蒸汽锅炉监控系统方案华控伟业科技有限公司2007年12月一、方案概述锅炉控制系统的主要任务是保证锅炉的安全、稳定运行，减轻操作人员的劳动强度，同时提高热效率，降低煤、电的消耗量，实现经济运行，而且要便于操作、易于生产管理。
根据国家锅炉主管部门的技术要求和我公司多年锅炉控制经验及《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的要求提出本锅炉计算机控制系统方案。
控制系统采用“集中监测，分散控制”控制思想。
是微型计算机软硬件、自动监控仪表、变频节能等几项技术综合运用。
控制系统具有完善的监控功能，实现锅炉的联锁起停、燃烧系统的自动调节、汽包水位的自动调节、除氧罐水位的自动调节、电机及变压器的在线监测和保护功能，保障锅炉系统安全、稳定、经济地运行。
本系统以我公司自主研发的锅炉上位机软件作为监控主站，实现锅炉的自动调节、记录分析、报表打印、语音报警、黑匣子及运行指标记录等功能，达到集中监测的目的；以我公司研发的各种锅炉监控仪表实现炉体各部分的分散控制；两者之间采用CAN总线通讯方式，最大限度的减少电缆接线数量，减轻维护量。
本系统的优势在于即使上位机出现故障时，在仪表分散监控下也可以保证锅炉系统的正常运行，实现锅炉监控的双重运行保证，进一步降低事故的发生。
二、系统的硬件组成控制系统的硬件组成由以下部分：1. 安装于现场一次仪表、执行机构及电机一次仪表包括热电偶、热电阻及各种压力、差压变送器、传感器等。
执行机构指用于鼓、引风风量调节、炉排调速、汽包水位调节的执行器、调节阀及变频器等。
电机指引风、鼓风、炉排、给水泵、出渣、除灰、除氧泵等各种电机。
2. 安装于集控室的仪表操作台仪表操作台内装有与本台锅炉运行相关的炉膛温度、炉膛负压、给水压力、蒸汽压力、给水流量、蒸汽流量的监测仪表、汽包水位三冲量调节仪、炉排调速器、引风控制器、鼓风控制器，以及引风、鼓风、炉排、给水泵电机的起停按钮、指示灯和引风、鼓风、给水泵电机的电机智能监控器显示表等。
3．安装于集控室的计算机操作台、工业电视操作台计算机操作台装有一套计算机，包括工控机主机、显示器、键盘、鼠标、音箱、打印机及电源抗干扰抑制器、UPS等。
工业电视操作台安装用于监视蒸汽锅炉汽包水位的工业电视。
4. 安装于水处理间的水处理仪表操作台、除氧罐水位控制柜水处理仪表操作台装有锅炉房水处理包括软化、除氧部分的温度、压力、流量、液位等仪表。
除氧罐水位控制柜用于除氧罐水位、水温的自动控制。
5．安装于配电室的变频柜包括鼓风、引风、炉排、给水泵、循环泵、除氧泵、补水泵等电机的配电柜。
三系统的控制功能及原理1．锅炉的顺序起停和超限报警时的联锁停炉起炉时先起除渣机、引风，再起鼓风、炉排、分层给煤机；停炉时先停分层给煤电机、炉排、鼓风，再停引风电机、除渣机。
有多种起停电机的方法：1）可通过工控机起停电机，用鼠标点击的软件电机控制界面的方式，单独或联锁起停相应的电机，需要联锁起停的电机数量、起停顺序、起停间隔时间等可根据要求任意组态设置，设置菜单及电机起停菜单均有密码保护，有效地防止误操作。
2）在控制室操作台上单独起停各电机。
3）在就地控制按钮箱上单独起停对应电机。
4）当出现汽包水位超低、蒸气压力超高时，系统在发出报警的同时，使锅炉的自动联锁停炉，避免事故的发生。
在控制室操作台上设有电机起动方式转换开关，锅炉正常运行时，开关转换到集中控制位，在控制室由计算机或操作台起停电机。
电机或其所带负载检修时，开关转换到就地控制位，只能在就地起停电机。
