酒泉西郊工業園及金塔縣城市供熱與計量系統
摘要：鍋爐是工業生產最為重要的動力設備，我國的鍋爐燃料逐步從煤炭發展到油、氣，無論以哪種燃料為鍋爐提供能源，其能源消耗是巨大的。如果采用鍋爐的自動控制系統代替常規儀表或...
鍋爐是工業生產最為重要的動力設備，我國的鍋爐燃料逐步從煤炭發展到油、氣，無論以哪種燃料為鍋爐提供能源，其能源消耗是巨大的。如果采用鍋爐的自動控制系統代替常規儀表或者人工監控操作方式，不但可以大幅提高燃燒效率，保證鍋爐運行參數的穩定，節約能源，減少環境污染，而且能夠減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動環境，保證鍋爐設備安全運行，確保工人的人身安全為綜合的科學管理提供必要條件。
目前，鍋爐自動控制系統主要有以下三種形式：以工業控制機為核心的工控系統-STD總線單板機系統[1]、集散控制系統即DCS系統[2]和以PLC為核心的控制系統[3]，其中以PLC為核心的控制系統由于其配置靈活，能適應惡劣的生產環境，抗干擾能力強，可靠性高，編程語言易懂易學，直接面向生產過程，適合工程技術人員直接使用，在控制領域里具有廣闊的發展前途。本文將著重對PLC在鍋爐自動控制系統中的應用進行介紹。
1 控制系統組成
PLC自動控制系統是由上位機系統和下位機系統構成。下位機系統采用ABB構成，與現場設備的AI＼AO＼DI＼DO模塊相連。上位機系統采用全球最領先的HMI/SCADA自動化監控組態軟件IFIX完成生產數據的實時顯示、存儲、報警以及控制參數的設定，軟件編程采用VB語言，Windows 2000作為系統平臺界面，組成計算機操作系統，實現人機通訊。上位機系統與下位機系統之間的通訊采用Ethernet方式，其傳輸速率可達10-100Mbit/s，完全能夠滿足對生產參數進行實時監控的要求。
2 控制功能
2.1 監控功能
在電腦的監控畫面上可以顯示運行爐與備用爐的狀態，同時能夠顯示運行爐的溫度、壓力、水位、歷史趨勢、報警窗口、水位調節設置窗口以及出口壓力調節設置窗口，并能夠實時提供除氧器、給水泵、上水泵的運行狀態以及關鍵閥門的開度。系統主要提供以下功能：
主菜單：提供系統登錄、報警查詢、報表生成以及各臺鍋爐的相互切換窗口。
系統登錄：系統登錄功能主要向不同的操作人員提供不同的操作權限。一般的操作人員登陸后只能對運行鍋爐的參數進行監控，不能進行設置參數操作，技術員級別的操作人員登錄后可以對參數進行修改和設定。
主窗口：可以顯示運行鍋爐的整個工藝流程以及相關的主要參數值，如鍋爐水位、爐膛壓力、煙道溫度、蒸汽流量、給水流量、省煤器進出口溫度、除氧器出口溫度等。
報警查詢：對運行鍋爐的各種運行參數按照工藝流程設定報警值，當過程值超過報警值范圍時，報警畫面上顯示報警發生時間、報警值、報警點，操作員在報警畫面上可以完成報警確認等功能。
報表生成：鍋爐水位、爐膛壓力、煙道溫度、蒸汽流量、給水流量、省煤器進出口溫度、除氧器出口溫度等重要生產運行參數能夠實時進行查詢歷史數據，并根據客戶要求定時將重要生產數據錄入到生產報表中。
2.2 鍋爐水位調節功能
