關(guān)于工業(yè)蒸汽鍋爐自動化控制的探析

1、關(guān)于工業(yè)蒸汽鍋爐自動化控制的探析    論文關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；自動化控制；環(huán)保論文摘要：鍋爐控制系統(tǒng)改造具有很好的市場發(fā)展空間和投資收益前景，值得廣泛地推廣。它不僅能夠通過自動化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的，還能夠節(jié)煤節(jié)電并能使排放更環(huán)保。  1 引言 鍋爐微機(jī)控制，是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計算機(jī)軟件、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，我國現(xiàn)有鍋爐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(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。

2、2 鍋爐控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)與工作原理 鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由一次儀表、現(xiàn)場機(jī)、上位機(jī)、手自動切換操作、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)?？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(jī)及閥等，自動控制時對微機(jī)發(fā)出控制信號經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動操作。微機(jī)對整個鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測、報警、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

3、置，以免鍋爐發(fā)生重大事故。 微機(jī)控制系統(tǒng)由工控機(jī)、顯示器、打印機(jī)、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(jìn)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(yùn)行，平穩(wěn)操作，達(dá)到降低煤耗、提高供送汽質(zhì)量的目的，同時對運(yùn)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(jìn)行越限報警，發(fā)出聲光信號，還可定時打印出十幾種運(yùn)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(jī)打印、自定義時間段打印等幾種方式。 3 鍋爐控制系統(tǒng)中各控制回路的介紹 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

4、力等控制系統(tǒng)。鍋爐的燃燒控制實(shí)質(zhì)上是能量平衡系統(tǒng)，它以蒸汽壓力作為能量平衡指標(biāo)，不斷根據(jù)用汽量與壓力的變化調(diào)整燃料量與送風(fēng)量，同時保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用。 3.1 鍋爐給水控制回路 給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。給水自動調(diào)節(jié)的另一個任務(wù)是保持給水穩(wěn)定。在整個控制回路中要全面考慮這兩方面的任務(wù)。在控制回路中被調(diào)參數(shù)是汽包水位，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是給水調(diào)解閥，調(diào)節(jié)量是給水流量。 對汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動的因素有蒸發(fā)量、爐膛熱負(fù)荷（燃料量），給水量。 由于給水調(diào)節(jié)對象沒有自平衡能力，又存在滯后。因此在一般鍋爐控制系統(tǒng)中汽包液位回路采用閉環(huán)三沖量調(diào)節(jié)

5、系統(tǒng)。所謂三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是把給水流量，汽包水位，蒸汽流量三個變量通過運(yùn)算后調(diào)節(jié)給水閥的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 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?yàn)槠鼉?nèi)壓力較高，要給鍋爐補(bǔ)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(dá)到滿負(fù)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(yùn)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(shí)現(xiàn)方式是： 系統(tǒng)下達(dá)指令由變頻器自動啟動第一臺泵運(yùn)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(dá)到設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)自動將第一臺電機(jī)切換至工頻

6、直供電，并由變頻器拖動第二臺水泵運(yùn)行，如變頻器運(yùn)行到工頻狀態(tài)時供水母管壓力仍未達(dá)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(yùn)行，依次類推，直至壓力達(dá)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(yùn)行頻率，如變頻器的頻率到零仍不能滿足要求，則變頻器自動切換至前一臺水泵進(jìn)行變頻運(yùn)行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的實(shí)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(shí)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(jī)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。來源:論文天

7、下 除此之外鍋爐的供水系統(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了保證除氧器口有足夠的蒸汽壓力用于將軟化水除氧，這是一個單閉環(huán)控制回路，輸入?yún)?shù)是除氧器壓力輸出參數(shù)控制除氧器進(jìn)汽閥。除氧器水位控制主要是為了保證除氧器內(nèi)有足夠的水提供給鍋爐，這是一個單閉環(huán)控制回路輸入?yún)?shù)，是除氧器水位輸出參數(shù)控制除氧器進(jìn)水閥。 3.2 鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng) 燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的選擇雖然與燃燒的種類和供給系統(tǒng)、燃燒方式以及鍋爐與負(fù)荷的聯(lián)結(jié)方式都有關(guān)系，但是燃燒過程自動調(diào)節(jié)的任務(wù)都是一樣的。歸納起來，燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)有三大任務(wù)： 維持汽壓恒定。汽壓的變化表示鍋爐蒸汽量和負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)

8、，必須相應(yīng)地改變?nèi)剂狭?，以改變鍋爐的蒸汽量。 保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)燃料量改變時，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。 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)一般有三個被調(diào)參數(shù)，汽壓、煙氣含氧量和爐膛負(fù)壓。一般有3個調(diào)節(jié)量，他們是燃料量，送風(fēng)量和引風(fēng)量。燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對象對于燃料量，根據(jù)燃料種類的不同可能是爐排電機(jī)，也可能是燃料閥。對于送風(fēng)量和引風(fēng)量一般是擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)或變頻器。 系統(tǒng)各回路中都設(shè)置了手自動兩種操作方式，為了實(shí)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

9、可以進(jìn)行無擾動切換，使系統(tǒng)平穩(wěn)的過渡到自動狀態(tài)。 4 鍋爐控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 上面我們針對鍋爐控制系統(tǒng)的各控制回路原理的做了簡要分析，依據(jù)以上分析，我們知道構(gòu)建一個可靠的、智能隨動的智能控制系統(tǒng)是保證鍋爐安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。鍋爐控制系統(tǒng)是典型的多變量、純滯后、強(qiáng)耦合的控制系統(tǒng)，如果不能在控制策略和軟件實(shí)現(xiàn)上很好地解決多變量解偶關(guān)系和滯后響應(yīng)問題，那么，實(shí)施智能鍋爐控制系統(tǒng)改造后同樣也將無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。 在控制系統(tǒng)設(shè)計上我們采用集中控制分散驅(qū)動的集散控制思想，把控制系統(tǒng)分為三層： （1）信息管理層：完成系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)的設(shè)定、實(shí)時數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視與控制、歷史數(shù)據(jù)的查看、數(shù)據(jù)報表的記錄與打印、報警與故障的提示處理等功能；主要由上位工控機(jī)、組態(tài)開發(fā)軟件、應(yīng)用程序、通訊模塊等組成； （2）控制層：主要完成各種控制動作命令、實(shí)時數(shù)據(jù)的采樣與處理、連鎖動作的關(guān)聯(lián)表達(dá)、控制算法的實(shí)現(xiàn)、異常現(xiàn)象的自動處理等功能；主要由可編程邏輯控制器的開關(guān)量模塊、模擬量模塊、智能PID調(diào)節(jié)儀、變頻器、可編程邏輯控制器應(yīng)用程序等組成； （3）設(shè)備層：主要接受來自的控制器控制命令，執(zhí)行相應(yīng)的動作或提供相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)。主要由斷路器、交流接觸器、壓力變送器、溫度變送器、流量變送器、電動開關(guān)