鍋爐控制微機控制與儀表控制

1、鍋爐控制微機控制與儀表控制一、概述 鍋爐微機控制，是近年來開發(fā)的一項新技術，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、浪費大、環(huán)境污染嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，降低耗電量，用微機進行控制是一件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 可以按需要隨時打印或定時打印，能對運行狀況進行準確地記錄，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；燃油鍋

3、爐的節(jié)約費用更為可觀； 6 鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風機，引風機，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，浪費非常嚴重。通過對風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

4、控制裝置，其主要任務是保證鍋爐的安全、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，有十分周到的安全機制，可以設置多點聲光報警，和自動連鎖停爐。杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。 綜合以上所述種種優(yōu)點可以預見采用計算機控制鍋爐系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。 二、鍋爐控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)與工作原理 首先除氧水通過給水泵進入給水調(diào)節(jié)閥，通過給水調(diào)節(jié)閥進入省煤器，冷水在經(jīng)過省煤器的過程中被由爐膛排出的煙氣預熱，變成溫水進入汽包，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，蒸汽通過主蒸汽閥輸出。空氣經(jīng)過鼓風機進入空氣預熱器，在經(jīng)過空氣預熱器的

5、過程中被由爐膛排出的煙氣預熱，變成熱空氣進入爐膛。燃料進入爐膛被前面的火點燃，在燃燒過程中發(fā)出熱量加熱汽包中的水，同時產(chǎn)生熱煙氣。在引風機的抽吸作用下經(jīng)過省煤氣和空氣預熱器，把預熱傳導給進入鍋爐的水和空氣。通過這種方式使鍋爐的熱能得到節(jié)約。降溫后的煙氣經(jīng)過除塵器除塵，去硫等一系列凈化工藝通過煙囪排出。 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、控制系統(tǒng)、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。控制系統(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

6、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)設計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應設置常規(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。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

7、現(xiàn)一臺計算機和若干臺PLC構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡，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，也為以后一機多爐控制系統(tǒng)等其他工廠級自動化網(wǎng)絡打下良好基礎。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)的控制點數(shù)較多（1000點以上），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)，性價比較高的是西門子的S7400H和GE的9070系列冗余系統(tǒng)。上位機組態(tài)軟件可選用西門子的WINCC、WONDERWARE的InTouch、美國AB的RSVIEW等。 中型鍋爐控制系統(tǒng)的控制點數(shù)一般為200-1000點，多為幾臺鍋爐的集中控制，控制系統(tǒng)多為單機系統(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)中多采用西門子S7300系列系統(tǒng)。每臺鍋爐為一套

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)，通過現(xiàn)場總線連接分布式I/O，構(gòu)建為FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)），可大量節(jié)約電纜，降低成本。上位機組態(tài)軟件可選用國產(chǎn)的組態(tài)王、世紀星等。 小型鍋爐控制系統(tǒng)的控制點數(shù)一般為100點左右，多為單臺鍋爐的集中控制，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。每臺鍋爐為獨立的系統(tǒng)。觸摸屏可選用進口或國產(chǎn)的7寸以上屏

10、。四 幾個主要的控制回路 4.1 給水控制 在正常運行時，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，汽包水位信號經(jīng)汽包壓力補償后作為主調(diào)的輸入，蒸汽流量信號經(jīng)溫度、壓力修正后與給水流量信號一起作為副調(diào)的反饋輸入。啟動時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擾動切換。 汽包水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸汽帶水過多，使過熱蒸汽溫度降低；水位過低，負荷增大時，水的汽化速度加快，汽包內(nèi)水量迅速減少，如不及時調(diào)整，會使汽包內(nèi)的水全部汽化，危及鍋爐安全。當負荷非常不穩(wěn)定時，給水流量的擾動，使汽包水位有較大延遲，蒸汽流量變化，會出現(xiàn)虛假水位，使得三沖量難以運行，因此先

