水泥纯低温余热发电自动化控制的特点.docx
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水泥纯低温余热发电自动化控制的特点
纯低温余热发电自动化控制的特点
前言：
纯低温余热发电作为一种新型节能降耗的环保工程，目前主要运用在水泥、玻璃、冶金等大能耗、高热量、生产过程中有大流量高温气体的工业企业中，所以在自动化控制方面有兼有电站控制和主生产线控制的特点，我们以目前使用最广泛的水泥行业余热发电项目的自动化控制为例进行简单的说明。
一、操作界面的风格。
作为操作员需每天面对、操作使用的最基本工具，操作界面应直观、准确和简单明了，并且尽可能的逼真、形象化，能让操作员直观的将现场设备、各检测点位置与画面对应起来。
目前按照整个余热发电的流程，一般分为四个主操作画面，对现场所有设备、仪表检测点进行操作和监控，分别如下所示：
1、锅炉流程画面：
主要显示来自窑头和窑尾的废气，经过余热锅炉将来自锅炉给水泵的化学水进行加热，再通过过热器进行加压、加温后送入汽机房集汽箱的整个流程，主要包括窑头和窑尾的两个余热锅炉以及配套的各种电动阀门和收灰、震打装置。
2、汽机房主画面：
主要显示来自余热锅炉的高温、高压蒸汽进过集气缸进行均压后的推动汽轮机做功，带动发电机进行发电的整个流程，需尽可能的将配套的冷凝器系统、处氧器系统、射水抽汽器、空冷器以及相关的阀门、水泵等设备都包含进去，使操作员在一个画面上对整个汽机系统进行操作和监控。
3、油系统画面：
油系统主要是汽轮机和发电机润滑系统和汽机阀门保护供油系统，是整个汽机系统安全运行的保障，DCS系统的编程维护人员有责任将整个系统按照流程完整、准确的在画面上显示出来，包括油管走向、设备和检测点的位置等等，并且加上直观准确的中文说明。
4、循环水系统。
主要显示冷却循环系统的冷却水塔、风扇、水池和水泵阀门等设备。
5、化学水系统
主要是显示将自来水或工业用水经过一系列的化学处理变成能供汽机使用的化学水的整个流程。
因为根据水质或不同工况下汽机的不同要求，整个化学水的处理流程不完全一样，在流程比较简单的情况下最好能将化学水处理的流程也集成到汽机流程画面中去，方便操作员的操作和监控。
如上所示的几幅流程画面基本上包括了整个余热发电的工艺流程，画面的风格一般可以归纳为如下的几个标准：
1、集成化：
尽量将相关设备、需监控的测点集中到一幅画面中去，增加画面中信息的丰富程度，方便操作员的监控和操作。
过于追求画面的简捷就可能将必要的信息不能直观显示到操作员的面前，使事故隐患不能得到及时处理。
2、
标准化：
画面上设备或者管路的样式、颜色要按照工艺要求的标准进行标示，如表示自来水；表示废气；表示高温蒸汽；表示除盐水；表示油等；
3、准确、直观化：
整个画面的设备、测点位置与现场设备和测点位置基本吻合，管路的走向与现场管路走向也基本一致，并在必要的地方加上中文或特定的文字说明，使操作员一看到画面就能基本了解整个系统的工艺概况。
4、人性化：
需要充分考虑操作员的习惯，按照工艺人员的要求和特点来组态画面。
比如有的电厂出身的操作员习惯于红色表示设备运行，而水泥厂出身的操作员习惯绿色表示设备运行等。
二、单机设备的控制
任何生产线的DCS控制程序，单机设备的控制程序都是最基本的控制单元。
很多厂家对单机设备不是太重视，仅仅要求能实现启停操作就可以。
而一个好的单机设备控制程序能能对设备起到很好的保护措施，对故障进行准确的判断和预判，并能进行自动处理，极大降低了设备的故障率和故障处理时间，以下面例子进行说明：
如图所示为一个普通的单机面板，上面除了有马达的状态显示和一些操作按钮外，增加了许多现场常用设备的信号及故障显示，能在设备故障时准确的判断出故障的来源，指导操作员进行处理。
还加上了设备的开机运行时间和累计运行时间，方便掌握设备的运行状况。
由于余热发电生产线很多设备是冗余配置，一定要做好设备的联锁保护控制。
在单机设备处于手动状态时可以手动启动，不受自动联锁程序的影响。
但是在自动状态时一定要能进行常用－备用的联锁切换动作，包括冗余设备的一备一用，一备多用或多备一用等。
当正常运行设备故障停车时，备用设备要能迅速的自动启动运行，防止主要设备的故障或对整个工艺流程产生影响。
已经一些主要控制参数达到报警联锁值时相关设备的跳停或启动的联锁动作，如水箱水位与相关水泵的自动联锁。
三、主要的保护控制
余热发电系统的自动化控制包括如下几个重要的保护控制：
