摘 要：文章通過采用PLC控制鍋爐運行過程，結合WINCC進行控制界面的組態(tài)與設計，討論了通過操作計算機控制管理系統(tǒng)，降低了工人的勞動強度，提高熱效率，減少煤炭、電力消費，操作方便，便于生產(chǎn)管理，保證鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的運行。

關鍵詞：鍋爐；PLC；系統(tǒng)

1 概述

目前我國大部分行業(yè)都使用了鍋爐，這部分鍋爐的煤炭消費量大約占到了中國原煤產(chǎn)量的三分之一。絕大多數(shù)的鍋爐熱效率很低，一般只能達到百分之六七十，而且煤炭的燃燒導致嚴重的環(huán)境污染。傳統(tǒng)鍋爐主要是控制繼電器來控制。繼電器部分控制系統(tǒng)是由按鈕、限位開關、行程開關、傳感器等組成，用于向控制系統(tǒng)輸入控制信號。它的功用是只局限于一些控制，定時，計數(shù)和簡單的控制。一旦動作序列或生產(chǎn)過程中發(fā)生變化，就必須進行重新設計布局，組裝和調(diào)試。顯然，這個系統(tǒng)不能完全滿足生產(chǎn)工藝要求。

我國在實行改革開放以來，鍋爐越來越多地被運用到發(fā)電、煉油、化工等行業(yè)中，這也使得我國成為世界上運用工業(yè)鍋爐最多的國家，國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國不斷引進國外許多先進的技術、新產(chǎn)品，使用高效率鍋爐，節(jié)能降耗和污染防治的產(chǎn)品也逐漸涌現(xiàn)。但是有相當一部分的鍋爐甚至還在使用繼電器來完成控制，燃煤鍋爐的控制水平與國外還存在較大差距。

2 一般鍋爐設備流程

常見鍋爐設備流程如圖1所示。在鍋爐運行的過程中，空氣和燃料按照一定的比例送入爐膛燃燒，產(chǎn)生的熱量經(jīng)過蒸發(fā)設備產(chǎn)生具有一定溫度和壓力的飽和蒸汽，供給用戶，燃料燃燒的過程當中產(chǎn)生的高溫煙氣通過過熱器，將飽和蒸氣加熱為過熱蒸氣；然后通過省煤器預熱鍋爐給水，通過空氣預熱器預熱鍋爐風，經(jīng)引風機煙囪排入大氣。每經(jīng)過一個環(huán)節(jié)，蒸氣的溫度都會有所下降，使燃燒的熱能得到充分利用。

3 鍋爐設備的控制系統(tǒng)

從圖1工藝流程可以看出，鍋爐的控制系統(tǒng)相當復雜，鍋爐控制系統(tǒng)的主要參數(shù)包括了汽包水位、爐膛負壓、過熱蒸氣壓力和溫度等等。每一個參數(shù)控制不好都會影響到鍋爐的安全性能，為了很好的分析問題，工程上主要把控制系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)。（1）汽包水位控制系統(tǒng)：該控制系統(tǒng)的主要作用是讓給水量與鍋爐蒸發(fā)量維持在一個合理的值。如果控制不到位，汽包水位太高，影響汽水分離效果，使蒸氣帶液，過熱器結垢，影響過熱器效率，如果帶液氣體進入汽輪機，將會毀壞汽輪機葉片。如果水位太低，會破壞水循環(huán)而毀壞鍋爐，甚至導致鍋爐爆炸。（2）燃料控制系統(tǒng)：燃料控制系統(tǒng)的主要任務包括保持鍋爐輸出蒸氣壓力穩(wěn)定，輸出符合要求的蒸氣，同樣，任何燃料的燃燒我們都必須考慮其經(jīng)濟性，要嚴格控制送風量和燃料量的比例，再經(jīng)過送風量和排煙量維持爐膛負壓的穩(wěn)定。負壓的大小對節(jié)能影響很大，負壓過大，被煙氣帶走的熱量多，熱損失增大。負壓太小或出現(xiàn)正壓，則會燒烤爐墻，嚴重時可能向外噴火噴煙，影響工作人員的安全，所以應該維持爐膛負壓恒定，一般在（-20Pa～-50Pa）之間，以保證鍋爐安全運行。（3）過熱蒸氣溫度控制系統(tǒng)：過熱蒸氣控制系統(tǒng)就是要將過熱器出口蒸氣溫度維持在一個合理的范圍內(nèi)，過熱蒸氣溫度的偏差不允許超過設定值的±5℃，溫度太高會損壞機器，溫度太低會影響機組的熱效率。

