燃气锅炉的PLC自动控制系统

张春雨

摘要：随着我国经济的快速发展以及人民生活水平的提高，人们逐渐意识到环境保护的重要性。燃烧清洁燃料，改变供暖的燃料品种，是减少空气污染的有效途径。文章主要论述了燃气锅炉PLC自动控制系统，该系统可以明显提高燃料利用率。

关键词：PLC 燃气锅炉 自动控制系统

0 引言

现阶段，一般的燃气锅炉的设计效率均可以达到90%左右，然而在实际运行中，受外界环境温度不断变化以及供热量需求的变化的影响，需要实时调整燃气量，否则会导致供热量过量或不足，浪费了大量能源。所以，我们要实时调节燃气锅炉的燃气供应，提高能源利用率。现阶段，由于能源危机的影响，世界各国都面临能源短缺的挑战，尤其我国面临严重的能源问题。所以，锅炉控制系统的重点便是使锅炉高效、安全运行。

1 燃气锅炉自动控制系统概述

控制系统可采用西门子公司的S7-200系列中的CPU226作为单台燃气蒸汽锅炉系统和公用系统的控制核心，全面实现对蒸汽锅炉以及辅机系统的自动监控和管理功能。

2 系统特点

2.1 利用人机接口以及I/O接口，实时采集、记录、监视、操作控制过程对象的数据，可进行系统局部故障的在线维修以及组态回路的在线修改。

2.2 控制系统使用的人机对话系统实用而简捷，采用复合窗口技术，对工艺流程图、各控制回路、纪录数据实时显示并生成报表，时各工艺测点的历史趋势能够直观显示。

2.3 工程师能够方便地将不同设备的控制功能按设备分配到不同的合适控制单元上，这样操作工可以按照需要对单个控制单元进行模块化的功能修改、维护、下装和调试。

2.4 由PLC自动控制现场监控点，然后传递到中央监控计算机，利用系统软件还原显示数据，并对数据进行处理，这样进一步强化了系统数据通信安全性能。

2.5 各个控制单元分布安装在被控设备附近，既节省电缆，又可以提高该设备的控制速度。

3 主要回路的控制原理与方案

3.1 蒸汽压力-燃烧控制

蒸汽压力通过调节燃气调节阀门开度、配风等参数实现控制要求，所以在构建蒸汽压力度——燃烧控制方案时，将压力检测值和设定值经过比较，其偏差作为控制器的输入信号，控制器进行P、I、D运算后，输出控制信号去调节燃气的开度和鼓风机转速（改变送风量）。为了温度的稳定，系统引入蒸汽流量作为前馈信号，更为及时操纵燃气调节阀和鼓风机。压力低了就加大调节阀门开度，高了则减少调节阀门开度。稳定运行时，总风量调节采用以主蒸汽压力PID输出值做比例控制。

控制软件采用标准脉冲输出，控制燃烧器的电机正转或者反转，以达到负荷要求。控制输出的频率为秒级，可以达到1%B-MCR/sec。另外，用户可以自行设定时间，指定从点火到满负荷总共用多长时间，这是燃烧控制系统的人工指导功能。如果用户输入值比启动满负荷所用时间还要大，燃烧控制系统就会根据实际蒸汽压力自动对负荷进行控制。这时，负荷值和预期相差太大，系统会执行全开式燃烧模式，以期达到满负荷状态。当快要达到满负荷状态时，系统会自动根据动态的PID参数，调节燃烧风门，使之平稳提升到满负荷状态。这样大大减少了超调，从而实现了最佳的控制功效，虽然启动时温度的不同，但最终达到满负荷时的所用时长满足了用户要求。

气压负荷控制系统将压力传感器所检测到的蒸汽压力，经A/D模块转换送到PLC中，并在显示屏上显示当前的实际蒸汽压力。希望蒸汽压力可在显示屏上直接设定，PLC将获得的希望蒸汽压力与实际蒸汽压力进行比较，获得相应的压力误差，在PLC内部进行PID运算，获取负荷控制量，通过PLC输出控制负荷的加大或减小，以保证蒸汽压力恒定。引入蒸汽流量作前馈，是为了增加燃烧控制的反应速度，全负荷变化大时保证汽包压力的稳定。

3.2 锅炉汽包水位控制系统

锅炉汽包水位大幅度的波动会导致汽包内满水或空水，从而对安全产生了影响。当水位过低时，会出现负荷过大，水汽化速度太快的情况，最严重的情况是导致整个汽包的水完全汽化，从而造成了锅炉烧坏甚至爆炸的后果。当水位过高时，会影响汽包里的汽水分离装置，出现了蒸汽水分大量集聚于出口处的情况，最严重的情况是过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，对机组运行的经济型和安全性有着直接影响。

汽包水位控制系统可采用单冲量、双冲量以及三冲量控制方案。我们选用三冲量水位控制系统，主要是由于单冲量、双冲量控制策略比较简单，很难满足现代各种复杂锅炉的要求。蒸汽流量和给水流量是影响汽包水位的主要因素，汽包水位受蒸汽流量的增加或减少的影响，同样也会对水流量产生影响，以保持给水量与蒸汽量之间的平衡，确保锅炉能够稳定运行。前馈信号为蒸汽流量，构成前馈调节回路，串级信号为给水流量，构成副调节回路，以锅炉汽包水位测量信号作为主，构成主调节回路，进而构成锅炉汽包水位前馈——串级三冲量控制系统。

3.3 锅炉顺序控制

顺序控制的目的，就是控制蒸汽锅炉按照安全规范启动设备、停止设备。在遇到异常情况发生时，及时报警，当达到连锁保护值时，启动相应的连锁保护停止设备运行，未在连锁保护范围内的异常情况时，操作人员视其情节严重，可作相应的处理，以保证锅炉安全生产。燃烧器运行程序分为准备程序、点火程序、运行程序、连锁保护程序和停炉程序五个部分。

3.4 锅炉安全保护控制

锅炉启动过程中自动检测各反馈信号是否达到安全运行要求，若未达到启动条件则显示报警，启动保护主要如下：低水位报警、蒸汽超压报警、熄火故障报警、燃气压力故障报警、限位故障报警、天然气检漏失败报警、鼓风机过载故障报警。

当出现报警时未检修复位前，锅炉不能正常启动，确保了锅炉安全运行。燃气锅炉自动化改造后，产生了较好的经济效益、安全效益和环境效益。第一，减少了人为因素对锅炉效率的影响，提高锅炉燃烧效率，使改造后的锅炉节电率大于25%，单位蒸汽消耗天然气下降2%-10%之间。第二，锅炉燃烧明显增加3%-5%。第三，锅炉废气排放减少5%以上。第四，大大减轻司炉工的工作量，减低工作劳动强度。

4 总结

目前，燃气锅炉被大量运用于工业生产当中，它的发展前景是实现锅炉的计算机远程控制和智能化。而燃气锅炉结合PLC技术进行改造后，大大提升了锅炉的自动化控制性能，从而保证了锅炉正常安全运行，还能够实现监控整个供热过程，不仅提升了锅炉效率，还节约了大量能源，降低了大气污染程度。改造后的锅炉还大大降低了工人的劳动强度，提升了劳动效率，带来了很大的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]彭桂力，刘知贵.集中供热锅炉控制系统的PLC控制[J].电力自动化设备，2006（09）.

[2]李向东.自动喷油润滑系统在大型开式齿轮上的应用[J].矿山机械，2003（06）.

[3]李向东.PLC在干油集中润滑控制中的应用[J].矿山机械，2004（03）.endprint