鍋爐是全廠(chǎng)重要的動(dòng)力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定的蒸汽，以滿(mǎn)足負(fù)荷的需要。為此，鍋爐生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)主要參數(shù)都必須嚴(yán)格控制。鍋爐設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象，主要輸入變量是負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)量。主要輸出變量包括汽包水位、過(guò)熱蒸汽溫度及壓力、煙氣氧量和爐膛負(fù)壓等。因此鍋爐是一個(gè)多輸入、多輸出且相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜控制對(duì)象。

二、改造要求

1、拆除鍋爐主控制室的原有兩臺(tái)低配置的工控機(jī)和附屬板卡，采用變頻設(shè)備及PLC和相關(guān)軟件，組成PLC的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)35噸鍋爐運(yùn)行狀態(tài)、各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)視和汽包水位的自動(dòng)控制。

2、本次改造在控制方面暫止要求實(shí)現(xiàn)汽包水位自動(dòng)控制，但要求在PLC預(yù)留鍋爐自動(dòng)燃燒控制的全套程序，以利于在條件成熟時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)燃燒控制。

3、系統(tǒng)模式為：PLC可編程控制器。

三、系統(tǒng)配置

可編程控制器PLC

采用德國(guó)西門(mén)子的S7-300系列可編程控制器內(nèi)置PID模塊，32K存儲(chǔ)器，I/O能擴(kuò)展到2048點(diǎn)

文本操作面板

變頻設(shè)備系統(tǒng)

四、控制方案設(shè)計(jì)

◆鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)

汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，水位過(guò)高，會(huì)破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水增多，增加在管壁上的結(jié)垢和影響蒸汽質(zhì)量。水位過(guò)低，則會(huì)破壞水循環(huán)，引起水冷壁管的破裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成干鍋，損壞汽包。所以其值過(guò)高過(guò)低都可能造成重大事故。它的被調(diào)量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過(guò)對(duì)給水流量的調(diào)節(jié),使汽包內(nèi)部的物料達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，變化在允許范圍之內(nèi)，由于鍋爐汽包水位對(duì)蒸氣流量和給水流量變化的響應(yīng)呈積極特性。但是在負(fù)荷（蒸氣流量）急劇增加時(shí)，表現(xiàn)卻為"逆響應(yīng)特性"，即所謂的"虛假水位"，造成這一原因是由于負(fù)荷增加時(shí)，導(dǎo)致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點(diǎn)溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標(biāo)，通過(guò)調(diào)整進(jìn)水量的多少來(lái)達(dá)到進(jìn)出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線(xiàn)附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個(gè)設(shè)有自平衡能力的被控對(duì)象，運(yùn)行中存在虛假水位現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙重量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。

控制目標(biāo)值：（汽包水位均勻量為：±220，水位控制在中間值，偏差≤±10）

1、在操作界面上利用文本實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵啟停的控制。

2、在儀表盤(pán)上使用原有的變頻設(shè)備系統(tǒng)對(duì)水泵進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。

系統(tǒng)給水自動(dòng)調(diào)節(jié)分為三種模式：

●單水位控制模式：只通過(guò)檢測(cè)汽包水位來(lái)控制給水量。

●雙沖量水位控制模式：監(jiān)測(cè)汽包水位、蒸汽流量，將蒸汽流量作為前饋信號(hào)，與汽包水位組成前饋—反饋控制方式。

●三沖量水位控制模式：監(jiān)測(cè)汽包水位、蒸汽流量、給水流量，將汽包水位作為主控編練個(gè)，給水流量作為輔助被控變量的串級(jí)控制系統(tǒng)與蒸汽流量作為前饋信號(hào)組成前饋—串級(jí)反饋控制方式。

三沖量水位控制實(shí)現(xiàn)方式：

1）在異常情況下，如液位偏離正常值較大時(shí)，采用規(guī)則控制，可以快速恢復(fù)水位，保證鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2）當(dāng)水位控制和主蒸汽溫度控制發(fā)生矛盾時(shí)，可根據(jù)矛盾的主要方面進(jìn)行兩者的協(xié)調(diào)控制。