11、以單沖量投入運行，使工況穩(wěn)定后再投入三沖量，也要求單沖量和三沖量兩種控制方式能方便地進行無擾切換。 580 ? 580: true)" src="/Newspic/200977/165975214.jpg" border=0>三沖量控制方案系統(tǒng)框圖 4.2過熱蒸汽汽溫控制 鍋爐正常運行時不僅要求主汽壓力穩(wěn)定，而且要求主汽溫度穩(wěn)定。主汽溫度是反映機組運行情況的一個重要參數(shù)。如果主汽溫度偏高，過熱器及汽機將在更加惡劣的環(huán)境下運行，材料的使用壽命將會縮短。相反，如果主汽溫度偏低，則汽機達不到預定的運行效率。因此，機組正常運行時要求主汽溫度穩(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)組成的串級控制系統(tǒng)。主汽溫度測量值作為主調(diào)的反饋輸入值，與主汽溫度設定值進行PID運算后送入副調(diào)，在副調(diào)中與減溫器出口汽溫進行控制運 算，其結(jié)果經(jīng)限幅后由手操器輸出至執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)節(jié)噴水減溫的控制閥。由于主汽流量變化時，噴水量應相應地發(fā)生變化，故在主汽溫度控制方案中把主汽流量信號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，保證燃燒過程的經(jīng)濟性和爐膛負壓的

13、穩(wěn)定，控制系統(tǒng)可分為三個回路：燃料量、送風和引風。燃料流量包括焦爐煤氣與高爐煤氣。 燃料與空氣采取比值控制方式和氧量校正方案，并用煙氣含氧量進行微調(diào)，風/煤交叉聯(lián)鎖邏輯保證鍋爐在任何負荷時都處于安全燃燒的“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，風量指令為鍋爐指令和鍋爐燃料總量的高選信號；而燃料指令為鍋爐指令與總風量的低選信號。在負荷變化時，則通過先加風，后加燃料；先減燃料，后減風來實現(xiàn)動態(tài)補償。 過剩空氣系數(shù)校正回路也保證了鍋爐在任何負荷時，都處于安全燃燒的“富氧”工況。在低負荷試，為了保證穩(wěn)定燃燒，過?？諝庀禂?shù)較大。在高負荷時，為了獲得較高的燃燒經(jīng)濟性，必須維持較低

14、的過剩空氣系數(shù)。 過?？諝庀禂?shù)校正回路有如下功能： 運行人員可改變回路中的補償系數(shù)，調(diào)節(jié)氧量設定值。 通過氧量校正信號的高低限值，可改變總的過?？諝饬?。 可根據(jù)開啟風門的數(shù)量和狀態(tài)調(diào)整氧量修正信號。 運行可根據(jù)氧量指示退出氧量校正回路，受凍調(diào)整過?？諝庠O定值。 爐膛負壓控制采取引風調(diào)節(jié)和送風調(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 對鍋爐的輔機及閥門等設備進行集中控制，實現(xiàn)輔機設備、閥門及其它輔助系統(tǒng)的順序啟停，從而提高機組運行的可靠性

15、，降低運行人員的勞動強度。 根據(jù)現(xiàn)場運行情況，對鍋爐設備及其它輔助設備設計程序啟動、停止和手動，以滿足有關設備的起、停聯(lián)鎖邏輯。 順序控制部分的聯(lián)鎖的保護指令具有最高優(yōu)先級，手動控制指令的優(yōu)先級次之，自動控制指令的優(yōu)先級最低。對同一設備的開關指令之間設計成相互閉鎖，不允許同時發(fā)出。為防止運行人員的誤操作，重要的手操指令設有確認按鈕。 4.5爐膛安全監(jiān)控 執(zhí)行點火程序，并對供風系統(tǒng)、引風系統(tǒng)、爐膛壓力、汽包水位等進行監(jiān)視，對出現(xiàn)的危險情況進行報警、執(zhí)行相應的聯(lián)鎖程序，記錄事故前后的相關數(shù)據(jù)。 鍋爐起停和正常運行時，一旦檢測到危及系統(tǒng)安全的條件時，立即進行動作，切斷主燃料，指出首次跳閘原因，并給出聲光報警信號，進行有關的聯(lián)鎖和順控動作，以保證鍋爐的安全。當出現(xiàn)以下情況時，燃燒系統(tǒng)停止。 a.燃燒用供風故障； b.引風機故障或煙氣通道阻塞； c.爐膛壓力過高或過低； d.汽包水位低于下限； e.過熱器出口溫度高于上限；f.按下緊急按鈕（MFT）。五 現(xiàn)對幾種控制方式比較 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。采用計算機+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)點和特點。計算機界面直