鍋爐供熱信息化自動控制應(yīng)用實踐與研究

中國航發(fā)黎明 王廷俊

1 引言

近年來，沈陽黎明動力分公司依托信息化建設(shè)，本著結(jié)合實際自主開發(fā)的原則，根據(jù)本單位供熱系統(tǒng)的特點，先后對鍋爐輔機控制系統(tǒng)、鍋爐控制系統(tǒng)、循環(huán)泵控制、熱網(wǎng)信號、熱網(wǎng)調(diào)整進行信息化改造，由局部改造發(fā)展為整體改造并著力于向全部系統(tǒng)改造推進。現(xiàn)在小范圍內(nèi)的自動控制已實現(xiàn)，供熱系統(tǒng)的操作采用自動操作與軟手動操作相結(jié)合的方法，系統(tǒng)操作人員在控制室就可實現(xiàn)對設(shè)備、管網(wǎng)的調(diào)整。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，分公司建立了強大的局域網(wǎng)，供熱系統(tǒng)的參數(shù)、報表實現(xiàn)了信息快速上傳，在分公司任何一部接入局域網(wǎng)系統(tǒng)的微機上均可實時查看設(shè)備的運行工況、系統(tǒng)基本參數(shù)，實現(xiàn)了全員管理、信息快速反饋。

圖1 監(jiān)控大廳

2 信息化自動控制應(yīng)用實踐

2.1 鍋爐控制系統(tǒng)的信息化建設(shè)

2.1.1 變頻技術(shù)的引入

近幾年，動力分公司就開始將變頻技術(shù)應(yīng)用到鍋爐的輔機系統(tǒng)中，鼓風(fēng)機、引風(fēng)機是鍋爐控制系統(tǒng)的用電量較大的設(shè)備同時也是保證鍋爐燃燒的重要輔機。從節(jié)約能源和信息化建設(shè)的角度出發(fā)，動力分公司先后對風(fēng)機的原有控制箱進行了改造，在不改變主機的前提下投入較少的資金完成了控制系統(tǒng)的改造。風(fēng)機采用變頻技術(shù)控制后，為實現(xiàn)實時監(jiān)測與控制，分公司技術(shù)人員運用PLC技術(shù)自主開發(fā)軟件將風(fēng)機的電流、頻率、起停、調(diào)節(jié)等全部引到了控制室進行監(jiān)視與操作，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸。

2.1.2 視頻技術(shù)的推廣

蒸汽鍋爐的水位顯示、燃燒設(shè)備的排渣工況、排煙情況、現(xiàn)場設(shè)備的運行情況，都是操作人員系統(tǒng)調(diào)節(jié)的依據(jù)。幾年來，動力分公司引進視頻技術(shù)，將各設(shè)備的實際狀況直接在控制室通過顯示器顯示，使控制人員在幾秒內(nèi)就可完成對上述現(xiàn)場的檢查。分公司在生產(chǎn)現(xiàn)場建立的網(wǎng)絡(luò)化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了既能監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，又能監(jiān)控運行人員的勞動紀(jì)律情況，改變了要了解現(xiàn)場運行狀況，就需要到現(xiàn)場巡視查看的落后方式。

2.1.3 DCS控制系統(tǒng)的開發(fā)

供暖設(shè)備的微調(diào)是實現(xiàn)節(jié)能、延長設(shè)備使用壽命的一項有力措施，但分公司鍋爐的爐排轉(zhuǎn)速、給煤機、鼓引風(fēng)機等設(shè)備的調(diào)節(jié)初建時就用操作盤上的操作按鈕來實現(xiàn)，這種操作方式調(diào)節(jié)范圍較大，無法達(dá)到精細(xì)調(diào)節(jié)的目的。在無法保證投入大量資金進行系統(tǒng)改造的前提下，分公司組織專業(yè)技術(shù)人員自主開發(fā)并建立鍋爐的DCS控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了鼓、引風(fēng)系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)的“鼠標(biāo)式”數(shù)字調(diào)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)需要進行調(diào)整時，運行人員只要輕輕的點擊鼠標(biāo)，就可根據(jù)實際需要將運行參數(shù)調(diào)整到需要的“數(shù)字點”。DCS控制系統(tǒng)為運行監(jiān)控提供了優(yōu)越的自動報警功能，運行人員根據(jù)大氣溫度、供回水溫度等參數(shù)要求將爐排速度、鼓引風(fēng)、循環(huán)泵等50項運行參數(shù)設(shè)定在一個經(jīng)濟、安全的上下界限內(nèi)，參數(shù)一旦超出設(shè)定范圍，以DCS軟件控制系統(tǒng)為平臺的遠(yuǎn)程報警燈就會響起，運行人員會快速做出應(yīng)急反應(yīng)，同時，關(guān)鍵參數(shù)的報警聲引到了辦公區(qū)，增強了運行人員的工作是緊迫緊迫感。

