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在垃圾发电中的应用NT6000 DCS在垃圾发电中的应用,垃圾发电不仅可以处理生活垃圾，还可废物利用，故成为近年来比较流行的发电方式。垃圾焚烧发电中以垃圾燃烧为主，发电为辅，燃料成份中不可控因素较多，焚烧发电过程中炉膛压力变化较快，从而在整个控制系统的构成上要求极高。本文在介绍NT6000DCS软硬件的基础上，对垃圾发电中的主要控制系统回路做了详细分析，重点介绍了科远NT6000DCS在皖能宿州垃圾发电中的整体设计和运用。该项目控制高效，设计优化，在垃圾发电领域中可以起到示范作用，对节能减排、能源高效率运用具有一定的借鉴意义。

关键词：垃圾发电；NT6000；DCS

1　引言

集散控制系统又称分布式计算机控制系统，是以微处理器为基础的集中分散控制系统，以满足现代化工业生产和日益复杂的控制对象的要求为前提，应用于生产过程监视、控制技术发展和计算机网络技术的一种新型过程控制系统。集中管理、分散控制是集散控制系统的主要特征。集散控制系统作为一种多机系统，即多台计算机分别控制不同的对象或设备，各自构成子系统，各子系统间有通信或网络互连关系，是集通信技术、CRT显示技术、计算机技术、先进控制技术的结晶，并且已经在工业控制领域得到广泛应用，成为过程工业自动控制的主流之一。NT6000DCS经过多年的发展，已形成高速、可靠的网络和功能强大的分散处理单元，同时配套先进的运行和维护软件，为用户提供了一个可靠、先进、开放的控制平台，功能强大、使用方便、配置灵活，可解决多变量、非线性、大滞后等复杂对象的控制难题。

2　垃圾发电的发展现状

近年来，随着建设科技社会、生态社会步伐的加快，人们对发电机组的环保要求越来越高，垃圾焚烧发电技术在世界范围内得到了迅猛发展和普遍应用。由于垃圾焚烧发电技术具有高效率处理生活垃圾、节约能源、建设周期短以及有利于环保等特点，目前世界各国正在逐步加大垃圾焚烧发电机组的技术和资金投入。我国垃圾焚烧发电起步于20世纪90年代末，随着我国城镇化进程和城市人口的增加，我国城市生活垃圾对环境造成的压力不断加大，垃圾无害化处理技术已越来越引起我国重视并快速发展起来。特别是2010年以来，国家和有关部门陆续出台和实施了市政公用事业的开放政策、特许经营政策、投资体制改革政策、鼓励非公经济政策等一系列相关的改革政策措施，加快了市政公用行业的改革开放和市场化经济的发展。作为最为传统的市政公用事业，垃圾处理领域也改变了政府单一的投融资渠道，而走向了投资主体多元化和融资渠道多样化的发展道路。

随着中国经济的增速，城市人口也会不断增加。预计2020年中国城市垃圾年产量将达3.23亿吨。在中国人多地少、能源紧缺，城市化进程快速发展的情况下，选择垃圾发电无疑是最符合当前国情的明智选择。

3　垃圾焚烧发电机组的控制要求

垃圾焚烧发电机组的主要组成部分有：焚烧锅炉、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机等设备。同常规的火电机组相比，垃圾焚烧发电中以发电为辅，垃圾燃烧为主。反映在燃烧系统上，燃烧的热值变化较慢，燃料成份中非可控因素较多，蒸汽负荷的变动较小，压力的变化较大。因而，对于垃圾焚烧发电，传统的火电燃烧系统的机理和控制方法并不完全适用于垃圾焚烧发电。垃圾焚烧发电的独特之处决定了其对控制系统的要求既等同于常规要求，又在常规要求中有着极大的变通性。

4　NT6000 DCS在垃圾发电中的整体设计

在皖能宿州垃圾发电项目中，南京科远自动化垃圾焚烧发电解决方案以NT6000集散控制系统为基础，结合高度集成焚烧炉燃烧控制系统（ACC）、汽轮机数字电液调节系统（DEH）及化学水处理、布袋除尘、炉内脱销等辅助系统，克服垃圾焚烧发电厂普遍存在的自动化孤岛现象，采用动态垃圾密度修正、模型分析控制算法等先进的控制和测量算法，对垃圾焚烧炉、余热锅炉、汽轮发电机组及相关辅助设备实现协调控制，有效地提高全厂自动化水平。

