 还进一步做出了如下改进：
（1）系统开方法：新推出的DCS 大多采用国际化标准化组织开放系统互连标准模式，通讯协议遵循MAP/TOP协议，在局域网内可以联结其它厂家符合标准的产品。
（2) 采用通用工作站：现在推出DCS 大多采用通用的工作站，有效克服了以前各种专用工作站的弊端。越大型化和微型化：最近推出的DCS 针对不同的用户，有不同规格的DCS 系统。
（3）通信介质的多样化：许多DCS 系统增加了光纤借口，可以采用光纤作为通信介质，具有良好的抗干扰能力和本质安全。
（4)DCS 和PLC 相互配合：目前，有些集散控制系统都是基于PLC 而建 立的，通过PLC 来控制各种工业设备。软件不断丰富：主要表现在实时多任务和图形操作系统，功能丰富完善的组态软件、各种各样的管理软件和先进的控制软件包装等方
面。
1.3.2集散控制系统今后的发展趋势
就目前来说，DCS 已发展的相当成熟和实用，毫无疑问，DCS 仍是当前工业自动化系统应用及选型的主流。它并不会随着现场总线技术的出现和发展而马上退出现场过程控制的舞台。面对挑战，DCS 将会沿着一下几点趋势继续向前发展：
（1）DCS 向综合方向发展：由于标准数据通讯连接路和网络的发展，将多种单（多）回路调节器、PLC 工业PC 、NC 等工控设备构成大系统，并与现场总线相融合，适应开放化的大趋势。DCS 向智能化发展：由于数据库系统、推理技能的发展，专家系统、知识库系统的应用，如学习控制、自适应控制、远距离诊断等，人工智能可在DCS 各级实现。与FF 现场总线类似，以微处理机为基础的智能设备，如智能I/O、智能PID 控制、变送器和执行器等，智能人机接口、可编程调节器也会相继出现。
（2)DCS 向专业化发展：使用和领域相应的行业DCS 如电站DCS 、水泥DCS 、玻璃DCS 等。
DCS向工业PC 化方向发展：由IPC 组成DCS 成为一大趋势吗，PC-PLC 、PC-STD 、PC-NC 等就是PC-DCS 的先驱，IPC 成为DCS 的硬件平台。
（3)DCS 与PLC 相互渗透、相互融合：DCS 原本多用于连续过程控制，PLC 多用于逻辑顺序控制。但实际的生产过程比较复杂，既需要连续控制，又需要逻辑/数序控制功能。开始时DCS 将PLC 连入系统，如火 电厂DCS 系统中的PLC 主要用于实现相关的连锁保护系统。PLC 价格低廉，使用方便，得到了很快的发展。由于PLC 向高功能、高速度、大容量、加大模拟量的方向发展。形成同DCS 相抗争的大系统；并且PLC 强化通信能力，网络以太化已很成功，又成功地与现场总线相融合，在许多情况下成为比DCS 性价比更高的集散控制系统。
第2章 浙大中控DCS 系统
2.1 JX-300XP系统
2.1.1系统简介
JX-300XP系统是目前国内应用最广泛的单一型号控制系统产品，在化工、石化、冶金、建材等多个流程工业行业有着2000多套成功应用案例。JX-300XP 是中控在基于JX-300X 成熟的技术与性能的基础上，推出的基于web 技术的网络化控制系统。在继承JX-300X 系统全集成与灵活配置特点的同时，JX-300XP 系统吸收了最新的网络技术、微电子技术成果，充分应用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，全面提高了系统性能，能适应更广泛更复杂的应用要求。同时，作为一套全数字化、结构灵活、功能完善的开放式集散控制系统，JX-300XP 具备卓越的开放性，能轻松实现与多种现场总线标准和各种异构系统的综合集成。
通过在JX-300X 的通讯网络上挂接总线变换单元（BCU ）可实现与JX-100、JX-200、JX-300系统的连接；在通讯网络上挂接通信接口单元（CIU ）可实现JX-300X 与PLC 等数字设备的连接；通过多功能计算站（MFS ）和相应的应用软件AdvanTrol-PIMS 可实现与企业管理计算机网的信息交换，实现企业网络（Intranet ）环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数据存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程报表生成与输出等功能，从而实现整个企业生产过程的管理、控制全集成综合自动化。
