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| 鍋爐控制器介紹 |
鍋爐是全廠重要的動力設備，其任務是供給合格穩定的蒸汽，以滿足負荷的需要。為此，鍋爐生產過程的各個主要參數都必須嚴格控制。鍋爐設備是一個復雜的控制對象，主要輸入變量是負荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風和引風量。主要輸出變量包括汽包水位、過熱蒸汽溫度及壓力、煙氣氧量和爐膛負壓等。因此鍋爐是一個多輸入、多輸出且相互關聯的復雜控制對象。
二、關于鍋爐計算機控制系統
鍋爐微計算機控制，是近年來開發的一項新技術，它是微型計算機軟、硬件、自動控制、鍋爐節能等幾項技術緊密結合的產物，我國中、小型鍋爐30多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產量的1/3，目前大多數工業鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環境污染等嚴重的生產狀態。提高熱效率，降低耗煤量，用微機進行控制是一件具有深遠意義的工作。
作為鍋爐控制裝置，其主要任務是保證鍋爐的安全、穩定、經濟運行，減輕操作人員的勞動強度。采用微計算機控制，能對鍋爐進行過程的自動檢測、自動控制等多項功能。
鍋爐微機控制系統，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、微機、手自動切換操作、執行機構及閥、滑差電機等部分組成，一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉速等量轉換成電壓、電流等送入微機，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及閥等，自動時對微機發出控制信號經執行部分進行自動操作。微機對整個鍋爐的運行進行監測、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，在進行微機系統設計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數應設置常規儀表及報警裝置，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和附屬板卡，采用新的工控機及PLC和相關軟件，組成PLC＋IPC架構的監控系統，實現對兩臺35噸鍋爐運行狀態、各項參數的監視和汽包水位的自動控制。
2、新系統和原有控制盤上儀表系統通過信號隔離分配器相互獨立，控制優先級別從高依次為：現場手動→主控制室控制盤儀表系統→微機系統自動。
3、本次改造在控制方面暫止要求實現汽包水位自動控制，但要求在PLC預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自動燃燒控制。
4、系統模式為：PLC＋IPC 即可編程控制器＋工業計算機的監控模式。這樣達到底層控制；上層監測的最佳監控方式。
四、系統配置
1、工業計算機軟件部分
◆微軟WINDOWS 2000操作系統
◆昆侖通態MCGS 5.5開發版
◆昆侖通態MCGS 5.5運行版
◆西門子S7-300編程軟件SETUP7 v5.2+sp1
2、工業計算機部分
采用國內最穩定的研華原裝工業電腦，配置如下：
◆P4 1.8G CPU；256M DDR內存；32M顯卡；40G硬盤；1.44M軟驅；52XCDROM；4個USB2.0接口；雙10/100M網卡；
◆17英寸三星CRT顯示器、聯想天工工業鍵盤、鼠標套裝。
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 內置PID模塊，32K存儲器，I/O能擴展到2048點
五、控制方案設計
※PLC控制設計※
■鍋爐汽包水位控制系統
汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數，水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴重時會導致蒸汽帶水增多，增加在管壁上的結垢和影響蒸汽質量。水位過低，則會破壞水循環，引起水冷壁管的破裂，嚴重時會造成干鍋，損壞汽包。所以其值過高過低都可能造成重大事故。它的被調量是汽包水位，而調節量則是給水流量，通過對給水流量的調節, 使汽包內部的物料達到動態平衡，變化在允許范圍之內，由于鍋爐汽包水位對蒸氣流量和給水流量變化的響應呈積極特性。但是在負荷(蒸氣流量)急劇增加時，表現卻為"逆響應特性"，即所謂的"虛假水位"，造成這一原因是由于負荷增加時，導致汽包壓力下降，使汽包內水的沸點溫度下降，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，實質上是維持鍋爐進出水量平衡的系統。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標，通過調整進水量的多少來達到進出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發效率，保證生產安全。由于鍋爐水位系統是一個設有自平衡能力的被控對象，運行中存在虛假水位現象，實際應用中可根據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。
控制目標值：（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鍵盤實現對水泵啟停的控制。
2、在儀表盤上使用原有的DDZ-III操作器對水泵進行手動/自動調節控制。
系統給水自動調節分為三種模式：
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，
沖量水位控制實現方式：
1） 在異常情況下，如液位偏離正常值較大時，采用規則控制，可以快速恢復水位，保證鍋爐的安全穩定運行。
2） 當水位控制和主蒸汽溫度控制發生矛盾時，可根據矛盾的主要方面進行兩者的協調控制。
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，實質上是蒸汽流量前饋與水位－流量串級系統組成的復合控制系統。當蒸汽流量變化時，鍋爐汽包水位控制系統中的給水流量控制回路可迅速改變進水量以完成粗調，然后再由汽包水位調節器完成水位的細調。
