工業(yè)蒸汽鍋爐的自動化控制過程

一、引言
鍋爐微機控制，是近年來開發(fā)的一項新技術(shù)，它是微型計算機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，我國現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的1/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，降低耗電量，是廣州合爍用微機進行控制具有深遠意義的工作。
工業(yè)鍋爐采用微機控制和原有的儀表控制方式相比具有以下明顯優(yōu)勢：
1． 直觀而集中的顯示鍋爐各運行參數(shù)。能快速計算出機組在正常運行和啟停過程中的有用數(shù)據(jù)，能在顯示器上同時顯示鍋爐運行的水位、壓力、爐膛負壓、煙氣含量、測點溫度、燃煤量等數(shù)十個運行參量的瞬時值、累計值及給定值，并能按需要在鍋爐的結(jié)構(gòu)示意畫面的相應(yīng)位置上顯示出參數(shù)值。給人直觀形象，減少觀察的疲勞和失誤；
2． 可以按需要隨時打印或定時打印，能對運行狀況進行準(zhǔn)確地記錄，便于事故追查和分析，防止事故的瞞報漏報現(xiàn)象；
3． 在運行中可以隨時方便的修改各種運行參數(shù)的控制值，并修改系統(tǒng)的控制參數(shù)；
4． 減少了顯示儀表，還可利用軟件來代替許多復(fù)雜的儀表單元，（例如加法器、微分器、濾波器、限幅報警器等），從而減少了投資也減少了故障率；
5． 提高鍋爐的熱效率。從已在運行的鍋爐來看，采用計算機控制后熱效率可比以前提高5-10%，據(jù)用戶統(tǒng)計，一臺20T的鍋爐，全年平均負荷70%，以平均熱效率提高5%計，全年節(jié)煤800噸，按每噸煤380元計算每年節(jié)約304000元；
6． 鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風(fēng)機，引風(fēng)機，給水泵，等大功率電動機，由于鍋爐本身特性和選型的因素，這些風(fēng)機大部分時間里是不會滿負荷輸出的，原有方式采用閥門和擋板控制流量，浪費非常嚴(yán)重。通過對風(fēng)機水泵進行變頻控制可以平均節(jié)電達到30%-40%；
7． 鍋爐是一個多輸入多數(shù)出、非線性動態(tài)對象，諸多調(diào)解量和被調(diào)量間存在著耦合通道。例如當(dāng)鍋爐的負荷變化時，所有的被調(diào)量都會發(fā)生變化。故而理想控制應(yīng)該采用多變量解偶控制方案。而建立解偶模型和算法通過計算機實現(xiàn)比較方便；
8． 鍋爐微機控制系統(tǒng)經(jīng)擴展后可構(gòu)成分級控制系統(tǒng)，可與工廠內(nèi)其他節(jié)點構(gòu)成工業(yè)以太網(wǎng)。這是企業(yè)現(xiàn)代化管理不可缺少的；
9． 作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，減輕操作人員的勞動強度。在采用計算機控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有*周到的安全機制，可以設(shè)置多點聲光報警，和自動連鎖停爐。杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。
二、鍋爐控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)與工作原理
鍋爐微機控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、PLC、上位機、手自動切換操作、執(zhí)行機構(gòu)及閥、電機等部分組成，一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入微機�？刂葡到y(tǒng)包括手動和自動操作部分，手動控制時由操作人員手動控制，用操作器控制變頻器、滑差電機及閥等，自動控制時對微機發(fā)出控制信號經(jīng)執(zhí)行部分進行自動操作。微機對整個鍋爐的運行進行監(jiān)測、報警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運行，除此以外為保證鍋爐運行的安全，在進行微機系統(tǒng)設(shè)計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置，以免鍋爐發(fā)生重大事故。
微機控制系統(tǒng)由工控機、顯示器、打印機、PLC、手操器、報警裝置等組成，能完成對給水、給煤、鼓風(fēng)、引風(fēng)等進行自動控制，使鍋爐的汽包水位、蒸汽壓力保持在規(guī)定的數(shù)值上，以保證鍋爐的安全運行，平穩(wěn)操作，達到降低煤耗、提高供送汽質(zhì)量的目的，同時對運行參數(shù)如壓力、溫度等有流程動態(tài)模擬圖畫面并配有數(shù)字說明，還可對汽包水位、壓力、爐溫等進行越限報警，發(fā)出聲光信號，還可定時打印出十幾種運行參數(shù)的數(shù)據(jù)。以形成生產(chǎn)日志和班、日產(chǎn)耗統(tǒng)計報表，有定時打印、隨機打印、自定義時間段打印等幾種方式。

