系統(tǒng)設(shè)計圍繞可靠、穩(wěn)定、節(jié)能、簡單為最終目標。在此基礎(chǔ)上盡量滿足自動化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的系統(tǒng)集成，并實現(xiàn)集中管理分散控制，為便于日后的系統(tǒng)升級與能源管理等。
一、 鍋爐自控系統(tǒng)改造的緊迫性和必要性
因為鍋爐的數(shù)量多并且容量大，如果只用傳統(tǒng)的開放式管理模式和粗曠的控制手段，每天的浪費，每月每年累積下來都會是觸目驚心的數(shù)字。鑒于現(xiàn)狀，必須對鍋爐的管理和控制提到一個全新的高度。
盡管變頻調(diào)速已經(jīng)取代了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)機構(gòu)實現(xiàn)了節(jié)電，但鍋爐的煤耗遠大于電耗，而作為調(diào)節(jié)燃燒狀況的鍋爐輔機，如果速度比例分配不合理或協(xié)調(diào)不恰當，都將增加煤耗和電耗。現(xiàn)取四例說明如下：
- ●煙氣含氧量
1、經(jīng)濟性：
燃煤鍋爐燃燒質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到鍋爐燃料消耗率的高低，既要使燃料達到完全燃燒，同時又不過多地增加排煙量和降低燃燒溫度（過高的燃燒溫度會導(dǎo)致排煙溫度的升高和結(jié)渣的加速）。就必須保證鼓風量和燃料量的搭配適宜，這里我們引入了“風煤比”這個概念。“風煤比”就是在當前風量下所能燃燒的煤的最大值。防止由于風量不夠?qū)е旅翰荒艹浞秩紵蚩諝膺^剩致使大量煙氣帶走鍋爐熱量。過剩空氣系數(shù)對節(jié)煤和環(huán)保都有很大意義。因為如果不能充分燃燒將會導(dǎo)致灰渣的含炭率增高，這樣比較浪費煤，同時還會造成煙氣含炭量增高影響排放。過剩空氣同時還會導(dǎo)致風機電耗的增加。
2 、安全性：
鍋爐運行的安全性來看，爐內(nèi)過剩空氣系數(shù)過小，會使燃料中的碳不能完全燃燒，造成煙氣中含有較多的一氧化碳（CO）氣體。由于灰分在還原性氣體（CO）中氣熔點降低，易引起爐內(nèi)結(jié)渣的后果。過剩空氣系數(shù)過大時，會加劇飛灰對受熱面的磨損。飛灰磨損與煙氣流速的三次方成正比，因此隨著過剩空氣系數(shù)的增大，將使鍋爐受熱面的管子和引風機葉片磨損加劇，影響到設(shè)備的使用壽命。同時使燃料中的硫份易形成三氧化硫（SO3）,露點溫度也相應(yīng)提高，從而使尾部煙道的空氣預(yù)熱器也易于腐蝕，對于燃用高硫煤的鍋爐尤為顯著。
3、解決方法
正常燃燒時，首先要控制燃料與空氣的比例，使過剩空氣系數(shù)α保持在一定范圍內(nèi)。當熱負荷變化時，鼓風和引風轉(zhuǎn)速同時響應(yīng)，加負荷時，爐排略滯后于鼓風，減負荷時，爐排略提前于鼓風。正常燃燒時，系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)察煙氣氧含量，氧量過剩空氣系數(shù)微調(diào)原來的“風煤比”值，最初的“風煤比”值來自于人工觀察給定。
- ●爐膛負壓
1、經(jīng)濟性：
爐膛負壓的大小對于節(jié)能影響很大。爐膛壓力過低會使大量的冷風漏入爐膛，同時將會增大引風機的負荷和排煙熱損失。負壓大，被煙氣帶走的熱量就大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運行狀態(tài)應(yīng)在微負壓狀態(tài)。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內(nèi)的滯留時間，增加沉降，減少飛灰，使煤燃燒更充分以提高熱效率。由于負荷變化，需要改變給煤量和送風量，隨之也要改變引風量，以保證爐膛負壓的穩(wěn)定，但由于人工操作的誤差和其它種種原因，導(dǎo)致爐膛負壓往往很大。從而使煤耗增加。
