鍋爐智能化控制的意義與相關(guān)技術(shù)探討論文
利用微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行燃?xì)忮仩t的進(jìn)氣、燃燒和水位系統(tǒng)的控制，是近年來(lái)開(kāi)發(fā)使用的一項(xiàng)新型技術(shù)。
它不僅能改變目前鍋爐能耗較高、浪費(fèi)較大、嚴(yán)重污染環(huán)境的生產(chǎn)狀態(tài)，保證鍋爐系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，更能從一定程度上減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有長(zhǎng)期的深遠(yuǎn)意義。
鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)一般是由鍋爐本體、一次儀表、手動(dòng)和自動(dòng)切換裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制閥等部件組成。一次儀表將鍋爐的各項(xiàng)溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓(1-5V)或電流(4-20mA)等信號(hào)，通過(guò)中間轉(zhuǎn)換模塊傳遞給微機(jī)，手動(dòng)和自動(dòng)切換裝置方面，手動(dòng)時(shí)由操作人員直接進(jìn)行控制，不要微機(jī)自控的干預(yù)。
自動(dòng)時(shí)是經(jīng)過(guò)微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行精確地邏輯運(yùn)算并立即向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出操作指令，驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行機(jī)進(jìn)行必要的具體開(kāi)關(guān)動(dòng)作。微機(jī)可以對(duì)鍋爐的整體運(yùn)行進(jìn)行檢測(cè)、報(bào)警和控制，以保證其正常的運(yùn)行，還可以將鍋爐進(jìn)水位、爐體壓力報(bào)警等重要參數(shù)在設(shè)置多重報(bào)警和連鎖控制，有效避免發(fā)生重大安全事故。
微機(jī)控制系統(tǒng)主要由主機(jī)箱、通道箱、CRT顯示器、鍵盤、打印機(jī)、報(bào)警裝置、低通濾波器及I/V轉(zhuǎn)換板等組成，系統(tǒng)能夠完成對(duì)給水、進(jìn)氣、鼓風(fēng)、引風(fēng)等進(jìn)行自動(dòng)控制，使鍋爐的汽包水位、蒸汽壓力處于規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，以保證鍋爐的安全運(yùn)行，平穩(wěn)操作，達(dá)到降低能耗、提高蒸汽供汽質(zhì)量的目的，同時(shí)對(duì)運(yùn)行參數(shù)如壓力、溫度、流量等有流程動(dòng)態(tài)模擬圖、光柱模擬圖等多幅畫面并配有數(shù)字說(shuō)明，還可對(duì)汽包水位、壓力、爐溫等進(jìn)行越限報(bào)警，發(fā)出聲光信號(hào)，并定時(shí)打印出十幾種運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)，以形成生產(chǎn)日志和班、日產(chǎn)耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表，有定時(shí)打印、隨機(jī)打印等幾種方式。
關(guān)于鍋爐控制系統(tǒng)的硬件配置，功能較好的目前首推可編程序控制器PLC，適合于多臺(tái)大中型鍋爐控制，由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護(hù)、自診斷等功能，所以抗干擾能力強(qiáng)，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，故障率低。
PLC編程簡(jiǎn)單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，多臺(tái)PLC進(jìn)行同位鏈接及計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)PLC構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)，但是，這種連接方式價(jià)格較高，如果是控制單臺(tái)，資源不能充分利用，多臺(tái)鍋爐控制能提高性能價(jià)格比，如果從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，其壽命長(zhǎng)，故障率低，易于維修，值得選用。另一種是16位STD總線工業(yè)控制機(jī)為主機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)，由于其性價(jià)比可以考慮，所以國(guó)內(nèi)應(yīng)用的較多。
再一種是智能儀表控制，以單(雙)回路可編程控制器為主，以PC機(jī)為上位機(jī)，彼此間采用RS-232連接，接受多路模擬量及開(kāi)關(guān)量輸入，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算、控制、通信及故障診斷功能，但是出于危險(xiǎn)分散的考慮，它雖有若干路模擬量及開(kāi)關(guān)量輸入，但只有少數(shù)幾路采用4～20mA直接信號(hào)輸出，即原則上只控制少有的幾個(gè)執(zhí)行器，它與模擬儀表一樣，可與常規(guī)儀表混合使用，作為集散控制系數(shù)的一部分，是現(xiàn)代自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)最新發(fā)展產(chǎn)物，該儀表編程方式采用模塊化，容易掌握。
鍋爐對(duì)系統(tǒng)的控制一般包括給水水位、燃燒和壓力等綜合系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制，其中給水水位控制系統(tǒng)實(shí)際上是為了保證鍋爐進(jìn)出水量平衡與否的指標(biāo)，通過(guò)調(diào)整進(jìn)水量的多少來(lái)達(dá)到進(jìn)水平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線位置附近，旨在提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。
