鍋爐智能化控制的意義與相關技術探討論文
利用微機控制系統(tǒng)進行燃氣鍋爐的進氣、燃燒和水位系統(tǒng)的控制，是近年來開發(fā)使用的一項新型技術。
它不僅能改變目前鍋爐能耗較高、浪費較大、嚴重污染環(huán)境的生產狀態(tài)，保證鍋爐系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效的運行，更能從一定程度上減輕工作人員的勞動強度，具有長期的深遠意義。
鍋爐微機控制系統(tǒng)一般是由鍋爐本體、一次儀表、手動和自動切換裝置、執(zhí)行機構和控制閥等部件組成。一次儀表將鍋爐的各項溫度、壓力、流量、氧量、轉速等信號轉換成電壓(1-5V)或電流(4-20mA)等信號，通過中間轉換模塊傳遞給微機，手動和自動切換裝置方面，手動時由操作人員直接進行控制，不要微機自控的干預。
自動時是經(jīng)過微機系統(tǒng)進行精確地邏輯運算并立即向執(zhí)行機構發(fā)出操作指令，驅動各執(zhí)行機進行必要的具體開關動作。微機可以對鍋爐的整體運行進行檢測、報警和控制，以保證其正常的運行，還可以將鍋爐進水位、爐體壓力報警等重要參數(shù)在設置多重報警和連鎖控制，有效避免發(fā)生重大安全事故。
微機控制系統(tǒng)主要由主機箱、通道箱、CRT顯示器、鍵盤、打印機、報警裝置、低通濾波器及I/V轉換板等組成，系統(tǒng)能夠完成對給水、進氣、鼓風、引風等進行自動控制，使鍋爐的汽包水位、蒸汽壓力處于規(guī)定的數(shù)值范圍內，以保證鍋爐的安全運行，平穩(wěn)操作，達到降低能耗、提高蒸汽供汽質量的目的，同時對運行參數(shù)如壓力、溫度、流量等有流程動態(tài)模擬圖、光柱模擬圖等多幅畫面并配有數(shù)字說明，還可對汽包水位、壓力、爐溫等進行越限報警，發(fā)出聲光信號，并定時打印出十幾種運行參數(shù)的數(shù)據(jù)，以形成生產日志和班、日產耗統(tǒng)計報表，有定時打印、隨機打印等幾種方式。
關于鍋爐控制系統(tǒng)的硬件配置，功能較好的目前首推可編程序控制器PLC，適合于多臺大中型鍋爐控制，由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護、自診斷等功能，所以抗干擾能力強，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中，故障率低。
PLC編程簡單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，多臺PLC進行同位鏈接及計算機進行上位鏈接，實現(xiàn)一臺計算機和若干臺PLC構成分布式控制網(wǎng)絡，但是，這種連接方式價格較高，如果是控制單臺，資源不能充分利用，多臺鍋爐控制能提高性能價格比，如果從長遠觀點看，其壽命長，故障率低，易于維修，值得選用。另一種是16位STD總線工業(yè)控制機為主機構成的系統(tǒng)，由于其性價比可以考慮，所以國內應用的較多。
再一種是智能儀表控制，以單(雙)回路可編程控制器為主，以PC機為上位機，彼此間采用RS-232連接，接受多路模擬量及開關量輸入，實現(xiàn)復雜的運算、控制、通信及故障診斷功能，但是出于危險分散的考慮，它雖有若干路模擬量及開關量輸入，但只有少數(shù)幾路采用4～20mA直接信號輸出，即原則上只控制少有的幾個執(zhí)行器，它與模擬儀表一樣，可與常規(guī)儀表混合使用，作為集散控制系數(shù)的一部分，是現(xiàn)代自動控制、計算機及通信技術最新發(fā)展產物，該儀表編程方式采用模塊化，容易掌握。
鍋爐對系統(tǒng)的控制一般包括給水水位、燃燒和壓力等綜合系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制，其中給水水位控制系統(tǒng)實際上是為了保證鍋爐進出水量平衡與否的指標，通過調整進水量的多少來達到進水平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線位置附近，旨在提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產安全。