X-300X覆盖了大型集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成的用户界面及信息存取功能，除了具有模拟量信号输入输出、数字量信号输入输出、回路控制等常规DCS 的功能，还具有高速数字量处理、高速顺序事件记录（SOE ）、可编程逻辑控制等特殊功能；它不仅提供了功能块图（SCFBD ）、梯形图（SCLD ）等直观的图形组态工具，又为用户提供开发复杂高级控制算法（如模糊控制）的类C 语言编程环境SCX 。系统规模变换灵活，可以实现从一个单元的过程控制，到全厂范围的自动化集成。
JX-300X控制站以先进的微控制器（30MHZ Philips P51XA）为核心，提高了系统的实时性和控制品质，系统能完成各种先进的控制算法：过程管理级采用高性能CPU 的主机和WINDOWS95/NT的多任务操作系统，以适合集散控制系统良好的操作环境和管理任务的多样化；过程控制网络采用双重化的Ethernet 网技术，使过程控制级能高速安全的协调工作，做到真正的分散和集中。
2.2 系统划分
从结构上划分，DCS 包括过程级、操作级和管理级。
2.2.1 JX-300XP系统过程级划分
过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。
（1）过程控制站的组成： DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU （中央处理器）、网络接口和I/O卡件组成； DCS的控制决策是由过程控制站完成，由过程控制站执行。
（2）I/O单元：通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU 所在的机架被称为CPU 单元，同一个过程站中只能有一个CPU 单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。
（3)I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS 中的I/O 一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执 行器。
2.2.3 JX-300XP系统操作级划分
操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。
(1)操作员站:一般用OS 表示, 操作站是操作人员进行生产过程的监视、操作的主要设备, 操作站提供良好的人机交互界面, 用以实现集中显示、集中操作和集中管理等功能。
(2）工程师站:一般用ES 表示, 主要用于对DCS 进行在线、离线的组态工作和在线的系统监督、控制与维护, 工程师能够借助于组态软件对系统进行系统生成、离线组态、并可在DCS 运行时实时监控DCS 网络上各站的运行情况。
2.2.4 JX-300XP系统的管理级与示意图
管理级主要是指工厂管理信息系统，作为DCS 更高层次的应用。主要用于全系统的信息管理和生产、经营过程管理, 并可根据收集到的信息进行优先控制。
图2.2.4 JX-300系统示意图
2.2.5 JX-300XP网络结构划分
JX-300XP系统采用三层网络结构：
第一层网络是信息管理网Ethernet （用户可选）采用以太网络，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。
第二层网络是过程控制网SCnetII 连接了系统的控制站、操作员站、工程师站、通信接口单元等，是传送过程控制实时信息的通道。
第三层网络是控制站内部I/O控制总线，称为SBUS ，用来控制站内部I/O控制总线。主控制卡、数据转发卡、I/O卡件都是通过SBUS 进行信息交换的。 SBUS总线分为两层：双重化总线SBUS-S2和SBUS-S1网络。主控制卡通过它们来管理分散于各个机笼内的I/O卡件。 控制站是JX-300XP 系统实现过程控制的主要设备之一，其核心是主控制卡。主控制卡安装在机笼的控制器槽位中，通过系统内高速数据网络-SBUS 扩充各种功能，实现现场信号的输入输出，同时完成过程控制中的数据采集、回路控制、顺序控制以及优化控制等各种控制算法。
2.2.6 JX-300XP过程控制站的划分
控制站由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元等组成。通过软件设置和硬件的不同配置可构成不同功能的控制结构，如过程控制站、逻辑控制站、数据采集站。它们的核心单元都是主控制卡XP243。
过程控制站：简称控制站，是传统意义上集散控制系统的控制站，它提供常规回路控制的所有功能和顺序控制方案，控制周期最小可达0.1秒。
