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浔之漫智控技术(上海)有限公司
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一、 综述
锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉40多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数热水锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，是用自动化技术传统设备的一项具有深远意义的工作。
采暖锅炉目前存在的主要问题：首先是依靠调节挡风板和煤层厚度来满足需用量的变化，这样做的结果是供热量过大或过小。再就是，锅炉设计过程中，在按照负荷计算好应使用的泵和风机以后，都要打出设计安全系数。这些因素造成锅炉不在较佳状态运行，浪费煤电。
二、锅炉控制的主要目的和经济性
1． 直观而集中的显示锅炉各运行参数。能快速计算出在正常运行和启停过程中的有用数据，能在显示器上同时显示锅炉运行的水位、压力、炉膛负压、烟气含量、测点温度、燃煤量等众多运行参数量的瞬时值、累计值及给定值，并能按需要在锅炉的结构示意画面的相应位置上显示出参数值。给人直观形象，减少观察的疲劳和失误；
2． 可以按需要随时打印或定时打印，能对运行状况进行准确地记录，便于事故追查和分析，防止事故的瞒报漏报现象；
3． 在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数，使锅炉一直保持在较佳燃烧；
4． 减少了现场显示仪表，还可利用软件来代替许多复杂的仪表单元，（例如加法器、微分器、滤波器、限幅报警器等），从而减少了投资也减少了故障率和各种干扰；
5． 提高锅炉的热效率。从已在运行的锅炉来看，采用计算机控制后热效率可比以前提高5-10%，据用户统计，一台20T的锅炉，全年平均负荷70%，以平均热效率提高5%计，全年节煤800吨。
6． 锅炉系统中包含鼓风机﹑引风机﹑循环水泵﹑泵等大功率电动机，由于锅炉本身特性和选型的因素，这些风机大部分时间里是不会满负荷输出的，原有方式采用阀门和挡板控制流量，浪费非常严重。通过对风机水泵进行变频控制可以平均节电达到30%-40%；
7． 锅炉是一个多输入多数出、非线性动态对象，诸多调解量和被调量间存在着耦合通道。例如当锅炉的负荷变化时，所有的被调量都会发生变化，故而理想控制应该采用模糊控制方案。
8． 锅炉微机控制系统经扩展后可构成分级控制系统，可与工厂内其他节点构成工业以太网。这是企业现代化管理不可缺少的；
9． 作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。在采用计算机控制的锅炉系统中，有十分周到的安全机制，可以设置多点声光报警，和自动连锁停炉，杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。
三、锅炉自动燃烧控制系统
1、 实时数据采集
能够对锅炉本体和辅助设备各种运行数据(包括总供回水温度、压力、流量、省煤器进出口水温度﹑压力烟气温度、除尘器进出口烟气温度压力、鼓引风压力、炉膛温度压力含氧量、煤层厚度、室外温度、鼓引风炉排电机频率速度电流状态、除渣除尘状态) 等信号通过总线进行动态采集，控制中心能够实时监控到锅炉本体﹑锅炉上煤﹑除渣等辅助设备的运行情况。
2、完整的报警机制
