工业锅炉的计算机控制（精选12篇）
工业锅炉的计算机控制 篇1
工业自动化控制的实现有效促进了我国工业批量化生产水平的提升、进一步降低了工业生产中的人力劳动强度, 降低了批量化生产成本, 对于显著提升工业生产企业的经济效益和社会效益有着很强的推动作用。计算机控制技术作为21 世纪的高新科技, 在工业自动化控制中得到了极广泛的应用。
1 计算机控制系统概述
计算机控制系统主要包含有控制算法、软件系统和硬件系统三个部分组成。其中计算机硬件是计算机控制的基础物质, 是实现控制的必要条件, 对于计算机控制系统而言, 通常需要计算机的配置能够达到高速数据处理、分析的能力。控制算法则可以当做为计算机实现控制操作的主要控制机理。软件系统则是完成人机交互的必要, 通过软件工程数据库, 能够对工业自动化生产过程中所产生的生产数据进行储存、处理、计算以及输出, 是计算机控制系统的控制核心。通常情况来说, 计算机控制系统在工业自动化生产过程中实现有效的控制, 还需要配置专门的转换设备, 以起到将实际生产数据与软件系统中模型数据的转换作用。
2 计算机控制系统在工业自动化控制中的实现路径
在工业自动化生产活动中, 计算机控制系统的主要实现路径包含以下四个方面:
2.1 数字控制技术
所谓数字控制技术, 也就是利用数字对某一个特定的生产活动进行编程控制。在工业自动化生产过程中, 计算机借助数字, 按照先进的计算机算法进行工业生产程序编写, 并以软件的方式设置在计算机内, 通过物联网的连接, 该计算机能够对生产过程中各种生产设备发出数字指令, 这些指令能够对生产设备产生一种自动驱动力, 相关设备在接受指令后, 便开始进行自动化生产。利用数字控制技术, 在工业化生产设备自动化生产过程中, 其运行状态会呈现出直观的数字状态, 通过科学合理的分析生产设备的数字状态, 则可以按照数字显示找出相关设备的故障和问题, 进一步的降低了工业自动化生产成本。
2.2 PLC控制技术
PLC控制系统是一种柔性的程控系统, 在工业自动化生产中被广泛的利用。 PLC控制系统是在传统的控制系统中, 融合了自动控制技术、通信技术以及微电子技术, 使得整个系统的适应度强、可靠性高、编程简单、通用性强。 PLC控制系统通常由三个部分组成:其一是电源组件, 为整个系统提供运行所需的电源, 其二是微处理器CPU以及存储器组件, CPU的集成使得PLC控制系统具有很高的可编程性, 在具体的工业自动化生产中, 生产厂家可以根据自身生产工艺来实现特异性的编程, 从而进一步的提升工业生产的自动化控制的针对性和精准性。其三则是输入及输出组件, 相较于最基本的计算机控制系统, PLC控制系统具有很强的抗干扰能力, 而输入及输出组件正是为此设计。
2.3 DCS控制技术
DCS即分布式控制系统, 在国内的自动化控制领域中, 其也被称为“集散控制系统”, 是一个多级计算机系统, 继承了计算机技术、通信网络技术、显示技术和控制技术。DCS的基本思想为集中操作、分级管理和分散控制。通信网络是DCS的核心, 工程师站是DCS的网络节点, 其主要功能是对DCS进行组态, 这样可使DCS始终处于最佳工作状态。 DCS具有较高的可靠性, 它可将系统控制功能分散在各台计算机上, 并采用了先进的容错设计。同时, DCS的控制功能较为齐全, 可按照实际需要, 通过网络与高性能的计算机相连, 从而实现高级控制。
3 远程计算机控制在工业自动化中的应用
随着现代计算机控制的不断发展, 越来越多的工业生产中利用了计算机控制系统实现对工业生产的自动化, 起到提升生产效率与质量的作用。现阶段, 基于计算机控制的远程控制在工业生产自动化中得到了极为普遍的应用。
远程控制实现了对工业生产过程中的生产设备的集中控制、工业自动化的系统的调控以及对工业生产过程的监控作用, 对于进一步的提升企业自动化生产效率起到了关键性的控制作用。实际上, 工业自动化生产是一个极为复杂的过程, 它包含了对机械设备、人力劳动的综合控制, 在实际的控制中存在着很大的困难, 只要有一点的不留心就会造成很大的损失。远程控制可以实现对生产设备的集中控制。通过对自动化设备进行实时监督, 能及时发现并解决生产过程中出现的故障, 工作人员可以通过计算机反映的分析结果对生产现场的自动化设备的工作状态作出判断, 有效的保证工业自动化生产过程的正常运行。
