在烧结余热发电系统中，使用DCS监控系统能够提高电厂自动化水平，基于此，在烧结余热发电系统中采用三电一体化的开放式分层控制方案，能更好的对分散控制实现集中管理。本文以和利时HOLLIAS MACS分散控制系统在新余钢铁公司8#烧结机余热发电项目中的应用为例给予阐述。
DCS监控系统组成
和利时公司的HOLLiAS MACS系统是用一个开放的系统软件平台，将各种控制功能与管理功能相结合，构成了一个集成开放的系统平台。在此基础上，和利时公司结合不同行业自动化控制的需求特点，推出专业化的控制方案，最大限度地满足不同行业的应用需要。
1.1DCS网络结构
HOLLIAS MACS分散控制系统，可以划分为监控层和控制层两个层次。监控层的设备主要包括工程师站、操作员站等;控制层的设备主要包括实现各种控制功能的控制站(包括远程控制站和远程I/O站)。
工程师站、操作员站等与系统服务器的互连，通过监控网(M-NET)使用以太网协议通讯，通讯速率100Mbps。
控制站与系统服务器的互连，通过系统网络(S-NET)使用HSIE网络协议，通讯速率10/100M自适应。HSIE网络协议基于可靠的工业以太网通讯协议，信息传输实时、可靠。
控制站内部的数据通讯网络称为控制网(C-NET)，控制网采用Profibus现场总线。使用Profibus-DP协议，通讯速率500Kbps，实现控制器与过程I/O模块的通讯，符合IEC61158国际标准。所有支持Profibus-DP协议的控制器(如PLC)和智能仪表只要提供相应的GSD设备文件，都能作为主控的从站与HOLLIAS MACS系统进行通讯。
HOLLIAS MACS系统的网络结构具有灵活的扩展性，对于距离电子设备间较远的控制现场，可以通过在现场设置远程控制站或远程I/O站的方式接入系统。
HOLLIAS MACS系统采用双底板双CPU的热备系统，提供包括CPU、电源、远程I/O、和100M工业以太网络的热备方案，在故障时实现主站到后备站的无扰切换，主站和后备站之间采用光纤连接交换数据，保证系统稳定、可靠、高速。
下图为新余钢铁公司8#烧结机余热发电项目中的和利时DCS系统网络结构图。
1.2DCS系统硬件配置
HOLLIAS MACS分散控制系统的硬件设备主要包括控制机柜、工程师站、操作员站、数据服务器、大屏幕显示器、激光打印机等。
工程师站是配有系统组态软件的计算机，工程师站对应用系统进行功能组态，包括操作员站组态和控制器组态，并进行在线下装和在线调试，是工程师对工程实施各种控制策略和人机交互方式的工作平台。
操作员站是配有实时监控软件和各种可配置的人机接口设备的计算机，完成对生产过程和现场参数的实时监视与操作。操作员站可全面完成对现场工艺状况的显示、报警、打印、历史数据记录和再现以及报表等功能。本工程中，DCS的工程师站和操作员站采用研华工控机,运行在基于Windows NT/2000构架的Windows XP中文版SP2平台之上。
数据服务器采用高性能服务器，完成实时数据库及历史数据库的管理和存取，服务器为双冗余配置，并可根据实际工程规模灵活配置。本工程DCS的数据服务器采用DELL机架式服务器，操作系统为Windows Server 2003。
HOLLIAS-MACS系统中，较复杂的计算和管理任务交给网络上的高性能的数据服务器，频繁与操作员打交道的人机界面等任务交给操作员站。这种体系结构结构灵活、处理效率高，易于扩充、适应范围广，可维护性强。
运行人员通过操作员站上的人机界面将请求发给数据服务器，而由高性能的数据服务器完成专门负责数据库的操作和维护，同时把结果返回给人机界面或将指令下传到主控单元。在网络里传输的只有SQL语句和结果数据，提高了整个系统的吞吐量和响应时间。
2.DCS系统的主要功能