当锅炉调节系统发生异常情况时或报警时，上位机人机界面自动接受控制系统器发送报警信号，将报警状态及异常点在上位机上进行显示，并诊断提出相应问题大概原因，提供相应的处理办法提示，系统自动能把报警分为高中低三种报警级别，低级别的报警只做提示用，当发生低级别报警时不影响燃烧自动调节，中级别报警发生时需要做相应处理，高级别报警发生时系统能立即连锁停炉，并发出尖锐声光报警和相关提示信息，等待工程师处理后再次投入运行，所有报警系统会自动的写入*数据库备份，供以后随时查询和故障诊断和决策处理。
报警内容有：
系统报警
包括DCS控制器自诊断硬件或致命软件命令错误
自动启动燃烧失败
通讯建立连接失败
数据报警
炉膛温度**高低报警
炉膛负压**高低报警
锅炉出口温度**高低报警
锅炉出口压力**高低报警
锅炉回水温度﹑压力**高低报警
引风机风压高低报警
鼓风机风压高低报警
高级别报警
引风机变频器（电流﹑电压﹑故障）**速等报警
鼓风机变频器（电流﹑电压﹑故障）**速等报警
炉排机变频器（电流﹑电压﹑故障）**速等报警
连锁控制保护报警
上煤系统综合保护报警
除渣系统综合保护报警
3、循环水控制系统
循环水是锅炉系统与外界交互的接口，循环系统通过泵不断的把热水源源不断的输送给用户或热站，把经过热释放后的二次低温水循环到锅炉系统再加热。我们采用保持循环水进、出口温差恒定，通过改变循环流量来控制热负荷的方式，是一种新方式。热
1、系统介绍
由于控制器+变频调速装置在风机和泵类负载上的应用具有显著的节能效果，并且具有无冲击启动和软停起的优良控制特性，可较大地延长机械设备的使用寿命，减少设备的维护量，故随着新型电力电子器件和高性能微处理器的新型控制器应用及控制技术的发展，变频器的性能价格比也越来越高、体积越来越小、运行可靠性越来越高，并且集成了实用的PI调节功能、简易PLC、灵活的输入/输出端子、脉冲频率给定、停电和停机参数存储选择等功能，为变频控制装置纳入自动控制系统、降低系统成本、提高系统可靠性具有较大价值。我公司的新型的STEC控制器+变频器已广泛地应用于在冶金、电气、石化、供热和民用风机水泵的控制领域。
链条炉是一种应用较广泛的火床炉，至今已有100余年的历史。煤在火床—水平运动的炉排上燃烧，空气从炉排下方自下而上引入。煤从煤斗落到炉排上，经过炉闸门时被刮成一定的厚度，随后进入炉膛，在炉排段燃烧成渣。目前在我国小型电厂及工、矿和供热企业中使用很普遍，运行经验也比较丰富。但目前国内在链条炉运行中风机和泵类负载控制器+变频调速装置应用程度不够普遍，锅炉运行过程能源浪费严重，出力不能随着外界温度的变化而及时变化，炉膛温度低，排烟温度较高，负煤比不能及时调整，炉膛换热效率低，锅炉鼓引峥嵘还采用闸板控制风量，循环水泵、泵采用工频运行，炉排机、刮煤器采用差速装置等，因此用先进的新型以太网控制器来设计出合理化的控制方法，不管是对旧有锅炉的改造还是新炉的制造都具有很大的现实意义。
链条炉燃烧变频控制的基本任务既要使用权供热量适应负荷需要，还要保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性。因而燃烧控制要通过复杂的数学运算来调节给煤量，保持锅炉分配到的负荷 ，调节送风量使其随时与给煤量保持恰当的比例，即风煤比，以保证燃料完全的燃烧和较小的热损失。调节引风使其随时与送风相适应，保持炉膛负压在一定的范围内，可保证锅炉燃烧的安全性和燃煤燃烧的充分性。控制器采用的是硕人时代的STEC系列控制器，有以太网、RS232、RS485、MODBUS、远程电话通讯、GPRS、CDMA等丰富的通讯接口。并且STEC控制器采用32位高速CPU，可以满足多线程运行，数据存储容量16M至256M，支持PID控制。
2、链条炉燃烧系统采用变频调速方案的控制方法
链条炉变频控制包括鼓风机变频调速装置、引风机变频调速装置、炉排机变频调速装置、分层给煤矿变频调速装置、循环水变频调速装置及变频调速装置等。
