浅谈DCS分散控制系统设计在城区集中供热工程中应用

【摘要】本文主要介绍了西宁市城北区集中供热工程项目在设计安装和运行过程中遇到的一些问题，以及相对的解决办法。其中，对工业项目DCS分散控制系统的设计安装以及运行进行了一些阐述，使用的是西班牙PE公司的SD700系列变频器。

【关键词】DCS分散控制系统集中供热工程SD700变频器

中图分类号： TN773 文献标识码： A 文章编号：

城市集中供暖是国家大力建设的一项基础设施，其是一种以热水或水蒸气为热源，通过构建好的供热网络向特定区域供热的一种方式。西宁市城北区集中供热工程项目总供热面积为110平方公里，总供热量为120兆瓦。主要建设内容是“煤改气”，调整城北区“煤改气”治理改造任务为6家8台33.5蒸吨。截至目前，已完成朝阳商城2台20蒸吨“煤改气”治理改造任务。同时，为了适应新的科技，增加了DCS分散控制系统和换热站SCADA系统。实现了整个供热工程的分散控制和集中管理，为西宁市城北区供热单位实现高效率、安全运行提供了有力保障，并且大大减少了人工劳动量，有效的降低了成本。

1.DCS系统概述

DCS系统全称：Distrbuted Control System，所谓DCS分散控制系统，指的是利用计算机技术对整个生产过程进行集中管理、监测和分散控制的技术，其组要由四个部分组成，分别为通信系统、计算机系统、控制系统、执行系统。

西宁城北集中供热工程项目均是选择的工艺流程先进、高性能低消耗，自动化程度比较高的先进产品，采用的是先进的DCS分散控制系统，用以实现分散控制能很好的控制每一个控制对象，并以集中的监视和简单的操作完成控制全局的目的，其系统具有较高的稳定性、准确性和扩展性。DCS均采用双总线网络拓扑结构，形成了一个先进可靠的工业自动化控制和管理网络。其最大优点就是，工作中，如果有一个一般部件出现问题，另一个备用部件就会立刻运行，来替换掉问题部件，这极大的降低了系统出现故障的概率。整个运行过程都是通过微机监控，科学规范的进行，把机器的失调率降到最低，能做到节能13%左右。

2.锅炉控制系统的选择

为了达到热源厂高效有序的控制水平，提高运行效率，在供热单位均采用计算机DCS集散控制系统。主要负责整个单位的生产运营协调管理，制定运营计划、调度管理、统计数据、分析经济效益等，保证供热单位在安全、有效的状况下运行。同时对收集的信息进行存储、检索、计算、显示等操作，实现生产信息的第一时间传达，力求节省人力资源，降低能源消耗，为以后减少供热厂的运行费用提供了保障。

3.锅炉燃煤系统对变频器的要求

集中供热中锅炉燃煤系统是产生热源的基本系统，然而一个锅炉燃煤系统运行的好坏，很大程度上由变频器决定。因此变频器的质量和运行状况直接影响到该系统能否正常运行。所以，一个合格的变频器应符合以下技术要求。

（1）谐波的全面控制

传统的锅炉燃煤系统中包含很多传感器、变送器和其他种类繁多的测控仪表，包括DCS控制器。在现实运行中，如果变频器的总容量相对与电网来说较大时，而大功率的变频器又选型不当，这样就很容易造成电磁干扰和谐波干扰，对设备的危害是很大的，其重点表现为：造成其他设备、测量仪表产生误差；变压器和其他用电设备升温较快，使一些绝缘设施老化，引发安全隐患；设备运行噪音加大等问题。所以，选用大功率变频器一定要满足工业场合下对谐波的控制要求，将谐波控制在安规定范围内，来确保整个系统的正常运行。PE公司的SD700系列变频器采用内置的交流进线电抗器，并置有EMC滤波器、dv/dt滤波器，通过内置的滤波器有效的抑制了谐波和电磁波的干扰，符合国家标准中工业场合的EMC要求。

（2）效率和节能

一般风机类电机的电容量都是按最大电容量设计，留有一定的余量，而实际运行时，大多数负载比较轻，而变频器在调速过程中是保持磁通量恒定的，这样就能保证在负荷比较低的时候，变频器和电机的效率也比较低。SD700系类变频器对工业场合设有一个磁通量优化功能，可以使电机在低负荷运转时，进行适当调整，使电机噪音和损耗都降到最低，达到节能增益的目的。

（3）售后服务，维护简单

锅炉燃煤集中供热系统关系到整个市区冬日里的生活，因此质量保证和维护系统是必不可少的。PE公司提供3年的质保服务，为设备以后的正常运行提供了有力保障。SD700系列变频器是采用同一种控制板、电源板和驱动板，结构设计比较简单，一般技术人员就可以实现更换与维护工作。

4.DCS控制系统的现状

结合西宁集中供热项目特点，我们提出了一个全新的理念，用周期性热量作为依据实现热网平衡调节的理论方法。本项目中，热力网的改建有6个供热站，新建有4个供热站，总共热面积为110平方公里，供热面积最大的站是25平方公里，最小的供热面积为3.6平方公里。针对多个热力站，采用周期性供热能有效的维持供热的规律运行，在不出现异常的情况下，供热过程就是一个以天为周期的渐进过程。因此，热力网的热力平衡就能达到可靠的稳定。同时，我们还可以用各站同一周期单位面积的供热量的对比性，调控系统用户的热力平衡，不仅兼备了设备的差异性，热力管网络的不同等带来的影响，也使流量平衡、温度平衡、热量平衡三个平衡有机的结合起来，最终实现系统产热量与耗热量基本平衡，达到节能的目的。

本工程中所有的热力站均采用DCS分散控制系统，管网采用数据采集和监控SCADA系统，在每个热力站都设有一个远程控制单元RTU，并在热力单位设有与DCS系统网络相连接的RTU采集器，同时设置热网的上位监控管理站，采用网络通讯方式建立起热力站与热力单位之间信息通道，实现各个热力站的运转情况能实时准确的传达到热力单位，在热力站发生异常状况时，能保证第一时间传达到热力单位，从而进行紧急操作修复。在负荷分配上发挥出DCS系统的分散控制集中管理的特点，建立数学模型并讲计算出的结果快速传达到各个热力站，将其作为PID控制回路的设定值，从而达到最优控制，满足用户的各种需求。

结语

通过对西宁城北区DCS控制系统在城区供热系统中的研究，我们认识到现行DCS分散系统的应用广泛，但主要还是应用在供热厂以及锅炉厂等，其中还有许多功能的优化和改进需要我们去发现，相信以后的DCS控制系统会更加完善与实用。

【参考文献】

1.逯强.基于舒适性的节能型民居供热系统控制方法的研究[D].山东建筑大学,2010年

2.杨勇,田巨慧,王硕禾,李志永.基于工业以太网的自来水厂DCS系统的设计[J].可编程控制器与工厂自动化,2008年08期