■鍋爐燃燒過程控制系統
鍋爐燃燒過程有三個任務：給煤控制，給風控制，爐膛負壓控制。保持煤氣與空氣比例使空氣過剩系數在1.08左右、燃燒過程的經濟性、維持爐膛負壓，所以鍋爐燃燒過程的自動調節是一個復雜的問題。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，對蒸汽壓力不做嚴格要求；燃燒的經濟性也不做較高的要求。這樣鍋爐燃燒過程的自動調節簡化為爐膛負壓為主參數的定煤氣流量調節。
爐膛負壓Pf的大小受引風量、鼓風量與煤氣量（壓力）三者的影響。爐膛負壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設備與運行人員的安全。負壓太大，爐膛漏風量增加，排煙損失增加，引風機電耗增加。根據多年的人工手動調節摸索，35t鍋爐的Pf=100Pa來進行設計。調節方法是初始狀態先由人工調節空氣與煤氣比例，達到理想的燃燒狀態，在引風機全開時達到爐膛負壓100Pa，投入自動后，只調節煤氣蝶閥，使壓力波動下的高爐煤氣流量趨于初始狀態的煤氣流量，來保持燃燒中高爐煤氣與空氣比例達到最佳狀態。保因此，鍋爐燃燒過程自動控制系統按照控制任務的不同可分為三個子控制系統，即蒸汽壓力控制系統、煙氣氧量控制系統和爐膛負壓控制系統。
■過熱蒸汽溫度控制系統
過熱蒸汽的溫度是鍋爐生產過程的重要參數，一般由鍋爐和汽輪機生產的工藝確定。從安全生產和經濟技術指標上看，必須控制過熱蒸汽溫度在允許范圍之內。在35T鍋爐計算機控制系統中，過熱蒸汽溫度控制系統設計為如下圖所示。調節手段是改變減溫水流量。從結構上看，這是一個簡單的單回路控制系統，但是實際系統存在以下問題：鍋爐的進水系統中實際有三臺調節閥，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，將會通過進水交點處壓力P的變化而產生關聯作用。
■除氧器控制系統
除氧器控制系統包括除氧器壓力和液位兩個控制子系統。在35T鍋爐計算機控制系統中，除氧器壓力控制系統和除氧器液位控制系統都設計為單回路PI控制方式。在滿足鍋爐生產的實際要求的前提下，單回路PI控制方式具有結構簡單、容易整定和實現等優點。
對于除氧器壓力系統而言，當除氧器壓力發生變化時，壓力控制系統調節除氧器的進汽閥，改變除氧器的進汽量，從而將除氧器的壓力控制在目標值上；同樣，對于除氧器液位系統，當除氧器液位發生變化時，液位控制系統調節除氧器的進水閥，改變除氧器的進水量，從而將除氧器的液位控制在目標值上。
※軟件系統※
以上控制系統一般由PLC或其它硬件系統完成控制，而在上位計算機中要完成以下功能
■系統功能：
實時準確檢測鍋爐的運行參數：為全面掌握整個系統的運行工況，監控系統將實時監測并采集鍋爐有關的工藝參數、電氣參數、以及設備的運行狀態等。系統具有豐富的圖形庫，通過組態可將鍋爐的設備圖形連同相關的運行參數顯示在畫面上；除此之外，還能將參數以列表或分組等形式顯示出來。
綜合分析及時發出控制指令：監控系統根據監測到的鍋爐運行數據，按照設定好的控制策略，發出控制指令，調節鍋爐系統設備的運行，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 鍋爐系統安全、可正常地運行，監控系統將根據所監測的參數進行故障診斷，一旦發生故障，監控系統將及時在操作員屏幕上顯示報警點。報警相關的顯示功能使用戶定義的顯示畫面與每個點聯系起來，這樣，當報警發生時，操作員可立即訪問該報警點的詳細信息和按照所推薦采取的應急措施進行處理。
歷史記錄運行參數：監控系統的實時數據庫將維護鍋爐運行參數的歷史記錄，另外監控系統還。設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。歷史記錄的數據根據操作人員的要求，系統可以顯示為瞬時值，也可以為某一段時間內的平均值。歷史記錄的數據可有多種顯示方式，例如曲線、特定圖形、報表等顯示方式；此外歷史記錄的數據還可以由以網絡為基礎的多種應用軟件所應用。
計算運行參數：鍋爐運行的某些運行參數不能夠直接測量，如年運行負荷量、蒸汽耗量、補水量、冷凝水返回量、設備的累積運行時間等。監控系統提供了豐富的標準處理算法，根據所測得的運行參數，將這些導出量計算出來。
■實施方式
MCGS組態軟件集控制技術、人機界面技術、圖形技術、數據庫、通訊技術于一體。其包括動態顯示、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，即可生成需要的應用軟件。
建立數據庫：監控組態的工作首先是建立實時數據庫，其前提是在完成連續控制圖、梯形邏輯圖的設計后，將相關的回路點、信號點、寄存器點、報警點等點名存入實時數據庫。
界面組態：其中最重要的是流程圖畫面設計，用ACTIVE圖庫提供的繪圖工具和豐富的圖形等元素，來形成特定的人機界面。每臺鍋爐設計有9個操作畫面`，具體是：鍋爐本體流程圖、調節系統畫面、參數顯示畫面、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、設定參數畫面。
報警組態：按工藝要求定義各報警點，并設置報警點的高低限，越限時會在報警總貌畫面顯示并發出聲光信號。
報表組態：按工藝要求制作的班報表及月報表，即利用DDE方式將實時數據庫的資料輸出到EXCEL中生成報表數據，并進行相關的鏈接及設定打印時間，班報表自動打印，而月報表是人工操作打印。
歷史趨勢組態：用軟件定義、采集、顯示汽包水位、汽包壓力、蒸汽流量、爐膛負壓等重要參數的歷史趨勢數據，必要時可打印。
登錄及權限組態：
操作員層：只能對設定好的畫面進行切換、操作和監視，無權更改參數及退出和最小化系統。
工程師層：客隊系統進行組態，參數設置、退出系統。
管理員層: 最高權限，可進行一切操作。
運行中可在監控站上對控制器參數進行設定、修改，但為保證系統安全，進入設定參數、歷史數據查詢、月報表制作等內容時，須輸入密碼后才能進入各畫面進行操作。
菜單組態：所有換面的切換按鈕、打印功能按鈕、系統登錄退出按鈕、幫助按鈕、系統時鐘、操作員權限顯示等功能按鈕。 |
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