摘 要：本文介紹了注汽鍋爐計算機控制系統的控制方案及硬件、軟件的具體設計。實現了對鍋爐供水系統、負壓調節系統以及鍋爐燃燒系統的自動控制任務。并且采用熱效率自尋優的方法自動調節風煤比，達到了經濟燃燒的目的。系統運行表明：本系統大大提高了鍋爐運行的穩定性、經濟性，減輕了操作人員的勞動強度，收到了滿意的控制效果。 關鍵詞：注汽鍋爐; 熱效率; 燃燒系統 1 引言 　　遼河油田高升采油廠注汽站新改造鍋爐采用強制循環單管直流工作方式，工業軟水由柱塞泵加壓后進入省煤器，軟水吸收余 　　熱溫度升高后進入加熱管，在加熱管中吸收 　　燃燒室中高溫火焰和煙氣的輻射熱后汽化變為高溫蒸汽，經蒸汽管道輸出至各用氣油井。空氣經風道引入鼓風機，經過鼓風機升壓后進入空氣預熱器，在空氣預熱器中被加熱成熱空氣后進入爐膛;給粉倉中的煤粉在一次風機作用下經輸煤管道被送入噴燃器，與送入噴燃器中的預熱空氣充分混合，噴入燃燒室燃燒。燃燒產生的高溫火焰和煙氣先在燃燒室內加熱水冷壁管中的水，然后高溫煙氣依次通過省煤氣和空氣預熱器，加熱這些受熱面的工質（水和空氣）。在傳熱過程中煙氣的溫度逐漸降低，此后依次經過多管除塵器和布袋除塵器清除煙氣中攜帶的大部分飛灰。在多管除塵器和布袋除塵器的下方分別設有一個儲灰罐，用于收集煙氣灰。經過二級除塵后的煙氣，最后進入煙囪，排入大氣中。燃料燃燒后產生的灰渣落入燃燒室下部的灰渣斗中，由攪龍電機帶動的攪龍將其輸送到灰渣斗一端的出口處，進入底灰儲灰罐中。儲灰罐中分別裝有料位傳感器，當灰罐中料位達到一定高度時，料位傳感器產生高料位信號，該信號送入PLC后，由PLC發出吹灰控制信號，打開壓縮空氣電磁閥，由壓縮空氣將灰渣由輸灰管道吹入總灰倉中。 　　該熱管式鍋爐系統，與傳統液位式鍋爐不同，對于該鍋爐系統的控制任務是： 　　1、維持鍋爐爐膛壓力在-10mmH2O—0 mmH2O之間; 　　2、在用汽量不變的情況下,鍋爐給水流量恒定; 　　3、維持輸出蒸汽壓力恒定，實現鍋爐經濟燃燒; 　　4、實現鍋爐的自動點火控制及鍋爐吹灰等過程的自動控制。 2 控制方案的設計 　　根據控制要求，為維持爐膛壓力在所要求的負壓范圍內，以爐膛壓力為被控量、以蒸汽流量作為前饋量構成閉環控制（控制框圖略）。對于給水量的控制，以給水流量測量儀表的輸出值作為反饋，以給水流量設定值與反饋值的偏差做PID運算，運算的結果加上蒸汽流量的前饋量，作為柱塞泵變頻器的輸入控制量，變頻器的輸出用來控制柱塞泵電機的轉速，從而控制給水泵的給水流量（具體控制原理圖略）。鍋爐燃燒的自動控制是本系統中最重要的環節，燃燒系統控制效果的好壞，直接影響到系統運行的經濟性問題。本燃燒控制系統的主要功能是在不知道鍋爐系統數學模型的前提下，能夠自動調節給煤量，自動搜索到最佳的鼓風量，并且在環境條件發生變化（例如煤粉熱值發生變化）時，自動搜索到新的最優工況，也就是具有自適應能力。在該控制系統中，以鍋爐蒸汽壓力為主被控量，以蒸汽壓力給定值與實際測量值的偏差量做PID運算，其運算結果用來調節給煤量。在給煤量確定后，通過步進搜索尋優算法在線尋找最佳給風量。鍋爐燃燒控制系統的控制原理圖見圖1。 [align=center] 圖1 鍋爐燃燒控制系統框圖[/align] 3 控制系統的設計 　　3.1 系統硬件配置 　　鑒于以上的工藝流程及控制要求，我們設計了一套基于上、下位機結構的計算機自動控制系統。