燃氣鍋爐的PLC自動控制系統(tǒng)

張春雨

摘要：隨著我國經濟的快速發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們逐漸意識到環(huán)境保護的重要性。燃燒清潔燃料，改變供暖的燃料品種，是減少空氣污染的有效途徑。文章主要論述了燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以明顯提高燃料利用率。

關鍵詞：PLC 燃氣鍋爐 自動控制系統(tǒng)

0 引言

現階段，一般的燃氣鍋爐的設計效率均可以達到90%左右，然而在實際運行中，受外界環(huán)境溫度不斷變化以及供熱量需求的變化的影響，需要實時調整燃氣量，否則會導致供熱量過量或不足，浪費了大量能源。所以，我們要實時調節(jié)燃氣鍋爐的燃氣供應，提高能源利用率?，F階段，由于能源危機的影響，世界各國都面臨能源短缺的挑戰(zhàn)，尤其我國面臨嚴重的能源問題。所以，鍋爐控制系統(tǒng)的重點便是使鍋爐高效、安全運行。

1 燃氣鍋爐自動控制系統(tǒng)概述

控制系統(tǒng)可采用西門子公司的S7-200系列中的CPU226作為單臺燃氣蒸汽鍋爐系統(tǒng)和公用系統(tǒng)的控制核心，全面實現對蒸汽鍋爐以及輔機系統(tǒng)的自動監(jiān)控和管理功能。

2 系統(tǒng)特點

2.1 利用人機接口以及I/O接口，實時采集、記錄、監(jiān)視、操作控制過程對象的數據，可進行系統(tǒng)局部故障的在線維修以及組態(tài)回路的在線修改。

2.2 控制系統(tǒng)使用的人機對話系統(tǒng)實用而簡捷，采用復合窗口技術，對工藝流程圖、各控制回路、紀錄數據實時顯示并生成報表，時各工藝測點的歷史趨勢能夠直觀顯示。

2.3 工程師能夠方便地將不同設備的控制功能按設備分配到不同的合適控制單元上，這樣操作工可以按照需要對單個控制單元進行模塊化的功能修改、維護、下裝和調試。

2.4 由PLC自動控制現場監(jiān)控點，然后傳遞到中央監(jiān)控計算機，利用系統(tǒng)軟件還原顯示數據，并對數據進行處理，這樣進一步強化了系統(tǒng)數據通信安全性能。

2.5 各個控制單元分布安裝在被控設備附近，既節(jié)省電纜，又可以提高該設備的控制速度。

3 主要回路的控制原理與方案

3.1 蒸汽壓力-燃燒控制

蒸汽壓力通過調節(jié)燃氣調節(jié)閥門開度、配風等參數實現控制要求，所以在構建蒸汽壓力度——燃燒控制方案時，將壓力檢測值和設定值經過比較，其偏差作為控制器的輸入信號，控制器進行P、I、D運算后，輸出控制信號去調節(jié)燃氣的開度和鼓風機轉速（改變送風量）。為了溫度的穩(wěn)定，系統(tǒng)引入蒸汽流量作為前饋信號，更為及時操縱燃氣調節(jié)閥和鼓風機。壓力低了就加大調節(jié)閥門開度，高了則減少調節(jié)閥門開度。穩(wěn)定運行時，總風量調節(jié)采用以主蒸汽壓力PID輸出值做比例控制。

控制軟件采用標準脈沖輸出，控制燃燒器的電機正轉或者反轉，以達到負荷要求。控制輸出的頻率為秒級，可以達到1%B-MCR/sec。另外，用戶可以自行設定時間，指定從點火到滿負荷總共用多長時間，這是燃燒控制系統(tǒng)的人工指導功能。如果用戶輸入值比啟動滿負荷所用時間還要大，燃燒控制系統(tǒng)就會根據實際蒸汽壓力自動對負荷進行控制。這時，負荷值和預期相差太大，系統(tǒng)會執(zhí)行全開式燃燒模式，以期達到滿負荷狀態(tài)。當快要達到滿負荷狀態(tài)時，系統(tǒng)會自動根據動態(tài)的PID參數，調節(jié)燃燒風門，使之平穩(wěn)提升到滿負荷狀態(tài)。這樣大大減少了超調，從而實現了最佳的控制功效，雖然啟動時溫度的不同，但最終達到滿負荷時的所用時長滿足了用戶要求。

