鍋爐控制微機(jī)控制與儀表控制

1、鍋爐控制微機(jī)控制與儀表控制一、概述 鍋爐微機(jī)控制，是近年來(lái)開(kāi)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，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)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，用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作。 工業(yè)鍋爐采用微機(jī)控制和原有的儀表控制方式相比具有以下明顯優(yōu)勢(shì)： 1 直觀而集中的顯示鍋爐各運(yùn)行參數(shù)。能快速計(jì)算出機(jī)組在正常運(yùn)行和啟停過(guò)程中的有用數(shù)據(jù)，能在顯示器上同時(shí)顯示鍋爐運(yùn)行的水位、壓力、爐膛負(fù)壓、煙氣含量、測(cè)點(diǎn)溫度、燃煤量等數(shù)十個(gè)運(yùn)行參量的瞬時(shí)值、累計(jì)值及給定值，并能按需要在鍋爐的結(jié)構(gòu)示意畫(huà)面的相應(yīng)位置上

2、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(shí)打印或定時(shí)打印，能對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確地記錄，便于事故追查和分析，防止事故的瞞報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象； 3 在運(yùn)行中可以隨時(shí)方便的修改各種運(yùn)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(lái)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(bào)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(yùn)行的鍋爐來(lái)看，采用計(jì)算機(jī)控制后熱效率可比以前提高5-10%，據(jù)用戶(hù)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)20T的鍋爐，全年平均負(fù)荷70%，以平均熱效率提高5%計(jì)，全年節(jié)煤800噸，按每噸煤380元計(jì)算每年節(jié)約304000元；燃油鍋

3、爐的節(jié)約費(fèi)用更為可觀； 6 鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)，給水泵，等大功率電動(dòng)機(jī)，由于鍋爐本身特性和選型的因素，這些風(fēng)機(jī)大部分時(shí)間里是不會(huì)滿(mǎn)負(fù)荷輸出的，原有方式采用閥門(mén)和擋板控制流量，浪費(fèi)非常嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)水泵進(jìn)行變頻控制可以平均節(jié)電達(dá)到30%-40%； 7 鍋爐是一個(gè)多輸入多數(shù)出、非線性動(dòng)態(tài)對(duì)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(fù)荷變化時(shí)，所有的被調(diào)量都會(huì)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(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)比較方便； 8 鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)擴(kuò)展后可構(gòu)成分級(jí)控制系統(tǒng)，可與工廠內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)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

4、控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在采用計(jì)算機(jī)控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有十分周到的安全機(jī)制，可以設(shè)置多點(diǎn)聲光報(bào)警，和自動(dòng)連鎖停爐。杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。 綜合以上所述種種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見(jiàn)采用計(jì)算機(jī)控制鍋爐系統(tǒng)是行業(yè)的大勢(shì)所趨。 二、鍋爐控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)與工作原理 首先除氧水通過(guò)給水泵進(jìn)入給水調(diào)節(jié)閥，通過(guò)給水調(diào)節(jié)閥進(jìn)入省煤器，冷水在經(jīng)過(guò)省煤器的過(guò)程中被由爐膛排出的煙氣預(yù)熱，變成溫水進(jìn)入汽包，在汽包內(nèi)加熱至沸騰產(chǎn)生蒸汽，為了保證有最大的蒸發(fā)面因此水位要保持在鍋爐上汽包的中線位置，蒸汽通過(guò)主蒸汽閥輸出?？諝饨?jīng)過(guò)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入空氣預(yù)熱器，在經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器的

