工业蒸汽锅炉自动化控制系统设计

工业蒸汽锅炉自动化控制系统设计

1 概述

工业蒸汽锅炉生产自动化控制系统即通过采用各种检测仪表、调节仪表、控制装置等自动化技术工具，对锅炉生产过程中的温度、压力、流量、液位等热工参量进行自动控制的系统。自动控制的目的是实现各种最优的技术经济指标，减轻劳动强度，提高经济效益和生产率，节约能源，改善劳动环境条件。

实现锅炉自动化具有提高锅炉运行的安全可靠性、提高锅炉运行的经济性、减少运行人员、提高劳动生产率、改善劳动条件等特点，具有显著的经济效益和社会效益。本文所介绍的控制系统是我公司在生产上百套设备的基础上总结出来的，经过现场实际运行，得到了用户的好评。

2 设计原则

根据工程的重要性和实际使用、维护等多方面因素，建议主要遵循以下原则：

1）安全、可靠、适用、耐用、易操作、易维护。

2）节能、环保、投资少、效率高、先进性。

3）系统软件功能完善，提高管理水平。

4）预留接口，用于扩建时联网、通讯，方便管理。

3 自动化控制系统的内容

1）自动检测

用检测元件和显示仪表或其它自动化设备，对系统的温度、壓力、流量、液位等热工参量，进行连续测量和显示，以供值班员监视生产情况，或为企业经济核算提供数据，为自动调节和保护提供检测信号。以此监视工业锅炉生产过程进展的情况和发展的趋势，以指导安全操作生产，求得维护最佳运行工况。是锅炉生产自动化的组成部分，是实现锅炉生产自动化的前提和基础。自动检测点的选取是依据锅炉生

产工艺要求设计的。

2）自动控制

自动控制是按一定的次序、条件和时间要求，对工艺系统中各有关对象进行控制的一种技术，是生产过程自动化技术的一个重要组成部分。主要指锅炉的起动、停止及正常运行等一系列操作自动化。锅炉上应用的自动控制主要有：送、引风机的起停，水处理设备的运行，输煤系统的启停等。采用自动控制可以大大提高锅炉的自动化水平，简化操作步骤，避免误操作，减轻劳动强度，加快机组的启停速度，减少运行人员等。

3）自动保护

当设备运行状况发生异常或参数超过允许值时，及时发出报警或进行必要的动作，以避免发生设备事故和危及人身安全。锅炉生产的自动保护主要分为以下几种：

联锁保护-防止锅炉设备在启停过程中，由于操作次序错误而造成事故，在上一步操作未完成前，不能做下一步操作。或者在锅炉运行时，当某些辅机发生故障，另一些有关的设备必须立即动作或停止，以免事故进一步扩大。

限值保护-工业锅炉运行时的实际蒸发量和变动负荷速度应根据锅炉及辅机的运行状态予以限制。各种调节阀、调节挡板的最大和最小开度应予以限制。

紧急保护-如果蒸汽压力，锅炉水位出现危险工况时或炉膛熄火时，相应的自动保护装置都应能快速投入。

指示与报警-各辅机工况应予显示（指示灯或仪表），危险工况应立即自动报警，当参数超过规定值时，发出声光信号，提醒值班员注意，采取有效措施，以保证正常生产，或自动地按一定顺序操作某些设备或紧急停止机组运行。

4）自动调节

锅炉的一些被调参数应自动地适应运行条件的变化，使锅炉在所要求的工况下保持运行。

4 系统组成

1）计算机系统

计算机系统是由可编程控制器、工控机和软件组成。PLC的可靠性高、抗干扰能力强，用于完成数据采集和现场其它设备的通讯控制任务，通过通讯接口与现场的工控机显示控制终端连接，工控机实时显示各种数据和报警信号以及输出其它控制指令，还可以完成查询、检索、统计报表、打印等功能。利用网络与远方计算机完成数据的自动交换和远方控制功能。

计算机主界面设有锅炉总系统图、运行工况图、系统实时报表、系统历史报表、系统总测点图、棒形图、历史趋势曲线等。以上各画面采用多级下拉菜单，送风机、引风机、给煤机，循环水泵，补水泵，除渣机及所有电动阀门均为动态显示。

自控系统最重要的是稳定、使用方便、易于维护，这样系统不但对计算机的软、硬件要求越来越高，对外围元件也有了更高的要求，我们在保证系统稳定运行的基础上，使用了一些新产品，如小型配电器、温度变送器、电量变送器等，将计算机输入信号统一为4～20mA 或1～5V，统一了现场站的输入模块的种类，且减小了空间又起到了双重隔离作用，由此也大大的简化了计算机系统，并提高了系统的稳定性。

2）操作台控制显示系统

本系统设在中央控制室，可以选择手动或自动控制工作方式，要求与其它子系统保证友好连接，实现可靠控制和显示功能。重要参数在控制台上有常规仪表显示、报警，以使系统更加万无一失。系统包括：二次仪表、专用电源、信号隔离、综合报警、继电器组等元件。

3）变频柜控制系统

配电系统是保证锅炉正常运行的重要环节之一，配电系统所选元件的质量将直接影响锅炉的运行，循环泵、鼓风机、引风机、给煤机、选用变频控制，对其进行转速控制，使各设备达到最佳工况，即实现节能降耗的目的又提高了电机的使用寿命。

5 主要测点

1）模拟量输入点：炉膛温度、蒸汽温度、锅炉给水温度、省煤器进出口烟温、空气预热器进出口烟温、锅炉排烟温度、汽包压力、给水压力、炉膛负压、省煤器进出口烟压、空气预热器进出口烟压、除尘器进出口烟压、给水流量、蒸汽流量、汽包水位、烟气氧量及各辅机电流及频率等。

2）模拟量输出点：给水调节、鼓风机、引风机、炉排机调节等。

3）开关量输入点：鼓风机运行状态、引风机运行状态、炉排机运行状态，给水泵运行状态、上煤机运行状态、除渣机运行状态、各阀门状态。

4）开关量输出点：引风机起停、鼓风机起停、给煤机起停、循环泵起停、补水泵起停及各阀门开、关，报警输出。

5）报警输出点：炉堂负压高低、炉堂温度高低、软化水箱水位高低、炉排故障、给煤系统故障、循环水泵故障、引风机故障、鼓风机故障等。

6 结论

实际运行证明，本文所探讨的锅炉自动控制系统，设计合理、技术先进、功能完善通用性和灵活性较强、控制简单、操作方便、手动和自动调节切换容易、系统经济实用、运行稳定、可靠性高、保护功能全、自动化程度高，有较好地推广应用前景。