鍋爐水位調節選用三沖量的調節方式，所謂三沖量指的是：鍋爐水位、蒸汽流量、給水流量。當鍋爐負荷瞬間突變時，如負荷上升瞬間，因汽包蒸汽壓力驟減，鍋爐中的飽和水蒸氣從飽和水中分離出來造成較高的虛假水位。同理，當蒸汽負荷減少時，會造成較低的虛假水位。若按照虛假水位進行單沖量調節，將造成鍋爐水位大幅度波動而釀成事故。因此，將蒸汽流量信號作為前饋控制量引入到PLC水位控制系統中，可有效克服這一缺陷[4]。
2.3 鍋爐負壓調節功能
鍋爐爐膛負壓的大小對鍋爐的安全運行與節能影響較大。負壓較大時，被煙氣帶走的熱量就大，熱損失增加，耗氣量增大；負壓小時，則會出現燒烤爐膛，較為嚴重時會向外噴煙噴火。因此，合理的自動鍋爐負壓調節可以使氣體充分燃燒，提高效率。為了合理控制負壓波動，根據負壓調節風門開度是鍋爐維持在-10～20Pa較理想的狀態下燃燒。
2.4 鍋爐燃燒控制功能
主要是解決送風量與燃氣量最佳配比的問題，其中送風采用自動控制，使鍋爐所投入的燃料在爐膛中燃燒時，自動投入合適的風量，以保證鍋爐的經濟燃燒，主要控制的參數為燃氣壓力及送風壓力，進而達到最高的鍋爐熱效率。在運行較穩定期間，監測煙道含氧量對風量調節，保證風量與燃氣量達到最優的燃燒比例。
2.5 報警及連鎖停爐功能
對鍋爐的生產運行參數進行分級管理，重要的生產參數如鍋爐水位、爐膛壓力、煙道溫度為一級，對這些參數設置連鎖停爐報警，只要上述參數超過設定值，控制室出現聲光報警、語音彈框提示并連鎖停爐；一般生產參數如省煤器進出口溫度、除氧器出口溫度等為二級，只是單單對這些參數設置簡單的語音彈框提示報警，并不進行連鎖停爐。通過對運行參數的分級設置，使員工能夠清晰的理解運行參數的重要程度，特別是加上聲光報警、語音彈框報警提示之后，對員工的提示作用越來越大，以便員工更加及時的發現鍋爐故障。
3 應用情況
采用ABB控制系統以及相關控制流程以后，極大方便了司爐工作人員，整個鍋爐的運行狀況在顯示器上一目了然。該控制系統能提高能源利用率，保證系統高效安全運行，各控制系統波動小，運行平穩。在節能降耗上看，該控制系統提高了鍋爐系統的可靠性、穩定性，減少了故障停爐時間，給企業帶來了可觀的經濟效益。
目前，鍋爐自動控制系統主要有以下三種形式：以工業控制機為核心的工控系統-STD總線單板機系統[1]、集散控制系統即DCS系統[2]和以PLC為核心的控制系統[3]，其中以PLC為核心的控制系統由于其配置靈活，能適應惡劣的生產環境，抗干擾能力強，可靠性高，編程語言易懂易學，直接面向生產過程，適合工程技術人員直接使用，在控制領域里具有廣闊的發展前途。本文將著重對PLC在鍋爐自動控制系統中的應用進行介紹。
1 控制系統組成
PLC自動控制系統是由上位機系統和下位機系統構成。下位機系統采用ABB構成，與現場設備的AI＼AO＼DI＼DO模塊相連。上位機系統采用全球最領先的HMI/SCADA自動化監控組態軟件IFIX完成生產數據的實時顯示、存儲、報警以及控制參數的設定，軟件編程采用VB語言，Windows 2000作為系統平臺界面，組成計算機操作系統，實現人機通訊。上位機系統與下位機系統之間的通訊采用Ethernet方式，其傳輸速率可達10-100Mbit/s，完全能夠滿足對生產參數進行實時監控的要求。
2 控制功能
2.1 監控功能
