邢慶洋（曲阜師范大學(xué)　工學(xué)院,山東　日照　276826）

基于PLC控制的鍋爐實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

邢慶洋
（曲阜師范大學(xué)工學(xué)院,山東日照276826）

摘要：鍋爐的運(yùn)用隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展日益廣泛，但如何廣泛，高效的進(jìn)行生產(chǎn)也是一個(gè)問(wèn)題，這里主要討論鍋爐的系統(tǒng)控制方案和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為主要討論點(diǎn)，同時(shí)對(duì)鍋爐的現(xiàn)狀，未來(lái)發(fā)展和PLC技術(shù)的融合等方面進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：PLC鍋爐；實(shí)時(shí)監(jiān)控；設(shè)計(jì)

這里通過(guò)PLC技術(shù)運(yùn)用在鍋爐的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中，通過(guò)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理和操作的技術(shù)，使鍋爐系統(tǒng)的進(jìn)行流程化的作業(yè)，其中PLC技術(shù)有著傳統(tǒng)技術(shù)不可替代的優(yōu)勢(shì)。

1　鍋爐的構(gòu)成，現(xiàn)狀以及發(fā)展前景

1.1鍋爐的構(gòu)成

（1）氣鍋：上下鍋爐和沸水管構(gòu)成。外部的煙氣對(duì)水進(jìn)行加熱，從而引發(fā)管簇內(nèi)的自然循環(huán)流動(dòng)，汽化后產(chǎn)生的飽和蒸汽聚集在鍋里，下鍋筒連接著沸水管，同時(shí)也有蓄水的作用。

（2）爐膛：相當(dāng)于燃燒車間，送入的燃料在此燃燒后釋放能量。送入燃燒所需的空氣后，傳送設(shè)備把燃料送入爐膛，經(jīng)過(guò)內(nèi)部燃燒過(guò)后，所剩的灰渣會(huì)被送到除灰口，落入灰斗。整個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，?jīng)過(guò)鍋爐的每個(gè)受熱面，將熱量傳遞給水后，高溫?zé)煔饨?jīng)由煙囪排出。

（3）過(guò)熱器和省煤器：對(duì)爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生的飽和蒸汽進(jìn)行再次加熱的過(guò)熱裝置是過(guò)熱器。在爐膛內(nèi)產(chǎn)生的煙氣中的余熱進(jìn)行再次利用，對(duì)設(shè)備內(nèi)的給水進(jìn)行再次加熱，從而降低排放的煙氣的溫度的加熱器是省煤器。兩裝置都屬于內(nèi)部加熱器

（4）此設(shè)備是爐膛內(nèi)產(chǎn)生的煙氣中的余熱進(jìn)行再次利用，對(duì)設(shè)備內(nèi)的給水進(jìn)行再次加熱，從而降低排放的煙氣的溫度的加熱器。

（5）空氣預(yù)熱裝置：對(duì)離開省煤器的煙氣的余熱進(jìn)行再次利用，對(duì)燃料燃燒時(shí)所需的空氣進(jìn)行加熱處理的換熱裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中，大中型鍋爐一般都設(shè)有空氣預(yù)熱器。

1.2鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的鍋爐設(shè)備主要以繼電器—接觸器來(lái)進(jìn)行控制，其中給水，鼓風(fēng)，引風(fēng)等過(guò)程主要都是以人公手動(dòng)的形式進(jìn)行操作，由輸入電路，輸出電路，控制電路和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)這幾個(gè)部分構(gòu)成。在過(guò)去的生產(chǎn)活動(dòng)中，人公控制是主要的操作手段，但社會(huì)的不斷進(jìn)步后對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模提出了更高的要求，這種老式的控制手段已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)階段對(duì)工藝的高產(chǎn)量，高精確度等要求，此時(shí)改革已是勢(shì)在必行。

1.3 PLC技術(shù)在鍋爐上的發(fā)展前景

經(jīng)濟(jì)角度上來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化控制，能源消耗低，哪個(gè)部分出問(wèn)題直接反應(yīng)在操作系統(tǒng)中，可以減少反復(fù)排查的時(shí)間，降低產(chǎn)品維護(hù)成本。技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)，整個(gè)系統(tǒng)都采用高質(zhì)量和高效率的部件，電子技術(shù)對(duì)其每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精確化控制，優(yōu)化每個(gè)調(diào)節(jié)量。安全性方面來(lái)說(shuō)，整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的各個(gè)部分都能進(jìn)行獨(dú)立的運(yùn)行，在遇到緊急狀況時(shí)可以單獨(dú)停止故障部件進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)人員的安全操作得到了保障。

2　鍋爐系統(tǒng)控制方案

鏈條爐排鍋爐因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)成熟，穩(wěn)定的性能等特點(diǎn)使它在常見的鍋爐設(shè)備中被運(yùn)用的最為廣泛。

2.1鍋爐水位控制方案

在鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中對(duì)鍋爐工作質(zhì)量和生產(chǎn)效率汽包水位起到至關(guān)重要的作用。汽包水位也是鍋爐安全運(yùn)行的前提條件，太低則會(huì)破換鍋爐內(nèi)的水循環(huán)，從而引發(fā)水冷壁管破裂和鍋爐干燒等情況，如果汽包因此影響而受到損壞，還有可能引發(fā)裝置爆炸；同時(shí)水位過(guò)高的話，則汽水混合物不能有效分離，從而蒸汽中會(huì)有“帶水”的現(xiàn)象，會(huì)引發(fā)熱管壁結(jié)垢，長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)會(huì)引發(fā)相關(guān)負(fù)載設(shè)備的損壞。

