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分散控制系统概述随着我国电力事业的飞速发展，火电厂单机容量及生产过程的控制规模不断增大，运行参数越来越高，主辅机及其相应的热力设备和系统更加复杂；同时电力市场的竞争日趋激烈，这就要求我们的电力生产必须从劳动密集型、设备密集型向信息密集型和知识密集型转变。以计算机控制为基础的分散控制系统（Distributed Control System）就是在这一转变过程中的产物，简称：DCS,它是继直接作用式气动仪表、气动单元仪表、电动单元组合仪表和组件组装式仪表之后的新一代控制系统。分散控制系统是生产过程监视、控制技术发展和计算机网络技术应用的产物，它包括了当今热工自动化的所有精华，即：控制（Control）、报警（Alarm）、监测(Monitor)、保护(Protection),简称：CAMP。从锅炉点火、汽轮机冲转、机组自动同期并网直至正常运行及事故处理的全过程，各种参数的监测、报警信号的发出、装置的调节、控制及设备危险时的保护都由DCS系统来完成。实践证明DCS系统可以有效的防止事故扩大，保证设备和人身的安全。DCS系统的核心是：功能分散、位置分散、操作管理集中。其主要有以下几大子系统组成： DEH digital electric-hydraulic 数字电液调节系统 FSSS furnace safeguard supervisory system 炉膛安全监控系统 SCS sequence control system 顺序控制系统 DAS data acquisition system 数据采集系统 BPS bypass control system 旁路控制系统 ETS endanger trip system 危急跳闸系统 TSI turbine supervisory instrument 汽机监视仪表 其中，SCS、DEH、CCS、FSSS是DCS的四大支柱系统。我们先来介绍一下DCS系统的硬件组成：（如图所示）这是我公司135MW机组应用的新华公司WDPS-400系统结构。大体上来分，DCS系统有三部分组成：（详细内容在以后介绍）1、 分散控制装置-DPU（现场控制站，过程控制站，数据采集站），即图中实时网下边的部分。实现DCS与生产过程的接口；实现数据采集；回路控制；逻辑控制和事故追忆。2、 操作管理装置,也就是人机接口MMI,包括工程师站（ENG）、操作员站（OPU）、历史站（HSU）,起到维护、操作、显示、打印等功能。3、 通信网络，也就是计算机网络，其作用是连接各工作站，图中分三层网，A、B实时网和C网（信息网）。DCS系统的有以下特点：1、 分级性：从结构上可分为现场级、控制级、监控级、生产管理级和经营管理级。现场级设备一般位于被控生产过程的附近；控制级主要有过程控制站和数据采集站构成；监控级的主要设备有工程师站（ENG）、操作员站（OPU）、历史站（HSU），其中操作员站（OPU）安装在中央控制室，工程师站（ENG）、历史站（HSU）安装在电子设备间。管理级就是若干个管理计算机，可分为实时监控和日常管理两部分，它所面临的使用者是总经理、总工程师、值长等行政管理人员或运行管理人员，其主要功能是监测企业各部分的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发辅助管理人员进行决策，帮助企业实现其规划目标。2、 自治性：每套装置都能独立运行。3、 分散性：控制分散、功能分散、地域分散、危险分散。4、 界面友好：采用CRT、键盘、鼠标等设备，显示内容丰富、操作简单、便于维护。5、 灵活性：硬件采用积木式结构，软件采用模块化结构，组态配置灵活方便。6、 可靠性：采用了冗余设计（电源冗余、控制器冗余、网络冗余、I/O冗余），而且采用了容错设计，当出现错误后有对应的解决办法。软件具有自诊断功能，元器件采用了表面安装技术。上面是对DCS系统的基本概念和结构特点的简要叙述，仅供大家参考，详细的内容在今后向大家逐一介绍。DCS控制系统概述（二）-分散控制系统的评价与选择-分散控制系统从八十年代引入我国已有十几年的历史，引进的系统主要有美国西屋公司（Westinghouse）的WDPF，比如：石横电厂的300MW机组就是引进的WDPF系统；贝利公司（Bailey）的INFI-90,聊城600MW机组及菏泽300MW机组引进的就是INFI-90；福克斯布罗（Foxboro）公司的I/AS,莱芜的125MW机组改造引进的就是I/A S系统。随着我国电力技术的进步，国内的DCS系统也逐步发展起来，比如：上海新华公司的XDPS-400,北京和利时公司的HS-2000等。也在国内的大小型机组中得到了广泛应用，我厂135MW机组就是选用的上海新华公司的XDPS-400000。伴随着国产DCS系统的不断完善，我们对DCS系统的评价、选择及使用的方法也在逐步走向成熟，从开始时的基本接受和试用到现在有组织的评价，从相对被动转为比较主动。