巡回检查时发现电机或负载故障时，不论起动方式转换开关在何位置，均可通过就地控制按钮箱上的急停按钮随时停机。
2．电机、变压器的综合监测保护及运行参数的在线测量、记录1）电机综合保护：所有电机控制回路均安装智能电机监控器，电机监控器除具有过流、缺相、相不平衡、欠压、反序、漏电保护功能外，还具有三相电压、三相电流、有功功率、无功功率及功率因素的测量功能，并且以通讯的方式将以上参数传送到上位工控机。
当运行中的电机出现过流、缺相、相不平衡、欠压等故障时，系统可精确、迅速地切断控制回路，避免电机烧毁。
计算机除可以监测、记录电机的起停开关量状态，还可以实时监测、记录电机的三相电压、电流、功率因素、有功功率、无功功率，并可对本台电机的耗电量做累积计算，对电机故障保护停机原因、时间进行记录，以供事故分析处理。
2）变压器的综合监测：为每一台变压器加装一台变压器智能监控仪，在变压器上安装配套的专用测温传感器，由工业控制计算机、变压器智能监控仪等硬件结合可靠的专用监控软件，完成对三相交流变压器的温度、三相电压、电流、有功功率、无功功率及功率因数的精确测量和不间断记录，对有功、无功电度及运行时间进行累积，并且实现变压器运行中出现的过热、过负荷、过电流、缺相、相不平衡、欠压、反序等故障的有效报警保护，并且将故障原因、时间、故障期间的运行数据进行记录，以供事故分析处理。
3．锅炉运行参数的全面检测、报警记录为了全面反映锅炉的运行状态，系统对与锅炉运行相关的各种参数全部检测，分别在锅炉操作台及水处理操作台上显示，对需要报警的参数设有声、光和语音报警功能，计算机完成数据的存储、记录、报警、打印及分析处理。
系统检测的参数有：1）温度：每台炉的炉膛温度、省煤器进口烟温、省煤器出口烟温、空预器出口左侧烟温、空预器出口右侧烟温、引风机出口烟温、鼓风机出口冷风温度、预热器出口热风温度；热水锅炉的锅炉热水出口温度、回水温度、热水总管温度；水处理部分的除氧罐水温等。
2）压力：每台炉的炉膛左侧负压、炉膛右侧负压、炉膛出口烟气负压、一级省煤器出口烟气负压、二级省煤器出口烟气负压、空预器出口左侧负压、空预器出口右侧负压、引风机出口烟压、预热器后热风总管压力、鼓风机出口冷风压力；蒸汽锅炉的蒸汽压力、分汽缸压力；热水锅炉的锅炉热水出口压力、热水总管压力、回水压力、自来水压力等。
3）流量：蒸汽锅炉的给水流量、蒸汽流量；热水锅炉的进水流量、锅炉出水流量等。
4）液位：蒸汽锅炉的汽包水位；水处理的软水箱液位、冷凝水箱液位、除氧罐液位等5）电机电流、频率、阀门开度：鼓风、引风、炉排、给水泵、循环泵等的电流、频率；锅炉进水管电动闸阀、出水管电动闸阀开度指示。
4．汽包水位报警、自动控制锅炉汽包水位是确保蒸汽锅炉安全生产和提供优质蒸汽的关键参数。
水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量；水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。
所以其值过高过低都可能造成重大事故，且水位不稳定会造成产汽量的不稳定会，影响锅炉安全、稳定运行。
为此本系统配置了多套水位检测、报警、保护和调节装置。
1）汽包水位测量、报警系统配置三套汽包水位测量装置：①智能电接点水位计：由现场电接点取样筒和二次显示仪表组成的水位测量和报警装置，汽包水位水位超限报警及联锁停炉信号取自此表。
该仪表采用双色光柱及数字显示液位，具有4个可任意设置的报警控制点及对应的控制输出。
由于采用了电接点水电阻智能检测，可自动适应水质的变化而准确地测出水位。