以燃?xì)忮仩t為例說(shuō)說(shuō)鍋爐的檢測(cè)和控制過(guò)程，它主要是通過(guò)鍋爐的給水、燃燒等熱工變量的自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)過(guò)程的控制，對(duì)安全運(yùn)行和節(jié)能具有重要的意義。
汽包水位控制如果過(guò)高，將會(huì)影響到汽包內(nèi)的汽水分離，飽和水蒸汽帶水過(guò)多，使過(guò)熱蒸汽溫度降低;水位控制過(guò)低，加上負(fù)荷增大時(shí)，致使水的汽化速度會(huì)加快，汽包內(nèi)的水量迅速減少，如不及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，危及鍋爐安全。當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)非常不穩(wěn)定時(shí)，給水流量產(chǎn)生擾動(dòng)，致使汽包水位有較大延遲，導(dǎo)致蒸汽流量發(fā)生變化，將會(huì)出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象，使得三沖量難以運(yùn)行，因此應(yīng)該先以單沖量投入運(yùn)行，在工況穩(wěn)定后再投入三沖量，也可以要求單沖量和三沖量?jī)煞N控制方式能方便地進(jìn)行無(wú)擾切換。
為了保證鍋爐的安全、有效運(yùn)行，必須保證鍋爐汽包的水位處于一定的范圍，給水系統(tǒng)處于可控的穩(wěn)定狀態(tài)。所謂三沖量在這是指汽包水位、給水流量和過(guò)熱蒸汽流量。其中水位檢測(cè)是主要信號(hào)，給水量是反饋信號(hào)，過(guò)熱蒸汽流量是前饋信號(hào)。
當(dāng)過(guò)熱蒸汽流量改變時(shí)，將信號(hào)通過(guò)蒸汽流量檢測(cè)裝置傳輸給微機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)行PID運(yùn)行計(jì)算同時(shí)調(diào)節(jié)給水閥門開(kāi)度和蒸汽閥門流量調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度進(jìn)行給水調(diào)節(jié)，當(dāng)給水流量受到擾動(dòng)時(shí)則能使給水流量恢復(fù)到原來(lái)值。
除了對(duì)鍋爐給水系統(tǒng)需重點(diǎn)控制外，還要對(duì)正常運(yùn)行時(shí)的主汽壓力和溫度的穩(wěn)定進(jìn)行控制。因?yàn)橹髌麎毫蜏囟仁欠从硻C(jī)組運(yùn)行情況的一個(gè)重要參數(shù)，主汽壓力過(guò)高會(huì)產(chǎn)生鍋爐本體和管道爆炸的危險(xiǎn)，主汽溫度偏高，過(guò)熱器及其它設(shè)備將在更加惡劣的環(huán)境下運(yùn)行，材料的使用壽命將會(huì)縮短。
相反，主汽壓力偏低不滿足生產(chǎn)使用的需要，主汽溫度偏低，則運(yùn)行設(shè)備達(dá)不到預(yù)定的'運(yùn)行效率和滅菌效果。因此，設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)要求主汽壓力和溫度都必須穩(wěn)定。燃?xì)忮仩t主汽壓力溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般主要采用由主汽的壓力、溫度數(shù)值、給水量及主汽的流量等參數(shù)組成的串級(jí)控制系統(tǒng)。
把主汽溫度測(cè)量的值以主調(diào)的反饋輸入值形式，和主汽溫度的設(shè)定值進(jìn)行PID運(yùn)算，然后送入副調(diào)，在副調(diào)中與減溫器出口汽溫進(jìn)行控制運(yùn)算，其結(jié)果經(jīng)限幅后由控制系統(tǒng)輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)噴水減溫的控制閥門。由于主汽流量變化時(shí)，噴水量必須相應(yīng)地發(fā)生變化，故在主汽溫度控制方案中把主汽流量信號(hào)以前饋控制的形式引入控制系統(tǒng)中。
利用微型計(jì)算機(jī)現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行的鍋爐整體系統(tǒng)的控制，從給水系統(tǒng)、水位控制、燃燒管理、自啟動(dòng)管理和吹污自潔管理等等，至今應(yīng)算比較成熟的實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)控制和管理。相對(duì)于一般儀表來(lái)說(shuō)，可以節(jié)約大量安裝儀表的空間和繁瑣的人力勞動(dòng)，比手動(dòng)調(diào)節(jié)更精確且遠(yuǎn)程控制可在一定程度上有效避免突發(fā)事故對(duì)人身傷亡的影響。
一般的中小型鍋爐可通過(guò)可編程控制器PLC的程序運(yùn)算，它具有抗干擾能力強(qiáng)、算法豐富、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，通過(guò)采用計(jì)算機(jī)加PLC的方式很好的完成控制功能。
大型鍋爐系統(tǒng)可以在此基礎(chǔ)上采用大型DCS分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，工程造價(jià)較高但具有可靠穩(wěn)定的控制效果，且也便于擴(kuò)展升級(jí)。
結(jié)語(yǔ)：微機(jī)控制鍋爐技術(shù)具有良好實(shí)用前景，既可節(jié)約能耗又可提高鍋爐的運(yùn)行管理水平，減輕環(huán)境污染，目前國(guó)內(nèi)鍋爐已相繼采用微機(jī)控制系統(tǒng)，但數(shù)量還是很小得一部分，所以推廣應(yīng)用該技術(shù)具有十分深遠(yuǎn)的意義。另外該技術(shù)也需不斷完善和提高，進(jìn)一步做好降低微機(jī)控制系統(tǒng)的成本并與鍋爐本體設(shè)備做到更加緊密融洽的配合。
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