就现在而言DCS评价与选择方法不仅能使用户得到满足其过程要求的系统而且评选过程作为一种市场活动，也会对DCS的发展起到推动作用。DCS评价与选择的过程包括目标的设定、适用的准则、信息的收集与分析、对特征做加权和做出最终决定等几个方面。第一部分：分散控制系统的评价：DCS系统是综合性很强的系统，因此它的评价方法也就比较复杂，涉及到很多因素，而且各因素之间有密切的联系，从技术应用的角度看，DCS应用的技术有计算机技术、电子技术、软件工程、通信技术、自动控制技术等。从DCS使用的功能角度来看，可分成过程控制站部分、运行员操作站部分、工程师工作站部分、通信系统部分、接口部分等。在工程项目使用DCS的过程中，可分成设计方面、调试方面、使用方面、维护方面、更新方面等等，为了选择合适的DCS就要综合分析所有的方方面面。作为使用部门，我们从使用的角度来分析一下DCS的评价过程。一、 控制站在概述中我们已经提到，过程控制站是完成实时控制的单元，对它的要求主要有几个方面：可靠性、分散性、对控制对象的适应性、抗干扰能力等。其组成部分可分为：控制器、I/O模件、电源、机柜等几大部分。如下图所示：冗余处理器Redundant DPU电源分配盘Power Distribution输入/输出卡件I/O Cards冗余电源组Redundant Power Supply标准机柜Standard Cabinet冗余I/O总线Redundant I/O Bus1、 控制器：l 硬件方面。控制器的硬件内容很多，最重要的有：运算能力、运算速度、内存的大小、处理器与内存的关系、对外接口的方式等，但并不是运算速度越快，处理器功能越强九越好，它必须要兼顾其经济性，我们现在接触的是商用机、PC机的处理器，而工业控制方面很少用这样的CPU，原因是功能要求不一样，商用机可能有很强的图形处理功能，而实时控制并不需要，耗电量和发热量指标也不能比较，因此，一般不能用商用机的指标来衡量控制器中的微处理机。l 软件方面。包括软件的功能、覆盖的范围、运行方式、灵活性等，工业机要求控制器软件方面不仅要涵盖各种工业控制要求同时要具有实现各种特殊功能的灵活性。l 内接口部分。是指控制器以什么样的方式与上、下、平级的模件通信。由于我们通常希望控制器是独立的，所以一般要求它对上、平级应该是平等的通信方式，而对下级摸件是主从通信方式。l 外接口部分。是指控制器与其它系统的接口能力。主要体现在通信协议的适应性，通信的容量大小，设备是否可以方便的适用来自被接口设备的数据或者信息。接口的可靠性也是评价的重要标准，一般来说对可靠性的要求是与接口在系统中的作用密切相关的。接口所通过的、用于保护和控制的信息越多，对接口的可靠性的要求就越高，也正是由于这样的要求，我们一般希望减少系统之间的接口。l 下面的分支图是对控制器评价的主要几个方面：过程控制器硬件软件冗余性中央处理器能力模件工艺带电插拔诊断维护后备电池多种接口多任务在线组态控制算法独立工作兼容性2、 I/O模件：对I/O模件的要求是看它对工业过程的适用性，是否满足工业过程的各种电气特性、实时、可靠性的要求，以及它同控制器之间的关系。l 电气特性：应适应各种变送器、传感器、仪表的信号、供电方式、接地方式、屏蔽方式。l 安装方面：适应各种安装、接线方法、尽可能提供现成的端子、插座、减少转接、配线。l 对环境的要求：应最大限度的适应现场环境的要求。l 与控制器的关系：要求两者之间是通过确定性总线来通信的。因为现场信号应在确定的时间内被采样和处理。3、 电源及安装系统：电源、机柜与安装系统的任务是为控制器和I/O模件创造、维持一个良好的工作环境。考察电源时，既要考虑到设备本身的可靠性还要从冗余的方式来分析电源系统的可利用率、供电能力、容量、抗电源波动的能力等。采用模块化的电源灵活性大，可维护性高，可以大大提高系统的可用率。安装系统也很重要，模件的环境越舒适，其可靠性当然越强。DCS控制系统概述（二）-分散控制系统的评价与选择-二、人机接口人机接口是DCS中发展变化得最快的系统，它随着计算机、软件的发展而改变。但总的大原则是统一的。1、 计算机硬件：计算机的概念大家是比较熟悉的，计算机的处理能力是重要而又易于比较评价的，其运算速度、内存、外设等都具有比较具体的指标，但是对这些资源的使用方式却与软件有密切的关系。再有硬件的变化是很快的，不能指望系统总是是当时或今后最先进的，而要看其与功能的适应性。另外不要被定义不清的词汇所迷惑。计算机的发展很快，一些功能经常用专用的术语来表示，而这些术语从英文翻译过来时，常常缺乏标准化或推敲过程，使得我们从字面上看不出其具体的功能或作用，这时要写时搞清楚他的具体含义，而不要以为功能描述中的生词、缩写越多越好。2、 操作系统与应用软件：对于软件来讲，最重要的就是其可靠性，也就是平常说的软件是否成熟。从人机接口的角度上讲，应注意以下几个方面： 开放性。