淺談鍋爐燃燒安全保護(hù)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制

陳海霞

【摘 要】 鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的設(shè)備，要保證其安全運(yùn)行。通過對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)的分析，利用PLC和MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)出安全保護(hù)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)的安全保護(hù)。

【關(guān)鍵詞】 鍋爐 燃燒系統(tǒng) 控制 PLC MCGS

鍋爐是人類供熱的主要來源，它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史。期間，從低級(jí)到高級(jí)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的進(jìn)步，鍋爐形勢(shì)和技術(shù)都得到不斷迅速發(fā)展。

鍋爐也是生產(chǎn)中重要的供熱設(shè)備。電力，機(jī)械，冶金，化工，紡織，造紙，食品等工業(yè)都需要鍋爐供給大量的蒸汽。鍋爐是供熱之源，鍋爐機(jī)器設(shè)備的任務(wù)在于安全，可靠，有效地把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，進(jìn)而將熱能傳遞給水，以生產(chǎn)熱水和蒸汽。

隨著工業(yè)生產(chǎn)過程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，作為全廠動(dòng)力和熱源的鍋爐設(shè)備，亦向大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。因此，確保鍋爐生產(chǎn)的安全操作和穩(wěn)定運(yùn)行，鍋爐燃燒安全保護(hù)變得尤為重要。

就鍋爐燃燒安全保護(hù)方面而言，過程自動(dòng)化的研究始于五十年代，從檢測(cè)到監(jiān)控；從單參數(shù)控制到機(jī)組、全作業(yè)、全廠控制；從模擬儀表控制到計(jì)算機(jī)控制；從穩(wěn)定化控制到最優(yōu)化控制，鍋爐控制自動(dòng)化已由低級(jí)到高級(jí)而日趨完善，特別是計(jì)算機(jī)用于過程控制，使鍋爐控制自動(dòng)化水平達(dá)到新的高度。鍋爐控制過程的自動(dòng)化，能在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，增加處理量，提高生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，提高設(shè)備效率，節(jié)約原材料，改善勞動(dòng)條件，穩(wěn)定生產(chǎn)過程，給鍋爐廠帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

鍋爐機(jī)組裝置主要由三部分組成，即燃燒設(shè)備，鍋爐本體和輔助設(shè)備。鍋爐燃燒過程的實(shí)現(xiàn)是需要各個(gè)部分相互配合，共同來實(shí)現(xiàn)的。鍋爐燃燒過程中的主要部分有燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、燃料輸送系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)等。作為鍋爐的燃燒系統(tǒng)，其性能應(yīng)力求能夠合理有效地組織和控制燃燒系統(tǒng)的燃燒過程，以期得到滿意的燃燒效果，提高燃料的利用率。

鍋爐安全保護(hù)系統(tǒng)的目的就在于鍋爐運(yùn)行的各個(gè)階段，包括啟動(dòng)、正常運(yùn)行和停爐（包括危急狀態(tài)下的事故停爐和正常停用）時(shí)，防止在鍋爐和燃燒設(shè)備內(nèi)形成危險(xiǎn)的可燃物，從而確保機(jī)組安全運(yùn)行，提高機(jī)組的可靠性。根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的不同需要，鍋爐需要提供不同規(guī)格（壓力和溫度）的蒸汽，同時(shí)，應(yīng)根據(jù)安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求，使鍋爐安全運(yùn)行和完全燃燒。

鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需求，同時(shí)保證鍋爐的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。為適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的變化，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)燃料量。為完全燃燒，應(yīng)控制燃料量與空氣量的比值，使過剩空氣系數(shù)滿足要求，為防止燃燒過程中火焰或煙氣外噴，應(yīng)控制爐膛負(fù)壓。這三項(xiàng)控制任務(wù)互相影響，應(yīng)消除或削弱它們的關(guān)聯(lián)。

燃燒過程的控制基本要求有三個(gè)：（1）保證出口蒸汽壓力穩(wěn)定，能按負(fù)荷要求自動(dòng)增減燃料量。（2）燃燒良好，供氣適宜。既要防止空氣不足使煙囪冒黑煙，也不要因空氣過量而增加熱量損失。（3）保證鍋爐安全運(yùn)行。保持爐膛一定的負(fù)壓，以免負(fù)壓太小，甚至為正，造成爐膛內(nèi)熱煙氣往外冒出，影響設(shè)備和工作人員的安全。

