發布日期：2022-04-27 點擊率：89
一、 綜述
鍋爐微機控制，是近年來開發的一項新技術，它是微型計算機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節能等幾項技術緊密結合的產物，我國現有中、小型鍋爐40多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產量的1/3，目前大多數熱水鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環境污染嚴重的生產狀態。提高熱效率，降低耗煤量，降低耗電量，是用低成本自動化技術武裝傳統設備的一項具有深遠意義的工作。
采暖鍋爐目前存在的主要問題：首先是依靠調節擋風板和煤層厚度來滿足需用量的變化，這樣做的結果是供熱量過大或過小。再就是，鍋爐設計過程中，在按照負荷計算好應使用的泵和風機以后，都要打出設計安全系數。這些因素造成鍋爐不在最佳狀態運行，浪費煤電。
二、鍋爐控制的主要目的和經濟性
1． 直觀而集中的顯示鍋爐各運行參數。能快速計算出在正常運行和啟停過程中的有用數據，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、燃煤量等眾多運行參數量的瞬時值、累計值及給定值，并能按需要在鍋爐的結構示意畫面的相應位置上顯示出參數值。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象；
3． 在運行中可以隨時方便的修改各種運行參數的控制值，并修改系統的控制參數，使鍋爐一直保持在最佳燃燒；
4． 減少了現場顯示儀表，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和各種干擾；
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%，據用戶統計，一臺20T的鍋爐，全年平均負荷70%，以平均熱效率提高5%計，全年節煤800噸。
6． 鍋爐系統中包含鼓風機﹑引風機﹑循環水泵﹑補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電達到30%-40%；
7． 鍋爐是一個多輸入多數出、非線性動態對象，諸多調解量和被調量間存在著耦合通道。例如當鍋爐的負荷變化時，所有的被調量都會發生變化，故而理想控制應該采用模糊控制方案。
8． 鍋爐微機控制系統經擴展后可構成分級控制系統，可與工廠內其他節點構成工業以太網。這是企業現代化管理不可缺少的；
9． 作為鍋爐控制裝置，其主要任務是保證鍋爐的安全、穩定、經濟運行，減輕操作人員的勞動強度。在采用計算機控制的鍋爐系統中，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。
三、鍋爐自動燃燒控制系統
1、 實時數據采集
能夠對鍋爐本體和輔助設備各種運行數據(包括總供回水溫度、壓力、流量、省煤器進出口水溫度﹑壓力煙氣溫度、除塵器進出口煙氣溫度壓力、鼓引風壓力、爐膛溫度壓力含氧量、煤層厚度、室外溫度、鼓引風爐排電機頻率速度電流狀態、除渣除塵狀態) 等信號通過總線進行動態采集，控制中心能夠實時監控到鍋爐本體﹑鍋爐上煤﹑除渣等輔助設備的運行情況。
2、完整的報警機制
當鍋爐調節系統發生異常情況時或報警時，上位機人機界面自動接受控制系統器發送報警信號，將報警狀態及異常點在上位機上進行顯示，并診斷提出相應問題大概原因，提供相應的處理辦法提示，系統自動能把報警分為高中低三種報警級別，低級別的報警只做提示用，當發生低級別報警時不影響燃燒自動調節，中級別報警發生時需要做相應處理，高級別報警發生時系統能立即連鎖停爐，并發出尖銳聲光報警和相關提示信息，等待工程師處理后再次投入運行，所有報警系統會自動的寫入永久數據庫備份，供以后隨時查詢和故障診斷和決策處理。
報警內容有：
系統報警
包括DCS控制器自診斷硬件或致命軟件命令錯誤
自動啟動燃燒失敗
通訊建立連接失敗
數據報警
爐膛溫度超高低報警
爐膛負壓超高低報警
鍋爐出口溫度超高低報警
鍋爐出口壓力超高低報警
鍋爐回水溫度﹑壓力超高低報警
引風機風壓高低報警
鼓風機風壓高低報警
高級別報警
引風機變頻器（電流﹑電壓﹑故障）超速等報警
鼓風機變頻器（電流﹑電壓﹑故障）超速等報警
爐排機變頻器（電流﹑電壓﹑故障）超速等報警
