潘應(yīng)仲

（淮南煤炭勘察設(shè)計(jì)院，安徽淮南232001）

近年來，在我國(guó)采煤工藝不斷發(fā)展、煤礦產(chǎn)量大幅提高的情況下，年產(chǎn)量在千萬噸左右的現(xiàn)代化大型煤礦不斷建成。作為煤礦企業(yè)一個(gè)很重要車間場(chǎng)所的鍋爐房，其運(yùn)行的可靠性和安全性，直接關(guān)系著全礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。但由于大多數(shù)煤礦均地處偏僻，工況惡劣、水堿大、供熱時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，對(duì)供熱系統(tǒng)的要求極高。傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)由于抗干擾能力弱、可靠性差及人力工作量大，難以滿足大型鍋爐的控制要求。而可編程邏輯控制器（PLC）的抗干擾能力強(qiáng)、精度高與可靠性好的特點(diǎn)，在煤礦鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用具有諸多優(yōu)點(diǎn)。

1 硬件系統(tǒng)組成

（1）鍋爐本體設(shè)備?；茨系V業(yè)集團(tuán)潘北煤礦是一家現(xiàn)代化大型煤礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為400萬t/年。該礦鍋爐房目前安裝有2臺(tái)10 t蒸汽鍋爐和2臺(tái)4 t蒸汽鍋爐，型號(hào)分別為DZL10－1.25－AI和SZL4－1.25－AII。

（2）鍋爐房公共設(shè)備。主要有給水泵、水處理裝置、引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、鍋爐本體控制臺(tái)、鼓引風(fēng)變頻柜、鍋爐給水變頻柜、鍋爐系統(tǒng)檢測(cè)器件等。

（3）控制系統(tǒng)硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)硬件主要由兩大部分組成，一是可編程邏輯控制器，即下位機(jī)；二是操作站，即上位機(jī)。

每臺(tái)鍋爐配備1臺(tái)操作站（上位機(jī)），公共設(shè)備單配1臺(tái)操作站；2臺(tái)10 t鍋爐共用2套PLC，相互之間互為冗余備用；2臺(tái)4 t鍋爐共用2套PLC，之間也互為冗余備用；另外給公共設(shè)備單配1臺(tái)PLC。

在本鍋爐控制系統(tǒng)中，下位機(jī)使用美國(guó)AB公司Control-Logix5000系列PLC，其顯著優(yōu)點(diǎn)是先進(jìn)的系統(tǒng)構(gòu)建理念，高性能的硬件，以及功能強(qiáng)大的軟件，而組成的一個(gè)可實(shí)現(xiàn)多種性質(zhì)控制任務(wù)的復(fù)雜多任務(wù)控制平臺(tái)，能夠提供單一的集成化控制架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)離散、傳動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、過程控制任務(wù)。

上位機(jī)采用DELL商用機(jī)（配置為：PIV 2.06G 512 M 80G 52 X光驅(qū)）。

控制系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 鍋爐房計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2 軟件配置

上位機(jī)操作系統(tǒng)為Windows 2000，監(jiān)控組態(tài)軟件采用RSView7.20。此組態(tài)軟件能夠支持多種通訊方式和通訊協(xié)議，使系統(tǒng)具有良好的開放性，易于升級(jí)和開發(fā)。同時(shí)能夠提供強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)接口。RSView建立了象DDE、OLE等在Windows程序間交換數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)接口。

3 通訊方式

上位機(jī)和下位機(jī)之間采用適用于分散型控制系統(tǒng)的Ethnet/IP通訊。該通訊方式具有快速的通訊響應(yīng)時(shí)間。數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到為12Mbit/s。傳輸媒介采用5類雙絞線，具有較高的抗干擾特性。

4 控制系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鍋爐主汽溫度、壓力、爐膛溫度、負(fù)壓、排煙溫度、煙壓，給水壓力、汽包水位、給水流量、蒸汽流量以及中間水箱、軟化水箱、除氧水箱水位等有關(guān)參數(shù)。

（2）鍋爐在自動(dòng)控制時(shí)，由PLC控制，嚴(yán)格按控制程序進(jìn)行，并對(duì)鍋爐正常切換和故障切換進(jìn)行控制和操作指導(dǎo)。鍋爐在自動(dòng)運(yùn)行條件下執(zhí)行PID自調(diào)節(jié)。

（3）在操作站顯示鍋爐燃燒及汽水系統(tǒng)動(dòng)態(tài)流程圖、鍋爐輔機(jī)以及其他公用設(shè)備控制流程圖、供電系統(tǒng)圖、工藝參數(shù)表、電氣參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（工作、停止、故障）以及報(bào)警參數(shù)表等。

