锅炉补给水优先级控制设计

王健 1 曹欢 1 李振林 2

2. 北京京能电力股份有限公司石景山热电厂 北京市 100041

摘要：涿州热电锅炉补给水系统的主要任务是保证供给数量充足、质量合格的除盐水，以保证机组的安全、经济运行。锅炉补给水控制系统主要分为三大部分，预处理、预脱盐、除盐系统。本课题是锅炉补给水母管制优先级控制设计，其中主要针对预处理控制系统的方案进行优化设计。通过优化母管制设备启停的控制逻辑，解决因母管制的设计造成的设备启停冲突的问题。本文是基于南京科远公司DCS分散控制系统来进行设备优先级控制方式实现的。通过科远组态软件实现设备优先级的控制功能，减少设备操作，提高设备控制性能，对于母管制控制设备都具有推广作用。

关键词：补给水；优先级；分散控制系统

1引言

1.1涿州热电锅炉补给水的简介

涿州热电锅炉补给水处理系统设计出力为80m3/h，由预处理、预脱盐、除盐系统组成。预处理设备有多介质过滤器、自清洗过滤器、超滤，主要作用是除去水中的胶体和悬浮物，满足反渗透入口水要求。预脱盐系统设备有保安过滤器、反渗透(RO)装置，主要作用是除去水中大部分阴阳离子，其产水一部分进入除盐系统，另一部分做为热网补充水。除盐系统有阳床、除碳器、阴床、混床，主要作用是除去淡水中的阴阳离子，满足锅炉补充水水质要求。

锅炉补给水系统采用涿州市东污水处理厂再生水作为供水水源。涿州市东污水处理厂采用活性污泥循环系统(CASS)+两级生物滤池处理工艺，出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918的一级A水质标准。

1.2本课题实现的背景及意义

涿州锅炉补给水处理系统总体设计上以母管设计为主，例如四台原水泵出口通过母管分给四套多介质过滤器再通过母管给到超滤；四台清水泵通过母管将水给到三套反渗透；两台淡水泵通过母管给到两套一级除盐系统再通过母管给到两套二级除盐。

母管制设计增强的设备的灵活性，但却增大了程控顺序控制的难度。设备的启停只能不能只单纯的考虑一套的启停指令，还要考虑到它母管上设备的状态，是否有启停操作指令等，大大增加了设备的控制难度。

本次课题优先级控制方式就很好的解决了母管制设计方式下的设备启停问题。使设备按照相应的控制方式程控的启动运行，减少了运行人员的操作量，提高了自动化水平。

2预处理系统

2.1预处理系统及流程简介

预处理系统主要包括多介质过滤器系统、自清洗系统、超滤系统。多介质过滤器利用石英砂、无烟煤滤料深层过滤对原水进行处理，主要去除水中的悬浮物和胶体；自清洗过滤器可以阻截较大体积的杂质，使表面过滤和深层过滤相结合，使过滤效果达到高度安全性和有效性；超滤系统主要用于溶液中大分子物质、胶体、蛋白、微粒的分离和浓缩。通过预处理系统有效的将水中的悬浮物质及大分子物质祛除，得到干净的出水为后续的除盐做好工艺准备。

预处理整体流程为：有两个原水箱的水通过母管制送到四台原水泵再经母管送到四台多介质再由母管送到三套自清洗与超滤系统当中进行过滤，再由母管进入到清水箱，预处理过程结束。

2.2影响预处理程控运行的主要因素

通过上述流程可以清楚的认识到超滤、多介质、原水泵的启动停运存在着内部的关联。一套超滤运行时必须要有一套多介质和一台原水泵运行，两套超滤运行时必须要有两套多介质和两台原水泵运行，三套超滤运行时必须要有三套多介质和三台原水泵运行，停止时也是如此。假设1号超滤运行那么程控需要自动的发送指令启动一台原水泵和一套多介质，但是程控无法自动判断需要启动几号原水泵和几号多介质。指令传输的唯一性不能确定，就无法实现自动程控的目的。

对于像预除盐这种母管制的设备来说，指令接收的唯一性是影响程控运行的主要内在因素。

3控制方案的设计

前面分别讲述了预处理系统的简要流程和影响程控运行的主要因素，本章针对影响程控运行的因素设计两套控制方案，以达自动控制的目的。分别讨论两种方案的优缺点，采用其中一种。

3.1选择对应关系控制方案

选择对应控制方案即由运行人员选择哪个设备接受哪个设备的指令。以四台原水泵、四套多介质、三套超滤系统为例介绍此方案的具体描述。运行人员可以选择1号超滤对应1号多介质对应1号原水泵，这样1号超滤的指令就只会发送给1号多介质和1号原水泵；可以选择1号超滤对应2号多介质对应2号原水泵，这样1号超滤的指令就只能发送给2号多介质和2号原水泵，以此类推四台原水泵、四套多介质、三套超滤系统一共的选择方式共有4×4×3=48种选择方式。

选择对应关系控制方案优点和缺点

选择对应关系控制方案的优点在于设备指令对应关系明确，设备的启停指令只能按着这样的对应关系接受启停指令。也便于运行人员的设备状态监视，逻辑思路清晰，当出现问题后方便纠错查找。

