论工业锅炉自动化控制系统

摘要:锅炉微机控制, 是近年来开发的一项新技术, 它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。 本文通过利用计算机与变频自控技术对锅炉生产过程的各个主要参数进行控制，实现了锅炉安全生产、节省能源、减少排放的目的。

关键词:工业锅炉；控制系统；自动化控制

Abstract: Boiler microcomputer control, is a new technology developed in recent years, it is the combination of computer software, hardware, automatic control, energy saving and so on several technical close. This paper is controlled by using the computer and frequency conversion control technology for boiler production process of the various main parameters, the boiler safety production, save energy, reduce emissions purposes.

Keywords: industrial boiler; control system; automatic control

中图分类号：TL503.6文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

锅炉微机控制，是计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等技术紧密结合的产物，利用计算机与变频自控技术对锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。因此锅炉设备是一个多输入，多输出且相互关联的复杂控制对象。

1 锅炉控制的工作原理

除氧水通过给水泵进入给水调节阀，控制系统利用给水调节阀的信号及其反馈进行综合分析后，对给水量控制。通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过

省煤器时被烟气预热后进入汽包，在汽包内加热产生蒸汽，为保证最大的蒸发面，水位应保持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。空气经过鼓风

机进入空气预热器，被烟气预热后进入炉膛。燃料进入炉膛点燃，在燃烧过程中发出热量，以加热汽包中的水，同时产生热烟气，在引风机的抽吸作用下经过省煤气和空气预热器，以节约热能。降温后的烟气经过除尘器除尘、去硫等净化工艺后排出。

2 锅炉控制的方式

2. 1 锅炉控制方案

锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性相互关联的复杂控制系统，调节参数与被调节参数之间，存在许多交叉影响，调节难度较大。因此将系统控制分散成给渣控制、送风控制、汽包液位控制、炉膛负压控制等单独的闭环控制［2］。

2. 2 组态画面的控制

直观而集中地显示锅炉的所有运行参数，能快速计算出锅炉在正常运行和启停过程中的有用数据，并在显示器上同时显示锅炉运行水位、压力、炉膛负压、

烟气氧量、测点温度、消耗量等数十个运行参量的瞬时值、累计值及给定值，并能按需要在锅炉结构示意画面的相应位置上显示出参数值。

2. 3 打印机的控制

可按需要随时打印各种参数和数据，能对运行状况准确的记录，便于事故追查和分析防止事故的瞒报漏报现象。可在运行中随时修改各种运行参数的控制值修改系统的控制参数，达到最佳的运行状况。

3 锅炉控制系统中各个控制回路

3. 1 锅炉控制系统

锅炉控制系统，一般有蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、除氧器水位、除氧器压力等子系统。锅炉燃烧控制的实质上是能量平衡的控制，工业蒸汽锅炉主要以蒸汽压力作为能量平衡的指数，根据生产任务来控制生产设备的用汽量与压力的变化，从而调整对锅炉供给的燃料量与送风量，同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用。

3. 2 锅炉给水控制回路

锅炉给水控制使给水流量适应锅炉的蒸发量，来维持汽包液位在合适的范围内，并保持给水稳定。在微机控制回路中被调参数是汽包水位，通过给水调节

阀对给水流量进行调节。由于给水调节对象没有自平衡能力，又存在滞后。因此在一般锅炉控制系统中将给水流量、汽包水位、蒸汽流量3 个变量在控制系统中

运算后通过调节给水阀对锅炉给水进行调节。锅炉给水压力回路，因为汽包内压力较高，要给锅炉补水必须提供更高的压力，形成压差使水能够正常注入汽包。

给水压力回路的作用是提高给水压力保证汽包给水。一般采用通过变频器恒压供水的方式控制水压，给水回路在锅炉需要补水时，反馈信号给微机控制系统。

系统利用变频器自动启动1 号给水泵运行，控制系统通过反馈信号对给水管的压力进行检测，当变频器频率上升到工频时，水压仍无法达到需要的压力值，控制

系统自动将第一台电机切换至工频直供电，并由变频器拖动2 号给水泵运行，如变频器运行到工频状态时供水母管压力仍未达到设定压力值系统自动将第二台

水泵切换至工频直供电，再由变频器拖动3 号运行，从而保证运行安全。通过反馈信号测得锅炉需要的给水量减少，变频控制系统可自动降低变频器的运行频率，如变频器的频率到零仍不能满足要求，则变频器自动切换至前一台水泵进行变频运行，不断地调节给水泵电机的转速使得锅炉的给水正常。

锅炉的供水系统中还包括除氧器压力控制和除氧器水位控制，除氧器压力控制主要是为保证除氧器口有足够的蒸汽压力用于将软化水除氧，输入参数是除氧器压力输出参数控制除氧器进汽阀。除氧器水位控制是一个单闭环控制回路输入参数，主要是为保证除氧器内有足够的水提供给锅炉。