以燃氣鍋爐為例說說鍋爐的檢測和控制過程，它主要是通過鍋爐的給水、燃燒等熱工變量的自動檢測和調節(jié)實現(xiàn)過程的控制，對安全運行和節(jié)能具有重要的意義。
汽包水位控制如果過高，將會影響到汽包內的汽水分離，飽和水蒸汽帶水過多，使過熱蒸汽溫度降低;水位控制過低，加上負荷增大時，致使水的汽化速度會加快，汽包內的水量迅速減少，如不及時進行調整，會使汽包內的水全部汽化，危及鍋爐安全。當負荷出現(xiàn)非常不穩(wěn)定時，給水流量產生擾動，致使汽包水位有較大延遲，導致蒸汽流量發(fā)生變化，將會出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象，使得三沖量難以運行，因此應該先以單沖量投入運行，在工況穩(wěn)定后再投入三沖量，也可以要求單沖量和三沖量兩種控制方式能方便地進行無擾切換。
為了保證鍋爐的安全、有效運行，必須保證鍋爐汽包的水位處于一定的范圍，給水系統(tǒng)處于可控的穩(wěn)定狀態(tài)。所謂三沖量在這是指汽包水位、給水流量和過熱蒸汽流量。其中水位檢測是主要信號，給水量是反饋信號，過熱蒸汽流量是前饋信號。
當過熱蒸汽流量改變時，將信號通過蒸汽流量檢測裝置傳輸給微機控制系統(tǒng)，進行PID運行計算同時調節(jié)給水閥門開度和蒸汽閥門流量調節(jié)閥門開度進行給水調節(jié)，當給水流量受到擾動時則能使給水流量恢復到原來值。
除了對鍋爐給水系統(tǒng)需重點控制外，還要對正常運行時的主汽壓力和溫度的穩(wěn)定進行控制。因為主汽壓力和溫度是反映機組運行情況的一個重要參數(shù)，主汽壓力過高會產生鍋爐本體和管道爆炸的危險，主汽溫度偏高，過熱器及其它設備將在更加惡劣的環(huán)境下運行，材料的使用壽命將會縮短。
相反，主汽壓力偏低不滿足生產使用的需要，主汽溫度偏低，則運行設備達不到預定的'運行效率和滅菌效果。因此，設備正常運行時要求主汽壓力和溫度都必須穩(wěn)定。燃氣鍋爐主汽壓力溫度調節(jié)系統(tǒng)一般主要采用由主汽的壓力、溫度數(shù)值、給水量及主汽的流量等參數(shù)組成的串級控制系統(tǒng)。
把主汽溫度測量的值以主調的反饋輸入值形式，和主汽溫度的設定值進行PID運算，然后送入副調，在副調中與減溫器出口汽溫進行控制運算，其結果經(jīng)限幅后由控制系統(tǒng)輸出至執(zhí)行機構，調節(jié)噴水減溫的控制閥門。由于主汽流量變化時，噴水量必須相應地發(fā)生變化，故在主汽溫度控制方案中把主汽流量信號以前饋控制的形式引入控制系統(tǒng)中。
利用微型計算機現(xiàn)代技術進行的鍋爐整體系統(tǒng)的控制，從給水系統(tǒng)、水位控制、燃燒管理、自啟動管理和吹污自潔管理等等，至今應算比較成熟的實現(xiàn)了最優(yōu)控制和管理。相對于一般儀表來說，可以節(jié)約大量安裝儀表的空間和繁瑣的人力勞動，比手動調節(jié)更精確且遠程控制可在一定程度上有效避免突發(fā)事故對人身傷亡的影響。
一般的中小型鍋爐可通過可編程控制器PLC的程序運算，它具有抗干擾能力強、算法豐富、易于擴展等特點，通過采用計算機加PLC的方式很好的完成控制功能。
大型鍋爐系統(tǒng)可以在此基礎上采用大型DCS分布式控制系統(tǒng)進行控制，工程造價較高但具有可靠穩(wěn)定的控制效果，且也便于擴展升級。
結語：微機控制鍋爐技術具有良好實用前景，既可節(jié)約能耗又可提高鍋爐的運行管理水平，減輕環(huán)境污染，目前國內鍋爐已相繼采用微機控制系統(tǒng)，但數(shù)量還是很小得一部分，所以推廣應用該技術具有十分深遠的意義。另外該技術也需不斷完善和提高，進一步做好降低微機控制系統(tǒng)的成本并與鍋爐本體設備做到更加緊密融洽的配合。
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