鍋爐控制系統(tǒng)的硬件配置，目前有幾種，功能較好首推可編程序控制器PLC，適合于多臺大型鍋爐控制，由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護、自診斷等功能，所以抗干擾能力強，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中，故障率低。PLC編程簡單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，多臺PLC進行鏈接及與計算機進行鏈接，實現(xiàn)一臺計算機和若干臺PLC構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)，另外使用PLC加上位機的控制系統(tǒng)具有很好的擴容性，如需要增加控制點或控制回路只需添加少量輸入輸出模塊即可，為以后的控制系統(tǒng)升級改造和其他功能的添加打下良好基礎(chǔ)，也為以后一機多爐控制系統(tǒng)等其他工廠級自動化網(wǎng)絡(luò)打下良好基礎(chǔ)。雖然，從短期的角度看價格稍高，如果從長遠觀點看，其壽命長，故障率低，易于維修，值得選用。

三、鍋爐控制系統(tǒng)中各控制回路的介紹
3.1 鍋爐給水控制回路
鍋爐給水系統(tǒng)中還有一個比較重要的控制回路是給水壓力回路，因為汽包內(nèi)壓力較高，要給鍋爐補水必須提供更高的壓力，給水壓力回路的作用是提高水壓，使水能夠正常注入汽包。但在蒸汽流量未達到滿負荷時，對給水流量的要求也不高。在老式的鍋爐系統(tǒng)中一般采用給水泵一直以工頻方式運轉(zhuǎn)，用回流閥降低水壓防止爆管，現(xiàn)在一般采用通過變頻器恒壓供水的方式控制水壓，具體實現(xiàn)方式是：
系統(tǒng)下達指令由變頻器自動啟動*臺泵運行，系統(tǒng)檢測給水管的水壓，當(dāng)變頻器頻率上升到工頻時，如水壓未達到設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)自動將*臺電機切換至工頻直供電，并由變頻器拖動第二臺水泵運行，如變頻器運行到工頻狀態(tài)時供水母管壓力仍未達到設(shè)定壓力值系統(tǒng)自動將第二臺水泵切換至工頻直供電，再由變頻器拖動第三臺運行，依次類推，直至壓力達到設(shè)定值。若鍋爐需要的給水量減少，變頻控制系統(tǒng)可自動降低變頻器的運行頻率，如變頻器的頻率到零仍不能滿足要求，則變頻器自動切換至前一臺水泵進行變頻運行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的實質(zhì)是：始終利用一臺變頻器自動調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，切換時間以管網(wǎng)的實際壓力和設(shè)定壓力的差值決定，同時保證管網(wǎng)的壓力動態(tài)恒定。值得注意的是為了防止變頻器報警停機或其他故障造成水泵不轉(zhuǎn)會引起鍋爐缺水，所以應(yīng)該加反饋裝置確保變頻器正常工作。
另外系統(tǒng)各回路中都設(shè)置了手自動兩種操作方式，為了實現(xiàn)無擾動切換，系統(tǒng)引入了各控制對象的反饋值，在手動操作時PLC輸出會自動跟蹤控制對象的反饋，當(dāng)切換到自動狀態(tài)時可以進行無擾動切換，使系統(tǒng)平穩(wěn)的過渡到自動狀態(tài)。