系統(tǒng)設(shè)計(jì)圍繞可靠、穩(wěn)定、節(jié)能、簡(jiǎn)單為最終目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上盡量滿足自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的系統(tǒng)集成，并實(shí)現(xiàn)集中管理分散控制，為便于日后的系統(tǒng)升級(jí)與能源管理等。
一、 鍋爐自控系統(tǒng)改造的緊迫性和必要性
因?yàn)殄仩t的數(shù)量多并且容量大，如果只用傳統(tǒng)的開(kāi)放式管理模式和粗曠的控制手段，每天的浪費(fèi)，每月每年累積下來(lái)都會(huì)是觸目驚心的數(shù)字。鑒于現(xiàn)狀，必須對(duì)鍋爐的管理和控制提到一個(gè)全新的高度。
盡管變頻調(diào)速已經(jīng)取代了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了節(jié)電，但鍋爐的煤耗遠(yuǎn)大于電耗，而作為調(diào)節(jié)燃燒狀況的鍋爐輔機(jī)，如果速度比例分配不合理或協(xié)調(diào)不恰當(dāng)，都將增加煤耗和電耗。現(xiàn)取四例說(shuō)明如下：
- ●煙氣含氧量
1、經(jīng)濟(jì)性：
燃煤鍋爐燃燒質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到鍋爐燃料消耗率的高低，既要使燃料達(dá)到完全燃燒，同時(shí)又不過(guò)多地增加排煙量和降低燃燒溫度（過(guò)高的燃燒溫度會(huì)導(dǎo)致排煙溫度的升高和結(jié)渣的加速）。就必須保證鼓風(fēng)量和燃料量的搭配適宜，這里我們引入了“風(fēng)煤比”這個(gè)概念。“風(fēng)煤比”就是在當(dāng)前風(fēng)量下所能燃燒的煤的最大值。防止由于風(fēng)量不夠?qū)е旅翰荒艹浞秩紵蚩諝膺^(guò)剩致使大量煙氣帶走鍋爐熱量。過(guò)剩空氣系數(shù)對(duì)節(jié)煤和環(huán)保都有很大意義。因?yàn)槿绻荒艹浞秩紵龑?huì)導(dǎo)致灰渣的含炭率增高，這樣比較浪費(fèi)煤，同時(shí)還會(huì)造成煙氣含炭量增高影響排放。過(guò)剩空氣同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電耗的增加。
2 、安全性：
鍋爐運(yùn)行的安全性來(lái)看，爐內(nèi)過(guò)剩空氣系數(shù)過(guò)小，會(huì)使燃料中的碳不能完全燃燒，造成煙氣中含有較多的一氧化碳（CO）氣體。由于灰分在還原性氣體（CO）中氣熔點(diǎn)降低，易引起爐內(nèi)結(jié)渣的后果。過(guò)剩空氣系數(shù)過(guò)大時(shí)，會(huì)加劇飛灰對(duì)受熱面的磨損。飛灰磨損與煙氣流速的三次方成正比，因此隨著過(guò)剩空氣系數(shù)的增大，將使鍋爐受熱面的管子和引風(fēng)機(jī)葉片磨損加劇，影響到設(shè)備的使用壽命。同時(shí)使燃料中的硫份易形成三氧化硫（SO3）,露點(diǎn)溫度也相應(yīng)提高，從而使尾部煙道的空氣預(yù)熱器也易于腐蝕，對(duì)于燃用高硫煤的鍋爐尤為顯著。
3、解決方法
正常燃燒時(shí)，首先要控制燃料與空氣的比例，使過(guò)剩空氣系數(shù)α保持在一定范圍內(nèi)。當(dāng)熱負(fù)荷變化時(shí)，鼓風(fēng)和引風(fēng)轉(zhuǎn)速同時(shí)響應(yīng)，加負(fù)荷時(shí)，爐排略滯后于鼓風(fēng)，減負(fù)荷時(shí)，爐排略提前于鼓風(fēng)。正常燃燒時(shí)，系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)察煙氣氧含量，氧量過(guò)剩空氣系數(shù)微調(diào)原來(lái)的“風(fēng)煤比”值，最初的“風(fēng)煤比”值來(lái)自于人工觀察給定。
