鍋爐機電一體化節能控制系統探討

王　鑫　王保軍

鍋爐機電一體化節能控制系統探討

王鑫王保軍

隨著我國經濟發展水平的不斷提高，各領域生產建設面臨能源危機，各項能源浪費現象嚴重，尤其是鍋爐生產消耗的能源更多，已經成為高耗能設備，對環境造成了嚴重污染，必須采取有效措施加強對鍋爐改造才能控制污染。文章將對鍋爐機電一體化節能控制系統進行分析，提出技術要求與控制系統方案，希望為相關部門提供參考。

鍋爐；機電一體化；節能控制系統

鍋爐作為化工、煉油、發電等工業領域必不可少的動力設施，是保障工業生產持續進行的關鍵，中小型燃煤鍋爐具有分布廣、數量多、能耗消耗大等特點，并且自動化水平不高，如果負荷出現變動將難以控制操作，經常發生系統故障。此外，過去的系統控制方法僅限于節能減耗上，過度重視將燃燒效率提高，卻將節電忽視了，由此，系統在節能方面仍具有一定潛力。下面將對鍋爐機電一體化節能控制系統詳細介紹。

1　工藝控制要求

鍋爐設備運行與操作較為復雜，并且調節對象繁多，很多工藝執行相互交叉、相互影響，一些簡單的調節系統將不再適應設備運行要求，必須對調節方案充分考慮，站在全局角度考慮串級、比值以及前饋等內容，組合使用常規儀表時，必須明確各個儀器的使用規范與要求，由此，需使用帶微機的可編程控制器實施調節。要想使機泵輸出能量更穩定，將閥門與擋板截留壓降低就要使用變壓調速器作為執行機構取代擋板，進而實現降耗目標。電機的變頻變壓調速器由控制裝置與微機共同組成，與調節器共同組成一個閉環的調節結構。鍋爐控制過程更加復雜，主要分為兩個方面，分別是汽包水位調節系統與經濟燃燒控制系統，前者是鍋爐生產工藝指標，如果控制不好液位將出現水汽分離，水分將被蒸汽帶走，使鍋爐燒壞，嚴重甚至會出現爆炸事故。鍋爐燃燒系統需滿足蒸汽負荷變化指標，又要具備較高的熱效率，需結合以下幾方面要求：對燃料量進行調節，使鍋爐出品蒸汽壓力維持穩定狀態［1］；空氣量與燃料量必須符合標準比例，具備更加良好的燃燒狀態；送風量與引風量配合好，使爐膛負壓維持不變。

2　控制系統總體構成

鍋爐機電一體化節能控制系統組成包括測量儀表一部、可編程調節器兩臺、變頻、變壓調節器各三臺。測量檢測儀表：測量檢測儀表使用的目的是確保鍋爐運行參數維持在標準信號內，參數變換成（2～6）V或者（0～12） mA。可控制系統使用的測量儀表能夠檢測蒸汽流量、水流量、壓力、汽包水位以及爐膛負壓參數等；可編程調節器的組成：以CS-910為例介紹可編程控制調節器運行原理，CPU是由一臺7位單片微機處理器組成，還有15K的ROM、3KRAM，通信輔助電路與CPU相互串行使用，主要串行儀表工作總線，大部分儀表能夠一起連接在總線上，與上位機一起結合起來通信傳輸，再將上位機上的通信修改成內部參數。要想使外部信息更順利進入到CPU，需要對儀表設置，實現模擬輸出、輸入，還能轉換A/D、D/A數字輸入輸出電路、鍵盤顯示電路以及面板顯示器等［2］。使用的儀表編程方法為模塊化，這種編程方法更加便于掌握與操作。儀表自身具備可編程功能，能夠對用戶程序直接編寫，若想在電池去掉后永久保持自動狀態可使用固化程序，分為兩種模塊：運算功能模塊、調節功能模塊兩種。在一臺儀表中有四個調節功能模塊。運算功能模塊則有很多，比如，加減乘除、開方、高選、地選、高限、低限、變化率限制、折線函數、定時器、計數器等。

3　機電一體化節能控制系統總體方案

控制系統分為鍋爐運行、保護控制與公共設備控制；鍋爐控制系統分為手動控制與自動控制兩種，前者獨立雙線制能切換，可按照自動控制要求對控制程序進行編制，還可以使用鍵盤、鼠標編制控制程序，可以在鍋爐房中進行控制。后者則依靠設置在開關柜上的按鈕執行操作［3］。系統自動控制使用集中控制法，鼓風、引風、水泵等都使用智能控制法，相互協調、相互獨立。具體控制方案如下所示：

