邢慶洋（曲阜師范大學(xué)　工學(xué)院,山東　日照　276826）

基于PLC控制的鍋爐實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

邢慶洋
（曲阜師范大學(xué)工學(xué)院,山東日照276826）

摘要：鍋爐的運用隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展日益廣泛，但如何廣泛，高效的進行生產(chǎn)也是一個問題，這里主要討論鍋爐的系統(tǒng)控制方案和控制系統(tǒng)的設(shè)計為主要討論點，同時對鍋爐的現(xiàn)狀，未來發(fā)展和PLC技術(shù)的融合等方面進行分析。

關(guān)鍵詞：PLC鍋爐；實時監(jiān)控；設(shè)計

這里通過PLC技術(shù)運用在鍋爐的實時監(jiān)控系統(tǒng)中，通過現(xiàn)在計算機統(tǒng)一管理和操作的技術(shù)，使鍋爐系統(tǒng)的進行流程化的作業(yè)，其中PLC技術(shù)有著傳統(tǒng)技術(shù)不可替代的優(yōu)勢。

1　鍋爐的構(gòu)成，現(xiàn)狀以及發(fā)展前景

1.1鍋爐的構(gòu)成

（1）氣鍋：上下鍋爐和沸水管構(gòu)成。外部的煙氣對水進行加熱，從而引發(fā)管簇內(nèi)的自然循環(huán)流動，汽化后產(chǎn)生的飽和蒸汽聚集在鍋里，下鍋筒連接著沸水管，同時也有蓄水的作用。

（2）爐膛：相當(dāng)于燃燒車間，送入的燃料在此燃燒后釋放能量。送入燃燒所需的空氣后，傳送設(shè)備把燃料送入爐膛，經(jīng)過內(nèi)部燃燒過后，所剩的灰渣會被送到除灰口，落入灰斗。整個過程產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，?jīng)過鍋爐的每個受熱面，將熱量傳遞給水后，高溫?zé)煔饨?jīng)由煙囪排出。

（3）過熱器和省煤器：對爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生的飽和蒸汽進行再次加熱的過熱裝置是過熱器。在爐膛內(nèi)產(chǎn)生的煙氣中的余熱進行再次利用，對設(shè)備內(nèi)的給水進行再次加熱，從而降低排放的煙氣的溫度的加熱器是省煤器。兩裝置都屬于內(nèi)部加熱器

（4）此設(shè)備是爐膛內(nèi)產(chǎn)生的煙氣中的余熱進行再次利用，對設(shè)備內(nèi)的給水進行再次加熱，從而降低排放的煙氣的溫度的加熱器。

（5）空氣預(yù)熱裝置：對離開省煤器的煙氣的余熱進行再次利用，對燃料燃燒時所需的空氣進行加熱處理的換熱裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中，大中型鍋爐一般都設(shè)有空氣預(yù)熱器。

1.2鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的鍋爐設(shè)備主要以繼電器—接觸器來進行控制，其中給水，鼓風(fēng)，引風(fēng)等過程主要都是以人公手動的形式進行操作，由輸入電路，輸出電路，控制電路和生產(chǎn)現(xiàn)場這幾個部分構(gòu)成。在過去的生產(chǎn)活動中，人公控制是主要的操作手段，但社會的不斷進步后對企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模提出了更高的要求，這種老式的控制手段已無法適應(yīng)現(xiàn)階段對工藝的高產(chǎn)量，高精確度等要求，此時改革已是勢在必行。

1.3 PLC技術(shù)在鍋爐上的發(fā)展前景

經(jīng)濟角度上來說，自動化控制，能源消耗低，哪個部分出問題直接反應(yīng)在操作系統(tǒng)中，可以減少反復(fù)排查的時間，降低產(chǎn)品維護成本。技術(shù)層面上來說，整個系統(tǒng)都采用高質(zhì)量和高效率的部件，電子技術(shù)對其每個環(huán)節(jié)進行精確化控制，優(yōu)化每個調(diào)節(jié)量。安全性方面來說，整個鍋爐系統(tǒng)的各個部分都能進行獨立的運行，在遇到緊急狀況時可以單獨停止故障部件進行維護，維護人員的安全操作得到了保障。

2　鍋爐系統(tǒng)控制方案

鏈條爐排鍋爐因為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)成熟，穩(wěn)定的性能等特點使它在常見的鍋爐設(shè)備中被運用的最為廣泛。

2.1鍋爐水位控制方案

在鍋爐的運行過程中對鍋爐工作質(zhì)量和生產(chǎn)效率汽包水位起到至關(guān)重要的作用。汽包水位也是鍋爐安全運行的前提條件，太低則會破換鍋爐內(nèi)的水循環(huán)，從而引發(fā)水冷壁管破裂和鍋爐干燒等情況，如果汽包因此影響而受到損壞，還有可能引發(fā)裝置爆炸；同時水位過高的話，則汽水混合物不能有效分離，從而蒸汽中會有“帶水”的現(xiàn)象，會引發(fā)熱管壁結(jié)垢，長時間以來會引發(fā)相關(guān)負載設(shè)備的損壞。

