浅谈锅炉燃烧安全保护系统的计算机控制

陈海霞

【摘 要】 锅炉是工业生产中不可缺少的设备，要保证其安全运行。通过对锅炉燃烧系统的分析，利用PLC和MCGS组态软件设计出安全保护的控制系统，实现锅炉燃烧系统的安全保护。

【关键词】 锅炉 燃烧系统 控制 PLC MCGS

锅炉是人类供热的主要来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的进步，锅炉形势和技术都得到不断迅速发展。

锅炉也是生产中重要的供热设备。电力，机械，冶金，化工，纺织，造纸，食品等工业都需要锅炉供给大量的蒸汽。锅炉是供热之源，锅炉机器设备的任务在于安全，可靠，有效地把燃料的化学能转化成热能，进而将热能传递给水，以生产热水和蒸汽。

随着工业生产过程规模的不断扩大，作为全厂动力和热源的锅炉设备，亦向大容量、高参数、高效率方向发展。因此，确保锅炉生产的安全操作和稳定运行，锅炉燃烧安全保护变得尤为重要。

就锅炉燃烧安全保护方面而言，过程自动化的研究始于五十年代，从检测到监控；从单参数控制到机组、全作业、全厂控制；从模拟仪表控制到计算机控制；从稳定化控制到最优化控制，锅炉控制自动化已由低级到高级而日趋完善，特别是计算机用于过程控制，使锅炉控制自动化水平达到新的高度。锅炉控制过程的自动化，能在现有设备基础上，增加处理量，提高生产技术指标，提高设备效率，节约原材料，改善劳动条件，稳定生产过程，给锅炉厂带来明显的经济效益。

锅炉机组装置主要由三部分组成，即燃烧设备，锅炉本体和辅助设备。锅炉燃烧过程的实现是需要各个部分相互配合，共同来实现的。锅炉燃烧过程中的主要部分有燃烧系统、汽水系统、燃料输送系统、给水系统、制粉系统、风烟系统等。作为锅炉的燃烧系统，其性能应力求能够合理有效地组织和控制燃烧系统的燃烧过程，以期得到满意的燃烧效果，提高燃料的利用率。

锅炉安全保护系统的目的就在于锅炉运行的各个阶段，包括启动、正常运行和停炉（包括危急状态下的事故停炉和正常停用）时，防止在锅炉和燃烧设备内形成危险的可燃物，从而确保机组安全运行，提高机组的可靠性。根据生产负荷的不同需要，锅炉需要提供不同规格（压力和温度）的蒸汽，同时，应根据安全性和经济性的要求，使锅炉安全运行和完全燃烧。

锅炉燃烧控制系统的基本任务是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需求，同时保证锅炉的经济、安全运行。为适应蒸汽负荷的变化，应及时调节燃料量。为完全燃烧，应控制燃料量与空气量的比值，使过剩空气系数满足要求，为防止燃烧过程中火焰或烟气外喷，应控制炉膛负压。这三项控制任务互相影响，应消除或削弱它们的关联。

燃烧过程的控制基本要求有三个：（1）保证出口蒸汽压力稳定，能按负荷要求自动增减燃料量。（2）燃烧良好，供气适宜。既要防止空气不足使烟囱冒黑烟，也不要因空气过量而增加热量损失。（3）保证锅炉安全运行。保持炉膛一定的负压，以免负压太小，甚至为正，造成炉膛内热烟气往外冒出，影响设备和工作人员的安全。

针对锅炉燃烧过程的控制要求，可以利用MCGS组态软件和可编程序控制器（PLC）设计出安全保护系统。MCGS组态软件是一套快速构造和生成计算机监控系统的软件，它能够在基于Microsoft （各种32位Windows平台上）运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。

可编程控制器（PLC）是一种用于工业控制的专用控制器，它与一般计算机的结构及组成相似。可编程控制器是专为工业环境应用而设计的，便于接线、扩充功能，便于操作与维护，以及提高系统的抗干扰能力。

利用MCGS完成燃烧系统的控制，组态设计包括以下几个部分：（1）工程整体规划。了解整个工程的系统构成和工艺流程，弄清监控对象的特征，明确主要的监控要求和技术要求等问题。在此基础上，拟定组建工程的总体规划和设想。（2）工程建立。就是创建一个用户应用系统。（3）构造实时数据库。数据库是MCGS系统的核心，也是应用系统的数据处理中心。数据对象就是代表工程特征的物理量。（4）组态用户窗口。用户窗口用来放置各种图形对象，通过对用户窗口内多个图形对象的组态，生成漂亮的图形界面，为实现动画显示做准备。（5）组态主控窗口。主控窗口负责调度设备窗口的工作、管理用户窗口的打开和关闭、驱动动画图形和调度用户策略的运行等。（6）组态设备窗口。设备窗口是MCGS系统与外部设备建立联系的后台作业环境，负责驱动外部设备，控制外部设备的工作状态。（7）组态运行策略。运行策略是指对监控系统运行流程进行控制的方法和条件，它能够对系统执行某项操作和实现某种功能进行有条件的约束。运行策略由多个的功能模块组成，用来完成对系统运行流程的自由控制，使系统能按照设定的顺序和条件，进行操作实时数据库，控制用户窗口的打开、关闭以及控制设备构件的工作状态等系列工作，从而实现对系统工作过程的精确控制及有序的调度管理。（8）组态结果检查。组态结果检查包括随时检查、存盘检查和统一检查。（9）工程测试。新建工程在MCGS组态环境中完成或部分完成组态配置后，应当转入MCGS运行环境，通过试运行，进行综合性测试检查。

通过对安全保护系统的整体分析，可绘出控制系统的PLC流程图。首先进行模块的初始化，初始化之后将模拟量读入控制器，通过AD模块转变成数字量，通过比较指令实现手/自动输出，以及正常状态/事故状态控制的分支，通过PID运算，并转换成数字信号后通过DA输出，控制燃料阀的开度。

MCGS支持国内外常见的PLC设备，包括西门子，欧姆龙，莫迪康，三菱，富士，松下，LG等，MCGS开发新PLC设备也简单快速。MCGS实现读写PLC各种类型的寄存器或继电器操作简单方便，可以连续增加或索引拷贝来增加大量的通道。操作的方式有只读，只写，读写，能满足各种要求，通过MODEM实现远程采集也非常简单。

通过现场试验，PLC和MCGS软件相结合来控制安全保护系统，操作人员能够方便地更改变量值，监察系统变量的变化。可见，二者结合设计出的锅炉燃烧安全保护系统，具有很好的实用价值。endprint