逻辑控制站：提供马达控制和继电器类型的离散逻辑功能，特点是信号处理和控制响应速度快，控制周期最小可达0.5秒。逻辑控制站侧重于完成联锁逻辑功能。 数据采集站：提供对模拟量和开关量信号的基本监测功能。
2.3 JX-300XP 的特点
（1)JX-300XP 系统软件基于中文Windows 95/98/NT开发，用户界面友好，所有的命令都化为形象直观的功能图标，只须用鼠标即可轻而易举地完成操作，使用更方便简洁；再加上SC8004B 操作员键盘的配合，控制系统设计实现和生产过程实时监控快捷方便。
（2) 基本组态软件SCKey 用户界面友好, 只需填表就可完成大部分的组态工作。软件提供专用控制站编程语言SCX （类C 语言）、功能强大的专用控制模块、超大编程空间，可方便实现各种理想的控制策略。图形化控制组态软件SCcontrol 集成了LD 编辑器、FBD 编辑器、SFC 编辑器、数据类型编辑器、变量编辑器、DFB 编辑器。SCcontrol 的所有编辑器使用通用的标准菜单File 、Windows 、Help 。灵活的自动切换不同编辑器的特殊菜单和工具条。
（3)SCcontrol 在图形方式下组态十分容易。在各编辑器中，目标（功能块、线圈、触点、步、转换等）之间的连接在连接过程中进行语法检查。不同数据类型间的
链路在编辑时就被禁止。SCcontrol 提供注释、目标对齐等功能改进图形程序的外。SCcontrol 采用工程化的文档管理方法，通过导入导出功能，用户可以在工程间重用代码和数据。
（4) 实时监控软件AdvanTrol 是基于中文Windows NT/95开发的应用软件，支持实时数据库和网络数据库，用户界面友好，具有分组显示、趋势图显示打印、动态流程、报警管理、报表及记录、数据存档、现场控制站远程自诊断等监控功能。操作员通过丰富灵活的动态画面，可以方便准确地完成生产过程的监视、操作任务。
( 5）JX-300X 提供了功能强大的过程顺序事件记录、操作人员的操作记录、过程参数的报警记录等多种事件记录功能，并配以相应的事件存取、分析、打印、追忆等软件。系统具有最小事件分辨间隔(1ms)的事件序列记录（SOE ）卡件，可以通过多卡时间同步的方法同时对256点信号进行高速顺序记录。
第三章 JX-300XP 系统的应用实例
3.1 JX-300XP 系统在三废余热锅炉中的应用
3.1.1前言
循环流化床锅炉(Circulating F1uidized Bed Boiler，CFB) 作为近年来国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧锅炉，具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣综合利用等优点，因此在电力、城市供热、工厂蒸汽生产中得到越来越广泛的应用。福建省顺昌富宝实业有限公司“三废综合利用、节能减排、余热发电工程”项目．主体为60t ／h 三废流化混燃炉(专烧造气炉渣、细灰、吹风气。合成放空气、施放气) 配套6000kWll ／}l抽背式汽轮机发电机组．装置设计3．82MPa 过热蒸汽，发电后的1．3MPa 蒸汽供尿素等装置使用．背压O ．49MPa 供造气及甲醇精馏等岗位使用：但由于循环流化床锅炉的燃烧及汽水变化过程十分复杂。受影响的因素多．给煤、一、二次风。返料耦合性强，而且燃烧与汽水也存在复杂的耦合关系。此外，过程的非线性和大滞后也使对象更加复杂，难于建立精确的数学模型。这样对控制就提出了更为严格的要求。这包括两层意义：①控制系统要有很高的可靠性；②控制方案要有很好的控制实效。基于这样两点。CFB 锅炉一般都选择先进的DCS 控制系统．特别是运用先进的控制方案．能锅炉最大负荷曾达到415t ／h ．并且处于长期稳定状态下。而改造前只能在3IOt ／h ，已经是最大负荷。与改造前相比增加锅炉负荷lOOt ／h ，锅炉带负荷能力达到或超过额定出力。锅炉满出力运行后，供热期不需要采取压电保热的不经济运行方式．
3.2工艺流程
汽水流程：经除氧后的脱盐水经给水泵提压后进入省煤器，预热后进入余热锅炉上锅筒，经对流管束换热汽化，再进入上锅筒，汽水分离后，水回落锅筒继续循环受热，蒸汽进入过热器提温，至430--4500C ，经主汽阀输出，供抽背汽轮机发电，发电后的蒸汽供生产岗位使用。
锅炉工艺流程：来自水处理岗位脱盐水。由软水泵打入热力除氧器，经除氧后由给水泵打入省煤器。经烟道气进一步预热后进入锅炉上汽包，由炉膛内的高温火焰加热汽化，形成饱和蒸汽。饱和蒸汽经锅炉主汽阀分别进入不同等级的分汽缸．再通过有关阀门调节供外岗位用汽。燃料煤由上煤装置加入炉膛．燃烧后的炉渣由放渣12' 排出。空气由鼓风机经空气预热器加热后进入炉膛；烟道气经省煤器、空气预热器冷却降温后进入电除尘器除去飞灰．最后由引风机引出．经脱硫后由烟囱排放。吹风气余热回收工艺流程：利用造气吹风气、合成弛放气及少部分半水煤气，配以适量的空
