摘 要：介紹了由北京和利時公司開發(fā)設(shè)計的 DCS 集散控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢，以太原市熱力集團有限責(zé)任公司城西供熱分公司熱源廠為例，對 壓力變送器及其儀表傳感器在運行中出現(xiàn)的故障進行了簡要分析。

    隨著環(huán)境保護要求的提高，各地區(qū)的燃煤取暖小鍋爐已被大型熱源廠集中供熱取代。自動化控制系統(tǒng)在熱源廠的應(yīng)用，對提高工業(yè)生產(chǎn)效率，降低企業(yè)污染排放，有效保障人身及財產(chǎn)安全起到了關(guān)鍵作用。太原市熱力集團有限責(zé)任公司城西供熱分公司熱源廠 （以下簡稱我廠） 所采用的自動控制系統(tǒng)為北京和利時公司開發(fā)設(shè)計的 DCS 集散控制系統(tǒng)，由該系統(tǒng)對鍋爐進行遠程操作和實時監(jiān)控。本文將以我廠為例，結(jié)合實際情況，簡要分析 壓力變送器及其儀表傳感器在使用中出現(xiàn)的故障及解決方案。

    1 運行概況
    我廠共有 4 臺 116 MW 循環(huán)流化床鍋爐，設(shè)有一期、二期控制室，控制室內(nèi)有工程師站電腦、操作員站電腦、儀表立盤、控制站、服務(wù)器、UPS 不間斷電源等設(shè)備。

    2 控制系統(tǒng)運行方式
    DCS 集散控制系統(tǒng)，是以微處理器為基礎(chǔ)對整個生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)。系統(tǒng)對鍋爐傳感器數(shù)據(jù)進行采集處理后，通過操作員站電腦向操作員顯示各項實時數(shù)據(jù)，操作員可根據(jù)實時數(shù)據(jù)來發(fā)出控制命令調(diào)整設(shè)備。系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、集中操作、分散控制等功能，具有配置靈活、控制功能齊全、可靠性高、易于維護等特點。

    安全生產(chǎn)是企業(yè)的重中之重。鍋爐運行過程中，大型設(shè)備啟動的順序應(yīng)為：引風(fēng)機→羅茨風(fēng)機→二次風(fēng)機→一次風(fēng)機→爐前給煤機，停止順序為反向順序停止。引風(fēng)機的作用是抽取鍋爐燃燒后爐膛內(nèi)的煙氣，并使?fàn)t膛保持一定的負壓。如果運行中出現(xiàn)引風(fēng)機突發(fā)故障緊急停車而煙氣無法排出，將導(dǎo)致爐膛壓力變?yōu)檎龎?，?yán)重時將發(fā)生鍋爐爆炸等事故。為減少人員誤操作，保證人員設(shè)備安全，縮短設(shè)備啟停時間，我廠的設(shè)備采用順序控制并聯(lián)鎖，控制范圍包括大型風(fēng)機控制機組以及機組包括的所有輔機、閥門和擋板及設(shè)備。在鍋爐啟動和工作過程中，當(dāng)聯(lián)鎖電機中的任何 1 臺電機出現(xiàn)故障時，應(yīng)停止相應(yīng)聯(lián)鎖的電機。以我廠給煤機給煤系統(tǒng)為例，爐前給煤機作為重要的燃料輸送設(shè)備，需配合風(fēng)機將燃料懸浮在爐膛中進行充分燃燒。通過壓力變送器將給煤機和風(fēng)機進行聯(lián)鎖，并采取順序啟動，只有風(fēng)機啟動后給煤機才可以啟動，給煤機停止后風(fēng)機才可以停車，當(dāng)風(fēng)機因故障緊急停車時給煤機也聯(lián)鎖控制停止。運行中，操作人員通過 DCS 操作員站改變頻率調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速或?qū)︼L(fēng)門開度進行調(diào)節(jié)，以及給煤速度的調(diào)節(jié)來達到安全、高效的運行狀態(tài)，最大限度地減少燃煤燃燒不充分產(chǎn)生的各種不利后果。
 