鍋爐控制系統(tǒng)的控制要求主要是運用PLC和WinCC軟件對鍋爐汽包液位進行采集、顯示和PID調(diào)節(jié)以了解汽包內(nèi)是否汽水平衡、鍋爐的蒸汽流量、空氣流量、進水流量、煤氣流量的采集、顯示和PID調(diào)節(jié)；爐膛負壓的采集、顯示和調(diào)節(jié)，鍋爐的蒸汽氣壓、煤氣氣壓的采集、顯示和PID調(diào)節(jié)來了解氣壓是否在安全的狀態(tài)，防止發(fā)生由于氣壓過大而導致鍋爐設備爆炸的安全事故；并且還包括對鍋爐內(nèi)膽的溫度進行采集、顯示來了解內(nèi)膽的溫度是否達到標準，水溫是否符合要求。

4 鍋爐設備I/O現(xiàn)場控制結構

以德國西門子公司的S7-300PLC作為現(xiàn)場工作站，通過多通道I/O模塊完成現(xiàn)場控制、監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。I/O站完成整個鍋爐運行的實施監(jiān)控，為了確保系統(tǒng)的可靠性，主控卡件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡為冗余配置。S7-300系列產(chǎn)品，采用STEP7軟件編程，負責數(shù)據(jù)采集、運算、監(jiān)測，總體配置如下：備有SM331-8路模擬量輸入卡6個；SM332-4路模擬量輸出卡1個；SM321-16路繼電器輸入卡1個；SM322-16路繼電器輸出卡1個?？偣矒碛蠥I輸入信號48個；AO輸出信號4個；DI輸入信號16個；DO輸出信號16個。鍋爐設備I/O現(xiàn)場控制結構如圖2所示。

系統(tǒng)采集傳感器信號及設備工作情況，并通過預先編制的PLC程序起?，F(xiàn)場設備；在監(jiān)控軟件WinCC上實時顯示現(xiàn)場設備的情況，它集監(jiān)控、管理和操作與一身，極大地提高自動化水平，工作人員可以從WinCC上了解設備的運行情況并及時地掌握各種參數(shù)的變化情況。現(xiàn)場各個監(jiān)控點的物理參數(shù)，由相應的傳感器或變送器檢測出來并轉(zhuǎn)變?yōu)?～20mA的電流信號，而后發(fā)送到對應PLC內(nèi)，PLC經(jīng)過各類模塊接口采樣信號，通過模擬量轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，和現(xiàn)場正常工作設定值比較用于邏輯控制單元，最后和數(shù)字量一同控制設備驅(qū)動，完成控制要求。

5 結束語

基于PLC及WinCC的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，主要原理建立在過程控制和所學PLC和WinCC知識的基礎上，使用STEP7對鍋爐系統(tǒng)控制程序編程，使用WinCC組態(tài)軟件組態(tài)鍋爐工藝的監(jiān)控界面，可以完成變量組態(tài)，對象動態(tài)設計，安全報警的設計。經(jīng)過多次調(diào)試可以完成相應的控制功能，實現(xiàn)在PLC和WinCC之間的通訊連接。

參考文獻

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作者簡介：楊偉才（1977-），男，漢族，江蘇淮安人，研究生，工程師，主要從事企業(yè)化學安全方面的技術工作。