- ●爐膛負(fù)壓
1、經(jīng)濟(jì)性：
爐膛負(fù)壓的大小對(duì)于節(jié)能影響很大。爐膛壓力過(guò)低會(huì)使大量的冷風(fēng)漏入爐膛，同時(shí)將會(huì)增大引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷和排煙熱損失。負(fù)壓大，被煙氣帶走的熱量就大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)在微負(fù)壓狀態(tài)。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內(nèi)的滯留時(shí)間，增加沉降，減少飛灰，使煤燃燒更充分以提高熱效率。由于負(fù)荷變化，需要改變給煤量和送風(fēng)量，隨之也要改變引風(fēng)量，以保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定，但由于人工操作的誤差和其它種種原因，導(dǎo)致?tīng)t膛負(fù)壓往往很大。從而使煤耗增加。
在手動(dòng)或簡(jiǎn)單自動(dòng)控制運(yùn)行時(shí)，如果鍋爐的熱負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)風(fēng)機(jī)會(huì)頻繁的起、停（上、下限控制），因?yàn)橐L(fēng)機(jī)先開(kāi)后停的邏輯順序，致使風(fēng)機(jī)啟停次數(shù)越多，鼓、引風(fēng)的運(yùn)行時(shí)間差就越大。而時(shí)間差越大，鍋爐的排煙熱損失就越大。特別在風(fēng)機(jī)沒(méi)有安裝變頻的情況下，熱損失更大。
2、安全性
為了保持爐膛壓力在要求的范圍內(nèi)，引風(fēng)量必須與送風(fēng)量相適應(yīng)，爐膛負(fù)壓太大甚至?xí)饍?nèi)爆；反之爐膛負(fù)壓太小甚至高出大氣壓力的時(shí)候，會(huì)使火焰和煙氣冒出，不僅影響環(huán)境衛(wèi)生，甚至可能影響設(shè)備和人生安全。
3、解決方法
鼓、引風(fēng)在任何時(shí)刻都同時(shí)響應(yīng)，同時(shí)鼓、引風(fēng)在運(yùn)行時(shí)二者頻率差，一直等于最初人工設(shè)定的基本頻率差與實(shí)時(shí)修正值的和，因?yàn)橛谢绢l率差的參與，所以任意時(shí)刻負(fù)壓都較平穩(wěn)。
- ●被控量的穩(wěn)定性
1、經(jīng)濟(jì)性
當(dāng)鍋爐處于低限啟動(dòng)、高限停止的運(yùn)行控制模式或被控量波動(dòng)很大時(shí)，系統(tǒng)都存在高低偏差的浪費(fèi)。浪費(fèi)體現(xiàn)在低限滿足了生產(chǎn)工藝需要的目標(biāo)值，而從低限向高限爬升的過(guò)程就是溫度或壓力爬升的過(guò)程，與此過(guò)程同時(shí)發(fā)生的有，排煙溫度、鍋爐熱散失、水泵電耗等參數(shù)的爬升。如果可以讓鍋爐運(yùn)行在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，即波動(dòng)盡可能的小，便可減小這些偏差造成的浪費(fèi)。
另外，所有的生產(chǎn)過(guò)程都需要更穩(wěn)定的蒸汽壓力和熱媒溫度，因?yàn)樗梢蕴岣弋a(chǎn)品品質(zhì)和降低產(chǎn)品出次率。
2、安全性
壓力和溫度越穩(wěn)定，管道和鍋爐本體的應(yīng)力變化也就越小，管道和鍋爐本體泄漏的幾率也就越小。
3、解決方法
- A、連續(xù)調(diào)節(jié)，不做間歇啟停控制。
- B、使用通訊，免除模擬信號(hào)傳送易被干擾的現(xiàn)象。
- C、串級(jí)PID和前饋控制。
- D、專業(yè)控制算法。
- ●鍋爐效率的檢測(cè)