針對(duì)鍋爐燃燒過程的控制要求，可以利用MCGS組態(tài)軟件和可編程序控制器（PLC）設(shè)計(jì)出安全保護(hù)系統(tǒng)。MCGS組態(tài)軟件是一套快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件，它能夠在基于Microsoft （各種32位Windows平臺(tái)上）運(yùn)行，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)，比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用。

可編程控制器（PLC）是一種用于工業(yè)控制的專用控制器，它與一般計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)及組成相似。可編程控制器是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，便于接線、擴(kuò)充功能，便于操作與維護(hù)，以及提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

利用MCGS完成燃燒系統(tǒng)的控制，組態(tài)設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)部分：（1）工程整體規(guī)劃。了解整個(gè)工程的系統(tǒng)構(gòu)成和工藝流程，弄清監(jiān)控對(duì)象的特征，明確主要的監(jiān)控要求和技術(shù)要求等問題。在此基礎(chǔ)上，擬定組建工程的總體規(guī)劃和設(shè)想。（2）工程建立。就是創(chuàng)建一個(gè)用戶應(yīng)用系統(tǒng)。（3）構(gòu)造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS系統(tǒng)的核心，也是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)對(duì)象就是代表工程特征的物理量。（4）組態(tài)用戶窗口。用戶窗口用來放置各種圖形對(duì)象，通過對(duì)用戶窗口內(nèi)多個(gè)圖形對(duì)象的組態(tài)，生成漂亮的圖形界面，為實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫顯示做準(zhǔn)備。（5）組態(tài)主控窗口。主控窗口負(fù)責(zé)調(diào)度設(shè)備窗口的工作、管理用戶窗口的打開和關(guān)閉、驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫圖形和調(diào)度用戶策略的運(yùn)行等。（6）組態(tài)設(shè)備窗口。設(shè)備窗口是MCGS系統(tǒng)與外部設(shè)備建立聯(lián)系的后臺(tái)作業(yè)環(huán)境，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)。（7）組態(tài)運(yùn)行策略。運(yùn)行策略是指對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行流程進(jìn)行控制的方法和條件，它能夠?qū)ο到y(tǒng)執(zhí)行某項(xiàng)操作和實(shí)現(xiàn)某種功能進(jìn)行有條件的約束。運(yùn)行策略由多個(gè)的功能模塊組成，用來完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程的自由控制，使系統(tǒng)能按照設(shè)定的順序和條件，進(jìn)行操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，控制用戶窗口的打開、關(guān)閉以及控制設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)等系列工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作過程的精確控制及有序的調(diào)度管理。（8）組態(tài)結(jié)果檢查。組態(tài)結(jié)果檢查包括隨時(shí)檢查、存盤檢查和統(tǒng)一檢查。（9）工程測(cè)試。新建工程在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成或部分完成組態(tài)配置后，應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，通過試運(yùn)行，進(jìn)行綜合性測(cè)試檢查。

通過對(duì)安全保護(hù)系統(tǒng)的整體分析，可繪出控制系統(tǒng)的PLC流程圖。首先進(jìn)行模塊的初始化，初始化之后將模擬量讀入控制器，通過AD模塊轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，通過比較指令實(shí)現(xiàn)手/自動(dòng)輸出，以及正常狀態(tài)/事故狀態(tài)控制的分支，通過PID運(yùn)算，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后通過DA輸出，控制燃料閥的開度。

MCGS支持國(guó)內(nèi)外常見的PLC設(shè)備，包括西門子，歐姆龍，莫迪康，三菱，富士，松下，LG等，MCGS開發(fā)新PLC設(shè)備也簡(jiǎn)單快速。MCGS實(shí)現(xiàn)讀寫PLC各種類型的寄存器或繼電器操作簡(jiǎn)單方便，可以連續(xù)增加或索引拷貝來增加大量的通道。操作的方式有只讀，只寫，讀寫，能滿足各種要求，通過MODEM實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集也非常簡(jiǎn)單。

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，PLC和MCGS軟件相結(jié)合來控制安全保護(hù)系統(tǒng)，操作人員能夠方便地更改變量值，監(jiān)察系統(tǒng)變量的變化?？梢?，二者結(jié)合設(shè)計(jì)出的鍋爐燃燒安全保護(hù)系統(tǒng)，具有很好的實(shí)用價(jià)值。endprint