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鍋爐控制器介紹

鍋爐是全廠重要的動力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定的蒸汽，以滿足負(fù)荷的需要。為此，鍋爐生產(chǎn)過程的各個主要參數(shù)都必須嚴(yán)格控制。鍋爐設(shè)備是一個復(fù)雜的控制對象，主要輸入變量是負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)量。主要輸出變量包括汽包水位、過熱蒸汽溫度及壓力、煙氣氧量和爐膛負(fù)壓等。因此鍋爐是一個多輸入、多輸出且相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜控制對象。
二、關(guān)于鍋爐計算機(jī)控制系統(tǒng)
鍋爐微計算機(jī)控制，是近年來開發(fā)的一項新技術(shù)，它是微型計算機(jī)軟、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，我國中、小型鍋爐30多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的1/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染等嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作。
   作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度。采用微計算機(jī)控制，能對鍋爐進(jìn)行過程的自動檢測、自動控制等多項功能。
鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、微機(jī)、手自動切換操作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥、滑差電機(jī)等部分組成，一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入微機(jī)，手自動切換操作部分，手動時由操作人員手動控制，用操作器控制滑差電機(jī)及閥等，自動時對微機(jī)發(fā)出控制信號經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動操作。微機(jī)對整個鍋爐的運行進(jìn)行監(jiān)測、報警、控制以保證鍋爐正常、可*地運行，除此以外為保證鍋爐運行的安全，在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故.
三、改造要求
1、拆除鍋爐主控制室的原有兩臺低配置的工控機(jī)和附屬板卡，采用新的工控機(jī)及PLC和相關(guān)軟件，組成PLC＋IPC架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對兩臺35噸鍋爐運行狀態(tài)、各項參數(shù)的監(jiān)視和汽包水位的自動控制。
2、新系統(tǒng)和原有控制盤上儀表系統(tǒng)通過信號隔離分配器相互獨立，控制優(yōu)先級別從高依次為：現(xiàn)場手動→主控制室控制盤儀表系統(tǒng)→微機(jī)系統(tǒng)自動。
3、本次改造在控制方面暫止要求實現(xiàn)汽包水位自動控制，但要求在PLC預(yù)留鍋爐自動燃燒控制的全套程序，以利于在條件成熟時實現(xiàn)自動燃燒控制。
4、系統(tǒng)模式為：PLC＋IPC 即可編程控制器＋工業(yè)計算機(jī)的監(jiān)控模式。這樣達(dá)到底層控制；上層監(jiān)測的最佳監(jiān)控方式。
四、系統(tǒng)配置
1、工業(yè)計算機(jī)軟件部分
◆微軟WINDOWS 2000操作系統(tǒng)
◆昆侖通態(tài)MCGS 5.5開發(fā)版
◆昆侖通態(tài)MCGS 5.5運行版
◆西門子S7-300編程軟件SETUP7 v5.2+sp1
2、工業(yè)計算機(jī)部分
采用國內(nèi)最穩(wěn)定的研華原裝工業(yè)電腦，配置如下：
◆P4 1.8G CPU；256M DDR內(nèi)存；32M顯卡；40G硬盤；1.44M軟驅(qū)；52XCDROM；4個USB2.0接口；雙10/100M網(wǎng)卡；
◆17英寸三星CRT顯示器、聯(lián)想天工工業(yè)鍵盤、鼠標(biāo)套裝。
3、可編程控制器PLC
采用德國西門子的S7-300系列可編程控制器  內(nèi)置PID模塊，32K存儲器，I/O能擴(kuò)展到2048點
五、控制方案設(shè)計
※PLC控制設(shè)計※
■鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)
汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數(shù)，水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時會導(dǎo)致蒸汽帶水增多，增加在管壁上的結(jié)垢和影響蒸汽質(zhì)量。水位過低，則會破壞水循環(huán)，引起水冷壁管的破裂，嚴(yán)重時會造成干鍋，損壞汽包。所以其值過高過低都可能造成重大事故。它的被調(diào)量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過對給水流量的調(diào)節(jié), 使汽包內(nèi)部的物料達(dá)到動態(tài)平衡，變化在允許范圍之內(nèi)，由于鍋爐汽包水位對蒸氣流量和給水流量變化的響應(yīng)呈積極特性。但是在負(fù)荷(蒸氣流量)急劇增加時，表現(xiàn)卻為"逆響應(yīng)特性"，即所謂的"虛假水位"，造成這一原因是由于負(fù)荷增加時，導(dǎo)致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系統(tǒng)，實質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標(biāo)，通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設(shè)有自平衡能力的被控對象，運行中存在虛假水位現(xiàn)象，實際應(yīng)用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙重量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。
控制目標(biāo)值：（汽包水位均勻量為：±220，水位控制在中間值，偏差≤±10
1、在操作界面上利用鼠標(biāo)鍵盤實現(xiàn)對水泵啟停的控制。
2、在儀表盤上使用原有的DDZ-III操作器對水泵進(jìn)行手動/自動調(diào)節(jié)控制。
系統(tǒng)給水自動調(diào)節(jié)分為三種模式：
單水位控制模式：只通過檢測汽包水位來控制給水量
雙沖量水位控制模式：監(jiān)測汽包水位、蒸汽流量，將蒸汽流量作為前饋信號，與汽包水位組成前饋—反饋控制方式。
三沖量水位控制模式：監(jiān)測汽包水位、蒸汽流量、給水流量，將汽包水位作為主控編練個，給水流量作為輔助被控變量的串級控制系統(tǒng)與蒸汽流量作為前饋信號組成前饋—串級反饋控制方式，

沖量水位控制實現(xiàn)方式：
1）在異常情況下，如液位偏離正常值較大時，采用規(guī)則控制，可以快速恢復(fù)水位，保證鍋爐的安全穩(wěn)定運行。
2）當(dāng)水位控制和主蒸汽溫度控制發(fā)生矛盾時，可根據(jù)矛盾的主要方面進(jìn)行兩者的協(xié)調(diào)控制。
3）它包含給水流量控制回路和汽包水位控制回路兩個控制回路，實質(zhì)上是蒸汽流量前饋與水位－流量串級系統(tǒng)組成的復(fù)合控制系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽流量變化時，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的給水流量控制回路可迅速改變進(jìn)水量以完成粗調(diào)，然后再由汽包水位調(diào)節(jié)器完成水位的細(xì)調(diào)。
■鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)
　　鍋爐燃燒過程有三個任務(wù)：給煤控制，給風(fēng)控制，爐膛負(fù)壓控制。保持煤氣與空氣比例使空氣過剩系數(shù)在1.08左右、燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性、維持爐膛負(fù)壓，所以鍋爐燃燒過程的自動調(diào)節(jié)是一個復(fù)雜的問題。對于35t鍋爐來說燃燒放散高爐煤氣，要求是最大限度地利用放散的高爐煤氣，故可按鍋爐的最大出力運行，對蒸汽壓力不做嚴(yán)格要求；燃燒的經(jīng)濟(jì)性也不做較高的要求。這樣鍋爐燃燒過程的自動調(diào)節(jié)簡化為爐膛負(fù)壓為主參數(shù)的定煤氣流量調(diào)節(jié)。