在手動或簡單自動控制運行時，如果鍋爐的熱負荷波動較大時風機會頻繁的起、停（上、下限控制），因為引風機先開后停的邏輯順序，致使風機啟停次數(shù)越多，鼓、引風的運行時間差就越大。而時間差越大，鍋爐的排煙熱損失就越大。特別在風機沒有安裝變頻的情況下，熱損失更大。
2、安全性
為了保持爐膛壓力在要求的范圍內(nèi)，引風量必須與送風量相適應(yīng)，爐膛負壓太大甚至?xí)饍?nèi)爆；反之爐膛負壓太小甚至高出大氣壓力的時候，會使火焰和煙氣冒出，不僅影響環(huán)境衛(wèi)生，甚至可能影響設(shè)備和人生安全。
3、解決方法
鼓、引風在任何時刻都同時響應(yīng)，同時鼓、引風在運行時二者頻率差，一直等于最初人工設(shè)定的基本頻率差與實時修正值的和，因為有基本頻率差的參與，所以任意時刻負壓都較平穩(wěn)。
- ●被控量的穩(wěn)定性
1、經(jīng)濟性
當鍋爐處于低限啟動、高限停止的運行控制模式或被控量波動很大時，系統(tǒng)都存在高低偏差的浪費。浪費體現(xiàn)在低限滿足了生產(chǎn)工藝需要的目標值，而從低限向高限爬升的過程就是溫度或壓力爬升的過程，與此過程同時發(fā)生的有，排煙溫度、鍋爐熱散失、水泵電耗等參數(shù)的爬升。如果可以讓鍋爐運行在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，即波動盡可能的小，便可減小這些偏差造成的浪費。
另外，所有的生產(chǎn)過程都需要更穩(wěn)定的蒸汽壓力和熱媒溫度，因為他可以提高產(chǎn)品品質(zhì)和降低產(chǎn)品出次率。
2、安全性
壓力和溫度越穩(wěn)定，管道和鍋爐本體的應(yīng)力變化也就越小，管道和鍋爐本體泄漏的幾率也就越小。
3、解決方法
- A、連續(xù)調(diào)節(jié)，不做間歇啟停控制。
- B、使用通訊，免除模擬信號傳送易被干擾的現(xiàn)象。
- C、串級PID和前饋控制。
- D、專業(yè)控制算法。
- ●鍋爐效率的檢測
1、經(jīng)濟性
在多臺鍋爐并聯(lián)運行（一起參與調(diào)節(jié)）時，鍋爐是同時調(diào)節(jié)還是逐臺調(diào)節(jié)，及逐臺調(diào)節(jié)的先后順序都是非常講究的。理論上應(yīng)該讓比較高效率的鍋爐最后調(diào)節(jié)而最低效率的鍋爐最先調(diào)節(jié)，這是最節(jié)能的方法。事實也如此。問題是如何測量每臺鍋爐的各自效率。而讓電腦自動執(zhí)行先后順序。
2、解決方法
測量每臺鍋爐的給煤量，蒸汽流量和蒸汽壓力或熱媒溫差和熱媒流量，測量鍋爐輔機電耗。以計算鍋爐的綜合能耗。并將比較結(jié)果作為調(diào)節(jié)先后順序的依據(jù)。
二、設(shè)備控制
- ●工業(yè)以太網(wǎng)
作為高效自動化系統(tǒng)的骨干，工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)要求和工業(yè)總線系統(tǒng)要求的突出特點是可擴充性和經(jīng)常需要擴展。工業(yè)以太網(wǎng)是已經(jīng)確立的應(yīng)對這些需求的骨干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。我們的工業(yè)以太網(wǎng)可以提供卓越的功能性和靈活性——即使是在長距離上——并可應(yīng)對您的變化需求。
為了大量數(shù)據(jù)包的快速交互轉(zhuǎn)發(fā)，PLC與上位機通過工業(yè)管理型以太網(wǎng)交換機，以100M的最高速率無縫鏈接。當多臺鍋爐并聯(lián)運行時，系統(tǒng)監(jiān)察每臺設(shè)備的綜合效率，依次來決定效率較低的鍋爐優(yōu)先調(diào)整，而效率較高的以最佳負荷率運行。
- ●串口通信
為了得到更多變頻器的狀態(tài)信息和更好的解決模擬信號易被干擾的問題，PLC與變頻器使用MODBUS –RTU通信，其中對于變頻器的故障內(nèi)容更有別于傳統(tǒng)的故障繼電器節(jié)點輸出。