主要是针对通信系统来讲的，而不是针对各种软件而言的，我们一般不希望在运行员的平台上运行各类软件，对软件的开放性往往是对工程师站和上位管理机的要求。通信上的开放性使运行员可以获得更多的信息以了解控制过程。同时使运行员操作站可以送出更多的数据用于更高级的管理。 数据处理能力。以什么样的方式向运行人员显示过程信息是人机接口站的重要特性，运行员对过程的控制，监视方式越来越向办公化方向发展，常规的柱状图、趋势图已不能满足要求，需要有更直观、更能深入反映过程动态特性的方式来显示分析的结果。这方面的能力很难用定量的方法来描述，应请厂家通过实例说明自己的处理方式与能力。 软件维护，更新能力。这种能力有的属于软件本身，有的属于供货厂家的工程服务能力。软件如果能够不断的更新、升级、消除缺陷，显然对用户的投资有很大好处。 防病毒问题。一般来说这不是过程控制软件厂家应解决的问题，病毒的种类与作用方式在不断变化，在计算机的维护工作中应包含这部分内容，使人机接口时刻有最新的防毒软件保护着。运行员操作站与工程师站的操作平台应该是分开的。三、工程师站(ENG)工程师站的主要工作是组态设计，并将设计结果下载到摸件中执行。1、 触及DCS资源的深度 监视DCS设备的状态。反映控制系统中所有设备的状态，包括静态状态，如、停止、还是故障状态；以及动态状态，如模件运行到什么程度了，负荷怎样，有无故障的趋势，发生了什么故障等。 监视过程变量的动态变化值，反映系统中非控制设备的状态，如人机接口、通信系统，对外的接口，特别是对这些设备的运行状态做出评价，如数据库利用率、通信负荷、对外接口的忙闲程度等。另一方面就是对这些设备的故障诊断，这种诊断应高于人机接口上的由运行员做出的诊断，因为一般用户的责任划分是由运行员发现故障，而且主要是与过程相关的故障，而有工程师找出内部的深层原因，而这时的工具应是工程师站。 对所有DCS的设备做组态设计。设计可以分成“硬”的和“软”的。“硬”的设计指设置地址开关之类的设计；“软”的设计指控制功能的组态。可以设想，如果DCS的所有设备的设计都可以用“软”的方法实现，那我们的“硬”工作就只有安装设备，连好电缆就行了。所有的开关、跳线选择、操作系统都由工程师站用“软”方法来实现，那就会使我们的工作性质发生重大的变化。因此工程师站设计的全面性和深入性就是评价它的一个重要指标。2ENG的开放性 在谈人机接口的开放性时，我们强调的是通信。在这里我们更强调工程师站作为多种软件的公共平台意义上的开放性。 DCS组态是DCS工程中的一部分工作，如果工程师站只能做DCS本身设备的组态，则它就是DCSENG，而不是工程ENG。用户自然希望工程师站是工厂里工程项目的工程师站，希望ENG至少有下面的两种能力。 运行第三方软件、如公共的办公软件、数据库软件、工程设计软件，甚至管理软件。 使DCS文件与其他软件能相互调用。这样用户的其他的工程文件就可以方便地引用DCS的设计结果，反之亦然。这样的开放能使ENG发挥更大的作用，这个作用不仅是用ENG来干其他的工作，而是让ENG把计对DCS的设计结果扩充到别的方面，与工程上的其他设计融为一体。3、 ENG的管理能力开放性的好处之一是让ENG运行一些非DCS的软件以达到工程上的其他目的，其中之一就是工程管理。但是这里所说的管理能力是ENG本身的软件对DCS工程设计的管理能力。这取决于ENG本身的软件能力的强弱。这些管理功能使工程师能够在ENG上更好地控制DCS的设计过程。例如，图纸的版本管理，资料、符号库、典型设计的共享管理，多设计人员针对同一工程设计时，文件内存的一致性管理，DCS资源的登录、等级、软件版本方面的管理等。这些管理将减少设计过程及维护过程的大量时间，而后者是用户非常关心的。4ENG提供的工具的灵活性 前面都是从较高的角度来看待ENG，而另一方面，ENG应成为DCS的一个手册、大全，使人想到“有困难，找ENG”。这就要求ENG提供大量方便的解决实际问题的工具。首先是画图、组态的工具，这是设计人员最常用的工具，所有组态过程一定要方便、灵活、好学。为了维护的需要，ENG应提供对各种可能碰到的问题的解答，提供各种维护经验、窍门、注意事项等工具。 综上所述，ENG的核心是其软件上的能力。尽管任何软件都是运行在硬件平台上的，从这个角度讲，硬件基础很重要。但是，硬件方面的能力并不是ENG的特征，而是计算机的特征。通常出现的现象是过于重视ENG的硬件，同时认为ENG提供的设计软件主要用于设计，而用户不参与设计，因此不够重视ENG软件的作用，这是在评价ENG时应该注意的问题。四、通信系统 DCS与其出现以前的过程控制系统的最主要的差别不在于DCS采用了计算机控制，而在于信息传递的方式的不同。以前的信息传递是直接的，而在DCS中，过程信息从现场到DCS的传递是间接的、仅从这一点上讲。DCS是“落后”于以往的系统的。DCS中通信技术的发展，使通信速度不断提高，可靠性不断提高，都是在设法弥补DCS与以往系统相比所存在的缺陷！尽管这样的说法过于偏激，但反映了通信系统中要克服的关键问题。