連鎖控制保護報警
上煤系統綜合保護報警
除渣系統綜合保護報警
3、循環水控制系統
循環水是鍋爐系統與外界交互的接口，循環系統通過泵不斷的把熱水源源不斷的輸送給用戶或熱站，把經過熱釋放后的二次低溫水循環到鍋爐系統再加熱。我們采用保持循環水進、出口溫差恒定，通過改變循環流量來控制熱負荷的方式，是一種新方式。熱負荷Q為
式中 T為循環水進、出口溫差；W為循環流量。循環水泵采用變頻運行方式，連續改變循環流量從而連續控制熱負荷，循環泵控制系統框圖如圖1所示，
5、鍋爐輸煤控制系統
輸煤系統是整個鍋爐房原料供給的主要設備，他的可靠安全運行同樣是鍋爐控制系統中不可缺少的，自動控制分別可對輸煤線，包括給煤機、皮帶機、除鐵器、振動篩、破碎機等設備，為了保證生產運行的可靠性，輸煤系統采用自動（聯鎖）、手動（單機）兩種控制方式，自動、手動方式由開關進行切換。由于輸煤廊環境惡劣，全部操作控制都在主控制室里進行，儀表盤上設有各個設備的啟、停按鈕。當選擇自動時由控制系統根據煤料啟停輸煤設備。設備狀態監測和皮帶跑偏監測以及事故紀錄功能則由上位人機界面完成。 為了保證輸煤系統的正常、可靠運行，該輸煤系統實現了以下功能：
? 輸煤時，各設備的啟動、停止遵循特定的順序，即對各設備進行聯鎖控制；
? 各設備啟動和停止過程中，可通過上位機人機界面設置設備啟動時間間隔（延時），以保證各輸煤皮帶上無剩余煤；
? 運行過程中，某一臺設備發生故障時，系統立即發出報警并自動停車，其前方（指供料方向）設備也立即停車。其后方的設備按一定順序及延時聯鎖停車；
? 各輸煤皮帶設有雙向跑偏開關，跑偏15度時發出告警信號，跑偏30度時告警并自動停車；
?上位機可顯示各機電設備運行狀況，并對輸煤過程有關情況（報警、自動停機等）做出實時紀錄
圖1－1為典型上煤系統監控畫面
圖1－1
6、鍋爐輸渣控制系統
輸渣控制系統是鍋爐輔機設備控制系統的重要組成部分。由于環境保護對鍋爐的飛灰、排渣、脫硫、除塵、噪聲、廢水排放等提出的高要求，使得除渣等輔機控制系統受到越來越多的重視，促使其自動化水平得到很大的提高。除渣控制系統的任務是及時、高效、清潔地將灰渣從鍋爐底部的灰渣斗輸送到灰場。
輸渣自動控制包括對主要設備；撈渣機、皮帶機、爐排等設備的連鎖控制，其主要實現了以下功能
? 輸渣時，各設備的啟動、停止遵循特定的順序，即對各設備進行聯鎖控制；
? 各設備啟動和停止過程中，可通過上位機人機界面設置設備啟動時間間隔（延時），以保證各輸煤機和皮帶上無剩余的渣，同時皮帶速度可在人機界面上調節；
? 運行過程中，某一臺設備發生故障時，系統立即發出報警并自動停車，其前方（指供料方向）設備也立即停車。其后方的設備按一定順序及延時聯鎖停車；
?各輸渣皮帶設有雙向跑偏開關，跑偏15度時發出告警信號，跑偏30度時告警并自動停車；
?可顯示各機電設備運行狀況，并對輸渣過程有關情況（報警、自動停機等）做出實時紀錄
圖1－2為典型輸渣系統監控畫面
7、中央監控系統
控制中心是整個鍋爐自動控制系統的調度監測核心，其擔任著數據采集﹑處理﹑人機命令交換等眾多任務，計算機分別為工程師工作站和操作員工作站，網絡類型為工業以太網，計算具有點對點操作功能，組態軟件選為世界上最為先進的組態軟件（更詳細的介紹請參考8）。主畫面以鍋爐動態工藝流程圖做背景畫面，畫面和實際鍋爐情況基本相符，主控制畫面主要具有快捷操作鍵和重要運行數據監測功能，當鍋爐自動調節時一般操作員只在主畫面就可以完成數據設定和簡單控制，實時數據瀏覽畫面以四位浮點方式顯示所有測量數據和計算數據，畫面上設有快捷菜單和畫面切換鍵，實時曲線窗口以動態曲線的方式描述所有被測模擬量的變化過程，以時間為X坐標，實際值做Y坐標，曲線刷新時間可任意設定。歷史數據瀏覽畫面對所有采集數據和重要設定數據進行存儲，存儲時間間隔在窗口中可以任意設定，窗口設有完整的查詢功能，可以查看自運行之日起的所有歷史數據。歷史曲線瀏覽畫面用曲線方式根據查詢時間列出所有數據曲線。同時系統能自動生成工作報表，在任何時都可以打印，系統還具有實時畫面捕捉打印功能。歷史報警和實時報警窗口主要用來顯示當前系統存在報警和歷史報警查詢功能，通過歷史報警功能追憶到所有停機時間及故障原因。上位機組態軟件設有實時在線幫助功能，幫助功能包括所有操作和注意事項、最佳設定參考值等幫助信息，使用方式具有和常規軟件相同操作。
熱交換站控制技術方案
1.1 基本功能