氣壓負荷控制系統(tǒng)將壓力傳感器所檢測到的蒸汽壓力，經A/D模塊轉換送到PLC中，并在顯示屏上顯示當前的實際蒸汽壓力。希望蒸汽壓力可在顯示屏上直接設定，PLC將獲得的希望蒸汽壓力與實際蒸汽壓力進行比較，獲得相應的壓力誤差，在PLC內部進行PID運算，獲取負荷控制量，通過PLC輸出控制負荷的加大或減小，以保證蒸汽壓力恒定。引入蒸汽流量作前饋，是為了增加燃燒控制的反應速度，全負荷變化大時保證汽包壓力的穩(wěn)定。

3.2 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)

鍋爐汽包水位大幅度的波動會導致汽包內滿水或空水，從而對安全產生了影響。當水位過低時，會出現負荷過大，水汽化速度太快的情況，最嚴重的情況是導致整個汽包的水完全汽化，從而造成了鍋爐燒壞甚至爆炸的后果。當水位過高時，會影響汽包里的汽水分離裝置，出現了蒸汽水分大量集聚于出口處的情況，最嚴重的情況是過熱器受熱面結垢而導致過熱器燒壞，對機組運行的經濟型和安全性有著直接影響。

汽包水位控制系統(tǒng)可采用單沖量、雙沖量以及三沖量控制方案。我們選用三沖量水位控制系統(tǒng)，主要是由于單沖量、雙沖量控制策略比較簡單，很難滿足現代各種復雜鍋爐的要求。蒸汽流量和給水流量是影響汽包水位的主要因素，汽包水位受蒸汽流量的增加或減少的影響，同樣也會對水流量產生影響，以保持給水量與蒸汽量之間的平衡，確保鍋爐能夠穩(wěn)定運行。前饋信號為蒸汽流量，構成前饋調節(jié)回路，串級信號為給水流量，構成副調節(jié)回路，以鍋爐汽包水位測量信號作為主，構成主調節(jié)回路，進而構成鍋爐汽包水位前饋——串級三沖量控制系統(tǒng)。

3.3 鍋爐順序控制

順序控制的目的，就是控制蒸汽鍋爐按照安全規(guī)范啟動設備、停止設備。在遇到異常情況發(fā)生時，及時報警，當達到連鎖保護值時，啟動相應的連鎖保護停止設備運行，未在連鎖保護范圍內的異常情況時，操作人員視其情節(jié)嚴重，可作相應的處理，以保證鍋爐安全生產。燃燒器運行程序分為準備程序、點火程序、運行程序、連鎖保護程序和停爐程序五個部分。

3.4 鍋爐安全保護控制

鍋爐啟動過程中自動檢測各反饋信號是否達到安全運行要求，若未達到啟動條件則顯示報警，啟動保護主要如下：低水位報警、蒸汽超壓報警、熄火故障報警、燃氣壓力故障報警、限位故障報警、天然氣檢漏失敗報警、鼓風機過載故障報警。

當出現報警時未檢修復位前，鍋爐不能正常啟動，確保了鍋爐安全運行。燃氣鍋爐自動化改造后，產生了較好的經濟效益、安全效益和環(huán)境效益。第一，減少了人為因素對鍋爐效率的影響，提高鍋爐燃燒效率，使改造后的鍋爐節(jié)電率大于25%，單位蒸汽消耗天然氣下降2%-10%之間。第二，鍋爐燃燒明顯增加3%-5%。第三，鍋爐廢氣排放減少5%以上。第四，大大減輕司爐工的工作量，減低工作勞動強度。

4 總結

目前，燃氣鍋爐被大量運用于工業(yè)生產當中，它的發(fā)展前景是實現鍋爐的計算機遠程控制和智能化。而燃氣鍋爐結合PLC技術進行改造后，大大提升了鍋爐的自動化控制性能，從而保證了鍋爐正常安全運行，還能夠實現監(jiān)控整個供熱過程，不僅提升了鍋爐效率，還節(jié)約了大量能源，降低了大氣污染程度。改造后的鍋爐還大大降低了工人的勞動強度，提升了勞動效率，帶來了很大的經濟效益和社會效益。

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