气。在吹风气燃烧炉内燃烧获得高温烟气．通过2．45MPa 及0．4MPa 水管余热锅炉产生饱和蒸汽．供外岗位用汽。
图3.1 硫化床锅炉工艺流程图
3.2系统硬件、软件设计
J X一300XP 硬件包括控制站硬件、操作站硬件和网络硬件3部分(图3.2) 。DCS 控制对象主要有燃烧自动控制子系统、炉膛负压控制子系统、汽包水位控制子系统、主汽温度控制子系统、汽水协调控制子系统、料层差压控制子系统、锅炉安全联锁保护子系统。监控系统硬件由电源单元、CPU 单元、输入输出单元、通讯单元、操作站和网络部件构成。
3.2.1控制站硬件
控制站硬件包括机柜、机笼及系统供电、主控制卡(CPU)、数据转发卡和I ／O 卡件。其中机茏分为电源机笼和卡件机笼，电源机笼可以配置4个电源模块；卡件机笼主要放置各类卡件，一个卡件机笼有20个槽位，用来放置两块主控制卡、两块数据转发卡和16块I ／O 卡件。机笼背面有4个SBUS —S2网络接口、一组电源接线端子和16个I ／0端子接12' 插座。系统采用双路交流供电。两路220V 交流电冗余配电．一路通过UPS 给系统供电，一路直接给系统供电(见图3.2) 。
图3.2 系统硬件总图
3.3 卡件的选型和配置
3.3.1卡件的选择步骤
根据项目要求中的测点清单。分类统计出同类信号的点数．对照卡件介绍查出该信号类型所对应的接收卡件和每块卡件对该类型信号的最大接收容量(即一块最多可带多少个点) ，然后算出这些信号点需要的卡件数，根据卡件数统计端子板数量。本项目中，已知电流信号19点，考虑日后扩展，预留备用通道5个，共24点，选择电流信号输入卡XP313，由于XP313卡是6路通道信号输入，则需4块卡件。本项目中都选用端子板XP520，一块端子板可供两块卡件使用。根据上面的卡件选择及卡件数量统计，本项目需要配置两个机笼，一个控制站。其中主控制卡和数据转发卡设置冗余。
3.3.2卡件步骤设置
为了使卡件能够按照要求工作。根据卡件选择、系统规模设置及卡机排布原则．对卡件进行地址设置。主控制卡地址范围2～63．该项目中，地址设置为2和3。由于数据转发卡地址范围是0—15，且必须从O 开始，依次设置，因此第1机茏地址是0和1。第2机笼的地址是2和3。
3.4.3 UPS及电源设置
UPS 即不间断电源。主要由充电器、整流器、电池组合及逆变器等部分组成。根
据项目实际要求的带负荷能力和可靠性，选择了山特品牌，型号为山特AUPS-6K ，配套电池用德国阳光铅酸电池。
3.5组态设置及实时监控
完成测点统计和卡件选型工作。并对各卡件进行合理布置后。对DCS 的软件、硬件构成进行配置即组态设计。包括控制站、操作站等硬件设备在软件中的配置、操作画面设计、流程图绘制、控制方案缩写及报告制作等。
操作人员操作台计算机的鼠标和键盘。通过软件对象列表中相关对象的调用即可对生产系统的运行设备仪表进行查看、调节和控制。主要实现的操作功能有报警一览画面操作、系统总貌画面操作、控制分组画面操作、趋势画面操作、流程图画面操作、报表画面操作、数据一览画面操作以及弹出式报警操作等。
3.6 60t ／h 循环流化床锅炉的自动控制系统
60t ／h CFB锅炉的自动控制系统主要包括以下几个控制子系统：
3.6.1 燃烧自动控制
燃烧控制的目标首先是保证锅炉安全燃烧且主汽压力应稳定在设定值。其次是经济燃烧(体现为空气过剩系数恰当) ，对循环流化床来说安全燃烧尤为重要。安全燃烧的一个主要指标是炉膛温度分布。特别是料床温度应稳定在900～1000佗，防止床温过高结焦或床温过低熄火事故。CFB 锅炉燃烧控制手段通常是给煤、一次风、二次风及二次返料。一般60t ／llCFB 锅炉采用高温返料方式。二次返料量对炉膛温度影响不大。故不作为控制手段。控制方案采用基于人工操作经验的专家智能控制系统，较好地解决了燃烧过程的强耦合、大滞后、时变性等难题。控制框图如图3.6.1所示。
图3.6.1燃烧控制框图
3.6.2 炉膛的负压控制
合适的炉膛负压是锅炉安全燃烧的保证。炉膛负压的控制是锅炉燃烧控制的一部分。但其具有相对的独立性，可以从燃烧控制中分散出来作为一个回路来实现。炉膛负压控制是一个快过程。只要PID 参数整定合适，一般单回路即可以达到目的。其控制的品质受鼓风量的影响较大，而现场没有风量测量装置，间接取鼓风挡板开度作为前馈量，这样存在一定的线性。但负压无须控制在某一定值，而只需在一定范围内，故问题也不大。妒膛负压控制框图如图3.6.2所示。