1、經(jīng)濟(jì)性
在多臺(tái)鍋爐并聯(lián)運(yùn)行（一起參與調(diào)節(jié)）時(shí)，鍋爐是同時(shí)調(diào)節(jié)還是逐臺(tái)調(diào)節(jié)，及逐臺(tái)調(diào)節(jié)的先后順序都是非常講究的。理論上應(yīng)該讓較高效率的鍋爐最后調(diào)節(jié)而最低效率的鍋爐最先調(diào)節(jié)，這是最節(jié)能的方法。事實(shí)也如此。問(wèn)題是如何測(cè)量每臺(tái)鍋爐的各自效率。而讓電腦自動(dòng)執(zhí)行先后順序。
2、解決方法
測(cè)量每臺(tái)鍋爐的給煤量，蒸汽流量和蒸汽壓力或熱媒溫差和熱媒流量，測(cè)量鍋爐輔機(jī)電耗。以計(jì)算鍋爐的綜合能耗。并將比較結(jié)果作為調(diào)節(jié)先后順序的依據(jù)。
二、設(shè)備控制
- ●工業(yè)以太網(wǎng)
作為高效自動(dòng)化系統(tǒng)的骨干，工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)要求和工業(yè)總線系統(tǒng)要求的突出特點(diǎn)是可擴(kuò)充性和經(jīng)常需要擴(kuò)展。工業(yè)以太網(wǎng)是已經(jīng)確立的應(yīng)對(duì)這些需求的骨干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。我們的工業(yè)以太網(wǎng)可以提供卓越的功能性和靈活性——即使是在長(zhǎng)距離上——并可應(yīng)對(duì)您的變化需求。
為了大量數(shù)據(jù)包的快速交互轉(zhuǎn)發(fā)，PLC與上位機(jī)通過(guò)工業(yè)管理型以太網(wǎng)交換機(jī)，以100M的最高速率無(wú)縫鏈接。當(dāng)多臺(tái)鍋爐并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)察每臺(tái)設(shè)備的綜合效率，依次來(lái)決定效率較低的鍋爐優(yōu)先調(diào)整，而效率較高的以最佳負(fù)荷率運(yùn)行。
- ●串口通信
為了得到更多變頻器的狀態(tài)信息和更好的解決模擬信號(hào)易被干擾的問(wèn)題，PLC與變頻器使用MODBUS –RTU通信，其中對(duì)于變頻器的故障內(nèi)容更有別于傳統(tǒng)的故障繼電器節(jié)點(diǎn)輸出。
通信可使故障原因細(xì)分到上十種，并上傳至電腦，以便于操作員通過(guò)系統(tǒng)指導(dǎo)，更具針對(duì)性的高效快速的解決問(wèn)題。
對(duì)于二次儀表的通信，避免了重復(fù)安裝傳感器而帶來(lái)的成本提升和管理繁雜。
- ●電磁兼容
- A、作為系統(tǒng)最大的傳導(dǎo)干擾源，變頻器必須全部就地獨(dú)立接地。
- B、自控系統(tǒng)離開(kāi)變頻接地系統(tǒng)20米獨(dú)立接地。
- C、上位機(jī)由UPS供電。
- D、自控系統(tǒng)使用加磁環(huán)和隔離變壓器的隔離電源。
- E、自控系統(tǒng)線纜離開(kāi)動(dòng)力線纜一米以上穿線管獨(dú)立布線，線管接地。
三、系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
- A、持續(xù)的過(guò)程優(yōu)化，持續(xù)的能耗降低，連續(xù)的數(shù)據(jù)采集，透明的工作現(xiàn)場(chǎng)，便捷的報(bào)表瀏覽，網(wǎng)絡(luò)化的協(xié)同自動(dòng)化。
- B、出色的可擴(kuò)展性、模塊化的組合。
- C、集中管理，分散控制，風(fēng)險(xiǎn)的最小化。
- D、清楚明了的診斷功能可以幫您快捷、輕松的解決問(wèn)題。