3）它包含給水流量控制回路和汽包水位控制回路兩個(gè)控制回路，實(shí)質(zhì)上是蒸汽流量前饋與水位－流量串級(jí)系統(tǒng)組成的復(fù)合控制系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽流量變化時(shí)，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的給水流量控制回路可迅速改變進(jìn)水量以完成粗調(diào)，然后再由汽包水位調(diào)節(jié)器完成水位的細(xì)調(diào)。

◆鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)

鍋爐燃燒過(guò)程有三個(gè)任務(wù)：給煤控制，給風(fēng)控制，爐膛負(fù)壓控制。保持煤氣與空氣比例使空氣過(guò)剩系數(shù)在1.08左右、燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性、維持爐膛負(fù)壓，所以鍋爐燃燒過(guò)程的自動(dòng)調(diào)節(jié)是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。對(duì)于35t鍋爐來(lái)說(shuō)燃燒放散高爐煤氣，要求是最大限度地利用放散的高爐煤氣，故可按鍋爐的最大出力運(yùn)行，對(duì)蒸汽壓力不做嚴(yán)格要求；燃燒的經(jīng)濟(jì)性也不做較高的要求。這樣鍋爐燃燒過(guò)程的自動(dòng)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)化為爐膛負(fù)壓為主參數(shù)的定煤氣流量調(diào)節(jié)。

爐膛負(fù)壓Pf的大小受引風(fēng)量、鼓風(fēng)量與煤氣量（壓力）三者的影響。爐膛負(fù)壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設(shè)備與運(yùn)行人員的安全。負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增加，排煙損失增加，引風(fēng)機(jī)電耗增加。根據(jù)多年的人工手動(dòng)調(diào)節(jié)摸索，35t鍋爐的Pf=100Pa來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。調(diào)節(jié)方法是初始狀態(tài)先由人工調(diào)節(jié)空氣與煤氣比例，達(dá)到理想的燃燒狀態(tài)，在引風(fēng)機(jī)全開(kāi)時(shí)達(dá)到爐膛負(fù)壓100Pa，投入自動(dòng)后，只調(diào)節(jié)煤氣蝶閥，使壓力波動(dòng)下的高爐煤氣流量趨于初始狀態(tài)的煤氣流量，來(lái)保持燃燒中高爐煤氣與空氣比例達(dá)到最佳狀態(tài)。保因此，鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)按照控制任務(wù)的不同可分為三個(gè)子控制系統(tǒng)，即蒸汽壓力控制系統(tǒng)、煙氣氧量控制系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。

◆過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

過(guò)熱蒸汽的溫度是鍋爐生產(chǎn)過(guò)程的重要參數(shù)，一般由鍋爐和汽輪機(jī)生產(chǎn)的工藝確定。從安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)上看，必須控制過(guò)熱蒸汽溫度在允許范圍之內(nèi)。在35T鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。調(diào)節(jié)手段是改變減溫水流量。從結(jié)構(gòu)上看，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的單回路控制系統(tǒng)，但是實(shí)際系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：鍋爐的進(jìn)水系統(tǒng)中實(shí)際有三臺(tái)調(diào)節(jié)閥，即鍋爐總給水閥（V1）、減溫水閥（V2）和汽包給水支閥（V3）。因?yàn)檫@3個(gè)閥都控制給水量，將會(huì)通過(guò)圖中進(jìn)水交點(diǎn)處壓力P的變化而產(chǎn)生關(guān)聯(lián)作用。

◆除氧器控制系統(tǒng)

除氧器控制系統(tǒng)包括除氧器壓力和液位兩個(gè)控制子系統(tǒng)。在35T鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，除氧器壓力控制系統(tǒng)和除氧器液位控制系統(tǒng)都設(shè)計(jì)為單回路PI控制方式。在滿(mǎn)足鍋爐生產(chǎn)的實(shí)際要求的前提下，單回路PI控制方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易整定和實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于除氧器壓力系統(tǒng)而言，當(dāng)除氧器壓力發(fā)生變化時(shí)，壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)除氧器的進(jìn)汽閥，改變除氧器的進(jìn)汽量，從而將除氧器的壓力控制在目標(biāo)值上；同樣，對(duì)于除氧器液位系統(tǒng)，當(dāng)除氧器液位發(fā)生變化時(shí)，液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)除氧器的進(jìn)水閥，改變除氧器的進(jìn)水量，從而將除氧器的液位控制在目標(biāo)值上。