因而对这些问题的解决方法自然也就成为评价DCS通信系统的重要方面。 通信系统与计算机系统不同。在技术方面它与过程控制的关系比计算机与过程控制的关系更远，离我们通常工作中所处理问题的技术方面也远。因此，对通信系统的评价不象对ENG或过程控制单元的评价那样容易深入。特别是，DCS从一般意义上说不是一种在我们日常工作中常接触的通用的系统，而是针对过程控制的。因此DCS厂家所使用的通信方法是针对过程控制的有效的方法。在通用性与实时效率的权衡上，厂家无疑都更注重后者。因为通用性的能力可以通过通用的接口来实现，没必要把内部网络本身设计的让别人可以随意直接进入，因此DCS内部的通信协议往往是不公开的，这无疑又加大了评价通信系统的难度。有人将这种现象理解为商业上的考虑，其实未必如此。这个事实导致了我们在评价通信系统时应更注重外部效果而不是其内部机制。有一种倾向是去探究DCS的通信机理，然后进行分析比较，这是应该非常慎重的。对通信机制的评价涉及到很深的通信理论，数学理论，如果不慎重就会把问题搞得很复杂，离我们关心的评价问题越来越远。通信系统的评价应考虑以下几个问题。 可靠性。信息检验的可靠性。通信硬件的可靠性，工作方式对可靠性的影响。 恢复能力，发现故障后如何处理，故障信息是否被传递，故障本身是否会蔓延甚至致命。 速度与容量。速度与容量在一定意义上来说是一回事。速度不应只看传输速度，还应看包括处理速度在内的最终效果，这是硬指标。容量指网络容纳的标签量、节点的数量等。 效率。效率也是速度与容量的另一个方面，是否为不同级别的信息提供不同的通信方式以提高系统的效率。 分散性、对等性。通信是否是双向的，节点之间是否是对等的，会不会由于某个节点故障而造成别的节点的故障或系统级的故障。 开放性。指其他系统与DCS交换信息的能力，这些能力包括以下几个方面。*通信协议是合标准；*通信速度与方向性；*软件协议是否通用；*接口对 DCS本身的影响；*信息的覆盖面；*信息的深入程度是否可以读到各种变量、数据、状态。*外部诊断能力。对通信系统负荷状态的指示，故障的识别能力，故障趋势的报警及消除故障的帮助等DCS控制系统概述（二）-分散控制系统的评价与选择-第二部分：分散控制系统的选择依据DCS是以系统的方式提供的，因此，其采购过程就不能仅仅像一般的产品的一样，一次性地结束了。DCS的采购过程是一个比较长的过程。在这个过程中供营商与用户要进行反复的交涉，使系统能满足用户的要求。这个阶段的开始就是我们现在讨论的选择过程，它应充分体现购买一个系统的特点。在选型过程中除了系统本身的性能指标以外，更主要的是要考虑供货方使用系统的功能来达到用户要求的能力，这些能力包括几个方面。 工程设一计怕能力。将DCS提供的标准，通用的功能应用到本工程中，做出满足过程要求的设计。 系统组装与生产的能力。 系统调试的能力。 组织工程项目的能力。 这些能力的很多方面都超过了通常的售后服务产品三包的概念，对这些能力的定量衡量是很复杂的事。这节的目的不是提出一种标准，而是指出这些方面是重要的，应考虑的。 1工程设计能力 这里的工程设计是指公司利用DCS的全部功能来提供一种设计，这种设计的实现能够使DCS满足工艺过程的要求。从这个简化的定义来看，工程设计的能力包括以下几个方面。 （l）理解、掌握DCS功能的能力。要能理解DCS的功能及其这些功能的设计初衷。比如一个I/O模件上有16个DI点，这些DI点是什么类型的？为什么只包括这些类型，如何根据实际类型来选择I/O模件或进行软件的设置以满足要求。这个例子是极简单的例子，但道理是普遍适用的。 （2）表述系统的能力与设计结果。将系统的能力以工程语言表达出来，使用户能够从工程的角度理解很多指标与设计方案。一些方案当用计算机语言表达时，会令工程人员不知所云。能够用工程图纸、工程计算数据单这种工程形式来说明系统的能力、指标是很重要的。例如，同样说明控制器的运算速度，一种说法是：控制器采用先进的32位处理器、25MHZ主频时钟。另一种是：控制器能够以0.25s的控制周期做1000个单回路控制器，而且使CPU的时间负荷有30的裕量。后一种说法就更具有工程味道，可以检验。如果所有的设计结果都以这种类似的方式描述，就使系统是一个很具有确定性的系统，这对于工程项目是很重要的。表述方式也包括图纸的出图方式，如果一个公司用PowerPoint来出工程图纸，显然有悖于工程公司的称谓。 （3）应用系统功能的能力。将DCS的功能应用到项目上时，会遇到特殊的问题。这时不能直接套用通常的标准功能，而要在其基础上提出特殊的解决方案。这时，有没有能力解决各种特殊问题就是判断厂家能力的重要标准。对这些特殊方案的表达方式是否能与一般方案的表述方式一致也可以看出厂家的设计能力。 （4）对工艺过程的了解。设计实现的结果要满足工艺过程的要求，在设计开始之前就要首先了解工艺过程。了解工艺过程并不是非要成为该行业的专家，而是要具备这样的能力，能够理解工艺专家的要求，而不需要用户专门为DCS的设计提出特殊说明。