蒸汽鍋爐計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用①

董海英

摘 要:文章介紹了工業(yè)蒸汽鍋爐溫度計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成、控制方式及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)三沖量控制PLC

中圖分類號(hào):TK22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)05(a)-0057-01

內(nèi)蒙古美好食品有限公司是一家食品生產(chǎn)企業(yè)(饃片烤制),工業(yè)蒸汽鍋爐是用來蒸制饅頭用的。由于原系統(tǒng)采用繼電接觸器控制,各電機(jī)之間均是工頻運(yùn)轉(zhuǎn),通過一個(gè)溫度顯示報(bào)警儀表,來控制鼓風(fēng)的運(yùn)轉(zhuǎn);引風(fēng)則一直運(yùn)轉(zhuǎn),爐排通過滑差電機(jī)來調(diào)速,基本是人工設(shè)定一轉(zhuǎn)速后不再改變。汽包水位是一套單獨(dú)的水位控制裝置,而且是采用分段控制水泵,水泵由于經(jīng)常啟動(dòng)停止而很容易損壞。由于該系統(tǒng)在恒溫度控制方面的精度非常差,且電能浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)重,煤的燃燒也很不充分,因此,我們做出如下改造設(shè)計(jì)。

1 鍋爐計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理介紹

鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多變量耦合系統(tǒng)。輸入量有:給煤量、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量;輸出量有:蒸汽壓力、煙氣含氧量(燃燒的經(jīng)濟(jì)性)、爐膛負(fù)壓。燃料是熱量的唯一來源,給煤量的變化直接影響鍋爐提供的蒸汽量,也影響汽包壓力的變化,是燃燒系統(tǒng)的主控制量。鼓風(fēng)量的變化產(chǎn)生不同的風(fēng)煤比和相應(yīng)的燃燒狀況,表現(xiàn)出不同的爐膛溫度,并決定爐膛損失的大小,直接決定著鍋爐能否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在送風(fēng)量改變的同進(jìn)也改變引風(fēng)量,使?fàn)t膛負(fù)壓保持穩(wěn)定,保證鍋爐安全運(yùn)行。這三個(gè)控制子回路組成了一個(gè)不可分割的整體,統(tǒng)稱為鍋爐燃燒控制系統(tǒng),共同保證鍋爐運(yùn)行的機(jī)動(dòng)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。

針對鍋爐的燃燒過程是個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程,各輸入,輸出的耦合關(guān)系十分復(fù)雜;鍋爐系統(tǒng)具有大的的延時(shí),并且參數(shù)是時(shí)變的,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型;鍋爐的負(fù)荷變化范圍從零到最大負(fù)荷量,并且是不定時(shí)變負(fù)荷。常規(guī)PID是難以實(shí)現(xiàn)控制的。解決這些問題的方法是采用比PID更為有效的智能控制技術(shù)－模糊控制方法。從提高汽包液位無差調(diào)節(jié)水平和克服虛假水位的角度考慮,這個(gè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上我們采用三沖量給水串級調(diào)節(jié)方式,該方式的特點(diǎn)是:以汽包水位為主控制信號(hào),以蒸汽流量為前饋信號(hào),以給水流量為反饋信號(hào),在鍋爐負(fù)荷或給水流量變化不大時(shí),主要以汽包水位對給水流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制以保證汽包水位的穩(wěn)定,而當(dāng)鍋爐負(fù)荷或給水流量發(fā)生較大變化時(shí),則將鍋爐負(fù)荷或給水流量的變化量引入調(diào)節(jié),以達(dá)到鍋爐負(fù)荷與給水流量的平衡,從而保證了汽包液位的穩(wěn)定。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)及功能

2.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

(1)鍋爐燃燒計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對給水、鼓風(fēng)、引風(fēng)、給煤、過熱汽溫等參數(shù)的智能化控制,使鍋爐的出口蒸汽壓力、出口蒸汽溫度、出口蒸汽流量、爐膛溫度、爐膛負(fù)壓、風(fēng)煤配比等參量實(shí)現(xiàn)燃燒工況自尋優(yōu)控制,使鍋爐始終保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。

(2)實(shí)現(xiàn)鍋爐用氣量與負(fù)荷的精確匹配,節(jié)煤達(dá)20％以上,節(jié)電20％～40％。

(3)建立用戶用汽信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊接口。使用戶將來可利用上報(bào)的日、周、月用汽參數(shù),建立“用汽經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起停鍋爐臺(tái)數(shù),起到運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能效果,并具有隨時(shí)手動(dòng)干預(yù)切換功能。

(4)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、?shù)據(jù)庫和智能控制軟件,合理調(diào)配用戶用汽量、用汽時(shí)間,有效控制用汽壓力波動(dòng)大的難題,避免用汽尖峰的出現(xiàn)。

(5)鍋爐給水控制系統(tǒng)采用汽包水位的三沖量控制方案。

(6)變頻調(diào)速:對鼓、引風(fēng)機(jī)、給水泵加以變頻調(diào)速控制,具有諧波少、功率因數(shù)高、對電網(wǎng)不產(chǎn)生沖擊、可極大地延長設(shè)備使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。