该电厂安装两条垃圾焚烧线，日处理城市生活垃圾单台七百吨左右，一台12兆瓦凝汽式汽轮发电机组，母管制。全厂设置一套集散控制系统（DCS），以全厂集中操作与各工段分散控制相结合的系统运行模式实现垃圾焚烧发电厂整体生产过程的状态监视和安全保护。完成数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）和联锁保护疏水（PRO）等系统功能。系统共配置1台值长站、1台历史数据站、1台接口站和10台操作员站（其中1台工程师站）；1个电源分配柜、18个控制机柜。10对冗余的KM950控制器，完全满足垃圾焚烧发电机组对于分系统的独立性要求的特点，其中1#～3#控制器主要控制焚烧锅炉、余热锅炉及垃圾焚烧线辅助部分；4#控制器主要控制汽轮机及其辅助设备；5#控制器主要控制公用部分除氧给水系统，6#号控制器主要控制综合水泵房循环水系统，7#控制器为烟气净化及布袋除尘处理系统，9#控制器为化水处理超滤反渗透系统，10#控制器为为电气部分。该项目的总I/O点数达5575点左右。机组投产后，运行人员在主控室，就可以完成全厂各部分的控制，该机组的自动化水平在全国的垃圾焚烧发电机组中处于领先地位。

4.1　NT6000 DCS硬件体系介绍

NT6000 DCS是南京科远基于现场总线技术而设计开发，融合了当今最先进的计算机与通讯技术，以高速、可靠、开放的网络和功能强大的控制器为基础；硬件都采用了国际标准或主流工业级产品，易于升级，使用方便、灵活。该系统能够从变送器，执行机构、电气保护装置用数字通信获得过程数据和诊断信息，能够支持Hart、Profibus 、FF、Can 等多种现场总线的高可靠性混合应用，从而大大提高了现场设备的智能化和信息化水平。NT6000DCS的各部分硬件结构如图1所示。主要由工程师站、操作员站、电源分配柜、控制机柜、控制器、I/O模件，网络设备和特殊组件等组成。

工程师站是NT6000的重要组成部分，其主要功能是为工程师提供各种设计工具对DCS进行应用组态，可在线修改、下载、调试组态。操作站用来显示并记录来自备控制单元的过程数据和信息是人与生产过程的操作接口，通过操作站可以向用户提供最佳的操作站见识画面或窗口来控制、管理、见识生产过程以及整个系统的运行状态，实现恰当的信息处理的生产操作的集中化。E-Net是NT6000系统的上层控制网络，通过交换机实现控制器与操作站、工程师站之间的网络通讯。E-Bus是NT6000系统的控制器与I/O分支之间进行通讯的系统网络，总线通讯速率为3.125Mpbs，为单层多路并行分支结构。机柜种类主要有两种：电源机柜和控制机柜。机柜中的各个部件，全部采用模块化标准设计，标准机柜配上不同的卡件就能够满足不同的需求。I/O模件均采用坚固的工程塑料外壳封装，具有良好的散热效果。能够在现场复杂电磁环境中长期稳定工作。NT6000系统的I/O模件种类繁多，能够满足不同工业控制现场的需要。同时，I/O模件供电采用两路冗余直流电源均送到I/O模件，在I/O模件中实现两路电源切换，变送器供电采用独立冗余电源模块，充分做到危险分散。