5、過(guò)程中被由爐膛排出的煙氣預(yù)熱，變成熱空氣進(jìn)入爐膛。燃料進(jìn)入爐膛被前面的火點(diǎn)燃，在燃燒過(guò)程中發(fā)出熱量加熱汽包中的水，同時(shí)產(chǎn)生熱煙氣。在引風(fēng)機(jī)的抽吸作用下經(jīng)過(guò)省煤氣和空氣預(yù)熱器，把預(yù)熱傳導(dǎo)給進(jìn)入鍋爐的水和空氣。通過(guò)這種方式使鍋爐的熱能得到節(jié)約。降溫后的煙氣經(jīng)過(guò)除塵器除塵，去硫等一系列凈化工藝通過(guò)煙囪排出。 鍋爐微機(jī)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、控制系統(tǒng)、上位機(jī)、手自動(dòng)切換操作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥、電機(jī)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(jī)。控制系統(tǒng)包括手動(dòng)和自動(dòng)操作部分，手動(dòng)控制時(shí)由操作人員手動(dòng)控制，用操作器控制變頻器、滑差電機(jī)及

6、閥等，自動(dòng)控制時(shí)對(duì)微機(jī)發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作。微機(jī)對(duì)整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)、報(bào)警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運(yùn)行，除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)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(bào)警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報(bào)警裝置，以免鍋爐發(fā)生重大事故。三、鍋爐控制系統(tǒng)的構(gòu)成及功能 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件配置，功能較好首推可編程序控制器PLC，適合于多臺(tái)大型鍋爐控制，由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護(hù)、自診斷等功能，所以抗干擾能力強(qiáng)，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，故障率低。PLC編程簡(jiǎn)單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，多臺(tái)PLC進(jìn)行鏈接及與計(jì)算機(jī)進(jìn)行鏈接，實(shí)

7、現(xiàn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)PLC構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)，另外使用PLC加上位機(jī)的控制系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)容性，如需要增加控制點(diǎn)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(jí)改造和其他功能的添加打下良好基礎(chǔ)，也為以后一機(jī)多爐控制系統(tǒng)等其他工廠級(jí)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)打下良好基礎(chǔ)。根據(jù)鍋爐系統(tǒng)的不同，PLC控制系統(tǒng)的選型也有很大不同。大型鍋爐控制系統(tǒng)的控制點(diǎn)數(shù)較多（1000點(diǎn)以上），控制要求較高，宜選用冗余控制系統(tǒng)。博思科技能提供以下幾種冗余系統(tǒng)解決方案： 580 ? 580: true)" src="/Newspic/200977/16595496.jpg" border=0&

8、gt; 以上鍋爐控制系統(tǒng)中電廠多采用Quantum系列冗余系統(tǒng)，性?xún)r(jià)比較高的是西門(mén)子的S7400H和GE的9070系列冗余系統(tǒng)。上位機(jī)組態(tài)軟件可選用西門(mén)子的WINCC、WONDERWARE的InTouch、美國(guó)AB的RSVIEW等。 中型鍋爐控制系統(tǒng)的控制點(diǎn)數(shù)一般為200-1000點(diǎn)，多為幾臺(tái)鍋爐的集中控制，控制系統(tǒng)多為單機(jī)系統(tǒng)。博思科技提供以下幾種中型系統(tǒng)解決方案： 580 ? 580: true)" src="/Newspic/200977/165961920.jpg" border=0> 以上鍋爐控制系統(tǒng)中多采用西門(mén)子S7300系列系統(tǒng)。每臺(tái)鍋爐為一套

9、分布式I/O子系統(tǒng)，公共部分為一套分布式I/O子系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接分布式I/O，構(gòu)建為FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)），可大量節(jié)約電纜，降低成本。上位機(jī)組態(tài)軟件可選用國(guó)產(chǎn)的組態(tài)王、世紀(jì)星等。 小型鍋爐控制系統(tǒng)的控制點(diǎn)數(shù)一般為100點(diǎn)左右，多為單臺(tái)鍋爐的集中控制，并與手操器及顯示儀表共同構(gòu)成控制系統(tǒng)。博思科技提供以下幾種小型系統(tǒng)解決方案： 580 ? 580: true)" src="/Newspic/200977/165966572.jpg" border=0>以上鍋爐控制系統(tǒng)中多采用觸摸屏作為顯示終端。每臺(tái)鍋爐為獨(dú)立的系統(tǒng)。觸摸屏可選用進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)的7寸以上屏