3. 3 锅炉燃烧调节系统

燃烧过程自动调节系统的选择与燃料的种类和燃料的供给、燃烧方式、锅炉负荷息息相关，但都具有同样的调节方式。( 1) 维持汽压恒定。生产任务能否完成与蒸汽压力的恒定息息相关。恒定的蒸汽压力是生产的基本保障。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不平衡所致，要使蒸汽压力恒定必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。( 2) 保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。( 3) 调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。燃烧调节系统一般有3 个被调参数: 蒸汽气压、烟气含氧量和炉膛负压。一般的可调节量是燃料量、送风量和引风量。控制系统所需调节的对象是燃料量，通过调节喷渣风机

风门、鼓风机风门、引风机风门的变频指数进行调节，从而使燃料达到充分利用，保证蒸汽压力平衡。

4 锅炉控制系统组成结构

4. 1 DCS 系统配置

锅炉DCS 系统是一个专用于锅炉自动化控制的分布式集散控制系统。以锅炉监控自动化为目标，节能增效，保护环境，改善工作条件，提高劳动效率。锅

炉DCS 系统包括调度室管理层、工业Ethernet 层、现场监控上位机、锅炉控制终端设备等。

4. 2 锅炉控制终端设备

( 1) 锅炉控制终端设备。完成实时燃烧控制、风量调节、汽包水位调节、水管压力控制、补水控制、水电煤耗累计、故障报警等。分布式系统结构: 一台锅炉配置一套锅炉控制终端设备，实现了分布式控制。集成度高: 集成数字显示、报警、手/自动控制等传统仪表的功能，可简化仪表配置和布线。性能可靠: 采用高性能的主控制器和I /O 模块，能适应恶劣的工作环境。编程工具: 可以利用梯形图组态完成逻辑和顺序控制、数据运算、PID 调节等，也可利用高级语言编程完成特殊的控制要求和复杂的数据计算。

( 2) 锅炉监控上位机。一个供热车间的多个锅炉控制终端设备可以通过总线网络或工业以太网络，与现场监控上位机及热备机通信。操作人员在上位机监

视各锅炉的运行状态、报警显示、曲线报表等，并进行参数设定。对锅炉运行的重要参数，如压力、温度、压差、流量等进行统计处理和保存，并可实现曲线显示、历史数据查询、报表打印等。

( 3) 工业Ethernet 层。现场监控上位机加装网卡后，可以连接成工业Ethernet 网络。在Ethernet 网络层可以设置多锅炉监控站、维护站。根据对系统可靠性、安全性的要求，可选用不同程度的网络、服务器冗余设计。

( 4) 调度室管理层。锅炉DCS 系统提供Modem 专线、拨号网络或无线方式，使中央调度室的管理人员能够和异地分散的多个锅炉房通信，了解各锅炉房的运行

情况、仪表完好情况、锅炉炉况等。拨号网络方式可充分利用原有电话线路，通过公用电话网将中央调度室和各个锅炉房连接，节省建设费用和周期，便于巡检。

4. 3 监控中心的监视、管理功能

( 1) 实时检测锅炉的运行参数。为全面掌握系统运行工况，监控系统将实时监测并采集与锅炉有关的工艺参数、电气参数以及设备的运行状态等。系统具有丰富的图形库，通过组态可将锅炉的设备图形连同相关的运行参数以列表或分组等形式显示在画面上。

(2) 综合分析及发出控制指令。监控系统根据监测到的锅炉运行数据，按照设定的控制策略，发出控制指令，调节锅炉运行。

( 3) 诊断故障与报警管理。主控中心可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号，从而使锅炉的安全运行等级大幅提高。监控系统将根据所监测的参数

进行故障诊断，一旦发生故障，监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。与报警相关的显示功能使用户定义的显示画面与每个点联系起来，这样，当报警发生时，操作员可立即访问该报警点的详细信息，并按照所推荐采取的应急措施进行处理。

( 4) 历史记录运行参数。监控系统的实时数据库将维护锅炉运行参数的历史记录，另外监控系统还设有报警事件日志，用以记录报警/事件信息和操作员的变化等。历史记录的数据根据要求，可以显示为瞬时值，也可以为某一段时间内的平均值。

( 5) 计算运行参数。锅炉运行的某些运行参数不能直接测量，如年运行负荷量、蒸汽耗量、补水量、冷凝水返回量、设备的累积运行时间等。监控系统提供了丰富的标准处理算法，根据所测运行参数，计算出这些导出量。

5 结束语

采用计算机控制锅炉系统是行业趋势。锅炉控制系统中周到的安全机制，才能保证锅炉稳定、安全、经济地运行，减轻操作人员的劳动强度。而且利用计算

机来提高锅炉自动化水平对节能、环保安全等方面有着深远的意义。

参考文献

［1］ 田丽． 工业蒸汽锅炉自动化控制的探析［J］． 现代商贸工业， 2008( 6) : 314 － 315．

［2］ 陈小辉． 工业蒸汽锅炉自动化控制分析［J］． 中国科技纵横， 2011( 9) : 216．

［3］ 庄涛． 工业蒸汽锅炉的自动化控制研究与实现［D］． 济南: 山东大学， 2008．