根据链条炉燃烧过程自动控制的任务和目的，燃烧变频控制系统可分为三个子系统，即负荷 控制系统（给煤调节、烟气含氧量控制、炉膛温度调节）、送风系统和引风系统。
（1）给煤调节系统
给煤调节的任务在于通过调节给煤机的转速改变进入锅炉的燃料量的大小。这一任务由给煤变频调节来完成。考虑到燃煤锅炉运行中经常产生煤量的自发性扰动（煤的阻塞和自流），因此调节器中引入锅炉出口水温作为锅炉的反馈信号，以尽快由于设备结构造成的给煤量自发扰动的情况，同时，还引入烟气含氧量作为给煤量的修正。
（2）炉膛负压控制
炉膛负压是一个快过程，只要PID参数整定合适，一般单回路即可达到目的。但其控制的品质受鼓风量的影响较大，于是把鼓风机的转速作为前馈，提高响应速度。
考虑到引风电动机的抗冲击性，负压控制也引入一调节死区，在该负压范围内保持上次的输出，调节死区设为控制目标的±5Pa。
（3）送风调节系统
送风调节的根本任务在于保证锅炉燃烧的经济性，使锅炉燃烧热效率较高，使锅炉运行在较佳工作状态下，即送风量与给煤量的比例较佳。送风调节由送风机变频调节来完成，采用以燃烧经济性能指标为被调量的单回路结构。为了使送风量迅速跟上给煤量B的变化，送风机变频调节中引入给煤量B的变化量dB作为前馈信号，通过前馈补偿系数f(Db)来确保送风量快速跟上给煤量的变化。
炉负荷 扰动停止时，同样从给煤变频调节引入给煤量的变化量作为前馈信号送至送风变频控制器。实验证明，这是时f(Db)近似为常值，用K1近似表示。燃烧的经济性指标是烟气中较佳含氧量O2%。较佳含氧量O2%同样也是负荷的函数。其函数关系通过锅炉热效率试验确定。
送风机控制原理：采集炉膛温度或烟气含氧量信号，通过变送器反馈至变频器，通过变频器内置的PID参数调整，调节鼓风机转速。执行元件为鼓风机，控制参数为炉膛温度。控制回路是根据实际的炉膛温度数值进行调节的。其目的是保持合适的炉膛温度。当炉膛温度发生变化时，装置通过变送器将测出的炉膛温度信号转换成电信号，以过PID控制算法计算后输出给变频器。变频器再通过输出不同的电压及频率来控制鼓风机的转速，从而改变鼓风机的风量。
（4）引风调节系统
引风调节系统的任务是保证炉膛负压维持在一定的范围内。炉膛负压过大会降低炉膛温度，耗费燃煤，严重时会造成炉膛灭火等事件；负压达小则危及人员和设备的安全。由于引风调节对象的动态响应快，易于测量，所以引风调节系统主要以炉膛负压作为一个被调量。在实际控制中，保持引风量与送风量的比例关系，引入送风量的大小的标志——送风机转速的变化dK作为前馈信号。
这样，当锅炉负荷发生变化时，给煤量改变时，给煤量改变导致送风量的相液压变化，引风环节随着前两个环节的改变而**改变风量，既抑制了强干扰的影响，又保证炉膛负压维持在一定的范围内变化。
采集炉膛负压信号，通过变送器反馈至变频器，通过变频器风置的PID参数调整，调节引风机转速。
以上各调节系统的方案形成总的控制系统,为了使给煤机、送风机、引风机协调动作，以克服耦合的影响，必须采用多变量输入、多变量输出的协调控制方式控制燃煤锅炉的燃烧过程。
（5）除氧调节系统
泵采用变频调节的作用：
① 补充水量；
② 维持锅炉入口水压。
泵变频调节采用简单的PID调节，可调节被控锅炉入口水压。
3、控制器介绍
STEC2000嵌入式控制器主要由两部分组成：主控制器、彩色液晶显示操作终端。其中主控制器在调试完毕投入运行后，禁止运行人员进行任何操作，出现故障时必须由我公司技术人员或经过我公司培训的系统维护人员进行故障排除。换热站或换热机组的运行人员对STEC2000控制器的所有操作只能通过液晶显示操作终端进行。其主要功能是对热网各运行参数（温度、压力、流量等）进行实时监控及采集，并根据气象环境和负荷的变化按预先设定的控制策略对网中的泵和调节阀进行自动调节，来实现换热机组或热力站的完全自动控制，同时通过VPDN、PSTN、ADSL等多种通讯方式与监控中心进行通讯。
