論工業(yè)鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)

1、論工業(yè)鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng) 摘要:鍋爐微機(jī)控制, 是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù), 它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。 本文通過利用計(jì)算機(jī)與變頻自控技術(shù)對(duì)鍋爐生產(chǎn)過程的各個(gè)主要參數(shù)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了鍋爐安全生產(chǎn)、節(jié)省能源、減少排放的目的。 關(guān)鍵詞:工業(yè)鍋爐；控制系統(tǒng)；自動(dòng)化控制 abstract: boiler microcomputer control, is a new technology developed in recent years, it is the combination of computer software, hardware, automa

2、tic control, energy saving and so on several technical close. this paper is controlled by using the computer and frequency conversion control technology for boiler production process of the various main parameters, the boiler safety production, save energy, reduce emissions purposes. keywords: indus

3、trial boiler; control system; automatic control 中圖分類號(hào)：tl503.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：2095-2104（2013） 鍋爐微機(jī)控制，是計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，利用計(jì)算機(jī)與變頻自控技術(shù)對(duì)鍋爐生產(chǎn)過程的各個(gè)主要參數(shù)都必須嚴(yán)格控制。因此鍋爐設(shè)備是一個(gè)多輸入，多輸出且相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜控制對(duì)象。 1 鍋爐控制的工作原理 除氧水通過給水泵進(jìn)入給水調(diào)節(jié)閥，控制系統(tǒng)利用給水調(diào)節(jié)閥的信號(hào)及其反饋進(jìn)行綜合分析后，對(duì)給水量控制。通過給水調(diào)節(jié)閥進(jìn)入省煤器，冷水在經(jīng)過 省煤器時(shí)被煙氣預(yù)熱后進(jìn)入汽包，在汽包內(nèi)加熱產(chǎn)生蒸汽，為保證

4、最大的蒸發(fā)面，水位應(yīng)保持在鍋爐上汽包的中線位置，蒸汽通過主蒸汽閥輸出?？諝饨?jīng)過鼓風(fēng) 機(jī)進(jìn)入空氣預(yù)熱器，被煙氣預(yù)熱后進(jìn)入爐膛。燃料進(jìn)入爐膛點(diǎn)燃，在燃燒過程中發(fā)出熱量，以加熱汽包中的水，同時(shí)產(chǎn)生熱煙氣，在引風(fēng)機(jī)的抽吸作用下經(jīng)過省煤氣和空氣預(yù)熱器，以節(jié)約熱能。降溫后的煙氣經(jīng)過除塵器除塵、去硫等凈化工藝后排出。 2 鍋爐控制的方式 2. 1 鍋爐控制方案 鍋爐是一個(gè)多輸入、多輸出、多回路、非線性相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)參數(shù)與被調(diào)節(jié)參數(shù)之間，存在許多交叉影響，調(diào)節(jié)難度較大。因此將系統(tǒng)控制分散成給渣控制、送風(fēng)控制、汽包液位控制、爐膛負(fù)壓控制等單獨(dú)的閉環(huán)控制2。 2. 2 組態(tài)畫面的控制 直觀而集中地顯

5、示鍋爐的所有運(yùn)行參數(shù)，能快速計(jì)算出鍋爐在正常運(yùn)行和啟停過程中的有用數(shù)據(jù)，并在顯示器上同時(shí)顯示鍋爐運(yùn)行水位、壓力、爐膛負(fù)壓、 煙氣氧量、測點(diǎn)溫度、消耗量等數(shù)十個(gè)運(yùn)行參量的瞬時(shí)值、累計(jì)值及給定值，并能按需要在鍋爐結(jié)構(gòu)示意畫面的相應(yīng)位置上顯示出參數(shù)值。 2. 3 打印機(jī)的控制 可按需要隨時(shí)打印各種參數(shù)和數(shù)據(jù)，能對(duì)運(yùn)行狀況準(zhǔn)確的記錄，便于事故追查和分析防止事故的瞞報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象?？稍谶\(yùn)行中隨時(shí)修改各種運(yùn)行參數(shù)的控制值修改系統(tǒng)的控制參數(shù)，達(dá)到最佳的運(yùn)行狀況。 3 鍋爐控制系統(tǒng)中各個(gè)控制回路 3. 1 鍋爐控制系統(tǒng) 鍋爐控制系統(tǒng)，一般有蒸汽壓力、汽包液位、爐膛負(fù)壓、除氧器水位、除氧器壓力等子系統(tǒng)。鍋爐燃燒控制