在電腦的監控畫面上可以顯示運行爐與備用爐的狀態，同時能夠顯示運行爐的溫度、壓力、水位、歷史趨勢、報警窗口、水位調節設置窗口以及出口壓力調節設置窗口，并能夠實時提供除氧器、給水泵、上水泵的運行狀態以及關鍵閥門的開度。系統主要提供以下功能：
主菜單：提供系統登錄、報警查詢、報表生成以及各臺鍋爐的相互切換窗口。
系統登錄：系統登錄功能主要向不同的操作人員提供不同的操作權限。一般的操作人員登陸后只能對運行鍋爐的參數進行監控，不能進行設置參數操作，技術員級別的操作人員登錄后可以對參數進行修改和設定。
主窗口：可以顯示運行鍋爐的整個工藝流程以及相關的主要參數值，如鍋爐水位、爐膛壓力、煙道溫度、蒸汽流量、給水流量、省煤器進出口溫度、除氧器出口溫度等。
報警查詢：對運行鍋爐的各種運行參數按照工藝流程設定報警值，當過程值超過報警值范圍時，報警畫面上顯示報警發生時間、報警值、報警點，操作員在報警畫面上可以完成報警確認等功能。
報表生成：鍋爐水位、爐膛壓力、煙道溫度、蒸汽流量、給水流量、省煤器進出口溫度、除氧器出口溫度等重要生產運行參數能夠實時進行查詢歷史數據，并根據客戶要求定時將重要生產數據錄入到生產報表中。
2.2 鍋爐水位調節功能
鍋爐水位調節選用三沖量的調節方式，所謂三沖量指的是：鍋爐水位、蒸汽流量、給水流量。當鍋爐負荷瞬間突變時，如負荷上升瞬間，因汽包蒸汽壓力驟減，鍋爐中的飽和水蒸氣從飽和水中分離出來造成較高的虛假水位。同理，當蒸汽負荷減少時，會造成較低的虛假水位。若按照虛假水位進行單沖量調節，將造成鍋爐水位大幅度波動而釀成事故。因此，將蒸汽流量信號作為前饋控制量引入到PLC水位控制系統中，可有效克服這一缺陷[4]。
2.3 鍋爐負壓調節功能
鍋爐爐膛負壓的大小對鍋爐的安全運行與節能影響較大。負壓較大時，被煙氣帶走的熱量就大，熱損失增加，耗氣量增大；負壓小時，則會出現燒烤爐膛，較為嚴重時會向外噴煙噴火。因此，合理的自動鍋爐負壓調節可以使氣體充分燃燒，提高效率。為了合理控制負壓波動，根據負壓調節風門開度是鍋爐維持在-10～20Pa較理想的狀態下燃燒。
2.4 鍋爐燃燒控制功能
主要是解決送風量與燃氣量最佳配比的問題，其中送風采用自動控制，使鍋爐所投入的燃料在爐膛中燃燒時，自動投入合適的風量，以保證鍋爐的經濟燃燒，主要控制的參數為燃氣壓力及送風壓力，進而達到最高的鍋爐熱效率。在運行較穩定期間，監測煙道含氧量對風量調節，保證風量與燃氣量達到最優的燃燒比例。
2.5 報警及連鎖停爐功能
對鍋爐的生產運行參數進行分級管理，重要的生產參數如鍋爐水位、爐膛壓力、煙道溫度為一級，對這些參數設置連鎖停爐報警，只要上述參數超過設定值，控制室出現聲光報警、語音彈框提示并連鎖停爐；一般生產參數如省煤器進出口溫度、除氧器出口溫度等為二級，只是單單對這些參數設置簡單的語音彈框提示報警，并不進行連鎖停爐。通過對運行參數的分級設置，使員工能夠清晰的理解運行參數的重要程度，特別是加上聲光報警、語音彈框報警提示之后，對員工的提示作用越來越大，以便員工更加及時的發現鍋爐故障。
3 應用情況
采用ABB控制系統以及相關控制流程以后，極大方便了司爐工作人員，整個鍋爐的運行狀況在顯示器上一目了然。該控制系統能提高能源利用率，保證系統高效安全運行，各控制系統波動小，運行平穩。在節能降耗上看，該控制系統提高了鍋爐系統的可靠性、穩定性，減少了故障停爐時間，給企業帶來了可觀的經濟效益。
