锅炉监控系统分析

随着工业技术的发展，锅炉应用的范围逐步增长，尤其在中小型热电项目中更为突出，我国现有中小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的三分一，目前大多数工业锅炉仍年处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。利用组态监控制装置，实现锅炉内部的实时监控，可以方便有效的保证锅炉的安全、稳定、经济运行，提高热效率，降低耗煤量，减轻操作人员的劳动强度，对我国资源节约及经济社会发展也具有深远意义。因此，对锅炉组态监控技术的研究具有重大的现实意义。

1．组态介绍

组态（configuration）的含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先配置，自动执行任务，满足使用者要求的目的。

组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式(而不是编程方式)提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/0设备，与高性能的工控计算机和网络系统结合，向控制层和管理层提供软、硬件的接口，进行整个大的系统集成。

组态监控软件的基本功能：

（1）监控功能即系统的实时测量和控制功能，包括对远程设备和仪表的开关量输入/输出、模拟量的输入/输出的测量、控制功能。

（2）组态功能即人机图形界面功能，包括根据实际控制网络及对象给出形象而具体的图形界面，方便操作人员进行实时监视和控制。

（3）数据库管理功能，要求监控组态软件应支持实时和历史数据库操作，即对现场全部运行当前及历史数据进行存储、查询和分析的功能。

（4）实现Wed发布。

2．锅炉的控制原理

锅炉是一个较为复杂的调节对象，它不仅调节量多，而且各种量之间相互联系，相互影响，内部存在着较为复杂的能量转换机理。因此，把锅炉系统作了个简化处理，化分为三个相对独立的调节系统。

a.锅炉汽包水位控制系统

b.锅炉燃烧过程控制系统

c.锅炉蒸气温度控制系统

锅炉水位是影响锅炉安全运行的重要参数。水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加管壁上的结垢和影响蒸汽质量；水位过低，会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包，甚至爆炸。它的被调量是汽包水位，调节量为给水流量，通过对给水流量的调节，使泡包内部的物料达到动态平衡。且要注意其存在的“假水位现象”。

锅炉燃烧过主要有三个任务：给煤控制，送风控制，炉膛负压控制。保证燃配比，以保证燃烧过程的经济性。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全；负压过大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加；其在锅炉燃烧中最为重要，因此作为主参数。

锅炉蒸气流量控制系统主要是为了解决锅炉汽包水位控制系统中出现的“假水位”现象和燃烧效率进行的完善系统。

本锅炉总系统采用前馈-串级控制，具有超前控制的作用，对系统稳定性等性能有重大意义。

所有主参量通过低压传感器采集数据，经过模数转换送到三菱PLC进行数据处理，在世纪星上实现动态显示。同时可以通过世纪星对锅炉的各主参量进行控制输出。实现整系统的实时监控。

3. 监控组态相关任务

a．动画界面的设计及链接（动态数据采集与控制）

b．趋势曲线

c．安全报警系统

d．组态与PLC通信

e．工程加密

f．web发布

4．锅炉监控的系统总体设计

图1

工业控制计算机、底层控制器PLC和现场电气控制系统组成，配置如图2所示：

图2 系统配置

燃煤锅炉自动控制系统的核心思想是使煤充分燃烧，提高利用能源的效率。系统包括两层：PLC现场控制层和上位机监控层。现场控制采用高性价比的三菱FX2N系列PLC。一方面监视锅炉的各项参数的变化，如蒸汽压力、炉膛温度、炉膛负压以及流量等，依据相应的控制策略和算法，通过驱动变频器和电机把锅炉控制在最佳的燃烧点运行。另一方面，PLC与计算机通信，可以实现上下位机的数据交换，起着重要的人机交互，监视控制的作用。

PLC控制级如下图3所示：

图3