摘 要：本文介紹了注汽鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制方案及硬件、軟件的具體設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍋爐供水系統(tǒng)、負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制任務(wù)。并且采用熱效率自尋優(yōu)的方法自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)煤比，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)燃燒的目的。系統(tǒng)運(yùn)行表明：本系統(tǒng)大大提高了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，收到了滿意的控制效果。 關(guān)鍵詞：注汽鍋爐; 熱效率; 燃燒系統(tǒng) 1 引言 　　遼河油田高升采油廠注汽站新改造鍋爐采用強(qiáng)制循環(huán)單管直流工作方式，工業(yè)軟水由柱塞泵加壓后進(jìn)入省煤器，軟水吸收余 　　熱溫度升高后進(jìn)入加熱管，在加熱管中吸收 　　燃燒室中高溫火焰和煙氣的輻射熱后汽化變?yōu)楦邷卣羝?，?jīng)蒸汽管道輸出至各用氣油井。空氣經(jīng)風(fēng)道引入鼓風(fēng)機(jī)，經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)機(jī)升壓后進(jìn)入空氣預(yù)熱器，在空氣預(yù)熱器中被加熱成熱空氣后進(jìn)入爐膛;給粉倉(cāng)中的煤粉在一次風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)輸煤管道被送入噴燃器，與送入噴燃器中的預(yù)熱空氣充分混合，噴入燃燒室燃燒。燃燒產(chǎn)生的高溫火焰和煙氣先在燃燒室內(nèi)加熱水冷壁管中的水，然后高溫?zé)煔庖来瓮ㄟ^(guò)省煤氣和空氣預(yù)熱器，加熱這些受熱面的工質(zhì)（水和空氣）。在傳熱過(guò)程中煙氣的溫度逐漸降低，此后依次經(jīng)過(guò)多管除塵器和布袋除塵器清除煙氣中攜帶的大部分飛灰。在多管除塵器和布袋除塵器的下方分別設(shè)有一個(gè)儲(chǔ)灰罐，用于收集煙氣灰。經(jīng)過(guò)二級(jí)除塵后的煙氣，最后進(jìn)入煙囪，排入大氣中。燃料燃燒后產(chǎn)生的灰渣落入燃燒室下部的灰渣斗中，由攪龍電機(jī)帶動(dòng)的攪龍將其輸送到灰渣斗一端的出口處，進(jìn)入底灰儲(chǔ)灰罐中。儲(chǔ)灰罐中分別裝有料位傳感器，當(dāng)灰罐中料位達(dá)到一定高度時(shí)，料位傳感器產(chǎn)生高料位信號(hào)，該信號(hào)送入PLC后，由PLC發(fā)出吹灰控制信號(hào)，打開(kāi)壓縮空氣電磁閥，由壓縮空氣將灰渣由輸灰管道吹入總灰倉(cāng)中。 　　該熱管式鍋爐系統(tǒng)，與傳統(tǒng)液位式鍋爐不同，對(duì)于該鍋爐系統(tǒng)的控制任務(wù)是： 　　1、維持鍋爐爐膛壓力在-10mmH2O—0 mmH2O之間; 　　2、在用汽量不變的情況下,鍋爐給水流量恒定; 　　3、維持輸出蒸汽壓力恒定，實(shí)現(xiàn)鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒; 　　4、實(shí)現(xiàn)鍋爐的自動(dòng)點(diǎn)火控制及鍋爐吹灰等過(guò)程的自動(dòng)控制。 2 控制方案的設(shè)計(jì) 　　根據(jù)控制要求，為維持爐膛壓力在所要求的負(fù)壓范圍內(nèi)，以爐膛壓力為被控量、以蒸汽流量作為前饋量構(gòu)成閉環(huán)控制（控制框圖略）。對(duì)于給水量的控制，以給水流量測(cè)量?jī)x表的輸出值作為反饋，以給水流量設(shè)定值與反饋值的偏差做PID運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果加上蒸汽流量的前饋量，作為柱塞泵變頻器的輸入控制量，變頻器的輸出用來(lái)控制柱塞泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制給水泵的給水流量（具體控制原理圖略）。鍋爐燃燒的自動(dòng)控制是本系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，燃燒系統(tǒng)控制效果的好壞，直接影響到系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。本燃燒控制系統(tǒng)的主要功能是在不知道鍋爐系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的前提下，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)給煤量，自動(dòng)搜索到最佳的鼓風(fēng)量，并且在環(huán)境條件發(fā)生變化（例如煤粉熱值發(fā)生變化）時(shí)，自動(dòng)搜索到新的最優(yōu)工況，也就是具有自適應(yīng)能力。在該控制系統(tǒng)中，以鍋爐蒸汽壓力為主被控量，以蒸汽壓力給定值與實(shí)際測(cè)量值的偏差量做PID運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果用來(lái)調(diào)節(jié)給煤量。在給煤量確定后，通過(guò)步進(jìn)搜索尋優(yōu)算法在線尋找最佳給風(fēng)量。鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的控制原理圖見(jiàn)圖1。 [align=center] 圖1 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖[/align] 3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 　　3.1 系統(tǒng)硬件配置 　　鑒于以上的工藝流程及控制要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套基于上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)下位機(jī)由Siemens S7-300系列PLC組成，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的直接控制以及現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的采集、處理。