爐膛負(fù)壓Pf的大小受引風(fēng)量、鼓風(fēng)量與煤氣量（壓力）三者的影響。爐膛負(fù)壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設(shè)備與運行人員的安全。負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增加，排煙損失增加，引風(fēng)機(jī)電耗增加。根據(jù)多年的人工手動調(diào)節(jié)摸索，35t鍋爐的Pf=100Pa來進(jìn)行設(shè)計。調(diào)節(jié)方法是初始狀態(tài)先由人工調(diào)節(jié)空氣與煤氣比例，達(dá)到理想的燃燒狀態(tài)，在引風(fēng)機(jī)全開時達(dá)到爐膛負(fù)壓100Pa，投入自動后，只調(diào)節(jié)煤氣蝶閥，使壓力波動下的高爐煤氣流量趨于初始狀態(tài)的煤氣流量，來保持燃燒中高爐煤氣與空氣比例達(dá)到最佳狀態(tài)。保因此，鍋爐燃燒過程自動控制系統(tǒng)按照控制任務(wù)的不同可分為三個子控制系統(tǒng)，即蒸汽壓力控制系統(tǒng)、煙氣氧量控制系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。
■過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)
　　過熱蒸汽的溫度是鍋爐生產(chǎn)過程的重要參數(shù)，一般由鍋爐和汽輪機(jī)生產(chǎn)的工藝確定。從安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)上看，必須控制過熱蒸汽溫度在允許范圍之內(nèi)。在35T鍋爐計算機(jī)控制系統(tǒng)中，過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計為如下圖所示。調(diào)節(jié)手段是改變減溫水流量。從結(jié)構(gòu)上看，這是一個簡單的單回路控制系統(tǒng)，但是實際系統(tǒng)存在以下問題：鍋爐的進(jìn)水系統(tǒng)中實際有三臺調(diào)節(jié)閥，即鍋爐總給水閥(V1)、減溫水閥(V2)和汽包給水支閥(V3)。因為這3個閥都控制給水量，將會通過進(jìn)水交點處壓力P的變化而產(chǎn)生關(guān)聯(lián)作用。

■除氧器控制系統(tǒng)
　　除氧器控制系統(tǒng)包括除氧器壓力和液位兩個控制子系統(tǒng)。在35T鍋爐計算機(jī)控制系統(tǒng)中，除氧器壓力控制系統(tǒng)和除氧器液位控制系統(tǒng)都設(shè)計為單回路PI控制方式。在滿足鍋爐生產(chǎn)的實際要求的前提下，單回路PI控制方式具有結(jié)構(gòu)簡單、容易整定和實現(xiàn)等優(yōu)點。
　　對于除氧器壓力系統(tǒng)而言，當(dāng)除氧器壓力發(fā)生變化時，壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)除氧器的進(jìn)汽閥，改變除氧器的進(jìn)汽量，從而將除氧器的壓力控制在目標(biāo)值上；同樣，對于除氧器液位系統(tǒng)，當(dāng)除氧器液位發(fā)生變化時，液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)除氧器的進(jìn)水閥，改變除氧器的進(jìn)水量，從而將除氧器的液位控制在目標(biāo)值上。

※軟件系統(tǒng)※　
以上控制系統(tǒng)一般由PLC或其它硬件系統(tǒng)完成控制，而在上位計算機(jī)中要完成以下功能
■系統(tǒng)功能：
    實時準(zhǔn)確檢測鍋爐的運行參數(shù)：為全面掌握整個系統(tǒng)的運行工況，監(jiān)控系統(tǒng)將實時監(jiān)測并采集鍋爐有關(guān)的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、以及設(shè)備的運行狀態(tài)等。系統(tǒng)具有豐富的圖形庫，通過組態(tài)可將鍋爐的設(shè)備圖形連同相關(guān)的運行參數(shù)顯示在畫面上；除此之外，還能將參數(shù)以列表或分組等形式顯示出來。
    綜合分析及時發(fā)出控制指令：監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的鍋爐運行數(shù)據(jù)，按照設(shè)定好的控制策略，發(fā)出控制指令，調(diào)節(jié)鍋爐系統(tǒng)設(shè)備的運行，從而保證鍋爐高效、可正常運行。
