淺析鍋爐PLC控制系統

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與設計，討論了通過操作計算機控制管理系統，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，便于生產管理，保證鍋爐安全、穩定、經濟的運行。

關鍵詞：鍋爐；PLC；系統

1 概述

目前我國大部分行業都使用了鍋爐，這部分鍋爐的煤炭消費量大約占到了中國原煤產量的三分之一。絕大多數的鍋爐熱效率很低，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境污染。傳統鍋爐主要是控制繼電器來控制。繼電器部分控制系統是由按鈕、限位開關、行程開關、傳感器等組成，用于向控制系統輸入控制信號。它的功用是只局限于一些控制，定時，計數和簡單的控制。一旦動作序列或生產過程中發生變化，就必須進行重新設計布局，組裝和調試。顯然，這個系統不能完全滿足生產工藝要求。

我國在實行改革開放以來，鍋爐越來越多地被運用到發電、煉油、化工等行業中，這也使得我國成為世界上運用工業鍋爐最多的國家，國民經濟的快速發展，我國不斷引進國外許多先進的技術、新產品，使用高效率鍋爐，節能降耗和污染防治的產品也逐漸涌現。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，產生的熱量經過蒸發設備產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，經引風機煙囪排入大氣。每經過一個環節，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

從圖1工藝流程可以看出，鍋爐的控制系統相當復雜，鍋爐控制系統的主要參數包括了汽包水位、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分為三個子系統。（1）汽包水位控制系統：該控制系統的主要作用是讓給水量與鍋爐蒸發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，會破壞水循環而毀壞鍋爐，甚至導致鍋爐爆炸。（2）燃料控制系統：燃料控制系統的主要任務包括保持鍋爐輸出蒸氣壓力穩定，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濟性，要嚴格控制送風量和燃料量的比例，再經過送風量和排煙量維持爐膛負壓的穩定。負壓的大小對節能影響很大，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：過熱蒸氣控制系統就是要將過熱器出口蒸氣溫度維持在一個合理的范圍內，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調節以了解汽包內是否汽水平衡、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調節；爐膛負壓的采集、顯示和調節，鍋爐的蒸汽氣壓、煤氣氣壓的采集、顯示和PID調節來了解氣壓是否在安全的狀態，防止發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膽的溫度進行采集、顯示來了解內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現場控制結構

以德國西門子公司的S7-300PLC作為現場工作站，通過多通道I/O模塊完成現場控制、監測和數據采集。I/O站完成整個鍋爐運行的實施監控，為了確保系統的可靠性，主控卡件、數據轉發卡為冗余配置。S7-300系列產品，采用STEP7軟件編程，負責數據采集、運算、監測，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。總共擁有AI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現場控制結構如圖2所示。

系統采集傳感器信號及設備工作情況，并通過預先編制的PLC程序起停現場設備；在監控軟件WinCC上實時顯示現場設備的情況，它集監控、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的變化情況。現場各個監控點的物理參數，由相應的傳感器或變送器檢測出來并轉變為4～20mA的電流信號，而后發送到對應PLC內，PLC經過各類模塊接口采樣信號，通過模擬量轉換模塊轉換為數字量，和現場正常工作設定值比較用于邏輯控制單元，最后和數字量一同控制設備驅動，完成控制要求。

5 結束語

基于PLC及WinCC的鍋爐監控系統，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對鍋爐系統控制程序編程，使用WinCC組態軟件組態鍋爐工藝的監控界面，可以完成變量組態，對象動態設計，安全報警的設計。經過多次調試可以完成相應的控制功能，實現在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，主要從事企業化學安全方面的技術工作。