比如：要根据工艺要求控制一个开关式的阀门，DCS的设计者应能根据工艺图纸、工艺描述、阀门的控制回路接线及操作要求得出控制方案、 IO连接方案，而不必由用户单独制作用于组态的逻辑图。 2、系统组装、集成的能力 在现场运行的DCS是由模块组装而成的，而且组装的过程与系统设计的过程有很大的不同，这就提出了另一类要求，比如组装过程的规范化，包括工作程序、工具、组装状态的表示等，都应有明确的要求。 3、调试能力 调试能力作为DCS厂家的工程能力是很容易理解的。但是，在考察调试能力时，往往只注意调试的结果而忽视过程。作为DCS厂家，很少有不能调试的，但调试过程是否受控、是否可追溯、是否给后续的运行维护提供指导，就是更高的要求了。调试的目的不仅仅是让系统运转起来，达到控制目的，而且应包括为后续的运行、维护工作提供第一次运行的实验记录与程序供今后使用。特别是当调试工作是在明确的目标下有组织的实现时，可以少走很多弯路。在电力行业中，很多工程的工艺设计、DCS设计、电厂运行都与调试单位不在一个组织机构下。因此，DCS的设计者理解调试的目的、过程、方法就 非常重要。只有这样，调试工作才能顺利进行而且达到目的。如果把调试理解为只靠专家的经验则是只看到了调试过程中解决问题的一面，而没有看到它是系统性的活动的另一面。 4、项目管理能力 项目管理是一个很大的课题。DCS的项目执行过程区别于产品供货的重要方面之一就是项目管理。在一般产品的交货过程中，产品的设计、制造过程是与销售过程独立进行的。而DCS的工程项目中，设计、制造是在项目管理的范围内进行的。这就使项目管理对合同是否能成功完成起到重要的作用。本节不是在描述项目管理的性质，而是讨论在考察项目管理的能力时应注意的几个方面。 项目管理的组织机构。指人员的组成形式。有的公司采用小组承包的方式，有的公司采用职能部门在项目经理的管理下配合工作的方式，有的公司采用向外分包协作的方式等。不同的方式影响到责任的分配，信息（特别是经验）的使用方法、工程的传递性等方面的因素。双方应把握住其中的关键点。 项目经理在工程中的作用。在采用项目经理负责方式的公司，要分析项目经理在工程中的决策作用，对公司内部、对用户的关系。他们对项目的进程及相关问题的处理能力。包括技术、商务、公共关系等方面的问题。 项目经理的工作方式，指项目经理在工程中的负责方式，是一人从头至尾负责，还是分段负责，分工作类型负责。他们与公司最高管理者的关系，与各职能部门的关系。 项目经理的工程经验。指项目经理是否能理解工程中的各种问题，是否理解用户的项目管理模式，并能够做出相应的配合。2、质量保证体系 笼统地说，质量保证体系反映的是公司系统化地满足用户要求的能力。具体到DCS的工程应用上来说，就是看一个公司有没有能力把自己向用户所承诺的各项要求系统地有组织地实现，看这种能力有没有可靠的保证。厂家的质量保证体系与其DCS产品的质量是两个概念。产品的质量是产品满足用户要求的能力。而质量体系是公司的一种运作机制，使项目的所有活动都在受控的方式下进行，而这种控制的目的是使项目的方方面面满足用户要求。一个具有工程设计能力的公司的质量保证体系应包括什么样的内容、达到什么样的要求是有国际标准的。ISO9001就是被广泛采用的标准之一。由于很多因素的影响，使许多公司的质量体系停留在表面文章上。这一方面是生产厂家对质量体系的理解不够深入，另一方面，是用户对质量体系的要求也不够强烈。在以市场盈利为主要目标的经营环境下，没有市场方面的压力，很难把这件事真正推向深入。 在考察质量体系时，人们最关心的是供货厂家是否通过了ISO9001质量体系的认证。其实，这个考察过程完全可以再深入一步，具体分析供货商对ISO9001中某些要素的实现方法及实际效果，以确保厂家对质量体系的理解及执行方式是适用于本工程的。对厂家的DCS工程能力的评价很难给出具体的指标，因此这里只列出了几个要点，但是，当针对于某个具体工程时，还是应该将这些要求具体化的，这反映了使用者对项目管理的能力。不应把对厂家的了解只停留在人数、职称，甚至业绩数目上。 DCS控制系统概述（三）循环流化床锅炉模拟量控制第一部分： CFB锅炉结构及控制特点一、循环流化床锅炉的结构循环流化床锅炉可分为两部分。第一部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离设备、固体物料再循环设备和外置热交换器（有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为尾部对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与常规煤粉锅炉相近。这里主要介绍前一部分。图-1 为典型循环流化床锅炉的示意图。燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁，用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置这回炉膛。