②数显调节仪表：由双室平衡容器、差压变送器将汽包水位信号转换为标准的电流信号，由操作台上的智能数显调节仪表显示并调节。
③工业电视：由彩色摄象机实时拍摄锅炉汽包旁的双色水位计画面，将汽包水位变化显示到控制室的工业电视上。
2）汽包水位自动调节传统的汽包水位自动调节给水泵是连续恒速运行的，由调节阀的开度改变上水流量，但是随着阀门开度的减小，水泵出口压力上升，达到2Mpa以上，阀门两侧的压差将增大，达到1.3Mpa以上，远远大于原设计的水泵出口压力高于锅炉汽包压力0.5Mpa（包括给水垂直落差及管路压降）的要求，不但造成能量的浪费，而且使得水泵的振动和磨损加大，寿命缩短。
采用回流支路调节时，大量水的回流同样造成能量的无谓消耗。
因此，必须采用变频控制，调节电机转速，降低水泵的出口压力，消除回流，减少能源消耗和设备磨损。
而且变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。
本方案采取了给水泵出口压力变频恒压控制和汽包水位三冲量自动调节相结合的方法。
①给水泵恒压控制：由压力传感器、智能数显调节仪、变频器等组成恒压控制系统。
压力传感器检测给水管压力；智能数显调节仪显示给水管压力，并与压力设定值比较输出控制信号控制变频器的输出频率，进而改变给水泵电机转速。
系统启动后，智能数显调节仪根据给水管压力与设定的压力差进行比较运算，实时动态控制变频器输出频率，改变电机的速度保持给水管压力保持恒定。
给水泵运行时，若一台泵不能满足要求，系统自动将该电机切入工频，同时变频启动下一台，直到满足用水需求。
②汽包水位自动调节以锅炉水位做为最终调节对象。
由双室平衡容器和差压变送器获得水位信号，由智能调节仪表根据水位给定值调节电动调节阀的开度，从而实现对汽包水位的控制。
锅炉汽包水位采用单冲量调节时，当蒸汽负荷突然增大时，会产生虚假水位现象，引起给水阀误动作，严重时有可能造成人员设备事故。
将蒸汽流量信号引入调节系统，当蒸汽流量变化时，在水位还未出现变化前使调节阀动作，从而达到减少水位波动的目的，即前馈控制；将给水流量PID控制组成控制内环，减小因给水压力波动造成的水位波动；水位PID控制组成控制外环；这样就形成了三冲量调节系统。
在蒸汽参数稳定、给水流量允许的情况下给水调节系统可自动或手动切换到三冲量调节系统。
三冲量调节系统既能克服虚假水位现象，又能减小给水压力的波动对锅炉汽包水位的影响。
5．燃烧系统自动调节燃烧系统调节的目的是通过调节进入炉膛的煤量和风量，达到最佳风煤比，使炉膛热量达到一定值，以保证蒸汽锅炉的蒸汽产量（或蒸汽压力）、热水锅炉的出水量（或出水温度）与供热量相对平衡，同时保持锅炉的负压燃烧。
传统的空气量、空气压力调节由电动执行器调节风门开度来实现，这一方式具有如下缺点：①负荷较大时，须将风门开大，增加炉膛空气压力和空气量，加快煤层燃烧速度，以提高单位时间内蒸汽锅炉的蒸汽压力或热水锅炉的出水温度，满足供热量要求；负荷较小时，须将风门开小。
两种状态下，鼓、引风风机一直保持额定转速运行。
在负荷较小时，鼓、引风风机产生的巨大风量，都被风门遮挡，相当一部分电能消耗在引风挡板的阻力降上，造成电能的浪费。
②鼓、引风风机功率大，在工频供电情况下，还需要降压起动设备，使主电路电气设备增多，在起动时，产生的起动浪涌电流，将对电网和风机系统造成一定的冲击，直接影响到电网的供电质量，并会造成开关、接触器触点的损坏。
③风门的机械联接结构在调节过程中存在滞后，线性度差，调节性能很差，使燃烧系统的调节难以达到应有的效果。