煤礦供熱鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉 霞

（大同煤礦集團(tuán)晉華宮礦，山西大同 037003）

0 引言

煤礦鍋爐系統(tǒng)是供熱系統(tǒng)中重要組成部分，提高鍋爐系統(tǒng)穩(wěn)定性是煤礦供熱系統(tǒng)安全高效運(yùn)行的重要保證，但是在實(shí)際煤礦供熱系統(tǒng)中，由于鍋爐設(shè)備數(shù)量多、分布區(qū)域廣，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中檢修維護(hù)不到位[1]，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一集中監(jiān)控管理，導(dǎo)致供熱期間鍋爐設(shè)備故障率高、設(shè)備故障檢測(cè)效率低等，影響煤礦安全穩(wěn)定供熱；基于這種情況，通過(guò)技術(shù)研究，對(duì)某礦原供熱鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，安裝一套以PLC為核心的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)其結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、監(jiān)控方案以及實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行合理分析。

1 遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方針

（1）符合煤礦關(guān)于《蒸汽鍋爐安全使用》相關(guān)規(guī)定的要求，確保蒸汽鍋爐系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、實(shí)用性。

（2）為了能夠利用鍋爐多變量交叉運(yùn)行特點(diǎn)，通過(guò)使用自適應(yīng)控制方法來(lái)控制精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)自動(dòng)控制，如水量、壓力等，從而充分發(fā)揮鍋爐的燃燒效率[2]。

1.2 系統(tǒng)組成

晉華宮礦供熱鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由上位機(jī)、PLC控制柜、鍋爐監(jiān)控器、公共設(shè)備監(jiān)控器、工業(yè)環(huán)網(wǎng)等部分組成，如圖1所示。

PLC控制柜是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部位，PLC控制柜與監(jiān)控器以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)之間主要采用工業(yè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行信息傳遞、轉(zhuǎn)換等。上位機(jī)主要采用DELL商務(wù)機(jī)，采用WindowsXP，系統(tǒng)內(nèi)主要采用RSView7.20監(jiān)控組態(tài)軟件，該軟件開(kāi)發(fā)性良好，便于升級(jí)和開(kāi)發(fā)[3]。

圖1 煤礦供熱鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

1.3 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)主要功能包括以下幾點(diǎn)：

（1）該監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)鍋爐的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制，并對(duì)鍋爐內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)；

（2）通過(guò)上位機(jī)主機(jī)系統(tǒng)與礦內(nèi)環(huán)網(wǎng)相連接，確保終端電腦可以對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施查看，并可通過(guò)打印機(jī)對(duì)各類(lèi)報(bào)表進(jìn)行打印，同時(shí)可隨時(shí)調(diào)取系統(tǒng)儲(chǔ)存記憶歷史畫(huà)面，并進(jìn)行查看[4]；

（3）操作人員通過(guò)電腦可以隨時(shí)修改系統(tǒng)參數(shù)，利用遠(yuǎn)程組態(tài)軟件遠(yuǎn)程對(duì)重點(diǎn)部位安裝監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)故障或異常，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1 監(jiān)控方案

鍋爐采用集中控制系統(tǒng)，控制方式以自動(dòng)為主，手動(dòng)為輔，該監(jiān)控系統(tǒng)主要對(duì)鍋爐設(shè)備重點(diǎn)部位進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)內(nèi)配備大內(nèi)存硬盤(pán)，方便工作人員的調(diào)取查看。所有數(shù)據(jù)與大顯示屏相連，可以將監(jiān)控畫(huà)面在大屏幕上放大。

2.2 動(dòng)力監(jiān)控設(shè)計(jì)

（1）鼓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制方式

爐膛壓力在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，鍋爐才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)鍋爐處于微負(fù)壓狀態(tài)，需要鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)共同控制鍋爐內(nèi)的風(fēng)壓。鍋爐內(nèi)安裝風(fēng)壓傳感器，可以將鍋爐內(nèi)的負(fù)壓情況及時(shí)傳遞到電腦中，工作人員可以查看爐內(nèi)的情況[5]。引風(fēng)機(jī)信號(hào)來(lái)自于鼓風(fēng)風(fēng)壓，引風(fēng)量會(huì)隨著鼓風(fēng)量的增大而增大。電腦可以通過(guò)發(fā)出模擬信號(hào)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)量的變化。

（2）給水泵自動(dòng)控制方式

系統(tǒng)安裝有兩臺(tái)水泵（一開(kāi)一備），對(duì)鍋爐提供充足、定壓的軟化水。設(shè)計(jì)人員將壓力傳感器安裝在給水管上，壓力傳感器將壓力信號(hào)傳遞到變頻器上，變頻器通過(guò)信號(hào)的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)水壓的穩(wěn)定。電腦可以在后臺(tái)對(duì)水泵的壓力、流量、轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)記錄并分析，發(fā)現(xiàn)異常后會(huì)及時(shí)報(bào)警，方便操作人員的維修。給水泵還安裝有一套手動(dòng)系統(tǒng)，能夠在變頻器損壞后切換到人工手動(dòng)模式。