4.2　NT6000 DCS组态软件概述

科远NT6000 DCS有着智能化，便捷化的组态软件，而且功能齐全，适应于工业生产的各种需要。该软件将系统配置、组态等一体化集成，支持上、下位机的各种组态，可快速访问相关信息，同时可综合化诊断，可以更早或者更快地进行事前预测，具有丰富的设备级操作功能，可以帮助用户分清电气故障跳闸、连锁保护跳闸和操作跳闸等。高度集成的开发环境，融合了系统的各种组态功能，包括安全报警区设置、日志配置，画面配置、网络配置和权限管理等。其以工程树状显示，各种功能明了清晰。安全区可以进行相关测点及设备的安全可用区设置；报警区设置其报警值，包括高限和低限报警、高高限和低低限报警；日志配置可以设置文件保存的类型和路径，以及对重要的文件进行加密；画面配置用来设置运行时画面的显示情况，包括分辨率，外观以及初始化相关操作；权限管理设置了不同层级的权限，如操作员只能监视查看，而工程师可以修改、调试、在线下装等；网络为该项目当前的网络信息，其包括控制器通讯、网络节点通信情况等；画面可进行流程工艺画面编辑，将工程项目中各个系统清晰地展示出来，同时可显示各个测点和设备运行的详细信息。

系统诊断软件可以诊断整个集散控制系统的运行情况，包括整个系统网络、控制器、各个模件的I/O通道，可以方便地帮助用户进行故障查找与排除，是整个系统正常运行的重要保障。历史数据库软件记录了所有操作的历史信息，通过数据库，用户可以了解所有相关的操作情况，可以更好地进行事前预测。南京科远开发了拥有独立自主知识产权的历史数据库SyncBase，其50万测点/秒的强大存储能力，海量数据可瞬间存储。逻辑组态软件是涵盖了下位机的所有组态，包括模件组态、设备组态和控制算法组态。算法组态软件中包括各种常用的功能模块，编程人员可以将软件中的各种功能块相互连线，完成各种功能组态。

5　主要控制系统回路设计

5.1　锅炉燃烧控制系统

焚烧锅炉除配有相应的仪表系统外，主要有以下控制系统：汽包液位控制系统；燃烧控制系统；过热器和再热器出口蒸汽温度的控制系统；燃烧器程序控制系统等等。不同类型的锅炉，尽管其控制系统不尽相同，但是它们的工作原理大体是相同的。

而其中最重要的系统是燃烧控制系统。其主要功能是控制炉膛的燃料和空气的输入量，或控制燃烧率，以适应锅炉负荷的变化。对锅炉运行和控制系统来说，锅炉出口蒸汽压力的变化经常作为燃料量的输入和蒸汽量的输出之间不平衡的一个标志。引起蒸汽压力变化的因素很多，其中主要的扰动量是燃料量（内扰）和蒸汽量的变化（外扰）。燃烧控制系统的基本要求是：迅速适应外界负荷需求的变化；及时消除锅炉燃料侧的自发扰动；维持调节过程中各被调量在允许的范围内；保证锅炉运行的安全性和经济性。燃烧控制系统一般包括燃料控制、送风控制和引风控制三个子系统。

燃料控制子系统中，蒸汽压力的实际值相对于其设定值的偏差输入到蒸汽压力控制器，经控制运算后输出调整锅炉燃烧率的指令信号；燃烧控制器根据锅炉燃烧率的指令信号的变化调整入炉燃料量。

同时，锅炉燃烧率的指令信号也加入到送风控制子系统中，对送风量进行调整。为保证燃烧过程的经济性，即保证燃烧过程合适的燃料和风量的比值，常采用具有烟气氧量校正调节的送风控制系统，形成有燃料量前馈调节的串级控制系统，在保证送风量与燃料量基本成比例的粗调的基础上，进一步通过氧量校正对送风量进行调节，保证烟气含氧量等于设定值，实现经济燃烧的细调。

引风控制子系统的任务是通过调整锅炉引风量，保证炉膛负压在规定的范围内。引风机提供了锅炉的抽吸力，把引风和送风加以平衡，炉膛压力即可保持在适当的值。由于蒸汽量的波动和送风量是引起炉膛负压变化的主要原因，可将蒸汽量或送风量作为前馈信号引入调节器，提高引风系统的稳定性，减小炉膛负压的动态偏差。当炉膛负压控制系统中被控变量是炉膛压力（控制在负压），操纵变量是引风量。当锅炉负荷变化不大时，采用单回路控制系统。当锅炉负荷变化较大时，应引入扰动量的前馈信号，组成前馈-反馈控制系统。在炉膛压力控制回路中，采用引风机变频反馈作为反馈值，炉膛压力优选值作为测量值。通过调节引风机的变频器，控制引风机转速，并与送风系统相配合，使炉膛压力保持在允许范围内。