2.1数据采集系统(DAS)
数据采集系统的功能是通过存储和检索数据库，记录历史数据等功能实时检测烧结余热发电的整个过程。显示功能是显示各个系统工艺流程趋势以及报警信息;记录功能主要是定期记录、事故追忆记录、事件顺序记录、报警记录、设备运行记录以及操作员记录等;而历史数据存储和检索主要是通过历史记录站对历史数据的存储和检索。
2.2模拟量控制系统(MCS)
相较于一般的余热发电，烧结余热发电的过程比较复杂，其除了控制锅炉水位除氧器水位、除氧器压力、主蒸汽温度、冷凝器热井水位等常规过程变量之外，还能够对引风量、汽轮机排气温度以及真空度进行控制。
2.2.1锅炉水位的自动控制
锅炉水位负荷在百分之30以下时利用单冲量进行调节，即锅炉水经过PID计算之后可以直接对给水调节阀进行控制。如果负荷在30%~100%之间，要改为三冲量调节，也就是利用PID计算锅炉水、锅炉给水量以及主蒸汽流量三个信号后对给水阀进行控制，这种做法能够有效的解决虚假水位的影响。另外通过对主蒸汽流量信号进行温度压力补偿，对锅炉水进行压力补偿能够实现无扰动切换。
2.2.2主蒸汽温度控制
该系统是饱和蒸汽减温。减温器出口蒸汽温度会通过微分器后和主蒸汽温度一起被出入PI调控器中，从而实现对减温调节阀的控制。
2.2.3除氧器温度，压力控制
除氧器选择大气式旋膜除氧器，其运行的压力保持在0.02mpa。通过对除氧器压力的控制，就可以是饱和水的温度达到104摄氏度，从而实现除氧。
2.2.4除氧器水位、冷凝器热井水位控制
除氧器水位、冷凝器热井水位选择磁翻柱液位计，同时带有4到20ma输出。
2.2.5引风量控制
风门的开度是通过PI计算烧结环冷机罩壳内和锅炉入口烟气的温度决定的。并且前馈补偿选择烧结环冷机罩内负压斜率和锅炉入口负压斜率。
2.2.6汽轮机排汽温度控制
喷水减温阀是由汽轮机后汽缸排气温度决定的。然后利用汽轮机负荷的变化率作为前馈信号。
2.2.7系统真空度控制
烧结过程如果不稳定就会造成汽轮机负荷出现波动，直接对汽轮机后汽缸排气温度造成影响，间接影响真空度。
除此之外，还根据余热发电标准设计了连锁保护：主蒸汽压力连锁保护、锅炉水位连锁保护、锅炉给水泵连锁、真空泵连锁以及循环水泵和出口阀门连锁等。
2.3汽轮机事故跳闸系统(ETS)
汽轮机事故跳闸系统由DCS实现, 通过和利时ETS模块实现逻辑跳机，运算周期达到毫秒级。以下是ETS保护条件，任何一个条件动作均触发跳机，实现安全联锁保护。
2.4 电液调节系统(DEH)
随着自动化程度要求的提高，可实现对汽机转速更优质的控制，以便实现经济、可靠的运行。DEH实现汽机的程控启动、自动调节、参数限制、保护、监视及试验等功能。
3.运行结果
新余钢铁公司8#烧结机余热发电项目DCS监控系统被投入生产之后，其实际的运行状态良好，性能稳定。因而总结DCS监控系统的特点如下：1.对烧结过程进行实时检测，一旦出现不稳定，能自动调整主蒸汽参数来满足汽轮机的发电需求。2.系统具有很高的集成度，极大的减少了余热发电系统的成本，节约用水量为20%，节省人力60%。3.该监控系统能够实现在线设定参数和修改组态，极大的方便了生产过程。4.该系统能够24小时连续记录整个系统的运行参数，并能及时的计算出各个设备的运行指标，提高了余热发电系统的管理水平。5.该系统能够长期免维护运行，提高了系统的可靠性。6.监控系统的具有很高的兼容性和良好的开放性，从而实现实时和钢铁厂能源管理烧中心的通讯。
总而言之，在烧结余热发电系统中，使用DCS监控系统，能够有效的提高电厂的自动化水平，在生产过程节能降耗，提高能源的综合利用率，增加工人的工作效率。
参考文献：
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