考虑到引风电动机的抗冲击性．负压控制也引入一调节死区．在该负压范围内保持上次的输出。一般这个范围为控制目标的±2Pa 。
图3.6.2 前馈单回路负压控制框图
3.6.3汽包水位控制
经典三冲量串级前馈控制在各种锅炉汽包水位的自动调节中已得到广泛应’用。但在现场锅炉水位的投运中。三冲量方案不能很好地克服以下两种情况引起的锅炉水位变动：
(1)锅炉负荷的大扰动。这种情况下锅炉出力会在2—3rain 内突增或突减5舶，带来很严重的虚假水位现象；三冲量控制不能使给水控制阀正确、及时地快速跟进负荷的变化。
(2)锅炉汽包的不定期人工排污。这时候往往造成控制系统失效，现场需司炉工不停地进行手，自动切换，这也影响了汽包水位的投运效果。
上述两点在以供汽为主的锅炉上是普遍存在的。在现场投运的过程中我们引入负荷变化率(仃) 和汽包水位变化率(h)两个变量，正常水位调节时仃和h 均在某一限值之内，当出现上述异常时，其值会超过这两个变量的阚值，这时我们改用一定的调节规
则强行上拉或下拉水位控制阀．以保证汽包水位在安全范围之内。待水位恢复平稳之后。再切入三冲量方案。其控制方框图如图3.6.3所示。
图3.6.3 三冲量+规则调水方案
我们称该方案为三冲量+规则调水方案．经现场投运验证。控制效是较好。 此外．锅炉汽包水位的实际投运中应注意两点：
(1)网位的保持。在水位控制目标的：t ：3mm 以内，应保持阀位不动．不致于因阀住的动作频繁而影响给水控制阀的使用寿命。
(2)阀位输出补偿。现场给水控制阀在高开度时线性不好，做一阀位输出补偿。由软件实现。
3.6.4主汽温度控制
主汽温度控制我们仍采用串级前馈方案。一般希望用减温器出口温度作为前馈以弥补主蒸汽温度的大滞后。但工艺上安装有困难．所以考虑用炉膛出口温度作为前馈。现场使用的效果还可以。控制框图如图3.6.4所示。
图3.6.4 主汽温度-减温水流量串量级控制
3.6.5料层差压控制
如果锅炉采取间隙排渣工艺．方案采用计算机报警提示的人工放渣手段。
负荷分为高、平稳、中、低四段，不同的负荷段有不同的高、低报警值。这根据工艺条件及操作经验取得，可以在流程图上进行修改。
另一方面，如果锅炉采用连续排渣．我们就使用锅炉的料层差压来控制出渣器的转速，这样来控制排渣量。
3.6.6 锅炉安全连锁保护
锅炉安全联锁保护主要考虑两个因素：
(1)汽包水位的安全保护
锅炉汽包水位低于极限值时极易导致干锅．应停一次风机、二次风机、引风机、给煤机。
(2)一次风机、二次风机、引风机、给煤机的联锁保护
启动顺序为：引风机一一次风机一二次风机一给煤机。
停顺序为：给煤机一二次风机一一次风机一引风机。
如果一次风机、二次风机、引风机、给煤机中的任何一台出现跳闸，均应联锁停止相应的电机。
3.7X-300XP 系统在三废余热锅炉中的总结
本项目竣工后，J)(一300XP 系统运行平稳，三废混燃妒产汽也达到60t ／h 。装置产生的3．82MPa 过热蒸汽已发电后．抽汽1．3MPa 蒸汽供尿素等装置使用．背压0．49MPa 供造气及甲醇精馏等岗位使用，达到热电联产、提高能源利用率的目的。同时停用原有造气吹风气余热回收装置20t ／h 、三台10t ／h 、15t ／h 、20t ／h 能耗高的锅炉，真证达到节能减排的目的。项目建成投产后。年节约燃料煤6．2214万t ，年可供电量为3369．6x104kWh ，达到热电联产，提高了能源利用率和经济效益。
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致 谢 在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师刘文龙老师的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文的过程中，刘老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了刘老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。 在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。 感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。 最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！