鍋爐機電一體化燃燒控制系統。鍋爐機電一體化燃燒控制系統需要借助引風實現運行，需對風量以及煤量需求量進行控制，此過程使用變頻技術以及自動調節儀表、PID運算公式可以使鍋爐氣壓值保持在-30～-30 Pa區間內。此外，能夠在壓力作用下對鍋爐燃燒系統進行調節，從而將鼓風降低，使鍋爐燃燒狀態達到最佳。鑒于控制系統操作基于自動化理念，通過煤量與鍋爐燃燒的鍋爐膛負壓值進行調控，不需要人工干預，操作人員僅需要對煤量以及質量查看便可，能自動使鍋爐達到最佳運行狀態，鍋爐燃燒控制系統框圖如圖1所示。

汽包水位控制。使用最新的PID模糊控制理論再借助恒頻控制系統技術將新的產品開發出來，使之能夠自動接收來自鍋爐內部電平信號，還能將信號轉化為一個標準的PID運算與延遲補償器，此過程能產生一個新的信號實現對控制泵運轉頻率的調節，使泵轉速更加穩定、高效。如果鼓電平過低，PID調節器能夠自動對增長的泵進行調節，如果高出水平高度，PID控制器將使泵運行速度降低，使水量減少，進而維持水的恒定狀態［4］。一旦變頻器出現故障，系統就會由兩個頻率控制能夠迅速切換到原有的頻率模式，實現鍋爐運行的穩定狀態。水池液位控制需對水池的具體水位進行檢測，如果水池水位過低或者過高會自動發出警報，使水池水位控制在標準范圍內。上位控制系統需要具備狀態穩定的人機接口，能夠對總機狀態進行顯示，還能分組顯示、參數顯示、電動屏幕顯示、故障報警顯示、報告顯示、參數設定等；實時監測實際參數鍋爐運行系統使系統顯示到頁面上；按照預定好的程序對數據進行監控，在預先設置好的基礎上對鍋爐設備操作進行調節［5］；鍋爐機電一體化上位控制系統能提供處理算法，在運行參數基礎上能自動將報告打印出來；使用TCP/ IP協議遠程監控計算機通信對端口信息平臺集成訪問，還能控制室內聯網，鍋爐房操作能及時將信息傳輸到控制中心；對權限系統注冊表進行設置，使操作員的職責更加明確。尤其是使用固定口令對系統進行區分，接線員設置好屏幕，區分功能與外觀，但是沒有權限設置或者退出，能夠將系統權利大大降低。對工程師來說則可以對參數設置，對退出系統進行設置。鑒于RTC工程師對控制結構做出了一些調整，改變將隨時實現，并能將其存儲在控制器聯機中［6］。

圖1　鍋爐燃燒控制系統框圖

4　結語

本文對鍋爐機電一體化節能控制系統結構、設置以及節能系統控制方案進行了分析，隨著節能理念的增強，鍋爐機電一體化節能控制能夠減少能源排放與浪費，實現生產的可持續進行。

［1］ 魏林秀. 變頻技術在鍋爐機電一體化節能系統中的應用 ［J］.中小企業管理與科技，2014（32）：179-180.

［2］ 孫繼新，陳新. 變頻技術在鍋爐機電一體化節能系統中的應用［J］. 科技創新與應用，2014（6）：114.

［3］ 王進，李曉蕾，李振強，等. 內窺式電動型高溫爐窯火焰監控系統的設計與應用 ［J］. 電子制作，2013（9）：46.

［4］ 李新成，楊笑峰，林海，等. 多功能超聲波自動探傷設備和檢測方法——超聲衍射時差法（TOFD）、陣列多探頭分區A、B掃查組合技術對鍋爐、壓力容器、壓力管道焊縫自動檢測設備和方法研究［C］. //2010年特種設備安全國際論壇論文集，2010：299-304.

［5］ 李嘉，信薇. 基于機電一體化技術進行分析 ［J］. 世界家苑，2013（4）：248.

［6］ 李斌，李建鋒，張全勝，等. 燃氣輪機與鍋爐耦合系統降低電廠風機電耗的研究 ［J］. 中國電機工程學報，2012，32（8）：50-57.

唐山市節能監察監測中心河北唐山063000

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