該系統下位機由Siemens S7-300系列PLC組成，負責對現場設備的直接控制以及現場參數的采集、處理。上位機 　　采用臺灣研華工控機，用于現場數據的實時 　　顯示、報表打印、趨勢曲線的繪制等功能。上下位機系統的具體結構如圖2所示： [align=center] 圖2 上下位機系統結構圖[/align] 　　PS307：電源模塊，為PLC系統提供24V直流供電電源。 　　CPU315：S7-300系列CPU模塊中的一種類型。具有數據處理功能和與上位機通訊功能。 　　IM365：接口模塊，將安裝在兩個機架上的PLC構成一體。 　　SM331：模擬量輸入模塊，與各種溫度、壓力等傳感器的輸出相連，將各種模擬量信號轉換成數字量信號供PLC和上位機使用。 　　SM332：模擬量輸出模塊，其各路輸出分別用于控制鼓風機變頻器、引風機變頻器、加粉機變頻器和柱塞泵變頻器。 　　SM321：數字量輸入模塊，分別用于接收設備狀態信號和現場被監控信號（如底灰料位高等）。 　　SM322：數字量輸出模塊，用于輸出PLC所發出的各種控制指令、各種報警信號（例如進水壓力低、鍋爐熄火等）。 　　上位機中安裝有通訊接口卡CP5611，采用MPI通訊協議與PLC進行數據通訊。 　　3.2 系統軟件設計 　　上位機系統軟件是在Windows98平臺上開發的，監控軟件采用組態王6.01版，共用點數256。開發了監控系統主畫面、設備控制畫面、趨勢曲線畫面、報警畫面、報表畫面、設備調試畫面、變頻控制畫面、系統畫面和低壓配電圖畫面，完成對PLC傳送來的現場數據進行各種顯示、控制、報警等功能。 　　下位機軟件采用Siemens Step7軟件包，利用梯形圖語言編程，完成數據采集、數據處理、PID運算、報警等功能。整個下位機軟件工作流程圖略可向作者索取，各程序功能如下： 　　初始化程序：對一些數據存儲器以及定時器復位。 　　累積子程序：對總用電量、總給水量和總用煤粉量進行累積計算。 　　點火子程序：完成鍋爐點火功能。 　　負壓調節子程序：調整鍋爐爐膛負壓在允許范圍內。 　　燃燒調節子程序：維持蒸汽壓力穩定，實現自動風煤比尋優運算，保證實現經濟燃燒。 　　流量調節子程序：調節給水流量。 　　吹灰子程序：當多管灰倉、布袋灰倉、底灰灰倉料位高時，調用該子程序，實現吹灰功能。 　　報警子程序：當系統運行過程中出現異常情況能夠自動報警，報警電鈴響，同時，相應的指示燈閃爍。 　　停機子程序：包括正常停機和緊急停機。當啟動正常停機按鈕時，調用正常停機子程序，當系統出現緊急情況，需要立刻終止設備運行時調用緊急停機子程序。 4 結束語 　　本系統現場運行正常，運行效果良好。達到了最初的設計要求。采用風煤比參數自尋優的鍋爐燃燒控制方案，實現了系統運行過程中動態尋找最佳鼓風量的功能，從而保證了系統燃燒的經濟性問題。與鍋爐未改造時運行情況相比，大大節約了能源，降低了工人的勞動強度。預計在一年內即可將改造成本收回。 參考文獻 　　[1]任國梁。工業鍋爐自尋優燃燒控制系統，現代節能，1994，6：11—14 　　[2]西門子（中國）有限公司。SIMATIC S7-300可編程控制器用戶手冊，2001 　　[3] 西門子（中國）有限公司。SIMATIC S7-300可編程控制器模板規范，2001