2.2鍋爐汽包水位控制方案設(shè)計

三級沖量控制，雙沖量控制和單沖量控制在此方案的設(shè)計過程中有明顯的控制優(yōu)勢。在單沖量系統(tǒng)無法解決的“虛假水位”的問題時，雙沖量可以解決這個問題，但是雙沖量卻在對調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)補償和給水系統(tǒng)的干擾的問題上得不到很好的解決。

3　鍋爐的燃燒控制方案

工業(yè)鍋爐的操作是一個多輸入和輸出，非線性的一個操作對象，當(dāng)某一個參數(shù)發(fā)生變化是，其余參數(shù)也會受到影響而產(chǎn)生變化，每個參數(shù)之間的關(guān)系極為復(fù)雜而且還會相互影響。鍋爐的燃燒過程中需要注意給煤量的控制，通風(fēng)速率，和爐膛負壓的及時監(jiān)控。燃料的用量調(diào)節(jié)蒸汽的壓力，送風(fēng)的快慢控制煙氣的含量，以及引風(fēng)量控制爐膛負壓。彼此之間精確的用量使設(shè)備能正常運行，不僅提高了安全性也提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

鍋爐內(nèi)蒸汽壓是整個人燃燒過程的重要參數(shù)之一，其中需要對給煤量和蒸汽流量進行主要觀察和控制，這兩方面是影響蒸汽壓的重要因素。

送風(fēng)量是保證充分燃燒的條件，送風(fēng)量決定了煙氧量，但因為控制的過程中對煙氧量達不到及時調(diào)節(jié)，所以使用煙氣含氧量為主，送風(fēng)量為輔的聯(lián)合控制，結(jié)合送煤量，使燃燒過程的富氧量出于穩(wěn)定值。

引風(fēng)量的穩(wěn)定決定了爐膛負壓是否平穩(wěn)，一旦爐內(nèi)燃燒發(fā)生變化則會影響爐膛負壓，因此控制引風(fēng)量也是燃燒過程的一大關(guān)鍵因素。

4　鍋爐的核心控制系統(tǒng)

4.1硬件設(shè)備的選擇

（1）電動機。合適的電動機不僅能對設(shè)備提高最大供能，同時對設(shè)備的零部件安裝，性能設(shè)計和生產(chǎn)效率都有很大的影響。

（2）變頻器。利用電力半導(dǎo)體的通斷作用實現(xiàn)將工頻電源轉(zhuǎn)化為另一頻率的電能轉(zhuǎn)換裝置，對交流異步電機的軟起步，變頻，調(diào)速，提高運行精度，改變功率因子等方面有巨大作用。

（3）變送器。變送器在接受傳感器的信號后能迅速轉(zhuǎn)化為控制中心所接收的電信號。能把非電量輸入轉(zhuǎn)化為電流或電壓信號，同時把電信號傳送給控制中心。同時，大多的監(jiān)控信號也都有變送器發(fā)出。

（4）電源。鍋爐控制系統(tǒng)中，除了需要接人二相交流電以外，一此控制器件的電源為DC24V。

（5）PLC。由機架，I/O模塊，CPU，功能模塊，接口模塊，通信模塊，電源和程序設(shè)計計算器組成，可以由CPU或通信模塊與計算機連接，實現(xiàn)統(tǒng)一化管理。

4.2軟件的選擇與設(shè)計

在鍋爐生產(chǎn)的給水的過程中，采用電動機給水，因為設(shè)備處于長期高頻率使用環(huán)境，因此容易損壞，需要準(zhǔn)備備用設(shè)備。

燃燒控制的過程中，需要用變頻器對給煤機啟用和用量進行調(diào)節(jié)，同時爐排電機也需要約變頻器進行結(jié)合。

在鍋爐運轉(zhuǎn)過程中，需要防止設(shè)備過熱的運轉(zhuǎn)過程，產(chǎn)生危險，需要溫水進行實時降溫，保證機械的正常負載運行。

5　結(jié)語

通過對鍋爐生產(chǎn)中的監(jiān)控控制系統(tǒng)的實際分析，明確了PLC技術(shù)在鍋爐的生產(chǎn)過程中，有著傳統(tǒng)生產(chǎn)方式無法取代的優(yōu)點，隨著技術(shù)的不斷進步相信不久的將來工業(yè)化生產(chǎn)會得到更優(yōu)良的改善。

參考文獻：

[1]鄒丹丹.基于11.c鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)研究[M].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué),2010(04).

[2]歐陽源敏,丁維明.鍋爐實時監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].能源研究與利用,2011(09).

[3]楊寧，趙玉剛集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線2版[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2013(02).