（4）對(duì)于重要的工藝參數(shù)如爐膛負(fù)壓和溫度、汽包水位、主汽溫度和壓力、蒸汽流量和給水流量、排煙溫度等自動(dòng)建立數(shù)據(jù)庫(kù)。

（5）按預(yù)先編制的控制程序，對(duì)鍋爐輔機(jī)以及其他公用設(shè)備進(jìn)行控制和操作指導(dǎo)。

（6）當(dāng)鍋爐發(fā)生故障時(shí)，利用運(yùn)行記錄的曲線對(duì)故障進(jìn)行分析和判斷。同時(shí)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、修改，使系統(tǒng)可在線運(yùn)行、在線修改，維護(hù)極為方便。

（7）與礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)：將鍋爐房各設(shè)備運(yùn)行的狀況和有關(guān)的熱工參數(shù)通過以太網(wǎng)實(shí)時(shí)地傳送至礦井調(diào)度中心。

5 控制方式

（1）鍋爐運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視，主要參數(shù)單獨(dú)儀表顯示在操作臺(tái)上。

（2）次要數(shù)據(jù)采用巡檢的方式顯示，鼓風(fēng)、引風(fēng)、爐排實(shí)行遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)節(jié)。

（3）給水控制回路實(shí)行PID自動(dòng)運(yùn)行，手/自動(dòng)無擾動(dòng)切換。

（4）汽包水位、汽包壓力參數(shù)參與報(bào)警連鎖停爐控制；給水流量、蒸汽流量能顯示瞬時(shí)值和累計(jì)值。

（5）鍋爐水處理系統(tǒng)及輔助設(shè)備設(shè)一套控制器，對(duì)給水壓力實(shí)行行遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)節(jié)。

（6）對(duì)蒸汽母管壓力、流量進(jìn)行顯示、累計(jì)；除氧水箱、中間水箱、軟水箱進(jìn)行顯示、報(bào)警；所有的輔助設(shè)備啟停和運(yùn)行顯示。

6 鍋爐系統(tǒng)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)控制方案

（1）汽包水位三沖量控制。汽包水位的穩(wěn)定，影響到鍋爐安全、高效、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)方面，所以必須采取行之有效的方法，來控制汽包水位的穩(wěn)定。三沖量控制是最優(yōu)化的控制方式，反映了給水量與供汽量的動(dòng)態(tài)變化，屬于典型的串級(jí)加前饋控制方式。給水流量，作為副調(diào)回路，克服給水流量變化擾動(dòng)；汽包水位，作為主調(diào)回路；蒸汽流量，作為前饋量克服虛假水位現(xiàn)象，使水位達(dá)到很高的控制精度。本系統(tǒng)應(yīng)用串級(jí)前饋三沖量控制算法，在鍋爐負(fù)荷平穩(wěn)的情況下，控制穩(wěn)態(tài)誤差≤±10 mm?？刂圃砣鐖D2。

（2）恒壓供水控制。由于礦用鍋爐用汽量非常不平衡，高峰和低谷供汽流量差異很大，所以本鍋爐系統(tǒng)在供水環(huán)節(jié)采用1臺(tái)變頻泵，對(duì)供水壓力進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，使供水壓力隨供汽壓力大小波動(dòng)。

圖2 鍋爐汽包水位三沖量控制框圖

（3）汽壓-燃燒調(diào)節(jié)。蒸汽壓力通過調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)量實(shí)現(xiàn)控制要求，所以在構(gòu)建主汽壓力-燃燒控制方案時(shí)，將汽壓力檢測(cè)值和設(shè)定值經(jīng)過比較，其偏差作為控制器的輸入信號(hào)，控制器進(jìn)行PID運(yùn)算后，控制鼓風(fēng)變頻器頻率和爐排轉(zhuǎn)速。為了壓力的穩(wěn)定，系統(tǒng)引入蒸汽流量作為前饋信號(hào)，更為及時(shí)操縱爐排和變頻器?？刂圃砣鐖D3。

圖3 控制原理圖

7 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用證明，由PLC控制技術(shù)結(jié)合變頻傳動(dòng)技術(shù)構(gòu)成的大型鍋爐控制系統(tǒng)，具有控制精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、計(jì)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，確保鍋爐系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，特別在現(xiàn)代化大型煤礦鍋爐控制系統(tǒng)中，其安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性都具有更優(yōu)越的特點(diǎn)。

[1]朱傳標(biāo).工業(yè)鍋爐技術(shù)基礎(chǔ)[M].上海：上海遠(yuǎn)東出版社，1996.

[2]任永華.工業(yè)控制的以太網(wǎng)通信系統(tǒng)研究及實(shí)現(xiàn)[D].杭州：浙江大學(xué)，2002.

[3]姚若玉.基于模糊控制理論的鍋爐燃燒系統(tǒng)控制[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2003.