(7)利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理功能,建立完整的值班記錄、故障記錄、用汽記錄等報(bào)表系統(tǒng),使管理工作上一個(gè)新臺(tái)階。

2.2 實(shí)現(xiàn)功能

2.2.1 操作站

實(shí)現(xiàn)對鍋爐主要設(shè)備生產(chǎn)過程如鍋爐的水位三沖量調(diào)節(jié)、蒸汽壓力的調(diào)節(jié),爐膛負(fù)壓的調(diào)節(jié)等基于流程圖的監(jiān)視、控制、調(diào)度、管理;并能對組態(tài)和儀表參數(shù)進(jìn)行修改等。

以流程圖、資料一覽、控制分組、報(bào)警一覽等方式顯示生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)信息;

以調(diào)整畫面、彈出儀表等方式實(shí)現(xiàn)控制調(diào)整,改變控制參數(shù)、自動(dòng)控制與手動(dòng)控制的切換,軟手操等功能;

實(shí)時(shí)診斷控制站的運(yùn)行狀況、存在的故障,并顯示在操作站的監(jiān)視畫面上,以提供最及時(shí)、最便捷的系統(tǒng)維護(hù)功能。

各工段生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線查看,以曲線方式監(jiān)視各工段生產(chǎn)過程的資料趨勢,并具打印、存儲(chǔ)、分析、比較功能;

2.2.2 現(xiàn)場控制站

完成鍋爐生產(chǎn)過程參數(shù)的監(jiān)測、調(diào)節(jié)和順序控制功能。包括鍋爐水位、爐膛壓力、爐膛負(fù)壓等各種壓力信號(hào)、各種溫度信號(hào)、各流量信號(hào)、液位、各電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等的檢測、監(jiān)視、PID調(diào)節(jié)和各種復(fù)雜調(diào)節(jié),各種閥門的開關(guān),各種泵的啟停等順序控制,各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視及聯(lián)鎖保護(hù)等。根據(jù)工藝需要,還可完成一些更復(fù)雜、更特殊的控制功能。

各用電設(shè)備的手動(dòng)/自動(dòng)調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)換,如爐排、鼓風(fēng)、引風(fēng)、水泵等,引風(fēng),鼓風(fēng)風(fēng)量的調(diào)節(jié)采用自動(dòng)變頻調(diào)節(jié)和手動(dòng)變頻雙調(diào)節(jié),若自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障,則手動(dòng)調(diào)節(jié)起作用,從而保證了系統(tǒng)的正常調(diào)節(jié)。

2.2.3 鍋爐安全配置

對鍋爐的所有檢測點(diǎn)都設(shè)有上限、下限報(bào)警,在流程圖畫面中有報(bào)警畫面,并輸出報(bào)警信號(hào)給8路閃光報(bào)警器,進(jìn)行報(bào)警。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)視各檢測點(diǎn),當(dāng)鍋爐上水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),便報(bào)警提示,給鍋爐上水。

3 信號(hào)顯示

3.1 系統(tǒng)檢測及顯示信號(hào)

(1)蒸汽流量(帶積算)上水流量(帶積算)。

(2)汽包液位及高、低。

(3)汽包壓力及高、低。

(4)爐膛溫度及高、低。

(5)省煤器進(jìn)、出口煙溫,進(jìn)、出口水溫。

(6)排煙溫度、預(yù)熱口風(fēng)溫。

(7)蒸汽溫度。

(8)給水壓力及高、低。

(9)泵、風(fēng)機(jī)、爐排運(yùn)行轉(zhuǎn)速、電流,運(yùn)行及故障狀態(tài)。

3.2 儀表盤顯示信號(hào)

(1)汽包水位。

(2)爐膛溫度。

(3)蒸汽壓力。

(4)爐膛負(fù)壓。

(5)各調(diào)節(jié)回路的手操器。

(6)緊急報(bào)警裝置。

4 實(shí)際運(yùn)行情況:

經(jīng)過4個(gè)月左右的運(yùn)行發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)能夠運(yùn)行非常穩(wěn)定,滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)的要求。經(jīng)過基本測算,節(jié)電率能夠達(dá)到25%～35%左右;而節(jié)煤量幾乎達(dá)到了20%以上,得到了客戶非常高的評價(jià)。經(jīng)過節(jié)約資金量估算,經(jīng)過一年左右即可收回全部設(shè)備投入資金。這對這次改造,我們認(rèn)為在鍋爐燃燒系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)改造前景非常大,特別是艾默生公司變頻器及西門子PLC產(chǎn)品優(yōu)異的性能、堅(jiān)實(shí)耐用和高可靠性、高精度的新技術(shù)核心,會(huì)為我們的節(jié)能技術(shù)改造提供最堅(jiān)實(shí)的后盾

參考文獻(xiàn)

[1] 艾默生公司EV2000系列通用變頻器.艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司.

[2] 陶永華.新型PID控制及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.

[3] S7-300系統(tǒng)手冊.西門子公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)服務(wù)有限公司.