油系统保护控制；汽轮机调节系统（分为DEH和505两种）；主汽门跳停保护系统；发电机的保护控制系统等，一般来说可以有不同的厂家进行配套，但是其中有着必要的联锁保护关系。
1、油系统保护：
在前面说过油系统主要是汽轮机和发电机润滑系统和汽机阀门保护供油系统，是整个汽机系统安全运行的保障。
在工艺上一般会采用同一信号多点采集，如采用三选二的压力开关采集同一压力信号，防止出现误动作，以提高信号的安全性。
在与整个汽机、发电机运行的联锁保护流程设置上也有着严格的规定，如下图所示：
将整个流程的参数设置及设备保护动作准确的显示出来，要让操作员清楚的知道每一步的自动控制流程。
2、汽机调节系统：
主要是调节汽机的进汽门开度，从而调节进汽流量和汽轮机的转速。
目前在余热发电系统上有505和DEH两种模式。
但有一个统一的要求就是调节速度快精度高。
505控制：
主要偏向于现场对汽机的转速进行控制。
通常将505控制柜放置在现场，柜上安装8000系列显示仪表进行现场监控，同时将信号送入505控制模块，对汽机调节汽门进行调节。
同时可以将信号送入主DCS系统，由操作员在操作站上进行监控和调节。
发出调节汽门的开度信号至505，505控制模块与现场反馈值进行比较后，输出DO信号进行阀门的调节。
特点是简单方便，但是与中控的通讯较麻烦，提供给主系统的信号较少。
DEH控制：
通过专门的能快速进行调节的PLC控制器进行编程，对汽机的调节汽门进行调节。
现在主要的PLC或DCS厂商都有成熟的DEH控制方案和配套系统，一般都配有下位控制模块和上位操作系统，可以将大量的现场信号引进DEH控制系统中，进行组态编程并进行监控操作。
而且可以很方便的与主系统建立通讯。
可以让操作员掌握大量的现场信息，并不需要到现场就能对汽机进行操作和调节。
如下所示就是一套DEH的操作画面：
3、主汽门跳停保护系统：
简称ETS系统，是在出现威胁汽机运行安全的故障时迅速关断主汽门的保护装置。
要求就是在接收到现场故障信号后50ms之内，发出信号将主汽门关闭，以保护汽轮机。
一般来说都是与现场的DEH控制柜配套，配置专门的快速响应处理模块来满足速断的要求。
为了保证信号的准确性和安全性，在关键检测点采用三选二模式进行信号的采集和处理，如汽机的转速和安全油压等。
如下就是一套ETS保护系统的界面：
可以方便的从画面上看出关键信号的状态和故障点发生的位置。
而且可以将故障保护动作进行投入或者切除操作，在调试期间非常方便。
对于产生联锁反映的故障可以通过专门的事故追忆卡件SOE进行事故源头的查找。
5、发电机保护控制：
目前发电机的保护控制都是大型发电机控制柜制造商配套。
主要需注意的是发电机保护控制程序与汽机保护控制程序要进行关键信号的联锁。
比如发电机需要将发电机综合故障信号送至汽机保护系统进行汽机的联锁保护。
汽机主控制程序也要将主汽门关闭信号送至发电机保护系统进行发电机的联锁保护。
四、主要的调节回路
整个余热发电系统主要有两个自动调节回路：
一个是热井水位的自动调节，一个是锅炉汽包水位的自动调节。
热井水位调节：
由于冷凝器热井水位必需保证在一定的范围之内，水位过高或过低都会对冷凝器真空度造成影响从而导致汽机停机。
所以必须通过自动PID调节回路来控制凝结水再循环阀门的开度，保证水位在允许的范围内。
通常是采用单PID调节回路，由水位作为输入测量值来控制阀门开度。
具体控制流程如下：
汽包水位调节：
作为锅炉质检必需通过的项目，汽包水位必需要能自动的保证在一定的范围内，防止出现煮干锅或满锅的现象。
通常的调节方式有两种，一种是单回路调节，即通过汽包水位直接调节给水阀门开度。
一种是三通量调节，由汽包水位来调节给水流量，同时主蒸汽流量作为此调节的前馈控制，再通过给水流量来调节给水阀门的开度。
此调节模式的流程图如下：
其他一些简单的自动调节如除氧器水位调节、给水压力调节等，可以通过单回路PID进行调节，也可以设定一定的高报、低报值对相应的阀门、水泵进行联锁控制，在此就不进行特别的说明。
五、适合操作的一些方法
因为余热发电系统操作的需要，在一幅操作画面上要能同时打开多个面板进行操作，如下图所示：
对一些程序面板的编辑采用固态内存模式的系统，可以直接在画面上打开所需的任意几个操作面板。
但对于对一些程序面板的编辑采用动态内存模式的系统来说，在流程画面上每次只能直接打开一个操作面板，就需要作弹出式画面，在画面上集成操作员操作需要的几个面板，便于操作员同时进行比较操作。
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