控制系統在電廠及鍋爐領域中的應用

一、鍋爐自動控制系統簡介：
鍋爐計算機自動控制系統是近年來應用廣泛并逐漸成為市場主流的一項新技術，它是集計算機軟硬件技術、自動控制技術、鍋爐節能環保技術等幾項技術緊密結合的產物。我國現有中、小型鍋爐30多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產量的1/3以上，目前大多數工業鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環境污染嚴重、簡單粗放運行的生產狀態。提高鍋爐運行熱效率、進行自動化和節能環保改造于鍋爐自動控制系統是一件具有深遠意義的工作。
鍋爐計算機自動控制系統一般由一次儀表、現場遠程變送單元、計算機控制中心、二次顯示單元及智能電氣執行機構等幾部分組成。遠程變送單元將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、液位等現場量轉換成標準電壓或電流信號送入控制中心或現場過程控制單元，并由控制中心發出控制指令經電氣執行機構進行自動控制。控制中心對整個鍋爐的運行進行監測、報警、控制以保證鍋爐正常可靠地運行。除此以外為保證鍋爐運行的安全，在進行鍋爐自動控制系統設計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力、爐膛負壓等重要參數設置常規儀表及報警裝置，以保證這些參數有雙重甚至三重顯示及報警裝置，避免鍋爐重大事故的發生。
鍋爐控制系統一般包含有水位、燃燒和爐膛負壓等控制分系統。
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。系統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，在實際應用中可根據情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙沖量或水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統。下圖為汽包水位控制系統原理示意圖：
燃燒控制系統實質上是能量平衡系統。它以蒸汽壓力作為能量平衡指標，量出而入不斷根據用汽量與壓力的變化成比例地調整燃料量與送風量，同時保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用，其中保持合適的“空燃比”是一個重要因素。“空燃比”是指燃燒中空氣量與燃燒量的比值系數。下圖為燃燒控制系統原理示意圖：
爐膛負壓控制系統是使進出爐膛的空氣量維持平衡的控制系統。它一般以爐膛壓力作為空氣量平衡與否的控制指標，通過調整排向大氣的引風量達到空氣量進出的平衡。為提高控制系統品質，一般以送風量作為前饋量構成前饋－反饋控制系統。
下圖為鍋爐計算機自動控制系統的原理示意框圖：
二、鍋爐自動控制系統應用：
計算機自動控制系統在鍋爐上的應用范圍包括：
※燃料處理系統 ※灰燼處理/粉塵排放系統
※吹灰器系統 ※模擬和順序控制系統
※數據采集系統 ※煙氣脫硫系統
※空氣質量控制系統 ※風機系統優化
※水/廢水處理系統 ※燃燒器管理和燃燒控制
我公司針對鍋爐的工藝及控制特點以及工業計算機控制系統的發展趨勢開發了工業觸摸屏式鍋爐自動控制系統。該系統由工業觸摸屏人機界面、可編程控制器、變頻器、變送器、傳感器、數字顯示儀表、聲光報警裝置、操作臺及控制柜等組成。該系統具有顯示界面清晰直觀、操作簡便（只需觸摸控制，無需使用鍵盤和鼠標，界面全漢化）、可靠性高（人機界面和可編程控制器的工作可靠性遠高于按鈕、指示燈、顯示儀表和接觸器等設備；變頻器可大大延長電機使用壽命并提供全面安全的電氣保護）、抗干擾性能強、減少工人勞動強度、維護簡便等優點。
觸摸屏可通過與PLC通訊顯示并控制鍋爐各種運行參數和根據現場的實際需要編制的多種系統彩色監示畫面。人機界面可根據鍋爐現場的實際情況和用戶的要求設定位狀態指示燈、多狀態指示燈、位狀態設定、多狀態設定、位狀態切換開關、多狀態切換開關、各種功能鍵、移動圖形、動畫、數值輸入、數值顯示、文本輸入、文本顯示、參數棒狀圖、仿真儀表、直接窗口、間接窗口、報警信息登錄、報警顯示、系統趨勢圖、系統信息、PLC控制、與PLC數據傳輸、操作事件登錄、事件顯示等功能。人機界面可在外部計算機上進行程序編制和系統功能測試后再下載到觸摸屏界面上從而實現真正意義上的離線開發方式。
可編程控制器—PLC具有可靠性高、處理數據速度快、抗干擾性能強、內含多種運算及處理模式、可任意增加AI/AO和DI/DO處理模塊、通訊功能全面豐富等優點。PLC分為主機、數字輸入/輸出單元和模擬輸入/輸出單元三部分。它接收：傳感變送單元輸出的反饋信號；系統各電機過載信號；觸摸屏通訊輸出的控制指令等，同時輸出控制鼓風機、引風機、給水泵、循環泵、除渣電機、二次風機等變頻運行或手操工頻運行指令；控制各電動閥門和電動調節閥指令；控制電動執行機構指令；鍋爐各種故障聲光報警信號及控制指令等。可編程控制器存儲系統所有運行程序，如控制室觸摸屏人機界面掉電或出現故障PLC依然可正常無擾運行，真正實現鍋爐運行的雙重保險。