【摘要】鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要的動力設(shè)備。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽，既可以作為風(fēng)機、壓縮機、大型泵類的驅(qū)動透平的動力源，又可作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥和蒸發(fā)等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)設(shè)備的不斷創(chuàng)新，作為全廠動力和熱源的鍋爐，亦向著大容量、高參數(shù)、高效率發(fā)展。為了確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)就顯得愈加重要。本文分析了PLC鍋爐供熱控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】PLC；鍋爐；控制系統(tǒng)

1.緒論

鍋爐實現(xiàn)自動控制是一個急待解決的問題。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計一臺IOT/h的鍋爐，若能提高效率1%，每年就能節(jié)省煤200噸左右，約合人民幣50000多元，經(jīng)濟效益是很明顯的。又如對燃煤鍋爐進行改進，實行自動控制，在不需要人工干預(yù)的情況下，隨時調(diào)整給水量、燃料量、送風(fēng)量及引風(fēng)量，維持水位、蒸汽壓力、蒸汽溫度及負(fù)壓的恒定，就有可能將鍋爐的熱效率提高5%以上。另外，使鍋爐達到經(jīng)濟燃燒狀態(tài)，還可以減少煙氣中的含塵量，減少空氣污染。

2.PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用

鍋爐蒸汽是主要動力，對生產(chǎn)及安全至關(guān)重要。通常要求爐膛負(fù)壓保持在某一基本負(fù)壓范圍內(nèi)，如果爐膛負(fù)壓過大，既增加引風(fēng)機的電耗，又會造成爐內(nèi)燃料的浪費 ；如果爐膛負(fù)壓過小，不但影響燃料的充分燃燒，進而影響到鍋爐蒸汽的質(zhì)量，還會危及設(shè)備和操作人員的安全。近年來， PLC的控制功能不斷增強，特別是由PLC構(gòu)成的系統(tǒng)具有抗干擾能力強、對電源質(zhì)量要求低、控制可靠及響應(yīng)靈敏等優(yōu)點，使PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用更加廣泛。我們采用PLC與變頻器結(jié)合實施對鍋爐引風(fēng)機和鼓風(fēng)機的控制，節(jié)能效果非常明顯，提高了工廠的自動化水平。

2.1燃?xì)忮仩t控制要求

鍋爐系統(tǒng)主要包括：蒸汽系統(tǒng)，軟化水處理系統(tǒng)，給水系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)，排污系統(tǒng)，凝結(jié)水系統(tǒng)，疏水系統(tǒng)等。燃料由工藝系統(tǒng)送來，給煤機送至爐膛?？諝庥晒娘L(fēng)機經(jīng)預(yù)熱器從鍋爐低部送入爐膛，維持煤物料硫化并提供燃燒所需氧量。煙氣由引風(fēng)機經(jīng)后部煙道引出除塵后，送進煙囪，排入大氣。原來鼓風(fēng)機和引風(fēng)機的風(fēng)量分別由其出風(fēng)口檔板控制，人工操作。鼓風(fēng)機、引風(fēng)機一旦啟動均滿負(fù)荷運行，操作不便，且風(fēng)余量大，極大浪費能源。我們采用PLC和變頻器構(gòu)成自動控制系統(tǒng)，控制鼓風(fēng)機和引風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)鼓風(fēng)機、引風(fēng)機的自動起停及緊急停機；根據(jù)爐膛負(fù)壓和煙氣氧量實現(xiàn)鼓風(fēng)機、引風(fēng)機的變頻調(diào)速運行；實現(xiàn)鍋爐本體排空閥、緊急疏水閥、出口蒸汽閥的自動控制；能及時調(diào)節(jié)汽包水位、主蒸汽溫度、爐膛負(fù)壓、煙氣含氧量。

2.2控制方案

2.2.1控制系統(tǒng)組成

根據(jù)控制要求，爐膛負(fù)壓是一個重要的參數(shù)，負(fù)壓過大，則漏風(fēng)嚴(yán)重，總的風(fēng)量增加，煙氣熱量損失增大，同時引風(fēng)機的電耗增加，不利于經(jīng)濟燃燒；負(fù)壓偏正，爐膛要向外噴火，不利安全生產(chǎn)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)引風(fēng)機和鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速，控制進出爐膛的風(fēng)量，使?fàn)t膛負(fù)壓維持在-100～0Pa之間?？刂葡到y(tǒng)由PLC 和變頻器組成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，保留了擋板手動控制系統(tǒng)。我們選擇歐姆龍公司的可編程控制器CPM1A-30CDR-A，該產(chǎn)品抗干擾能力強，適用于工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境；編程簡單，易于使用；擴展功能強，本身具有18路輸入和12路輸出，最高可擴展到100 點；精度高，多量程的A/D和D/A模塊用于反饋控制。基本指令處理時間為0.72μs，平均無故障時間達30萬小時。與控制主機配套，我們采用兩塊歐姆龍公司的PM1A-MAD02-CH為模以量擴展模塊，該模塊有4 路輸入和1 路輸出，一個模塊用于爐膛負(fù)壓模擬量控制的輸入與輸出，另一個模塊用于煙氣氧量控制的輸入與輸出。