缺点在于设备对应关系的数量完全由母管上所挂的设备决定，种类数量多对于逻辑编程是个巨大的工程，而且增加运行人员的操作量，这种方式对母管制上设备数量四以下的优势比较明显，使用范围有较大的局限性。

3.2优先级控制方案

优先级控制方案即将每种设备设置优先级，设备的启停由优先级的高低和启动数量决定，例如四台原水泵设置1级、2级、3级、4级，1级最高4级最低，那么当启动数量需要2台时，就优先启动优先级高的两台也就是1级泵和2级泵，当启动数量变为1台时，就优先停止启动泵中优先级高的也就1级泵。

这种控制方式就是将每种设备控制模块化，也就是说原水泵、多介质、超滤分别设定优先级，它们之间的联系仅仅由启动数量连接起来，例如启动两套超滤那么相对应的也就要启动两套多介质和2台原水泵，对于启动哪套超滤哪套多介质哪台原水泵就仅仅和自身的优先级有关系了。

优先级控制方案优点和缺点

优先级控制方案优点在于将各个系统控制模块化，每个模块的控制都是独立的，不影响其他模块，模块之间的联系由启动数量控制。避开了设备对应关系的选择，而且这种控制方式不受母管制所在设备数量的影响，无论是几套设备都可以应用这样的控制方式。便于运行人员操作，减少操作量。

缺点在于此种控制方式实现起来难度较大，对设备状态的要求较高。

4 DCS的系统设计

4.1 NT6000系统简介

DCS是将监控计算机、各个控制单元子系统等部分由通信网络连接形成的大系统。它的体系结构具有分级递阶控制、分散控制和冗余化等特征，其目的就是为了实现分散控制和集中监视及管理。本次控制系统选用南京科远NT6000系统。

NT6000软件作为整个水处理的DCS运维软件，有常规的硬接线DCS控制系统，还兼容现场总线控制方式。我厂化学水处理现场总线采用Profibus DP/PA总线协议，使用RS485交换原则，半双工的通信方式，实现现场仪表与上位机的通信交流。NT6000控制系统结构如图1所示。

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图1 NT6000控制结构图

Fig 1 NT6000 control structure diagram

.2 控制方式由NT6000系统组态实现

通过NT6000系统组态软件实现的选择对应关系控制方案。图2为选择对应关系控制方式的组态画面。图中表现出原水泵、多介质、超滤的对应关系，通过对应关系的选择使得程控顺利的运行下去。

图2 选择对应关系控制方式的组态画面

Fig 2 Select the configuration screen for the corresponding relationship control mode

通过NT6000系统组态软件实现的优先级控制方案。图3为优先级控制方式的组态画面，图中可以更改设备的优先级，可以设定系统的启动数量，通过数量来操作设备的启停。图4为优先级设定逻辑组态，图5为优先级启动数量逻辑组态1，图6为优先级启动数量逻辑组态2。

图3 优先级控制方式的组态画面

Fig 3 Priority control mode configuration screen

图4 优先级设定逻辑

Fig 4 Priority setting logic

图5 优先级启动数量逻辑组态1

Fig 5 Priority Starts the number of logical configurations1

图6 优先级启动数量逻辑组态2

Fig 6 Priority Starts the number of logical configurations 2

通过组态和实际过程应用中的对比，最终采用的是优先级控制方式。优先级控制方式能有效的避免设备选择对应关系庞大的数量问题，而且这种控制方式对化学水系统以后的APS控制方式的实现提供了坚实的基础。

5结束语

本文对锅炉补给水处理系统中母管制设备控制方案进行了设计，其中主要以预处理系统为例来对此操作方案进行了阐述说明。

两种控制方式对应关系选择控制方式和优先级控制方式，两种方式各有优缺点，其中对应关系选择方式思路清晰，操作简单受到设备数量的限制；优先级控制方式使系统模块化，减少操作量，主要受到实现困难的限制。最后选择优先级控制方式，使得处理水系统控制操作简单，减少运行人员的操作量，提高补给水处理自动化水平。

由于受到自身知识水平的限制，没有想到更好的控制方式，希望其他的设计者能够弥补这方面的不足，提高母管制设备控制的稳定性。

参考文献

[1]王常力.分布式控制系统(DCS)设计与应用实例[M].北京:电子工业出版社，2004.

[2] 曾杭成，熊婧慧，吕海烽. 锅炉补给水处理系统工艺设计及运行[J].《工业水处理》，4,34(4):90-92

[3] 张州，陆静，PROFIBUS现场总线技术及其应用 [J]. 《上海电力学院学报》,2008,24(2):157-160

作者简介：

1.王健（1989.12-），男，汉族，河北省保定市，大学本科，助理工程师，研究方向：锅炉补给水控制。

2.曹欢（1992.10-），男，汉族，山西省晋中市，大学本科，助理工程师，研究方向：锅炉补给水控制。

3.李振林（1991.03-），男，汉族，北京市，大学本科，助理工程师，研究方向：锅炉补给水控制。

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