2.2 熱網(wǎng)系統(tǒng)的信息化建設(shè)

2.2.1 系統(tǒng)壓力的閉環(huán)控制

由于動力分公司的供熱系統(tǒng)集采暖、空調(diào)于一體，因此系統(tǒng)用熱量變化頻繁、系統(tǒng)壓力隨熱用戶設(shè)備的起停波動大，為解決這一問題，動力分公司建立了閉環(huán)控制系統(tǒng)，將回水壓力信號引到中央控制單元中，中央控制單元將上傳的信號與設(shè)定的壓力值對比，根據(jù)對比結(jié)果將信息傳遞給補水控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)指令實現(xiàn)自動起停補水泵，這樣補水實現(xiàn)了實時控制，系統(tǒng)壓力實現(xiàn)了閉環(huán)控制，保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

2.2.2 終端用戶室內(nèi)溫度實時上傳

滿足用戶的要求，就需要了解用戶的困難，為用戶解決問題，供暖部門就是要保證熱用戶熱量要求，隨時了解熱用戶的供暖品質(zhì)，對于民用住宅、廠房采暖，關(guān)鍵性問題是保證室內(nèi)溫度，但負(fù)責(zé)千家萬戶供暖任務(wù)的分公司同所有供暖單位一樣不能對所有用戶進行走訪，更無法實現(xiàn)實時監(jiān)控，絕大多數(shù)用戶也不可能對家中的溫度進行實時監(jiān)測并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果向供暖公司提出要求。為解決無法實時監(jiān)測供暖品質(zhì)、滿足熱用戶需求的問題，分公司領(lǐng)導(dǎo)想用戶之所想，在所轄熱用戶中對有代表性的住宅安裝了在線溫度監(jiān)測設(shè)備，廠內(nèi)生產(chǎn)車間的廠房、居民小區(qū)等住宅中的頂樓、冷山墻住戶、供暖終端用戶的室內(nèi)溫度可以24小時傳入將室內(nèi)溫度信號傳至鍋爐房，鍋爐房運行人員可根據(jù)熱用戶室內(nèi)溫度對系統(tǒng)進行調(diào)整，形成快速調(diào)節(jié)的目的。

2.3 監(jiān)控管理系統(tǒng)的信息化建設(shè)

2.3.1 參數(shù)微機顯示，信息實時上傳

參數(shù)微機顯示使運行人員從模糊的監(jiān)測狀態(tài)上升到清晰直觀的數(shù)字式監(jiān)測水平，同時由微機實時記錄數(shù)值并自動形成運行曲線，使運行人員對系統(tǒng)運行狀態(tài)、運行趨勢一目了然，隨時根據(jù)運行趨勢有方向、有目標(biāo)的進行設(shè)備調(diào)整，在根本上將故障搶修提升到隱患預(yù)防的管理高度上來。蒸汽鍋爐的水位自動監(jiān)視，使運行人員在電腦前就可清楚了解水位情況，當(dāng)水位超出規(guī)定界限時，系統(tǒng)還將以警鈴方式報警提示運行人員，保障了水位實時被控制在規(guī)定范圍，降低了由于人員疏忽而造成的運行故障。

圖2 DCS控制系統(tǒng)界面

2.3.2 數(shù)據(jù)微機記錄、信息快速查詢

按照傳統(tǒng)運行記錄管理模式，交接班記錄、設(shè)備運行記錄等全部需抄寫在記錄本上，造成數(shù)據(jù)查找困難，保存的紙張隨時間推移有遺失的可能性，信息傳遞時間滯后，數(shù)據(jù)顯示只能局限于“點”，很難拓展到“面”，這種記錄方式不利于系統(tǒng)調(diào)整的快速反應(yīng)。通過幾年的努力，分公司的運行記錄、設(shè)備參數(shù)全部進入分公司的局域網(wǎng)，各種信息實現(xiàn)了集散式的實時發(fā)布，包括運行工作日志、生產(chǎn)例會紀(jì)要、生產(chǎn)任務(wù)和進度、設(shè)備運行故障及連續(xù)運行臺時等內(nèi)容都實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)上實時更新與發(fā)布，設(shè)備的“運行、備用、檢修或故障修理”狀態(tài)全部網(wǎng)上動態(tài)顯示，為生產(chǎn)指揮提供了即時的數(shù)據(jù)信息，強化了生產(chǎn)指揮的科學(xué)性與全局性。特別是生產(chǎn)運行參數(shù)的網(wǎng)上填寫及自動化考核，使生產(chǎn)運行質(zhì)量完全處于實時、透明的監(jiān)控狀態(tài)。這種自動考核主要是在運行參數(shù)網(wǎng)絡(luò)記錄的基礎(chǔ)上，通過設(shè)定各項參數(shù)的上、下界限、填寫時間來考核運行參數(shù)填寫的及時性與準(zhǔn)確性。如參數(shù)超出規(guī)定界限，參數(shù)值就會自動報警變?yōu)榧t色，如果參數(shù)遲填，參數(shù)值就會變成粉色，如果超出規(guī)定的時間上限，參數(shù)將無法填寫。