流化床燃烧室以二次风入口为界分为两个区。二次风入口以下为大粒子还原气氛燃烧区，二次风入口以上为小粒子氧化气氛燃烧区。燃料的燃烧过程、脱硫过程、 NO和 N2O的生成及分解过程主要在燃烧室内完成。燃烧室内布置有受热面，它完成大约50燃料释热量的传递过程。流化床燃烧室既是一个燃烧设备、热交换器，也是一个脱硫、脱氮装置，集流化过程、燃烧、传热与脱硫、脱硝反应于一体。所以流化床燃烧室是流化床燃烧系统的主体。 1燃烧室2分离器 3外部热交换器4尾部烟道5过热器6省煤器7空予器 8除尘器9送灰器 图-1 典型的循环流化床锅炉示意图循环流化床飞灰分离收集装置是循环床燃烧系统关键部件之一。它的形式决定了燃烧系统和锅炉整体布置的形式和紧凑性。它的性能对燃烧室的气动力特性、传热特性、飞灰循环、燃烧效率、锅炉出力和蒸汽参数，石灰石的脱硫效率和利用率，负荷的调节范围和锅炉启动所需时间及散热损失和维修费用等均有重要影响。飞灰回送装置是飞灰回燃的循环流化床锅炉的重要部件之一。它的正常运行对燃烧过程的可控性、锅炉的负荷调节性能起决定性作用。它将分离器收集下来的飞灰送回流化床循环燃烧，而又保证流化床高温烟气不经过送灰器短路流入分离器。送灰器既是一个飞灰回送器，也是一个锁气器。德国 Lurgi型和美国巴特尔型、 FW型和 ABBCE型循环流化床燃烧系统均采用了外部流化床热交换器。芬兰奥斯龙型和中国循环床系统均没有采用外部流化床热交换器。外部流化床热交换器的作用是，使分离下来的飞灰，部分或全部（取决于锅炉的运行工况和蒸汽参数）通过它将其冷却到500左右，然后通过送灰器送至床内再燃烧。外部流化床热交换器实质上是一个细粒子鼓泡流化床热交换器，它具有传热系数高，磨损小的优点。解决了大型循环流化床内受热面布置不下等许多问题，但它的采用使整个燃烧系统更加复杂。二、循环流化床锅炉的优点1燃料的适应性好。只要燃料的热值大于把燃料本身和燃烧所需空气加热到稳定燃烧温度所需的热量，这种燃料就能在循环床内稳定燃烧，不需要使用辅助燃料助燃，还可以达到高的燃烧效率。循环床锅炉能烧优质燃料，也能烧劣质燃料，这对一些燃料来源，种类和质量多变的锅炉用户，是十分适宜的。2燃烧效率高。由于炉内颗粒的内外循环延长了颗粒在炉内的停留时间，且颗粒与气体的相对运动速度大，可获得较好的传热传质效果，即使部分负荷时的燃烧效率也较高。3排烟清洁。在燃烧过程中，同时完成炉内脱硫，脱氮反应。在加入石灰石后（ Ca/S比为 2）能得到 90以上的脱硫效率。由于床温低于900，一、二次风分级燃烧，既保证充分燃烧，又形成局部还原区，有效的抑制NO的生成，将其控制在300mgNm3以下。4操作灵活，易于调峰。当负荷变化时，只需调节给煤量和流化速度就可满足负荷的变化。一般情况下，循环流化床锅炉的热负荷变化范围为10025，其变化速率为510min。5易于灰渣的综合利用。循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内的优良燃烧条件使得锅炉的灰渣含碳量低，属于低温烧透，利于实现灰渣的综合利用。6投资和运行费用适中。在综合考虑锅炉经济运行及污染物排放控制（脱硫、脱氮及灰渣利用）时，循环流化床锅炉投资及运行费用均低于煤粉锅炉。三、循环流化床控制策略CFB锅炉的自动控制就是维持CFB锅炉及辅机主要参数在最佳区域内。CFB锅炉是一个多参数、非线性、时变及多变量紧密耦合的复杂系统，系统输入输出如图-2所示。当锅炉负荷发生变化时，或是存在内扰（即改变任一输入量），所有的输出量都会发生变化，这是一个典型的多变量控制系统。虽然用多变量控制方法从理论上可以解决这一问题，但在工程上是难以实现的。为此，将CFB锅炉控制系统划分为若干相对独立的控制回路，主要有：锅炉主控；给水控制；汽温控制；二次风控制；一次风控制；暖风器（一次风温）控制；床温控制；引风控制；燃料控制；石灰石控制；底灰控制；风道燃烧器及其控制。CFB锅炉的主要控制回路如表-1所示。CFB锅炉控制的基本策略为：l 采用闭环反馈控制、前馈控制及其它先进的控制策略，保证被调信号与给定值之间的偏差在允许范围之内，并具有满意的动态响应。l 控制系统能够监视测量值与给定值之间的偏差，当偏差超过预定范围时，自动将控制切换至手动方式并报警。l 风机、泵、磨煤机等跳闸时，立即将相应的MA站切换至手动运行方式，并报警提示。l 控制系统采用冗余结构，局部出现故障时不影响整套系统的运行。l 控制系统任何部分运行方式的切换均能实现无扰切换。l 某些重要参数采用双重或三重冗余变送器测量，保证测量的准确性和安全性，并具有报警和联锁功能。