STEC2000控制器以嵌入式技术为基础，采用Motorola 32位高速CPU和嵌入式实时LINUX操作系统，集现场采集、显示操作、控制、通讯为一体，可广泛用于**管网监控（如热网、水网、气网等）、楼宇自控、工业自动化、电力自动化、化工、环境测控、水处理、交通、电信、物流、园林、环保、养殖等领域。STEC2000控制器采用模块化体系结构，根据控制规模选配相应的I/O模块，可以组建几个点到上百个点的现场控制设备，主要技术性能如下：
32位CPU，主频66M，嵌入式实时LINUX操作系统
8M FLASH 内存，16M 外存DOC，512K EEPROM
一个10M以太网接口（RJ45），支持DDN、ADSL连接
一个嵌入式MODEM接口，可接电话线
一个RS232/485接口，可接GPRS通讯模块
支持彩色液晶和键盘的复合接口
8路16位分辨率差分模拟量输入模块
4路16位分辨率模拟量输出模块
12路数字量输入模块，含3路16位计数器输入
8路继电器输出模块
I/O模块隔离电压2500V
STEC2000控制器基本控制功能如下：
采集功能
STEC2000控制器采集温度、压力、热量等一次仪表参数并进行坏数过滤。本控制器支持按用户定义的方式将采集的电流电压数据变换为相应物理量。数据扫描周期可以在0.05-2秒之间进行设定。
存储功能
物理量数据每隔一段时间如1分钟（存储时间间隔可组态设定）保存一次，掉电后不会丢失。具有不小于8M的存储空间，可以保存长达一个采暖季的运行参数。
显示功能
STEC2000控制器支持一个5寸的彩色液晶屏。用户可以其对显示画面和参数进行自由组态，并根据运行需要完成参数的设定。
通讯功能
STEC2000控制器内置Socket Server, 标准串口（9针）、RJ45以太网接口、RJ11电话接口等硬件设施。控制器支持TCP/IP、ModBus、PPP等协议，Soket连接，232/485通讯，以太网通讯，电话拨号通讯及无线通讯连接（GSM、GPRS、CDMA等）。
自检功能
STEC2000控制器上电后，自动检查主板、外围设备和I/O设备是否正常，如有异常给出报警。
控制功能
STEC2000控制器支持PID控制、逻辑控制、模糊控制等多种控制方式，可通过简单的组态进行选择。控制器还支持用户以脚本语言方式进行二次开发。
控制扫描周期小于200ms（可定义扫描周期）。
故障报警
发生报警事件时，STEC2000控制器会通过相应的通讯方式向上位机报警直至收到上位机的确认信息，报警内容包括：故障发生时间、故障内容、故障参数值（或状态）等信息。同时会在液晶的报警信息栏显示此故障信息，当多个报警存在时，报警信息会滚动显示。
人机交互
用户可以通过STEC2000控制器的键盘进行人机交互：选择控制方式，设定参数值，取消报警等。
Web访问
STEC2000控制器内置Web Server对控制器运行状态进行网页发布，用户可从任何地方通过电话线或以太网等方式登陆浏浏览网页以了解控制器运行情况。本功能受用户密码保护。
远程配置
STEC2000控制器支持远程配置更新和程序控制。例如，用户可以通过电话、以太网等方式与控制器建立连接，然后就如同本地一样对控制器进行组态。本功能受用户密码保护。
灵活配置
1个CPU主控模块较多可以支持8个扩展模块。用户可以根据所要采集数据的类型自由配置I/O模块。
完善的组态功能
STEC2000控制器提供bbbbbbs操作平台下运行的可视化图形组态环境以支持数据、控制程序、显示操作、报警、通讯管理、数据存储等各种功能的组态。
时钟功能
STEC2000控制器内置日历和时钟，且不会受系统停电影响。