6、的實(shí)質(zhì)上是能量平衡的控制，工業(yè)蒸汽鍋爐主要以蒸汽壓力作為能量平衡的指數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)來控制生產(chǎn)設(shè)備的用汽量與壓力的變化，從而調(diào)整對(duì)鍋爐供給的燃料量與送風(fēng)量，同時(shí)保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用。 3. 2 鍋爐給水控制回路 鍋爐給水控制使給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，來維持汽包液位在合適的范圍內(nèi)，并保持給水穩(wěn)定。在微機(jī)控制回路中被調(diào)參數(shù)是汽包水位，通過給水調(diào)節(jié) 閥對(duì)給水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于給水調(diào)節(jié)對(duì)象沒有自平衡能力，又存在滯后。因此在一般鍋爐控制系統(tǒng)中將給水流量、汽包水位、蒸汽流量3 個(gè)變量在控制系統(tǒng)中 運(yùn)算后通過調(diào)節(jié)給水閥對(duì)鍋爐給水進(jìn)行調(diào)節(jié)。鍋爐給水壓力回路，因?yàn)槠鼉?nèi)壓力較高，要給鍋爐補(bǔ)水必須

7、提供更高的壓力，形成壓差使水能夠正常注入汽包。 給水壓力回路的作用是提高給水壓力保證汽包給水。一般采用通過變頻器恒壓供水的方式控制水壓，給水回路在鍋爐需要補(bǔ)水時(shí)，反饋信號(hào)給微機(jī)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)利用變頻器自動(dòng)啟動(dòng)1 號(hào)給水泵運(yùn)行，控制系統(tǒng)通過反饋信號(hào)對(duì)給水管的壓力進(jìn)行檢測，當(dāng)變頻器頻率上升到工頻時(shí)，水壓仍無法達(dá)到需要的壓力值，控制 系統(tǒng)自動(dòng)將第一臺(tái)電機(jī)切換至工頻直供電，并由變頻器拖動(dòng)2 號(hào)給水泵運(yùn)行，如變頻器運(yùn)行到工頻狀態(tài)時(shí)供水母管壓力仍未達(dá)到設(shè)定壓力值系統(tǒng)自動(dòng)將第二臺(tái) 水泵切換至工頻直供電，再由變頻器拖動(dòng)3 號(hào)運(yùn)行，從而保證運(yùn)行安全。通過反饋信號(hào)測得鍋爐需要的給水量減少，變頻控制系統(tǒng)可自動(dòng)降低

8、變頻器的運(yùn)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(dòng)切換至前一臺(tái)水泵進(jìn)行變頻運(yùn)行，不斷地調(diào)節(jié)給水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速使得鍋爐的給水正常。 鍋爐的供水系統(tǒng)中還包括除氧器壓力控制和除氧器水位控制，除氧器壓力控制主要是為保證除氧器口有足夠的蒸汽壓力用于將軟化水除氧，輸入?yún)?shù)是除氧器壓力輸出參數(shù)控制除氧器進(jìn)汽閥。除氧器水位控制是一個(gè)單閉環(huán)控制回路輸入?yún)?shù)，主要是為保證除氧器內(nèi)有足夠的水提供給鍋爐。 3. 3 鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng) 燃燒過程自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的選擇與燃料的種類和燃料的供給、燃燒方式、鍋爐負(fù)荷息息相關(guān)，但都具有同樣的調(diào)節(jié)方式。( 1) 維持汽壓恒定。生產(chǎn)任務(wù)能否完成與蒸汽壓力的恒定息息相關(guān)。恒定

9、的蒸汽壓力是生產(chǎn)的基本保障。汽壓的變化表示鍋爐蒸汽量和負(fù)荷的耗汽量不平衡所致，要使蒸汽壓力恒定必須相應(yīng)地改變?nèi)剂狭?，以改變鍋爐的蒸汽量。( 2) 保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)燃料量改變時(shí)，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使它與燃料量相配合，保證燃燒過程有較高的經(jīng)濟(jì)性。( 3) 調(diào)節(jié)引風(fēng)量與送風(fēng)量相配合，以保證爐膛壓力不變。燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般有3 個(gè)被調(diào)參數(shù): 蒸汽氣壓、煙氣含氧量和爐膛負(fù)壓。一般的可調(diào)節(jié)量是燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量。控制系統(tǒng)所需調(diào)節(jié)的對(duì)象是燃料量，通過調(diào)節(jié)噴渣風(fēng)機(jī) 風(fēng)門、鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門、引風(fēng)機(jī)風(fēng)門的變頻指數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使燃料達(dá)到充分利用，保證蒸汽壓力平衡。 4 鍋爐控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 4. 1 dc

10、s 系統(tǒng)配置 鍋爐dcs 系統(tǒng)是一個(gè)專用于鍋爐自動(dòng)化控制的分布式集散控制系統(tǒng)。以鍋爐監(jiān)控自動(dòng)化為目標(biāo)，節(jié)能增效，保護(hù)環(huán)境，改善工作條件，提高勞動(dòng)效率。鍋 爐dcs 系統(tǒng)包括調(diào)度室管理層、工業(yè)ethernet 層、現(xiàn)場監(jiān)控上位機(jī)、鍋爐控制終端設(shè)備等。 4. 2 鍋爐控制終端設(shè)備 ( 1) 鍋爐控制終端設(shè)備。完成實(shí)時(shí)燃燒控制、風(fēng)量調(diào)節(jié)、汽包水位調(diào)節(jié)、水管壓力控制、補(bǔ)水控制、水電煤耗累計(jì)、故障報(bào)警等。分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu): 一臺(tái)鍋爐配置一套鍋爐控制終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了分布式控制。集成度高: 集成數(shù)字顯示、報(bào)警、手/自動(dòng)控制等傳統(tǒng)儀表的功能，可簡化儀表配置和布線。性能可靠: 采用高性能的主控制器和i /o 模塊

