一、改造背景 鍋爐是全廠重要的動力設備，其任務是供給合格穩(wěn)定的蒸汽，以滿足負荷的需要。為此，鍋爐生產(chǎn)過程的各個主要參數(shù)都必須嚴格控制。鍋爐設備是一個復雜的控制對象，主要輸入變量是負荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風和引風量。主要輸出變量包括汽包水位、過熱蒸汽溫度及壓力、煙氣氧量和爐膛負壓等。因此鍋爐是一個多輸入、多輸出且相互關聯(lián)的復雜控制對象。 二、改造要求 1、拆除鍋爐主控制室的原有兩臺低配置的工控機和附屬板卡，采用變頻設備及PLC和相關軟件，組成PLC的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對兩臺35噸鍋爐運行狀態(tài)、各項參數(shù)的監(jiān)視和汽包水位的自動控制。 2、本次改造在控制方面暫止要求實現(xiàn)汽包水位自動控制，但要求在PLC預留鍋爐自動燃燒控制的全套程序，以利于在條件成熟時實現(xiàn)自動燃燒控制。 3、系統(tǒng)模式為：PLC可編程控制器。 三、系統(tǒng)配置 可編程控制器PLC 采用德國西門子的S7-300系列可編程控制器內(nèi)置PID模塊，32K存儲器，I/O能擴展到2048點 文本操作面板 變頻設備系統(tǒng) 四、控制方案設計 ◆鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) 汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數(shù)，水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴重時會導致蒸汽帶水增多，增加在管壁上的結(jié)垢和影響蒸汽質(zhì)量。水位過低，則會破壞水循環(huán)，引起水冷壁管的破裂，嚴重時會造成干鍋，損壞汽包。所以其值過高過低都可能造成重大事故。它的被調(diào)量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過對給水流量的調(diào)節(jié),使汽包內(nèi)部的物料達到動態(tài)平衡，變化在允許范圍之內(nèi)，由于鍋爐汽包水位對蒸氣流量和給水流量變化的響應呈積極特性。但是在負荷（蒸氣流量）急劇增加時，表現(xiàn)卻為"逆響應特性"，即所謂的"虛假水位"，造成這一原因是由于負荷增加時，導致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系統(tǒng)，實質(zhì)上是維持鍋爐進出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標，通過調(diào)整進水量的多少來達到進出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設有自平衡能力的被控對象，運行中存在虛假水位現(xiàn)象，實際應用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙重量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。 控制目標值：（汽包水位均勻量為：±220，水位控制在中間值，偏差≤±10） 1、在操作界面上利用文本實現(xiàn)對水泵啟停的控制。 2、在儀表盤上使用原有的變頻設備系統(tǒng)對水泵進行手動/自動調(diào)節(jié)控制。 系統(tǒng)給水自動調(diào)節(jié)分為三種模式： ●單水位控制模式：只通過檢測汽包水位來控制給水量。 ●雙沖量水位控制模式：監(jiān)測汽包水位、蒸汽流量，將蒸汽流量作為前饋信號，與汽包水位組成前饋—反饋控制方式。 ●三沖量水位控制模式：監(jiān)測汽包水位、蒸汽流量、給水流量，將汽包水位作為主控編練個，給水流量作為輔助被控變量的串級控制系統(tǒng)與蒸汽流量作為前饋信號組成前饋—串級反饋控制方式。 三沖量水位控制實現(xiàn)方式： 1）在異常情況下，如液位偏離正常值較大時，采用規(guī)則控制，可以快速恢復水位，保證鍋爐的安全穩(wěn)定運行。 