    3 系統(tǒng)設(shè)備及儀表
    系統(tǒng)設(shè)備分為兩部分，第一部分為控制系統(tǒng)設(shè)備，第二部分為現(xiàn)場測量設(shè)備。

    3.1 控制系統(tǒng)設(shè)備
    控制設(shè)備有工程師站、操作員站、服務(wù)器、I/O 模塊柜等。所有設(shè)備均有主備雙電源。

    工程師站用于對 DCS 進行離線配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護。在實際運行中，工程師站主要用于對運行設(shè)備的控制和實時監(jiān)控、離線數(shù)據(jù)查詢和操作員站的程序下裝。

    操作員站用于對鍋爐運行的控制和監(jiān)控。我廠共有 5 臺操作員站，一期控制室設(shè)有 1 臺工程師站和 3
臺操作員站，分別控制 1 號、2 號鍋爐和公用系統(tǒng)；二期控制室設(shè)有 2 臺操作員站，分別控制 3 號、4 號鍋爐。由 于 DCS 各控制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進行數(shù)據(jù)交換使整個系統(tǒng)信息共享，當(dāng)某臺操作員站發(fā)生故障時可通過剩余操作員站進行控制和監(jiān)控。

    服務(wù)器主要對運行數(shù)據(jù)進行采集和儲存，通過工程師站可離線查詢服務(wù)器中的歷史運行數(shù)據(jù)。我公司設(shè)有 2 臺服務(wù)器，1 主 1 備。

    I/O 是控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道，DCS 中的 I/O 一般是模塊化的，1 個 I/O 模塊上有 1 個或多個 I/O 通道，用來連接傳感器和執(zhí)行器。

    為防止緊急情況出現(xiàn)，每臺鍋爐在控制室分別設(shè)置了獨立工作的儀表立盤，與 壓力變送器互不干擾。儀表立盤上設(shè)有顯示鍋爐運行主要參數(shù)的顯示儀表，設(shè)備啟停、急停操作按鈕，聯(lián)鎖、解鎖轉(zhuǎn)換開關(guān)及指示燈，操作人員不僅可以通過對應(yīng)的登錄密碼在不同的工作電腦上實時掌握各個鍋爐的運行狀態(tài)，還可以通過儀表立盤上的儀表顯示直觀地讀取鍋爐主要的運行參數(shù)，為鍋爐安全運行提供了雙保險。

    DCS 的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心部分。網(wǎng)絡(luò)對 DCS 的實時性、可靠性起決定性作用，在不討論網(wǎng)絡(luò)可靠性的情況下談 DCS 的特性，一切都是空談。對 于 DCS 的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來說，它必須滿足實時性的要求，并且網(wǎng)絡(luò)連接必須可靠，任何情況下都不能中斷。我廠DCS 網(wǎng)絡(luò)采用雙總線的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、先進的冗余通信系統(tǒng)，預(yù)防斷網(wǎng)及設(shè)備故障所造成的影響。

    3.2 現(xiàn)場測量設(shè)備
    鍋爐本體安裝有所需的熱電阻、熱電偶、變送器、電動執(zhí)行器、氧化鋯氧分析儀等，在給煤機現(xiàn)場還安裝有稱重傳感器和測速傳感器，并在就地儀表柜上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。所測數(shù)據(jù)通過 DCS 控制柜經(jīng)過收集處理后反饋在操作員站電腦中，操作員根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)出命令控制調(diào)整電機轉(zhuǎn)速、風(fēng)門開度、給煤速度和給煤量等。