2.2鍋爐汽包水位控制方案設(shè)計(jì)

三級(jí)沖量控制，雙沖量控制和單沖量控制在此方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中有明顯的控制優(yōu)勢(shì)。在單沖量系統(tǒng)無(wú)法解決的“虛假水位”的問(wèn)題時(shí)，雙沖量可以解決這個(gè)問(wèn)題，但是雙沖量卻在對(duì)調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)補(bǔ)償和給水系統(tǒng)的干擾的問(wèn)題上得不到很好的解決。

3　鍋爐的燃燒控制方案

工業(yè)鍋爐的操作是一個(gè)多輸入和輸出，非線性的一個(gè)操作對(duì)象，當(dāng)某一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化是，其余參數(shù)也會(huì)受到影響而產(chǎn)生變化，每個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系極為復(fù)雜而且還會(huì)相互影響。鍋爐的燃燒過(guò)程中需要注意給煤量的控制，通風(fēng)速率，和爐膛負(fù)壓的及時(shí)監(jiān)控。燃料的用量調(diào)節(jié)蒸汽的壓力，送風(fēng)的快慢控制煙氣的含量，以及引風(fēng)量控制爐膛負(fù)壓。彼此之間精確的用量使設(shè)備能正常運(yùn)行，不僅提高了安全性也提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

鍋爐內(nèi)蒸汽壓是整個(gè)人燃燒過(guò)程的重要參數(shù)之一，其中需要對(duì)給煤量和蒸汽流量進(jìn)行主要觀察和控制，這兩方面是影響蒸汽壓的重要因素。

送風(fēng)量是保證充分燃燒的條件，送風(fēng)量決定了煙氧量，但因?yàn)榭刂频倪^(guò)程中對(duì)煙氧量達(dá)不到及時(shí)調(diào)節(jié)，所以使用煙氣含氧量為主，送風(fēng)量為輔的聯(lián)合控制，結(jié)合送煤量，使燃燒過(guò)程的富氧量出于穩(wěn)定值。

引風(fēng)量的穩(wěn)定決定了爐膛負(fù)壓是否平穩(wěn)，一旦爐內(nèi)燃燒發(fā)生變化則會(huì)影響爐膛負(fù)壓，因此控制引風(fēng)量也是燃燒過(guò)程的一大關(guān)鍵因素。

4　鍋爐的核心控制系統(tǒng)

4.1硬件設(shè)備的選擇

（1）電動(dòng)機(jī)。合適的電動(dòng)機(jī)不僅能對(duì)設(shè)備提高最大供能，同時(shí)對(duì)設(shè)備的零部件安裝，性能設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率都有很大的影響。

（2）變頻器。利用電力半導(dǎo)體的通斷作用實(shí)現(xiàn)將工頻電源轉(zhuǎn)化為另一頻率的電能轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)交流異步電機(jī)的軟起步，變頻，調(diào)速，提高運(yùn)行精度，改變功率因子等方面有巨大作用。

（3）變送器。變送器在接受傳感器的信號(hào)后能迅速轉(zhuǎn)化為控制中心所接收的電信號(hào)。能把非電量輸入轉(zhuǎn)化為電流或電壓信號(hào)，同時(shí)把電信號(hào)傳送給控制中心。同時(shí)，大多的監(jiān)控信號(hào)也都有變送器發(fā)出。

（4）電源。鍋爐控制系統(tǒng)中，除了需要接人二相交流電以外，一此控制器件的電源為DC24V。

（5）PLC。由機(jī)架，I/O模塊，CPU，功能模塊，接口模塊，通信模塊，電源和程序設(shè)計(jì)計(jì)算器組成，可以由CPU或通信模塊與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管理。

4.2軟件的選擇與設(shè)計(jì)

在鍋爐生產(chǎn)的給水的過(guò)程中，采用電動(dòng)機(jī)給水，因?yàn)樵O(shè)備處于長(zhǎng)期高頻率使用環(huán)境，因此容易損壞，需要準(zhǔn)備備用設(shè)備。

燃燒控制的過(guò)程中，需要用變頻器對(duì)給煤機(jī)啟用和用量進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)爐排電機(jī)也需要約變頻器進(jìn)行結(jié)合。

在鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，需要防止設(shè)備過(guò)熱的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程，產(chǎn)生危險(xiǎn)，需要溫水進(jìn)行實(shí)時(shí)降溫，保證機(jī)械的正常負(fù)載運(yùn)行。

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鍋爐生產(chǎn)中的監(jiān)控控制系統(tǒng)的實(shí)際分析，明確了PLC技術(shù)在鍋爐的生產(chǎn)過(guò)程中，有著傳統(tǒng)生產(chǎn)方式無(wú)法取代的優(yōu)點(diǎn)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步相信不久的將來(lái)工業(yè)化生產(chǎn)會(huì)得到更優(yōu)良的改善。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒丹丹.基于11.c鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)研究[M].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué),2010(04).

[2]歐陽(yáng)源敏,丁維明.鍋爐實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].能源研究與利用,2011(09).

[3]楊寧，趙玉剛集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線2版[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2013(02).