（3）汽包水位自動(dòng)控制方式

為了避免虛假水位使系統(tǒng)造成誤判，設(shè)計(jì)人員安裝了一套三沖量串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)給水閥門(mén)，這就可以保證在蒸汽穩(wěn)定及給水量充足的情況下，將汽包水位控制在標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)。補(bǔ)償后的汽包水位參數(shù)與系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)的偏差值作為主調(diào)節(jié)閥的輸入信號(hào)，補(bǔ)償后的主蒸汽參數(shù)與給水流量參數(shù)作為副調(diào)節(jié)閥的輸入信號(hào)[6]。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)電腦運(yùn)算后控制閥門(mén)的開(kāi)合度。當(dāng)系統(tǒng)水位超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)，電腦會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，操作人員可以根據(jù)根據(jù)提示進(jìn)行故障查看。當(dāng)鍋爐水位低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降低鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)鍋爐水位高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并將分析結(jié)果自動(dòng)打印。

（4）鍋爐出口壓力自動(dòng)控制方式

出口壓力安裝的壓力傳感器會(huì)將信號(hào)自動(dòng)傳送到電腦，電腦會(huì)將接收到的信號(hào)與設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)異常后會(huì)及時(shí)降低鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)減少送風(fēng)量，引風(fēng)機(jī)隨著送風(fēng)量的減少而減少，直至系統(tǒng)壓力恢復(fù)到正常。

（5）燃燒系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式

利用主蒸汽壓力的傳感器信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)系統(tǒng)壓力升高時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)降低，同時(shí)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)降低，從而保證鍋爐內(nèi)壓力的穩(wěn)定。當(dāng)主蒸汽壓力超過(guò)壓力最大值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換鼓風(fēng)機(jī)，同時(shí)降低燃料的補(bǔ)給量來(lái)降低爐內(nèi)的壓力，當(dāng)壓力降低到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)。

（6）各種處理器自動(dòng)控制方式

系統(tǒng)中除氧器、除鐵器、軟化水處理器等運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)均可以通過(guò)相應(yīng)的傳感器傳遞到指揮中心大屏幕，大屏幕可以動(dòng)態(tài)地顯示各組信息，操作人員可以通過(guò)電腦對(duì)各參數(shù)進(jìn)行修改。

（7）語(yǔ)音系統(tǒng)控制方式

設(shè)計(jì)人員分別在系統(tǒng)上取15個(gè)點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，這些點(diǎn)可以對(duì)每臺(tái)鍋爐的水位、電機(jī)的電流、爐內(nèi)的負(fù)壓、水溫計(jì)煤斗的煤量[7]，同時(shí)將這些點(diǎn)的輸出信號(hào)與報(bào)警語(yǔ)音系統(tǒng)連接，當(dāng)其中一項(xiàng)異常時(shí)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出報(bào)警音。

（8）自動(dòng)錄入系統(tǒng)控制方式

現(xiàn)場(chǎng)工作人員會(huì)安裝系統(tǒng)指示定期的對(duì)各設(shè)備進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。同時(shí)電腦會(huì)自動(dòng)記錄巡檢人員的巡檢時(shí)間和地點(diǎn)，管理人員可以隨時(shí)查看巡檢人員的的行走軌跡。

2.3 實(shí)際應(yīng)用效果

2018年6月，該礦對(duì)供熱系統(tǒng)安裝一套遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)6個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果觀察發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)主要取得了以下顯著成效：

（1）該系統(tǒng)主要利用PLC智能控制器實(shí)現(xiàn)鍋爐各項(xiàng)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以將燃煤性控制到最佳的比例，不僅降低了燃料消耗，而且充分發(fā)揮燃煤效能，提高供熱效率，同時(shí)可大大降低廢氣的排放量；

（2）該監(jiān)控系統(tǒng)利用聲光系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)靈敏度高，實(shí)現(xiàn)鍋爐設(shè)備全方位監(jiān)控，與傳統(tǒng)人工故障檢測(cè)相比，不僅降低了設(shè)備檢測(cè)勞動(dòng)強(qiáng)度及勞動(dòng)成本費(fèi)用，而且提高了設(shè)備自檢準(zhǔn)確性[8]；

（3）該監(jiān)控系統(tǒng)投入使用后，可及時(shí)將鍋爐各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)準(zhǔn)確快速地上傳至遠(yuǎn)程主機(jī)系統(tǒng)中，并可在系統(tǒng)大屏幕中顯示，便于操控人員觀察控制，提高了控制自動(dòng)化水平。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)煤礦供熱鍋爐系統(tǒng)故障率高、自動(dòng)化水平低、集中控制管理難度大等技術(shù)難題，通過(guò)技術(shù)研究，對(duì)供熱系統(tǒng)安裝一套遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用表明該系統(tǒng)有效提高了煤礦供熱效率及集中控制自動(dòng)化水平，保證了煤礦供熱系統(tǒng)安全高效運(yùn)行，取得了顯著應(yīng)用成效。