淺談鍋爐燃燒安全保護系統的計算機控制

陳海霞

【摘 要】 鍋爐是工業生產中不可缺少的設備，要保證其安全運行。通過對鍋爐燃燒系統的分析，利用PLC和MCGS組態軟件設計出安全保護的控制系統，實現鍋爐燃燒系統的安全保護。

【關鍵詞】 鍋爐 燃燒系統 控制 PLC MCGS

鍋爐是人類供熱的主要來源，它的出現迄今已有兩百余年的歷史。期間，從低級到高級，從簡單到復雜，隨著生產力的進步，鍋爐形勢和技術都得到不斷迅速發展。

鍋爐也是生產中重要的供熱設備。電力，機械，冶金，化工，紡織，造紙，食品等工業都需要鍋爐供給大量的蒸汽。鍋爐是供熱之源，鍋爐機器設備的任務在于安全，可靠，有效地把燃料的化學能轉化成熱能，進而將熱能傳遞給水，以生產熱水和蒸汽。

隨著工業生產過程規模的不斷擴大，作為全廠動力和熱源的鍋爐設備，亦向大容量、高參數、高效率方向發展。因此，確保鍋爐生產的安全操作和穩定運行，鍋爐燃燒安全保護變得尤為重要。

就鍋爐燃燒安全保護方面而言，過程自動化的研究始于五十年代，從檢測到監控；從單參數控制到機組、全作業、全廠控制；從模擬儀表控制到計算機控制；從穩定化控制到最優化控制，鍋爐控制自動化已由低級到高級而日趨完善，特別是計算機用于過程控制，使鍋爐控制自動化水平達到新的高度。鍋爐控制過程的自動化，能在現有設備基礎上，增加處理量，提高生產技術指標，提高設備效率，節約原材料，改善勞動條件，穩定生產過程，給鍋爐廠帶來明顯的經濟效益。

鍋爐機組裝置主要由三部分組成，即燃燒設備，鍋爐本體和輔助設備。鍋爐燃燒過程的實現是需要各個部分相互配合，共同來實現的。鍋爐燃燒過程中的主要部分有燃燒系統、汽水系統、燃料輸送系統、給水系統、制粉系統、風煙系統等。作為鍋爐的燃燒系統，其性能應力求能夠合理有效地組織和控制燃燒系統的燃燒過程，以期得到滿意的燃燒效果，提高燃料的利用率。

鍋爐安全保護系統的目的就在于鍋爐運行的各個階段，包括啟動、正常運行和停爐（包括危急狀態下的事故停爐和正常停用）時，防止在鍋爐和燃燒設備內形成危險的可燃物，從而確保機組安全運行，提高機組的可靠性。根據生產負荷的不同需要，鍋爐需要提供不同規格（壓力和溫度）的蒸汽，同時，應根據安全性和經濟性的要求，使鍋爐安全運行和完全燃燒。

鍋爐燃燒控制系統的基本任務是使燃料燃燒所產生的熱量適應蒸汽負荷的需求，同時保證鍋爐的經濟、安全運行。為適應蒸汽負荷的變化，應及時調節燃料量。為完全燃燒，應控制燃料量與空氣量的比值，使過剩空氣系數滿足要求，為防止燃燒過程中火焰或煙氣外噴，應控制爐膛負壓。這三項控制任務互相影響，應消除或削弱它們的關聯。

燃燒過程的控制基本要求有三個：（1）保證出口蒸汽壓力穩定，能按負荷要求自動增減燃料量。（2）燃燒良好，供氣適宜。既要防止空氣不足使煙囪冒黑煙，也不要因空氣過量而增加熱量損失。（3）保證鍋爐安全運行。保持爐膛一定的負壓，以免負壓太小，甚至為正，造成爐膛內熱煙氣往外冒出，影響設備和工作人員的安全。

針對鍋爐燃燒過程的控制要求，可以利用MCGS組態軟件和可編程序控制器（PLC）設計出安全保護系統。MCGS組態軟件是一套快速構造和生成計算機監控系統的軟件，它能夠在基于Microsoft （各種32位Windows平臺上）運行，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點，比以往使用專用機開發的工業控制系統更具有通用性，在自動化領域有著更廣泛的應用。

可編程控制器（PLC）是一種用于工業控制的專用控制器，它與一般計算機的結構及組成相似。可編程控制器是專為工業環境應用而設計的，便于接線、擴充功能，便于操作與維護，以及提高系統的抗干擾能力。

利用MCGS完成燃燒系統的控制，組態設計包括以下幾個部分：（1）工程整體規劃。了解整個工程的系統構成和工藝流程，弄清監控對象的特征，明確主要的監控要求和技術要求等問題。在此基礎上，擬定組建工程的總體規劃和設想。（2）工程建立。就是創建一個用戶應用系統。（3）構造實時數據庫。數據庫是MCGS系統的核心，也是應用系統的數據處理中心。數據對象就是代表工程特征的物理量。（4）組態用戶窗口。用戶窗口用來放置各種圖形對象，通過對用戶窗口內多個圖形對象的組態，生成漂亮的圖形界面，為實現動畫顯示做準備。（5）組態主控窗口。主控窗口負責調度設備窗口的工作、管理用戶窗口的打開和關閉、驅動動畫圖形和調度用戶策略的運行等。（6）組態設備窗口。設備窗口是MCGS系統與外部設備建立聯系的后臺作業環境，負責驅動外部設備，控制外部設備的工作狀態。（7）組態運行策略。運行策略是指對監控系統運行流程進行控制的方法和條件，它能夠對系統執行某項操作和實現某種功能進行有條件的約束。運行策略由多個的功能模塊組成，用來完成對系統運行流程的自由控制，使系統能按照設定的順序和條件，進行操作實時數據庫，控制用戶窗口的打開、關閉以及控制設備構件的工作狀態等系列工作，從而實現對系統工作過程的精確控制及有序的調度管理。（8）組態結果檢查。組態結果檢查包括隨時檢查、存盤檢查和統一檢查。（9）工程測試。新建工程在MCGS組態環境中完成或部分完成組態配置后，應當轉入MCGS運行環境，通過試運行，進行綜合性測試檢查。

通過對安全保護系統的整體分析，可繪出控制系統的PLC流程圖。首先進行模塊的初始化，初始化之后將模擬量讀入控制器，通過AD模塊轉變成數字量，通過比較指令實現手/自動輸出，以及正常狀態/事故狀態控制的分支，通過PID運算，并轉換成數字信號后通過DA輸出，控制燃料閥的開度。

MCGS支持國內外常見的PLC設備，包括西門子，歐姆龍，莫迪康，三菱，富士，松下，LG等，MCGS開發新PLC設備也簡單快速。MCGS實現讀寫PLC各種類型的寄存器或繼電器操作簡單方便，可以連續增加或索引拷貝來增加大量的通道。操作的方式有只讀，只寫，讀寫，能滿足各種要求，通過MODEM實現遠程采集也非常簡單。

通過現場試驗，PLC和MCGS軟件相結合來控制安全保護系統，操作人員能夠方便地更改變量值，監察系統變量的變化。可見，二者結合設計出的鍋爐燃燒安全保護系統，具有很好的實用價值。endprint