    診斷故障與報警管理：主控中心可以顯示、管理、傳送鍋爐運行的各種報警信號，從而使鍋爐的安全防爆、安全運行等級大大的提高。同時，對報警的檔案管理可使業(yè)主對于鍋爐運行的各種問題、弱點等了如指掌。為保證鍋爐系統(tǒng)安全、可正常地運行，監(jiān)控系統(tǒng)將根據(jù)所監(jiān)測的參數(shù)進(jìn)行故障診斷，一旦發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)將及時在操作員屏幕上顯示報警點。報警相關(guān)的顯示功能使用戶定義的顯示畫面與每個點聯(lián)系起來，這樣，當(dāng)報警發(fā)生時，操作員可立即訪問該報警點的詳細(xì)信息和按照所推薦采取的應(yīng)急措施進(jìn)行處理。
    歷史記錄運行參數(shù)：監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫將維護(hù)鍋爐運行參數(shù)的歷史記錄，另外監(jiān)控系統(tǒng)還。設(shè)有專門的報警事件日志，用以記錄報警／事件信息和操作員的變化等。歷史記錄的數(shù)據(jù)根據(jù)操作人員的要求，系統(tǒng)可以顯示為瞬時值，也可以為某一段時間內(nèi)的平均值。歷史記錄的數(shù)據(jù)可有多種顯示方式，例如曲線、特定圖形、報表等顯示方式；此外歷史記錄的數(shù)據(jù)還可以由以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的多種應(yīng)用軟件所應(yīng)用。
計算運行參數(shù)：鍋爐運行的某些運行參數(shù)不能夠直接測量，如年運行負(fù)荷量、蒸汽耗量、補水量、冷凝水返回量、設(shè)備的累積運行時間等。監(jiān)控系統(tǒng)提供了豐富的標(biāo)準(zhǔn)處理算法，根據(jù)所測得的運行參數(shù)，將這些導(dǎo)出量計算出來。
■實施方式
　  MCGS組態(tài)軟件集控制技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、通訊技術(shù)于一體。其包括動態(tài)顯示、歷史趨勢記錄、報警、控制策略組件等。并提供一個友好的用戶界面，使用戶在不用編代碼的情況下，即可生成需要的應(yīng)用軟件。　　　　
建立數(shù)據(jù)庫：監(jiān)控組態(tài)的工作首先是建立實時數(shù)據(jù)庫，其前提是在完成連續(xù)控制圖、梯形邏輯圖的設(shè)計后，將相關(guān)的回路點、信號點、寄存器點、報警點等點名存入實時數(shù)據(jù)庫。　　　　
界面組態(tài)：其中最重要的是流程圖畫面設(shè)計，用ACTIVE圖庫提供的繪圖工具和豐富的圖形等元素，來形成特定的人機(jī)界面。每臺鍋爐設(shè)計有9個操作畫面`，具體是：鍋爐本體流程圖、調(diào)節(jié)系統(tǒng)畫面、參數(shù)顯示畫面、電氣操作畫面、報表顯示畫面、綜合趨勢圖畫面、回路整定畫面、報警總貌畫面、設(shè)定參數(shù)畫面。　　　　
報警組態(tài)：按工藝要求定義各報警點，并設(shè)置報警點的高低限，越限時會在報警總貌畫面顯示并發(fā)出聲光信號。　　　　
報表組態(tài)：按工藝要求制作的班報表及月報表，即利用DDE方式將實時數(shù)據(jù)庫的資料輸出到EXCEL中生成報表數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相關(guān)的鏈接及設(shè)定打印時間，班報表自動打印，而月報表是人工操作打印。　　　　
歷史趨勢組態(tài)：用軟件定義、采集、顯示汽包水位、汽包壓力、蒸汽流量、爐膛負(fù)壓等重要參數(shù)的歷史趨勢數(shù)據(jù)，必要時可打印。　　　　
登錄及權(quán)限組態(tài)：
操作員層：只能對設(shè)定好的畫面進(jìn)行切換、操作和監(jiān)視，無權(quán)更改參數(shù)及退出和最小化系統(tǒng)。
工程師層：客隊系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，參數(shù)設(shè)置、退出系統(tǒng)。
管理員層: 最高權(quán)限，可進(jìn)行一切操作。
運行中可在監(jiān)控站上對控制器參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、修改，但為保證系統(tǒng)安全，進(jìn)入設(shè)定參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)查詢、月報表制作等內(nèi)容時，須輸入密碼后才能進(jìn)入各畫面進(jìn)行操作。
菜單組態(tài)：所有換面的切換按鈕、打印功能按鈕、系統(tǒng)登錄退出按鈕、幫助按鈕、系統(tǒng)時鐘、操作員權(quán)限顯示等功能按鈕。

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