PLC在锅炉控制系统中的应用

【摘要】随着科学技术，特别是计算机技术、通信技术、电子技术等前沿学科的飞速发展，使得工业自动化控制水平快速提高，不但降低了劳动强度，而且能够实现降低能耗的效果。本文结合单位锅炉房控制系统中PLC的实际应用情况，先从PLC控制系统构成入手，再分析控制系统的控制参数以及功能，最后阐述PLC在锅炉控制系统中所起到的重要作用。

【关键词】锅炉 PLC 控制系统

锅炉是工业生产最为重要的动力设备，我国的锅炉燃料逐步从煤炭发展到油、气，无论以哪种燃料为锅炉提供能源，其能源消耗是巨大的。如果采用锅炉的自动控制系统代替常规仪表或者人工监控操作方式，不但可以大幅提高燃烧效率，保证锅炉运行参数的稳定，节约能源，减少环境污染，而且能够减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动环境，保证锅炉设备安全运行，确保工人的人身安全为综合的科学管理提供必要条件。

目前，锅炉自动控制系统主要有以下三种形式：以工业控制机为核心的工控系统-STD总线单板机系统[1]、集散控制系统即DCS系统[2]和以PLC为核心的控制系统[3]，其中以PLC为核心的控制系统由于其配置灵活，能适应恶劣的生产环境，抗干扰能力强，可靠性高，编程语言易懂易学，直接面向生产过程，适合工程技术人员直接使用，在控制领域里具有广阔的发展前途。本文将着重对PLC在锅炉自动控制系统中的应用进行介绍。

1 控制系统组成

PLC自动控制系统是由上位机系统和下位机系统构成。下位机系统采用GE PLC构成，与现场设备的AI＼AO＼DI＼DO模块相连。上位机系统采用全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件IFIX完成生产数据的实时显示、存储、报警以及控制参数的设定，软件编程采用VB语言，Windows 2000作为系统平台界面，组成计算机操作系统，实现人机通讯。上位机系统与下位机系统之间的通讯采用Ethernet方式，其传输速率可达10-100Mbit/s，完全能够满足对生产参数进行实时监控的要求。

2 控制功能

2.1 监控功能

在电脑的监控画面上可以显示运行炉与备用炉的状态，同时能够显示运行炉的温度、压力、水位、历史趋势、报警窗口、水位调节设置窗口以及出口压力调节设置窗口，并能够实时提供除氧器、给水泵、上水泵的运行状态以及关键阀门的开度。系统主要提供以下功能：

主菜单：提供系统登录、报警查询、报表生成以及各台锅炉的相互切换窗口。

系统登录：系统登录功能主要向不同的操作人员提供不同的操作权限。一般的操作人员登陆后只能对运行锅炉的参数进行监控，不能进行设置参数操作，技术员级别的操作人员登录后可以对参数进行修改和设定。

主窗口：可以显示运行锅炉的整个工艺流程以及相关的主要参数值，如锅炉水位、炉膛压力、烟道温度、蒸汽流量、给水流量、省煤器进出口温度、除氧器出口温度等。

报警查询：对运行锅炉的各种运行参数按照工艺流程设定报警值，当过程值超过报警值范围时，报警画面上显示报警发生时间、报警值、报警点，操作员在报警画面上可以完成报警确认等功能。

报表生成：锅炉水位、炉膛压力、烟道温度、蒸汽流量、给水流量、省煤器进出口温度、除氧器出口温度等重要生产运行参数能够实时进行查询历史数据，并根据客户要求定时将重要生产数据录入到生产报表中。

2.2 锅炉水位调节功能

锅炉水位调节选用三冲量的调节方式，所谓三冲量指的是：锅炉水位、蒸汽流量、给水流量。当锅炉负荷瞬间突变时，如负荷上升瞬间，因汽包蒸汽压力骤减，锅炉中的饱和水蒸气从饱和水中分离出来造成较高的虚假水位。同理，当蒸汽负荷减少时，会造成较低的虚假水位。若按照虚假水位进行单冲量调节，将造成锅炉水位大幅度波动而酿成事故。因此，将蒸汽流量信号作为前馈控制量引入到PLC水位控制系统中，可有效克服这一缺陷[4]。

2.3 锅炉负压调节功能

锅炉炉膛负压的大小对锅炉的安全运行与节能影响较大。负压较大时，被烟气带走的热量就大，热损失增加，耗气量增大；负压小时，则会出现烧烤炉膛，较为严重时会向外喷烟喷火。因此，合理的自动锅炉负压调节可以使气体充分燃烧，提高效率。为了合理控制负压波动，根据负压调节风门开度是锅炉维持在-10～20Pa较理想的状态下燃烧。

2.4 锅炉燃烧控制功能

主要是解决送风量与燃气量最佳配比的问题，其中送风采用自动控制，使锅炉所投入的燃料在炉膛中燃烧时，自动投入合适的风量，以保证锅炉的经济燃烧，主要控制的参数为燃气压力及送风压力，进而达到最高的锅炉热效率。在运行较稳定期间，监测烟道含氧量对风量调节，保证风量与燃气量达到最优的燃烧比例。

2.5 报警及连锁停炉功能

对锅炉的生产运行参数进行分级管理，重要的生产参数如锅炉水位、炉膛压力、烟道温度为一级，对这些参数设置连锁停炉报警，只要上述参数超过设定值，控制室出现声光报警、语音弹框提示并连锁停炉；一般生产参数如省煤器进出口温度、除氧器出口温度等为二级，只是单单对这些参数设置简单的语音弹框提示报警，并不进行连锁停炉。通过对运行参数的分级设置，使员工能够清晰的理解运行参数的重要程度，特别是加上声光报警、语音弹框报警提示之后，对员工的提示作用越来越大，以便员工更加及时的发现锅炉故障。

3 应用情况

采用PLC控制系统以及相关控制流程以后，极大方便了司炉工作人员，整个锅炉的运行状况在显示器上一目了然。该控制系统能提高能源利用率，保证系统高效安全运行，各控制系统波动小，运行平稳。在节能降耗上看，该控制系统提高了锅炉系统的可靠性、稳定性，减少了故障停炉时间，给企业带来了可观的经济效益。

4 结论

目前，自动控制系统在锅炉上的应用正在迅速普及，为了能够真正体现自动控制系统在安全生产、节能、减少污染、提高管理水平诸多方面的优越性，使PLC的真正优势发挥出来，还应做好以下几方面工作。

（1）燃烧控制系统属于多变量控制系统，为了实现燃烧控制系统的最优化运行，应根据负荷变化情况设定燃烧的参数值。

（2）对锅炉的使用人员以及维护人员要加大培训力度，要分为不同层次进行培训，使员工具有紧急事故的处理能力。

（3）建立标准的规章管理制度，对锅炉自动控制系统附件进行定期维护和保养，降低设备的事故率，使设备在良好的状态下运行。

（4）自动控制系统虽然能够降低劳动强度，但并不意味着无人值守，有些关键部分仍需要员工的高度责任心。

随着PLC的飞速发展以及运行经验，该系统在锅炉房的热工控制上将得到很快的普及和发展。