    4 系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用與故障分析
    壓力變送器在我廠穩(wěn)定運行已超過 10 年，其間未發(fā)生過重大故障，但出現(xiàn)過二期控制室操作員站數(shù)據(jù)突然定格，沒有實時變化，操作員無法獲取實時數(shù)據(jù)的情況。在緊急排查中，首先懷疑的是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中斷。通過 壓力變送器的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖中看到，服務(wù)器和二期操作員站之間主備網(wǎng)絡(luò)連接全部中斷，檢查后發(fā)現(xiàn)近操作員站端光纖收發(fā)器信號燈故障。由于時間緊迫，我們選擇直接更換備用光纖收發(fā)器和所連接的網(wǎng)線。更換后備用網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)連接，數(shù)據(jù)正常傳輸，但主網(wǎng)絡(luò)仍處于斷線狀態(tài)。后再經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，一是主要線路的網(wǎng)絡(luò)交換機長期處在發(fā)熱狀態(tài)，加速了設(shè)備老化，數(shù)據(jù)傳送時斷時續(xù)，已無法正常工作；二是替換下的光纖收發(fā)器網(wǎng)線接口松動。為防止類似情況再次發(fā)生，保證設(shè)備穩(wěn)定運行，我們決定更換全部網(wǎng)絡(luò)交換機、光纖收發(fā)器以及所用網(wǎng)線，并制訂計劃按元器件使用壽命進行設(shè)備更新。

    我廠 壓力變送器在建廠設(shè)計時已經(jīng)在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定各類傳感器原件的默認參數(shù)。隨著時代發(fā)展，傳感器元器件的更新，以及廠內(nèi)實際運行情況的需要，很多設(shè)備的默認參數(shù)已不適用現(xiàn)在的運行情況。例如，鍋爐已運行多年，經(jīng)過多次更新改造，某些地方壓力值已不適用建廠所設(shè)定的壓力范圍，這種情況下直接更換與 壓力變送器量程不一致的壓力變送器，所傳送的 4 mA～20 mA 標(biāo)準(zhǔn)信號與系統(tǒng)壓力量程不一致，必將導(dǎo)致所測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。此類情況必須通過 壓力變送器的工程師站，更改所選壓力點的被測范圍，與壓力變送器的量程一致后，方可準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)。

    在鍋爐燃燒室密相區(qū)所采用的測溫原件選用鎧裝耐磨溫度傳感器，在所測電機軸承測溫處和管網(wǎng)水溫多采用裝配式溫度傳感器。由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒具有流動性，對套管及保護鎧的摩擦很大，一旦出現(xiàn)磨穿的現(xiàn)象便會很快燒毀傳感器。在電機上和管道上的溫度測點易受到震動的影響，導(dǎo)致傳感器導(dǎo)線震斷，所以在安裝時要加裝防震墊保護，防止出現(xiàn)松動，并定期檢查。

    我廠給煤系統(tǒng)裝有速度傳感器和稱重傳感器，用來測量輸煤皮帶運行速度和給煤量的大小。就地給煤儀表收集傳感器數(shù)據(jù)后，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)變?yōu)?4 mA～20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號傳送到控制柜中。在實際運行中，出現(xiàn)過就地儀表柜顯示煤量正常但 DCS 操作員站顯示數(shù)據(jù)偏低的情況。經(jīng)測量，在就地給煤儀表端輸出的電流信號與儀表顯示數(shù)據(jù)相對應(yīng)，但在近控制柜端再次測量電流信號衰減，控制柜對應(yīng) I/O 模塊電壓正常，懷疑傳送線路受到干擾。在近控制柜端加裝信號隔離器后再次測量，兩端的電流信號一致，操作員站顯示數(shù)據(jù)正常。

    5 結(jié)語
    DCS 作為成熟的自動化控制系統(tǒng)，為我廠安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗起到了至關(guān)重要的作用，隨著科技的發(fā)展，壓力變送器將得到廣泛應(yīng)用，這將為保護環(huán)境，減少污染，創(chuàng)建碧水藍天的環(huán)境做出巨大的貢獻。