- E、快速工業(yè)以太網(wǎng)的集成架構(gòu)，提供了車間級(jí)全局的設(shè)備訪問(wèn)。為通過(guò)持續(xù)的質(zhì)量監(jiān)控，高效的產(chǎn)能優(yōu)化鋪平道路。
四、實(shí)現(xiàn)功能
- ●報(bào)警與安全保護(hù)
- A、高、低出口油溫（汽壓）、電機(jī)負(fù)荷、爐膛負(fù)壓、省煤器（空氣預(yù)熱器）壓差等極限報(bào)警。
- B、回油溫度（蒸汽壓力）、汽包水位變化率報(bào)警。
- C、超溫（壓）自動(dòng)強(qiáng)制停車。
- D、油壓（水位）異常報(bào)警，如無(wú)應(yīng)答強(qiáng)制停車。
- E、引風(fēng)電機(jī)（變頻）故障時(shí)鼓風(fēng)爐排強(qiáng)制停車并報(bào)警。
- F、其它設(shè)備故障時(shí)報(bào)警。
- G、通信出錯(cuò)時(shí)自動(dòng)切換至常規(guī)控制并報(bào)警。
- H、報(bào)警發(fā)生時(shí)聲光警示、電腦顯示具體報(bào)警內(nèi)容與報(bào)警原因及故障處理指導(dǎo)流程。
- ●控制工藝
- A、運(yùn)行、降速、升速時(shí)爐膛都保持恒微負(fù)壓。
- B、在合理效率點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整燃燒狀況，超過(guò)合理點(diǎn)以下限（上限）運(yùn)行，至減載壓力（溫度）自動(dòng)停機(jī)，至加載壓力（溫度）自動(dòng)開(kāi)機(jī)。
- C、以出口油溫（汽壓）為目標(biāo)函數(shù)，自動(dòng)跟蹤反向修正被控量。
- D、依據(jù)實(shí)際工況可隨意更改鼓、引、排的速度比例。
- E、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)自動(dòng)調(diào)整給煤和配風(fēng)的比例，提高整體能效比。
- F、依據(jù)煙氣氧量、排煙溫度，作為系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)取得這些樣本數(shù)據(jù)后，建立鍋爐燃燒特性模型，并經(jīng)過(guò)軟件分析，給運(yùn)行人員一個(gè)優(yōu)化燃燒的操作指導(dǎo)，運(yùn)行人員根據(jù)這些操作指導(dǎo)進(jìn)行手動(dòng)操作，或?qū)⒉僮髦笇?dǎo)納入到自動(dòng)控制系統(tǒng)中進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。。
- ●控制冗余
- A、鼓、引、排控制保留原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
- B、通信異常時(shí)自動(dòng)切換到原儀表控制。
- C、自動(dòng)控制與儀表控制可一鍵自由切換。
- D、主、付操作員站故障時(shí)，可以由原柜體按鈕起停電機(jī)，不影響自動(dòng)控制，但無(wú)法再修改數(shù)據(jù)和無(wú)法看到報(bào)警信息。
- ●信息與管理
- A、系統(tǒng)開(kāi)放所有OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)，支持極大部分的辦公管理軟件自由訪問(wèn)，控制電腦上所見(jiàn)的鍋爐運(yùn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)。
- B、變頻電耗、鍋爐總電耗、換算煤耗一一可見(jiàn)。
- C、各項(xiàng)數(shù)據(jù)與報(bào)警記錄歷史可查、可打印，數(shù)據(jù)可保存1年。
- D、局域網(wǎng)內(nèi)計(jì)算機(jī)可用共享文件方式簡(jiǎn)單瀏覽各項(xiàng)數(shù)據(jù)。
- E、記錄所有需要記錄但可以記錄的數(shù)據(jù)。