10、。四 幾個(gè)主要的控制回路 4.1 給水控制 在正常運(yùn)行時(shí)，給水調(diào)節(jié)閥由蒸汽流量、汽包水位和給水流量的三沖量控制，汽包水位信號(hào)經(jīng)汽包壓力補(bǔ)償后作為主調(diào)的輸入，蒸汽流量信號(hào)經(jīng)溫度、壓力修正后與給水流量信號(hào)一起作為副調(diào)的反饋輸入。啟動(dòng)時(shí)只有汽包水位的單沖量控制。單沖量控制和三沖量控制能相互無(wú)擾動(dòng)切換。 汽包水位過(guò)高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸汽帶水過(guò)多，使過(guò)熱蒸汽溫度降低；水位過(guò)低，負(fù)荷增大時(shí)，水的汽化速度加快，汽包內(nèi)水量迅速減少，如不及時(shí)調(diào)整，會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，危及鍋爐安全。當(dāng)負(fù)荷非常不穩(wěn)定時(shí)，給水流量的擾動(dòng)，使汽包水位有較大延遲，蒸汽流量變化，會(huì)出現(xiàn)虛假水位，使得三沖量難以運(yùn)行，因此先

11、以單沖量投入運(yùn)行，使工況穩(wěn)定后再投入三沖量，也要求單沖量和三沖量?jī)煞N控制方式能方便地進(jìn)行無(wú)擾切換。 580 ? 580: true)" src="/Newspic/200977/165975214.jpg" border=0>三沖量控制方案系統(tǒng)框圖 4.2過(guò)熱蒸汽汽溫控制 鍋爐正常運(yùn)行時(shí)不僅要求主汽壓力穩(wěn)定，而且要求主汽溫度穩(wěn)定。主汽溫度是反映機(jī)組運(yùn)行情況的一個(gè)重要參數(shù)。如果主汽溫度偏高，過(guò)熱器及汽機(jī)將在更加惡劣的環(huán)境下運(yùn)行，材料的使用壽命將會(huì)縮短。相反，如果主汽溫度偏低，則汽機(jī)達(dá)不到預(yù)定的運(yùn)行效率。因此，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)要求主汽溫度穩(wěn)定。循環(huán)流化床鍋爐主汽溫

12、度調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用由主汽溫度、噴水減溫器出口溫度及主汽流量等參數(shù)組成的串級(jí)控制系統(tǒng)。主汽溫度測(cè)量值作為主調(diào)的反饋輸入值，與主汽溫度設(shè)定值進(jìn)行PID運(yùn)算后送入副調(diào)，在副調(diào)中與減溫器出口汽溫進(jìn)行控制運(yùn) 算，其結(jié)果經(jīng)限幅后由手操器輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)噴水減溫的控制閥。由于主汽流量變化時(shí)，噴水量應(yīng)相應(yīng)地發(fā)生變化，故在主汽溫度控制方案中把主汽流量信號(hào)以前饋形式引入控制系統(tǒng)中。 580 ? 580: true)" src="/Newspic/200977/165973366.jpg" border=0>4.3 燃燒控制燃燒控制 維持汽壓穩(wěn)定，保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和爐膛負(fù)壓的

13、穩(wěn)定，控制系統(tǒng)可分為三個(gè)回路：燃料量、送風(fēng)和引風(fēng)。燃料流量包括焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣。 燃料與空氣采取比值控制方式和氧量校正方案，并用煙氣含氧量進(jìn)行微調(diào)，風(fēng)/煤交叉聯(lián)鎖邏輯保證鍋爐在任何負(fù)荷時(shí)都處于安全燃燒的“富氧”工況。即控制任何燃燒工況下的鍋爐奉均大于燃料量。在靜態(tài)時(shí)，風(fēng)量指令為鍋爐指令和鍋爐燃料總量的高選信號(hào)；而燃料指令為鍋爐指令與總風(fēng)量的低選信號(hào)。在負(fù)荷變化時(shí)，則通過(guò)先加風(fēng)，后加燃料；先減燃料，后減風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。 過(guò)?？諝庀禂?shù)校正回路也保證了鍋爐在任何負(fù)荷時(shí)，都處于安全燃燒的“富氧”工況。在低負(fù)荷試，為了保證穩(wěn)定燃燒，過(guò)?？諝庀禂?shù)較大。在高負(fù)荷時(shí)，為了獲得較高的燃燒經(jīng)濟(jì)性，必須維持較低