11、，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。編程工具: 可以利用梯形圖組態(tài)完成邏輯和順序控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算、pid 調(diào)節(jié)等，也可利用高級(jí)語言編程完成特殊的控制要求和復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算。 ( 2) 鍋爐監(jiān)控上位機(jī)。一個(gè)供熱車間的多個(gè)鍋爐控制終端設(shè)備可以通過總線網(wǎng)絡(luò)或工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)場監(jiān)控上位機(jī)及熱備機(jī)通信。操作人員在上位機(jī)監(jiān) 視各鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警顯示、曲線報(bào)表等，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。對(duì)鍋爐運(yùn)行的重要參數(shù)，如壓力、溫度、壓差、流量等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理和保存，并可實(shí)現(xiàn)曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印等。 ( 3) 工業(yè)ethernet 層。現(xiàn)場監(jiān)控上位機(jī)加裝網(wǎng)卡后，可以連接成工業(yè)ethernet 網(wǎng)絡(luò)。在ethernet 網(wǎng)絡(luò)層可

12、以設(shè)置多鍋爐監(jiān)控站、維護(hù)站。根據(jù)對(duì)系統(tǒng)可靠性、安全性的要求，可選用不同程度的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器冗余設(shè)計(jì)。 ( 4) 調(diào)度室管理層。鍋爐dcs 系統(tǒng)提供modem 專線、撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)或無線方式，使中央調(diào)度室的管理人員能夠和異地分散的多個(gè)鍋爐房通信，了解各鍋爐房的運(yùn)行 情況、儀表完好情況、鍋爐爐況等。撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)方式可充分利用原有電話線路，通過公用電話網(wǎng)將中央調(diào)度室和各個(gè)鍋爐房連接，節(jié)省建設(shè)費(fèi)用和周期，便于巡檢。 4. 3 監(jiān)控中心的監(jiān)視、管理功能 ( 1) 實(shí)時(shí)檢測鍋爐的運(yùn)行參數(shù)。為全面掌握系統(tǒng)運(yùn)行工況，監(jiān)控系統(tǒng)將實(shí)時(shí)監(jiān)測并采集與鍋爐有關(guān)的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。系統(tǒng)具有豐富的圖形庫，通過組態(tài)

13、可將鍋爐的設(shè)備圖形連同相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)以列表或分組等形式顯示在畫面上。 (2) 綜合分析及發(fā)出控制指令。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)，按照設(shè)定的控制策略，發(fā)出控制指令，調(diào)節(jié)鍋爐運(yùn)行。 ( 3) 診斷故障與報(bào)警管理。主控中心可以顯示、管理、傳送鍋爐運(yùn)行的各種報(bào)警信號(hào)，從而使鍋爐的安全運(yùn)行等級(jí)大幅提高。監(jiān)控系統(tǒng)將根據(jù)所監(jiān)測的參數(shù) 進(jìn)行故障診斷，一旦發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)將及時(shí)在操作員屏幕上顯示報(bào)警點(diǎn)。與報(bào)警相關(guān)的顯示功能使用戶定義的顯示畫面與每個(gè)點(diǎn)聯(lián)系起來，這樣，當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，操作員可立即訪問該報(bào)警點(diǎn)的詳細(xì)信息，并按照所推薦采取的應(yīng)急措施進(jìn)行處理。 ( 4) 歷史記錄運(yùn)行參數(shù)。監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫將維護(hù)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的歷史記錄，另外監(jiān)控系統(tǒng)還設(shè)有報(bào)警事件日志，用以記錄報(bào)警/事件信息和操作員的變化等。歷史記錄的數(shù)據(jù)根據(jù)要求，可以顯示為瞬時(shí)值，也可以為某一段時(shí)間內(nèi)的平均值。 ( 5) 計(jì)算運(yùn)行參數(shù)。鍋爐運(yùn)行的某些運(yùn)行參數(shù)不能直接測量，如年運(yùn)行負(fù)荷量、蒸汽耗量、補(bǔ)水量、冷凝水返回量、設(shè)備的累積運(yùn)行時(shí)間等。監(jiān)控系統(tǒng)提供了豐富的標(biāo)準(zhǔn)處理算法，根據(jù)所測運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算出這些導(dǎo)出量。 5 結(jié)束語 采用計(jì)算機(jī)控制鍋爐系統(tǒng)是行業(yè)趨勢。鍋爐控制系統(tǒng)中周到的安全