图-2 CFB锅炉控制系统输入输出简图表-1 CFB锅炉控制回路控制回路被调量控制变量控制机构锅炉负荷控制主汽压力给煤量、燃油量给煤机转速、燃油调节阀给水流量控制汽包水位给水量主给水调节阀给水旁路调节阀过热汽温控制过热汽温减温水量减温水调节阀燃烧室床温控制床温一、二次风比率一、二次风调节挡板燃烧室床压控制床压排渣量排渣脉动风电磁阀石灰石控制SO2排放量石灰石流量石灰石给料机炉膛压力控制炉膛负压烟气量引风机入口挡板一次风流量控制一次风量、床温一次风量一次风入口导叶二次风流量控制烟道含氧量、床温二次风量二次风总挡板送风机出力控制送风机出口压力送风量送风机入口导叶启动油燃烧器燃油流量控制床下风箱风温燃油量、配风量燃油调节阀燃烧器风量挡板一次风暖风器风温控制空予器冷端温度暖风器蒸汽流量暖风器蒸汽流量调节阀第二部分： 控制系统SAMA图DCS标准功能图例基本上采用美国科学仪器制造协会图例（Scientific ApparatusMakers Association），简称SAMA图例，这套图例易于理解，能清楚地表示系统功能，应用较多。SAMA功能图例外形分4种，每一种形状都有明确的含意：测量或信号读出功能。自动信号处理。一般表示在机架上安装组件的功能。手动信号处理，一般表示在仪表盘上安装仪表的功能。执行机构。常用的功能图例见表2。我们用SAMA图例表达回路方框图时，常将一些符号画在一起，这表示一个具体的仪表（或组件）具有那些功能，这样在回路方框图中又清楚地表达了使用多少具体组件。例如最常用的调节器可用图3表示，这组组合图例表示调节器具有以下功能：求测量和给定信号的偏差；对偏差值进行比例如积分运算；手自动切换；输出限幅。例如图4表示一显示操作器具有以下功能。指示测量值和结定值；给定值调整；手自动切换；手动输出值驱动；输出值指示。 图-3典型调节器 图-4显示操作器图5表示一个典型的控制回路，组件型号写在相应的组件图例旁边，上、下两部分均表示现场，上部是变送器；下部是电气转换器（或阀门定位器），气动调节阀，接受调节回路的输出信号，图中间左边部分是调节、信号处理、输入、输出等功能组件，图中间右边部分是显示及操作仪表。 图-5 典型控制回路表-2 SAMA图例第三部分：典型控制回路分析一、锅炉负荷（主蒸汽压力）控制回路负荷控制系统的被控量为主蒸汽压力，控制变量为燃料量。当锅炉负荷发生变化时，蒸汽压力随之发生变化，通过调节进入炉膛的燃料量（燃煤量和燃油量）来调节主蒸汽压力，从而改变锅炉产汽量。锅炉负荷控制系统示意图如图-6所示。图-6 锅炉负荷控制系统示意图图-7为锅炉负荷控制回路的SAMA图。图中主蒸汽流量经主蒸汽温度及压力补偿运算后作为主蒸流量测量的最终值，代表锅炉实际负荷。主蒸汽压力定值可人工给出，或根据锅炉负荷自动给定。锅炉启动时，采用滑压运行方式，正常运行时，采用定压运行方式调节器根据给定压力与实际压力的偏差计算控制输出，并引入燃煤量和燃油量信号作为前馈信号，提高系统的动态适应性。如果只有一台引风机或一台一次风机在运行，则主蒸汽压力调节器的输出被限制到单台风机运行时的最大负荷给定值。如果炉膛压力调节器的输出已达到其最大限度，或氧量调节器不再能达到要求的过剩氧量，或II级、III级过热器后的主蒸汽温度升得过高，则主汽压力调节器的输出被限制。图-7为锅炉负荷控制回路燃料分配如图-8所示。根据主汽压力调节器的输出及燃煤量、燃油量计算出的热量（热功率）信号，进一步计算出燃料分配信号的外部给定点（包括1输煤线给煤量定值，2输煤线给煤量定值，燃油量给定值），并送出燃煤热量、燃油热量信号，作为炉膛压力控制等的前馈信号。锅炉给煤量控制如图-9所示。调节方式有： 手动方式：给煤机的速度手动在0 100范围内调节。 自动方式：调节器将煤流量保持在运行人员给出的给定点。 串级方式：此串级给定点由锅炉主蒸汽压力调节器决定，该调节器通过改变煤流量来使锅炉主蒸汽压力保持在给定点。图-8燃料分配图-9 锅炉给煤量控制l 实际系统为4台给煤机；l 利用多输出控制系统（MOCS）进行给煤机转速分配；l 风煤交叉限幅；二、风量控制为确保物料的循环，控制床温，控制氮氧化物（NOX）生成量，实现燃料完全燃烧等采取分级送风的方式，一、二次风应在炉膛的几个不同位置送入，主要应包括：通过炉栅一次风、下二次风、上二次风、给燃料二次风。风量控制示意图如图-10所示。图-10风量控制示意图大部分一次风通过布风板下水冷格栅送入燃烧室，为流化床料提供初始燃烧空气；部分一次风以“下二次风”的方式从炉墙四周风口送入燃烧室底部（布风板上）。上二次风从密相区与稀相区过渡段的炉墙四周风口送入燃烧室，用于完全燃烧，并促使形成局部低温还原区，以降低NOx的生成量。给燃料二次风直接送入裤叉回料密封装置。使用再循环烟气风机从引风机后抽取部分烟气送入底灰冷却器作为流化风。总燃烧风量由煤风比及油风比计算得出，再按燃烧风配比计算出各风量的给定值，一次风总风量的给定值是根据燃煤、燃油所需一次风量经过床温要求一次风量校正后得出，一次风量的控制，是通过控制一次风机入口挡板的开度实现；并保证进入燃烧室的一次风量大于通过格栅的最小风量与燃烧所需的下二次风量之和及小于通过格栅的最大风量与燃烧所需下二次风量之和。