上位機(jī) 　　采用臺(tái)灣研華工控機(jī)，用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí) 　　顯示、報(bào)表打印、趨勢(shì)曲線的繪制等功能。上下位機(jī)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示： [align=center] 圖2 上下位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　PS307：電源模塊，為PLC系統(tǒng)提供24V直流供電電源。 　　CPU315：S7-300系列CPU模塊中的一種類型。具有數(shù)據(jù)處理功能和與上位機(jī)通訊功能。 　　IM365：接口模塊，將安裝在兩個(gè)機(jī)架上的PLC構(gòu)成一體。 　　SM331：模擬量輸入模塊，與各種溫度、壓力等傳感器的輸出相連，將各種模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)供PLC和上位機(jī)使用。 　　SM332：模擬量輸出模塊，其各路輸出分別用于控制鼓風(fēng)機(jī)變頻器、引風(fēng)機(jī)變頻器、加粉機(jī)變頻器和柱塞泵變頻器。 　　SM321：數(shù)字量輸入模塊，分別用于接收設(shè)備狀態(tài)信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)被監(jiān)控信號(hào)（如底灰料位高等）。 　　SM322：數(shù)字量輸出模塊，用于輸出PLC所發(fā)出的各種控制指令、各種報(bào)警信號(hào)（例如進(jìn)水壓力低、鍋爐熄火等）。 　　上位機(jī)中安裝有通訊接口卡CP5611，采用MPI通訊協(xié)議與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 　　3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 　　上位機(jī)系統(tǒng)軟件是在Windows98平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的，監(jiān)控軟件采用組態(tài)王6.01版，共用點(diǎn)數(shù)256。開(kāi)發(fā)了監(jiān)控系統(tǒng)主畫(huà)面、設(shè)備控制畫(huà)面、趨勢(shì)曲線畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面、報(bào)表畫(huà)面、設(shè)備調(diào)試畫(huà)面、變頻控制畫(huà)面、系統(tǒng)畫(huà)面和低壓配電圖畫(huà)面，完成對(duì)PLC傳送來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種顯示、控制、報(bào)警等功能。 　　下位機(jī)軟件采用Siemens Step7軟件包，利用梯形圖語(yǔ)言編程，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、PID運(yùn)算、報(bào)警等功能。整個(gè)下位機(jī)軟件工作流程圖略可向作者索取，各程序功能如下： 　　初始化程序：對(duì)一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及定時(shí)器復(fù)位。 　　累積子程序：對(duì)總用電量、總給水量和總用煤粉量進(jìn)行累積計(jì)算。 　　點(diǎn)火子程序：完成鍋爐點(diǎn)火功能。 　　負(fù)壓調(diào)節(jié)子程序：調(diào)整鍋爐爐膛負(fù)壓在允許范圍內(nèi)。 　　燃燒調(diào)節(jié)子程序：維持蒸汽壓力穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)風(fēng)煤比尋優(yōu)運(yùn)算，保證實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒。 　　流量調(diào)節(jié)子程序：調(diào)節(jié)給水流量。 　　吹灰子程序：當(dāng)多管灰倉(cāng)、布袋灰倉(cāng)、底灰灰倉(cāng)料位高時(shí)，調(diào)用該子程序，實(shí)現(xiàn)吹灰功能。 　　報(bào)警子程序：當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常情況能夠自動(dòng)報(bào)警，報(bào)警電鈴響，同時(shí)，相應(yīng)的指示燈閃爍。 　　停機(jī)子程序：包括正常停機(jī)和緊急停機(jī)。當(dāng)啟動(dòng)正常停機(jī)按鈕時(shí)，調(diào)用正常停機(jī)子程序，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況，需要立刻終止設(shè)備運(yùn)行時(shí)調(diào)用緊急停機(jī)子程序。 4 結(jié)束語(yǔ) 　　本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行正常，運(yùn)行效果良好。達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)要求。采用風(fēng)煤比參數(shù)自尋優(yōu)的鍋爐燃燒控制方案，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)尋找最佳鼓風(fēng)量的功能，從而保證了系統(tǒng)燃燒的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。與鍋爐未改造時(shí)運(yùn)行情況相比，大大節(jié)約了能源，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。預(yù)計(jì)在一年內(nèi)即可將改造成本收回。 參考文獻(xiàn) 　　[1]任國(guó)梁。工業(yè)鍋爐自尋優(yōu)燃燒控制系統(tǒng)，現(xiàn)代節(jié)能，1994，6：11—14 　　[2]西門子（中國(guó)）有限公司。SIMATIC S7-300可編程控制器用戶手冊(cè)，2001 　　[3] 西門子（中國(guó)）有限公司。SIMATIC S7-300可編程控制器模板規(guī)范，2001