基于PLC的燃氣鍋爐自動控制系統

高云鳳

（哈爾濱中慶燃氣有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 前言

進入二十一世紀，環保和能源已成為整個社會關注的問題，隨著我國經濟建設的高速增長，煤煙、浮塵、汽車尾氣等污染源時刻威脅著人們的健康，天然氣是一種國際公認潔凈的能源，其主要成分是甲烷，是保護大氣環境最理想的燃料。我國有著豐富的天然氣資源，國家也已明確提出在今后一個時期要大力開發和利用天然氣資源，西氣東輸工程每年向長江三角洲和沿線地區輸氣120億立方米。西氣東輸沿線城市可用清潔燃料代替部分電廠、窯爐、化工企業和居民生活使用的燃氣和煤炭，以然氣作為燃料的燃氣鍋爐將得到廣泛的應用，這將有效改善大氣環境，提高人民生活質量。近年來，PLC的控制功能不斷增加，由PLC構成的系統具有抗干擾能力強，對電源質量要求低，控制可靠及響應靈敏等優點，采用PLC對燃氣鍋爐燃燒系統進行控制，保障鍋爐安全平穩運行，滿足生產對蒸汽負荷和蒸汽品質的要求，實現鍋爐經濟燃燒。

2 控制系統的組成與特點

本系統采用二級監控系統，即上位機和下位機分工協作的監控方法。上位機為中央監控計算機，主要負責接收下位機傳來的數據，監視燃氣鍋爐的運行參數，故障檢測以及必要的參數設定。下位機為現場控制單元，包括現場輸入單元、執行單元、現場控制單元及人機界面，主要負責鍋爐運行過程中參數的自動調節，并把數據上傳至上位機，并接受上位機下傳的命令。

2.1 系統的組成

系統硬件：

中央監控計算機：DELL酷睿2雙核處理器，2GRAM，320GB硬盤。

現場控制單元：采用西門子S7-300可編程控制器，西門子EM235模擬數據輸出模塊，相應的數據采集模塊和執行機構。

現場數據采集系統：溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器、火焰監視器、流量計、氧化鋯氧量分析儀等

中央監控計算機與現場控制單元采用RS-485實時通訊。

系統軟件：

VB是一種很好的Windows開發語言，中央監控計算機可以采用VB開發設計出功能強大，操作靈活的人機界面。

現場控制單元可選用西門子TD-400C人機界面，它通過連接電纜，連接到S7-300上即可。

2.2 系統的特點

2.2.1 控制系統采用實用而簡捷的人機對話系統，復合窗口技術，實時顯示工藝流程圖、各控制回路、紀錄數據并生成報表，直觀顯示各工藝測點的歷史趨勢；

2.2.2 通過人機接口和I/O接口，對過程對象的數據進行實時采集、記錄、監視、操作控制，可進行系統結構、組態回路的在線修改、局部故障的在線維修

2.2.3 現場監控點由PLC實現自動控制，后傳送到中央監控計算機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理，這樣進一步增強了系統數據通信安全性能。

2.2.4 工程師可以方便地把不同設備的控制功能按設備分配到不同的合適控制單元上，這樣操作工可以根據需要對單個控制單元進行模塊化的功能修改、維護、下裝和調試。

2.2.5 各個控制單元分布安裝在被控設備附近，既節省電纜，又可以提高該設備的控制速度。

3 主要回路的控制原理與方案

3.1 鍋爐燃燒控制系統

鍋爐燃燒系統的主調節對象為主汽壓力，根據主汽壓力的變化及時調整燃氣調節閥的開度來調整進入爐內的燃料量，同時調節送風機的入口擋板開度以保證空氣量按合適的配比隨之變化。如圖3-1所示，燃氣流量的設定值由主汽壓力調節器的輸出直接給出，將蒸汽壓力檢測值由壓力傳感器反饋回來，和設定值經過比較，作為前饋信號納入到燃氣調節回路上，操作燃氣調節閥。當蒸汽壓力低就加大調節閥門開度，當蒸汽壓力高則減少調節閥門開度，使其保持在設定的壓力值上

圖3-1

圖中參數：P1-主汽壓力的設定值；P2-主汽壓力的測定值；PS-主氣壓力調節器輸出的燃氣流量值

3.2 爐膛負壓控制系統

爐膛負壓是反映燃燒工況穩定與否的重要參數，是鍋爐運行中控制和監視的重要參數。如果爐膛負壓過大，則漏風量嚴重，排煙量損失增加，不利用經濟燃燒；爐膛負壓過小或偏正時，爐膛要向外噴火，危機人身及設備安全。為保證鍋爐高效、安全的運行，應將爐膛負壓控制在正常的范圍內。

采用PLC與變頻器結合控制風機轉速達到控制引風量，保持爐膛負壓穩定。將爐膛負壓作為反饋信號送回PID調節器中，同時將風機信號作為負壓調節器的前饋信號加到調節器的輸出端，使引風系統及時影響送風量的變化，是負壓的變化趨于平穩。

3.3 鍋爐汽包水位控制系統

鍋爐汽包水位大幅度的波動會造成汽包內空水或滿水而影響生產安全。鍋爐汽包水位過高，會影響汽包內汽水分離裝置的正常運行，造成出口蒸汽水分過多，結果使過熱器受熱面結垢而導致過熱器燒壞，直接影響機組運行的經濟型和安全性；汽包水位過低，當負荷很大時，水的氣化速度過快，如不及時有效控制，就會使汽包內的水全部汽化，導致鍋爐被燒壞或爆炸。因此，控制汽包水位的穩定是極為重要的。

汽包水位控制系統可采用單沖量、雙沖量或三沖量控制方案。由于單沖量、雙沖量控制策略比較簡單，難以適應現代各種復雜鍋爐的要求，我們選用三沖量水位控制系統。影響汽包水位的主要因素是蒸汽流量和給水流量，汽包水位會隨著蒸汽流量的增加或減少而波動，給水流量也會隨之增加或減少，以維持給水量和蒸汽量之間的平衡，保證鍋爐的正常運行。以蒸汽流量為前饋信號，構成前饋調節回路，給水流量作為串級信號，構成副調節回路，以鍋爐汽包水位測量信號作為主，構成主調節回路，從而構成鍋爐汽包水位前饋——串級三沖量控制系統。系統方塊圖如圖3-2所示。

圖3-2

圖中參數：H-汽包水位；S-蒸汽流量；F-給水流量；RH-汽包水位的設定值；PH-汽包水位的測定值；PS-蒸汽流量的測定值；PF-給水流量的測定值；ES-汽包水位調節器輸出值

4 結束語

隨著燃氣鍋爐越來越廣泛的應用到工業生產中，實現燃氣鍋爐的完全智能化及遠程技術服務系統已成為燃氣鍋爐的發展趨勢。采用PLC自動控制系統對燃氣鍋爐運行全過程進行監控，不僅能提高燃氣鍋爐的自動化控制水平，保證鍋爐處于良好的運行狀態，還能提高鍋爐效率，節省運行能耗，減少大氣污染，同時也提高了鍋爐操作的安全性，降低了工作人員的勞動強度，取得較好的經濟效益和社會效益。

[1]張雪平.PLC在鍋爐風機控制中的應用.微計算機信息，2005（6）：33-34.

[2]齊敏，王猛.130T/H燃氣鍋爐自動控制系統的設計與實現.自動化博覽，2008（5）：59-61.