2.2.2系統(tǒng)控制原理

爐膛氧量變送器通過PLC輸出（4～20mA）信號作為鼓風(fēng)機變頻器模入信號，控制鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速范圍4mA→0rpm；20mA→全速rpm，變頻器不作PID調(diào)節(jié)，只做速度控制。爐膛負(fù)壓檢測量通過PLC輸出信號作為引風(fēng)機變頻器的模入信號控制引風(fēng)機轉(zhuǎn)速。當(dāng)自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，變頻器模入信號通過電位器手動給定，排除故障后恢復(fù)為自動控制方式。這種方式控制簡單，操作方便，可靠性高。該控制系統(tǒng)考慮了連鎖保護，一旦鼓風(fēng)機或引風(fēng)機停機，或者變頻器出現(xiàn)故障，既報綜合故障信號， PLC立即實現(xiàn)連鎖，鍋爐系統(tǒng)停爐，保證鍋爐安全。如果因鍋爐汽包液位低、爐膛負(fù)壓超高或超低、爐膛熄火等原因引起PLC連鎖，PLC立即輸出信號使引風(fēng)機和鼓風(fēng)機停機。為保證鍋爐安全運行，要求PLC控制程序設(shè)計為先啟動引風(fēng)機，2分鐘后才能啟動鼓風(fēng)機；停機時，必須先停鼓風(fēng)機，5分鐘后才能停引風(fēng)機；引風(fēng)機因故障而停機時，必須立即停止鼓風(fēng)機。若變頻器有故障時，可以轉(zhuǎn)入手動控制，工頻運行，故障排除后，恢復(fù)為變頻運行，從而更有效地保證鍋爐的安全運行。

2.3應(yīng)用效果

該控制系統(tǒng)用于蒲白矸石電廠3#鍋爐，鍋爐型號PD45-3.82/450，蒸發(fā)量為45t/h，以前采用檔板調(diào)節(jié)風(fēng)量時，大多數(shù)時間風(fēng)門開度只有60%左右，節(jié)流、渦流損失很大，直接反映為電動機能耗高，經(jīng)濟性差。采用PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)后，工作頻率顯示在35～40Hz，系統(tǒng)投運一個月的情況統(tǒng)計顯示，平均日節(jié)電200kW·h 左右，節(jié)電率達40%，降耗明顯；系統(tǒng)采用軟啟動方式，使電動機啟動電流大幅下降，減少了廠用電壓的波動，減少了空氣開關(guān)觸頭、操作機構(gòu)的維修費用；變頻器的應(yīng)用使電動機長期處于低速運行狀態(tài)，電動機、風(fēng)機的軸承磨損和機組振動大為減少。對于中小型熱電廠，近年來受電網(wǎng)調(diào)控的限制，有的機組經(jīng)常處于低負(fù)荷運行，廠用電率普遍較高，采用PLC和變頻器組成自動控制系統(tǒng)對鍋爐風(fēng)機實施控制，能保證鍋爐處于良好的運行狀態(tài)，節(jié)能降耗非常明顯，控制可靠，操作方便，提高了鍋爐操作的安全性，且對原有系統(tǒng)的改造工作量不大，投資小，回報高，經(jīng)濟效益明顯。

3.PLC和變頻技術(shù)的應(yīng)用

近年來， 出于節(jié)能的迫切需要和對供暖質(zhì)量不斷提高的要求， 加之采用變頻調(diào)速器（ 簡稱變頻器） 易操作、免維護、控制精度高， 并可以實現(xiàn)高功能化等特點， 因而采用變頻器驅(qū)動的方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。用變頻器來對異步交流電動機調(diào)速， 是八十年代末迅速發(fā)展成熟的一項高新技術(shù)。它的優(yōu)點是： 調(diào)速的機械特性好， 調(diào)速范圍廣， 調(diào)整特性曲線平滑， 可以實現(xiàn)連續(xù)、平穩(wěn)的調(diào)速， 尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機、水泵等大容量負(fù)載時， 可獲得顯著的節(jié)能效果。

4.結(jié)論

（1）由于自動化技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)對于系統(tǒng)技術(shù)條件要求越來越嚴(yán)格，控制參數(shù)要求越來越精確，然而對于工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)這樣一個大慣性、大滯后、復(fù)雜的多輸入多輸出耦合控制系統(tǒng)而言，為了達到更高的精度要求，急需尋找更先進的控制算法。（2）對于燃煤工業(yè)鍋爐來說，由于煤質(zhì)、煤種的變化，難以使燃燒過程達到最佳優(yōu)化狀態(tài)。在后續(xù)工作中可以應(yīng)用一些參數(shù)自整定和優(yōu)化過渡過程等方法進行燃燒的尋優(yōu)控制。（3）隨著工業(yè)鍋爐系統(tǒng)規(guī)模的擴大，有必要加入一些故障自診斷功能，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。例如現(xiàn)場控制層的信號故障診斷、顯示操作層的誤操作診斷和信號管理層的信息故障診斷等。

【參考文獻】

[1]趙欽新.工業(yè)鍋爐安全經(jīng)濟運行.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.2.