通信可使故障原因細分到上十種，并上傳至電腦，以便于操作員通過系統(tǒng)指導(dǎo)，更具針對性的高效快速的解決問題。
對于二次儀表的通信，避免了重復(fù)安裝傳感器而帶來的成本提升和管理繁雜。
- ●電磁兼容
- A、作為系統(tǒng)最大的傳導(dǎo)干擾源，變頻器必須全部就地獨立接地。
- B、自控系統(tǒng)離開變頻接地系統(tǒng)20米獨立接地。
- C、上位機由UPS供電。
- D、自控系統(tǒng)使用加磁環(huán)和隔離變壓器的隔離電源。
- E、自控系統(tǒng)線纜離開動力線纜一米以上穿線管獨立布線，線管接地。
三、系統(tǒng)優(yōu)點
- A、持續(xù)的過程優(yōu)化，持續(xù)的能耗降低，連續(xù)的數(shù)據(jù)采集，透明的工作現(xiàn)場，便捷的報表瀏覽，網(wǎng)絡(luò)化的協(xié)同自動化。
- B、出色的可擴展性、模塊化的組合。
- C、集中管理，分散控制，風險的最小化。
- D、清楚明了的診斷功能可以幫您快捷、輕松的解決問題。
- E、快速工業(yè)以太網(wǎng)的集成架構(gòu)，提供了車間級全局的設(shè)備訪問。為通過持續(xù)的質(zhì)量監(jiān)控，高效的產(chǎn)能優(yōu)化鋪平道路。
四、實現(xiàn)功能
- ●報警與安全保護
- A、高、低出口油溫（汽壓）、電機負荷、爐膛負壓、省煤器（空氣預(yù)熱器）壓差等極限報警。
- B、回油溫度（蒸汽壓力）、汽包水位變化率報警。
- C、超溫（壓）自動強制停車。
- D、油壓（水位）異常報警，如無應(yīng)答強制停車。
- E、引風電機（變頻）故障時鼓風爐排強制停車并報警。
- F、其它設(shè)備故障時報警。
- G、通信出錯時自動切換至常規(guī)控制并報警。
- H、報警發(fā)生時聲光警示、電腦顯示具體報警內(nèi)容與報警原因及故障處理指導(dǎo)流程。
- ●控制工藝
- A、運行、降速、升速時爐膛都保持恒微負壓。
- B、在合理效率點自動調(diào)整燃燒狀況，超過合理點以下限（上限）運行，至減載壓力（溫度）自動停機，至加載壓力（溫度）自動開機。
- C、以出口油溫（汽壓）為目標函數(shù)，自動跟蹤反向修正被控量。
- D、依據(jù)實際工況可隨意更改鼓、引、排的速度比例。
- E、穩(wěn)態(tài)運行時自動調(diào)整給煤和配風的比例，提高整體能效比。
- F、依據(jù)煙氣氧量、排煙溫度，作為系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，當系統(tǒng)取得這些樣本數(shù)據(jù)后，建立鍋爐燃燒特性模型，并經(jīng)過軟件分析，給運行人員一個優(yōu)化燃燒的操作指導(dǎo)，運行人員根據(jù)這些操作指導(dǎo)進行手動操作，或?qū)⒉僮髦笇?dǎo)納入到自動控制系統(tǒng)中進行優(yōu)化調(diào)整。。
- ●控制冗余
- A、鼓、引、排控制保留原驅(qū)動系統(tǒng)。
- B、通信異常時自動切換到原儀表控制。
- C、自動控制與儀表控制可一鍵自由切換。
- D、主、付操作員站故障時，可以由原柜體按鈕起停電機，不影響自動控制，但無法再修改數(shù)據(jù)和無法看到報警信息。
- ●信息與管理
- A、系統(tǒng)開放所有OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)，支持極大部分的辦公管理軟件自由訪問，控制電腦上所見的鍋爐運行各項數(shù)據(jù)。
- B、變頻電耗、鍋爐總電耗、換算煤耗一一可見。
- C、各項數(shù)據(jù)與報警記錄歷史可查、可打印，數(shù)據(jù)可保存1年。
- D、局域網(wǎng)內(nèi)計算機可用共享文件方式簡單瀏覽各項數(shù)據(jù)。
- E、記錄所有需要記錄但可以記錄的數(shù)據(jù)。