1）參數檢測：主要完成管網現場過程的模擬量（如溫度、壓力、熱量等）、狀態量（如泵的狀態、溫度等）及脈沖量的測量。
2）數據存儲：由于熱網運行的大惰性，和控制系統的非實時性，要求現場控制設備能按指定的時間間隔進行參數存儲，一般情況下這些參數通過通訊網絡定期傳輸到監控中心的服務器中。
3）通訊：現場控制設備必須能夠在主動或被動方式下與監控中心通過某種通訊網絡進行數據通信，以便監控中心能了解系統的整個運行狀況，做到系統協調優化運行。
4）顯示操作功能：如有條件，現場控制設備應具備液晶顯示和操作界面，以方便運行人員在現場對運行狀況一目了然，同時可以人工直接控制調節系統運行工況。
1.2 二次網供水溫度控制
二次網供水溫度的控制方式大致分為以下幾種，管理人員可在現場通過液晶鍵盤或通過上位機軟件選擇不同的控制方式。
1） 經驗調節
在各個控制器輸入二次供水溫度調節曲線，系統通過檢測二次網供水溫度和室外溫度，自動調節一次網的閥門開度從而達到二次網的設定供水溫度值，實現換熱站的質調節。管理人員可以在現場通過液晶鍵盤或通過上位機軟件對此曲線進行修改。曲線如圖：
2） 固定供水溫度
用戶可任意設定供水溫度值，系統將自動調節一次網的流量從而使二次網出水溫度穩定在此設定值。管理人員可以在現場通過液晶鍵盤或通過上位機軟件對此設定值進行修改。
3） 分時段修正運行
本方式支持在不同的時間段修正固定的供水溫度設定值（經驗調節曲線或固定供水溫度），這樣可生成一條更經濟的運行曲線。管理人員可以在現場通過液晶鍵盤或通過上位機軟件對此曲線進行修改。下圖例示固定供水溫度運行（紅色）＋分時段修正運行時的實際供水溫度（黑色）曲線：
4） 手動調節
管理人員可以在現場通過液晶鍵盤或通過上位機軟件手動給定調節閥門的開度，從而調節一次網流量。此控制方式下，閥門的開度保持設定值不變，不受二次網供水溫度影響。
1.3 二次網供水壓力控制
二次網供水壓力的控制方式大致分為以下幾種，管理人員可以在現場通過液晶鍵盤或通過上位機軟件選擇不同的控制方式。
1） 定壓力控制
系統可以根據二次網供水壓力設定值自動調整循環泵變頻器輸出頻率，從而保證二次網供水壓力保持在設定值。
2） 定壓差控制
系統可以根據二次網壓差設定值自動調整循環泵變頻器輸出頻率，從而保證二次網供回水壓差保持在設定值。
3） 手動給定頻率運行
用戶可以手動給定循環泵變頻器的運行頻率，控制器將算出相應的輸出信號，保證循環泵的輸出頻率始終維持在設定值運行。
1.4 二次網回水壓力控制
1）定壓力控制
系統可以根據二次網回水壓力設定值自動調整補水泵變頻器輸出頻率，從而保證二次網回水壓力保持在設定值。
2）手動給定頻率運行
用戶可以手動給定補水泵變頻器的運行頻率，控制器將算出相應的輸出信號，保證補水泵變頻器的輸出頻率始終維持在設定值運行。
1.5 故障報警
系統可以設置參數報警，如，二次供水溫度過高，二次供水壓力過高，二次供水壓力過低，二次回水壓力過低，補水箱液位過高、過低報警，循環泵故障報警，補水泵故障報警，一次網除污器堵塞報警，二次網除污器堵塞報警等。
報警發生時系統將自動上傳報警信息，如果上位機收到信息將給控制器下發一個收到的確認信息，如果上位機沒有收到報警信息，控制器將不斷重復發送，同時在現場的液晶的報警信息欄顯示報警信息。控制器還輸出一個報警接點，用于控制帶蜂鳴的報警指示燈。
1.6 保護功能
1）二次供水溫度超高保護
當二次供水溫度超高時，系統將自動停止運行。關閉一次網閥門，停止循環泵，停止補水泵。同時向上位機報警。
2）二次回水壓力超高保護
當二次回水壓力超高時，自動打開泄水電磁閥。系統二次回水壓力達到正常后，自動關閉泄水電磁閥。
3）二次回水壓力超低保護
當二次網回水壓力超低時，系統將自動停止運行。關閉一次網閥門，停止循環泵，同時向上位機報警。壓力恢復正常后，自動啟動系統。
4）補水箱液位過低保護
當補水箱液位過低時，自動停止補水泵，同時向上位機報警。液位恢復正常一段時間后，自動啟動補水泵。
1.7 歷史數據存儲功能
STEC2000控制器通過組態軟件可以對所要存儲的參數組態。選擇存儲產生和設置每次存儲的時間間隔，在熱交換系統中，我們一般存儲時間間隔設置為5分鐘。系統存儲的歷史數據不會因為系統掉電而丟失。
1.8 手自動切換功能
系統對閥門、循環泵、補水泵的控制均可通過鍵盤或上位機軟件改變運行方式，或進行手自動運行的切換。
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