下二次风风量的给定值应根据燃煤、燃油所需下二次风量经过床温要求下二次风量及氧量调节器输出校正后得出，下二次风量的控制是通过控制下二次风入口挡板的开度实现。大部分一次风则通过水冷格栅送入燃烧室，格棚下一次风量控制是为了保持格栅下两段的风量相等。上二次风风量的给定值是根据燃煤、燃油所需上二次风量经过床温要求上二次风量及氧量调节器输出校生后得出，上二次风量的控制，是通过控制上二次风入口挡板的开度实现。为保证锅炉经济燃烧，应使烟气含氧量达到最佳，烟气含氧量的最佳值随蒸汽负荷变化：氧量调节器的输出分别对上二次风、下二次风的给定值进行校正，从而改变上二次风量与下二次风量，使烟气含氧量达到最佳。二次风压力调节 二次风压力是在空预器之后测量的。此压力由变动二次风机入口导叶挡板的位置来进行调节的。调节原理如图-11所示。 调节方式： 手动方式：二次风机入口导叶挡板位置手动在 0 100范围内调节。 自动方式：根据压力定值进行调节，给定值经过最大、最小值限制。 串级方式：在串级方式中，如果二次风道中下列任何风门在此自动方式中全开，则此压力的给定点将会自动地升高；表示到二次风机送风量不足，需更多的风量。 一到上层的二次风量的风门 一到给燃料的二次风量的风门 一到启动燃烧器的二次风量的风门当这些风门中任一只在自动方式中相对关闭而其它风门也没有打开（启动燃烧器必须开启），则此压力给定值将会自动地下降。压力给定值同自动方式一样，也经过最大、最小值限制。图-11 二次风压力调节 到上位的二次风量调节到上位的二次风量调节原理如图-12所示，到上位的二次风量调节由调节器调节上位风门来实现。二次风道被分成两根到上位的风管，在这两根风管中，风量应保持相等。 调节方式： 手动方式：风门位置手动在0 100范围内调节。 自动方式：此流量调节器通过调节风门来控制不变的流量给定点，此时燃料量和氧量调节都不对此调节器产生影响。 串级方式：正常燃烧时处于此调节方式。风量的串级给定点由燃烧空气分配要求的上二次风量经床温调节要求的上二次风量校正后，再经氧量调节器（置于自动方式）按照风量曲线在+/-20范围内校正后得出。 到给燃料的二次风流量调节 调节原理如图-13所示，到给燃料的二次风流量调节是由调节器控制给燃料二次风门来实现的。 调节方式： 手动方式：风门位置手动在0100范围内调节。 自动方式：此流量调节器通过调节尺门来控制不变的流量给定点，燃料量的大小不对此调节器产生影响。此给定值经过最高、最低值限制。 串级方式：此流量调节器的外部给定点是燃烧空气分配根据燃料量计算出来的。负荷降低，到给燃料的二次风量也减少；而在低负荷以外的负荷区域，此给定点基本保持不变。 到启动燃烧器的风量调节 启动燃烧器的风也是由二次风管道供给的，调节原理与上述相似。图-12 上位二次风量调节(5)燃料风分配总燃烧风量由煤风及油风最佳比值计算得出，每种燃料之每计量单位所需的风量值为： 煤所需要的风 732 Nm3 1kg煤 油所需要的风 110 Nm3 1kg油如图-14所示，总燃烧风量再按一定关系进行燃烧风分配得到各风量的给定值，包括一次风给定值、上二次风给定值、给燃料二次风给定值。为保证锅炉的经济燃烧，应设法使炉膛烟气含氧量达到最佳，烟气含氧量的最佳位随负荷而变。氧量调节器将在全20范围内对上二次风给定值、下二次风给定值进行校正，从而改变上二次风量及下二次风量，使烟气含氧量达到最佳。（6）氧量调节氧含量是在烟道中两个不同的地点测量的。两个测量是为了测出实际的氧含量，因为整个烟道氧的分布是不均匀的。将两个测量值的平均值作为氧量调节器的测量值。在烟气中的过剩氧量由氧量调节器来调节，此氧量调节器在土20%的范围内影响下列的燃料风之比： -到下位的二次风 -到上位的二次风要使氧量校正起作用，这些风量调节必须置于串级方式，详见前述。氧量调节原理如图-15所示，调节方式： 手动方式：风燃料之比手动在上20的范围内调节。（此调节器的输出在0%100%的范围内进行调节） 自动方式：调节器将保持一不变的氧量给定点。氧量调节器按烟气中的含氧量与风燃料比（0l2）的乘积来调节风量，因此该调节器能够在土20的范围内变动风量。如果调节器的输出为0，风量将降低20；如果调节器的输出为100，风量将增加20。如果调节器的输出在自动方式时达到0或100，则系统将发出氧量调节器不再能够调节含氧量的警报。串级方式：给到调节回路的给定点为蒸汽流量的函数。负荷低时，氧量给定较小，负荷高时，氧量给定较大。图-13到给燃料的二次风流量调节图-14燃料风分配图-15 氧量调节原理三、一次风量调节系统锅炉采用两台一次风机（离心式），一次风经一次风机加压后，部分一次风冷风送至再循环灰系统、风道和启动燃烧器（停用时作为冷却风）， 其它一次风经过蒸汽暖风器，并经空预器加热后送往炉膛。一次风用于流化床科，并为燃料提供初始燃烧空气，主要经炉膛格栅的两边送入炉膛，部分一次风以“下二次风”的方式从炉墙四壁的喷口进入炉膛底部。总一次风量为I、II风道风量测量经过温度补偿后累加再加上用作通风吹扫的计算风量。空预器