14、的過(guò)?？諝庀禂?shù)。 過(guò)?？諝庀禂?shù)校正回路有如下功能： 運(yùn)行人員可改變回路中的補(bǔ)償系數(shù)，調(diào)節(jié)氧量設(shè)定值。 通過(guò)氧量校正信號(hào)的高低限值，可改變總的過(guò)剩空氣量。 可根據(jù)開(kāi)啟風(fēng)門(mén)的數(shù)量和狀態(tài)調(diào)整氧量修正信號(hào)。 運(yùn)行可根據(jù)氧量指示退出氧量校正回路，受凍調(diào)整過(guò)?？諝庠O(shè)定值。 爐膛負(fù)壓控制采取引風(fēng)調(diào)節(jié)和送風(fēng)調(diào)節(jié)組成前饋反饋控制。 580 ? 580: true)" src="/Newspic/200977/165971056.jpg" border=0>4.4順序控制 對(duì)鍋爐的輔機(jī)及閥門(mén)等設(shè)備進(jìn)行集中控制，實(shí)現(xiàn)輔機(jī)設(shè)備、閥門(mén)及其它輔助系統(tǒng)的順序啟停，從而提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性

15、，降低運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，對(duì)鍋爐設(shè)備及其它輔助設(shè)備設(shè)計(jì)程序啟動(dòng)、停止和手動(dòng)，以滿(mǎn)足有關(guān)設(shè)備的起、停聯(lián)鎖邏輯。 順序控制部分的聯(lián)鎖的保護(hù)指令具有最高優(yōu)先級(jí)，手動(dòng)控制指令的優(yōu)先級(jí)次之，自動(dòng)控制指令的優(yōu)先級(jí)最低。對(duì)同一設(shè)備的開(kāi)關(guān)指令之間設(shè)計(jì)成相互閉鎖，不允許同時(shí)發(fā)出。為防止運(yùn)行人員的誤操作，重要的手操指令設(shè)有確認(rèn)按鈕。 4.5爐膛安全監(jiān)控 執(zhí)行點(diǎn)火程序，并對(duì)供風(fēng)系統(tǒng)、引風(fēng)系統(tǒng)、爐膛壓力、汽包水位等進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況進(jìn)行報(bào)警、執(zhí)行相應(yīng)的聯(lián)鎖程序，記錄事故前后的相關(guān)數(shù)據(jù)。 鍋爐起停和正常運(yùn)行時(shí)，一旦檢測(cè)到危及系統(tǒng)安全的條件時(shí)，立即進(jìn)行動(dòng)作，切斷主燃料，指出首次跳閘原因，并給出聲光報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行有關(guān)的聯(lián)鎖和順控動(dòng)作，以保證鍋爐的安全。當(dāng)出現(xiàn)以下情況時(shí)，燃燒系統(tǒng)停止。 a.燃燒用供風(fēng)故障； b.引風(fēng)機(jī)故障或煙氣通道阻塞； c.爐膛壓力過(guò)高或過(guò)低； d.汽包水位低于下限； e.過(guò)熱器出口溫度高于上限；f.按下緊急按鈕（MFT）。五 現(xiàn)對(duì)幾種控制方式比較 采用DCS（分布式控制）系統(tǒng)，能很好的完成控制功能。但DCS（分布式控制）系統(tǒng)多用于化工、石油、電廠等大型系統(tǒng)中。大型鍋爐系統(tǒng)可采用。采用計(jì)算機(jī)+PLC（可編程控制器），能很好的完成控制功能。且能發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)界面直