2.3.3 鼓勵員工自主開發(fā)軟件加速信息化建設(shè)

為提高供暖品質(zhì)，降低員工勞動強度，分公司鼓勵技術(shù)人員自主開發(fā)DCS控制系統(tǒng)，通過幾年的努力，分公司技術(shù)人員在外單位提供基礎(chǔ)平臺的條件下，獨立開發(fā)鍋爐運行系統(tǒng)DCS軟件，鍋爐定期排污系統(tǒng)DCS軟件，這些軟件為運行參數(shù)的自動監(jiān)控、設(shè)備運行狀態(tài)的實時分析提供了可靠的技術(shù)手段。特別是鍋爐定期排污自動控制系統(tǒng)的開發(fā)，解決了過去操作人員到現(xiàn)場人工排污，排污時間控制不準(zhǔn)，夜班排污不及時造成鍋爐水循環(huán)良化的問題，定期排污的控制了解決了鍋爐排污管易結(jié)垢的問題，延長了鍋爐的使用壽命，提高了蒸汽鍋爐蒸汽品質(zhì)，實現(xiàn)了排污操作、排污時間的自動控制。

2.3.4 實時信息化數(shù)據(jù)分析

“用數(shù)據(jù)說話”是分析任何問題的一條基本準(zhǔn)則，過去，在動力運行系統(tǒng)中，出現(xiàn)運行故障時由于沒有實時的運行記錄與運行參數(shù)輔助分析，員工們不得不憑經(jīng)驗猜測、揣摩故障原因，因此故障分析只能做到“有理”而不能做到“有據(jù)”，不利于快速發(fā)現(xiàn)并解決問題，影響運行效率。而目前的動力控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化參數(shù)管理形成了強大的實時數(shù)據(jù)資源及參數(shù)曲線，故障發(fā)生后，按照故障發(fā)生時間直接到電腦上查找當(dāng)時的運行參數(shù)，故障謎底便會“一觸”即開。如鍋爐運行中由于引風(fēng)機跳閘造成設(shè)備停運，技術(shù)人員通過鍋爐及風(fēng)機運行參數(shù)的微機化監(jiān)控所形成的實時記錄，僅用了5分鐘的時間就查到了故障根源，使問題在1小時之內(nèi)就得到了處理，恢復(fù)運行。若按以往經(jīng)驗分析方式，人們通常會對各個輔機進行排查進行原因分析，甚至?xí)鸾庠O(shè)備檢查運行部件，這樣不計處理問題的時間，只是查找問題就會影響系統(tǒng)的正常運行。以微機網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)的故障數(shù)據(jù)記錄與分析方式，為高效維護與維修創(chuàng)造了良好條件，大大縮短了停運時間，減少了停運損失。目前，在動力能源供應(yīng)系統(tǒng)已全部實現(xiàn)了故障的數(shù)據(jù)化分析。

3 小結(jié)

通過幾年的努力，分公司循序漸進、自主開發(fā)、由點及面，靈活運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、DCS技術(shù)、PLC技術(shù)，結(jié)合供熱系統(tǒng)的特點，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化控制，提高了供暖品質(zhì)。現(xiàn)在，以鍋爐房為中心的七個換熱站的供熱參數(shù)均以不同的方式回傳至中央鍋爐控制室內(nèi)并通過局域網(wǎng)將重要參數(shù)上傳到各臺微機上，隨著換熱站的不斷增加，系統(tǒng)的整體調(diào)整將作為下一步的重點，也是信息建設(shè)推進的一個關(guān)鍵點，實現(xiàn)全部系統(tǒng)的自動化控制水平將動力分公司的最終目標(biāo)。

圖3 運行參數(shù)微機顯示界面

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