2）當水位控制和主蒸汽溫度控制發(fā)生矛盾時，可根據(jù)矛盾的主要方面進行兩者的協(xié)調(diào)控制。 3）它包含給水流量控制回路和汽包水位控制回路兩個控制回路，實質(zhì)上是蒸汽流量前饋與水位－流量串級系統(tǒng)組成的復合控制系統(tǒng)。當蒸汽流量變化時，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的給水流量控制回路可迅速改變進水量以完成粗調(diào)，然后再由汽包水位調(diào)節(jié)器完成水位的細調(diào)。 ◆鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng) 鍋爐燃燒過程有三個任務：給煤控制，給風控制，爐膛負壓控制。保持煤氣與空氣比例使空氣過剩系數(shù)在1.08左右、燃燒過程的經(jīng)濟性、維持爐膛負壓，所以鍋爐燃燒過程的自動調(diào)節(jié)是一個復雜的問題。對于35t鍋爐來說燃燒放散高爐煤氣，要求是最大限度地利用放散的高爐煤氣，故可按鍋爐的最大出力運行，對蒸汽壓力不做嚴格要求；燃燒的經(jīng)濟性也不做較高的要求。這樣鍋爐燃燒過程的自動調(diào)節(jié)簡化為爐膛負壓為主參數(shù)的定煤氣流量調(diào)節(jié)。 爐膛負壓Pf的大小受引風量、鼓風量與煤氣量（壓力）三者的影響。爐膛負壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設備與運行人員的安全。負壓太大，爐膛漏風量增加，排煙損失增加，引風機電耗增加。根據(jù)多年的人工手動調(diào)節(jié)摸索，35t鍋爐的Pf=100Pa來進行設計。調(diào)節(jié)方法是初始狀態(tài)先由人工調(diào)節(jié)空氣與煤氣比例，達到理想的燃燒狀態(tài)，在引風機全開時達到爐膛負壓100Pa，投入自動后，只調(diào)節(jié)煤氣蝶閥，使壓力波動下的高爐煤氣流量趨于初始狀態(tài)的煤氣流量，來保持燃燒中高爐煤氣與空氣比例達到最佳狀態(tài)。保因此，鍋爐燃燒過程自動控制系統(tǒng)按照控制任務的不同可分為三個子控制系統(tǒng)，即蒸汽壓力控制系統(tǒng)、煙氣氧量控制系統(tǒng)和爐膛負壓控制系統(tǒng)。 ◆過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 過熱蒸汽的溫度是鍋爐生產(chǎn)過程的重要參數(shù)，一般由鍋爐和汽輪機生產(chǎn)的工藝確定。從安全生產(chǎn)和經(jīng)濟技術(shù)指標上看，必須控制過熱蒸汽溫度在允許范圍之內(nèi)。在35T鍋爐計算機控制系統(tǒng)中，過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設計。調(diào)節(jié)手段是改變減溫水流量。從結(jié)構(gòu)上看，這是一個簡單的單回路控制系統(tǒng)，但是實際系統(tǒng)存在以下問題：鍋爐的進水系統(tǒng)中實際有三臺調(diào)節(jié)閥，即鍋爐總給水閥（V1）、減溫水閥（V2）和汽包給水支閥（V3）。因為這3個閥都控制給水量，將會通過圖中進水交點處壓力P的變化而產(chǎn)生關聯(lián)作用。 ◆除氧器控制系統(tǒng) 除氧器控制系統(tǒng)包括除氧器壓力和液位兩個控制子系統(tǒng)。在35T鍋爐計算機控制系統(tǒng)中，除氧器壓力控制系統(tǒng)和除氧器液位控制系統(tǒng)都設計為單回路PI控制方式。在滿足鍋爐生產(chǎn)的實際要求的前提下，單回路PI控制方式具有結(jié)構(gòu)簡單、容易整定和實現(xiàn)等優(yōu)點。 對于除氧器壓力系統(tǒng)而言，當除氧器壓力發(fā)生變化時，壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)除氧器的進汽閥，改變除氧器的進汽量，從而將除氧器的壓力控制在目標值上；同樣，對于除氧器液位系統(tǒng)，當除氧器液位發(fā)生變化時，液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)除氧器的進水閥，改變除氧器的進水量，從而將除氧器的液位控制在目標值上。