远程控制在工业自动化生产中可以为企业的经营和发展带来经济效益和社会效益。从生产的角度来看, 远程控制有效提升了企业生产效率, 对企业的资源进行了集中应用, 同时降低了人力成本;从社会发展的角度来看, 远程控制实现了企业生产中的生产安全监控以及综合的调度指挥, 通过集中管理, 起到了优化生产管理结构、简化生产控制工作的作用, 继而有效推进了现代工业的自动化发展。
4 总结
21 世纪, 计算机技术的出现改变了社会生产, 改变了人类的生活。计算机控制技术作为计算机分支学科的一种, 在近年来得到了充分的发展, 其技术在不断的进步, 控制效率也在不断的升高。在现代工业自动化生产中, 利用计算机控制技术来进一步的推进企业生产的自动化生产效益, 更有效地保证了工业企业的生存与发展。
摘要：工业自动化控制的实现有效促进了我国工业批量化生产水平的提升、进一步降低了工业生产中的人力劳动强度, 降低了批量化生产成本, 对于显著提升工业生产企业的经济效益和社会效益有着很强的推动作用。
关键词：计算机控制,工业,自动化控制
参考文献
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工业锅炉的计算机控制 篇2
武汉大学动力机械学院方友明潘笑
江西省电力试验研究院邬菲
FangYoumingPanXiaoWuFe
摘要：本文介绍了由PLC和单片机组成的工业锅炉模糊控制器。该控制器具有低成本、抗干扰能力强的优点，应用于工业控制现场，有着重要的现实意义。
关键词：单片机PLC通讯模糊控制
Abstract?Thispaperintroducesindustrialboilerfuzzycontroller?combinedwithPLCandsinglechipmicrocomputer.Thecontrollerhaslowcostandhighcapabilityofanti-jamming.Ithasaveryimportantrealisticsignificationfortheapplicationinindustrialcontrolworksitecondition.
Keywords?SingleChipMicrocomputerPLCcommunicationFuzzycontrol
?中图分类号?TP273+.4?文献标识码?A?文章编号?1606-5123?2002?05-0027-02
1前言
随着微电子技术和计算机技术的进步，可编程序控制器的功能也得到了突飞猛进的发展。在PLC组成的工业控制设备中，大多利用PLC的并行接口进行功能的扩展，这就要占用大量的`I/O点。PLC的RS-232接口可以与单片机实现通信，就可充分利用单片机成本低、扩展方便的特点，使PLC应用更具灵活性。采用单片机与PLC组成的控制系统既具备单片机价格低、功能强的优点，同时又具备PLC抗干扰能力强的优点，适用于工业现场控制。
改进后的系统对输入信号采取分组分时采样，极大扩展了系统的容量。模糊算法在PLC中实现，控制性能良好。单片机无总线，系统抗干扰能力强。目前国内外还没有成熟的产品，因此，加强这方面的研究与开发非常必要。
2系统特点
2.1系统扩展性好
系统对输入信号采用分组分时采样，极大扩展了系统的容量。
2.2
[1][2][3]
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工业锅炉的计算机控制 篇3
关键词：计算机控制；自动化；应用
在当前计算机技术飞速发展的今天，社会的各行各业都在不断地要求提高生产效率，提高工作效率，这些目标的实现最后都不可能离开计算机的应用，发展至今，计算机技术已经有了很多专门的分类，工业控制自动化的领域也不可能离开计算机的实际控制技术。计算机的控制技术本身是一项非常复杂的包含多个学科知识的技术，本文对于相关问题展开相应的探讨。
一、计算机控制系统
计算机控制系统的出现在很大的程度上是基于计算机技术以及自动化控制技术的融合，计算机的控制系统就是主要用来实现工业自动化中的中央控制器的监控功能。这整个的系统主要包括外界的硬件系统、软件的控制算法以及上位机的操纵软件，这个系统主要是利用计算机的高速计算与处理的能力来进行快速而又准确的命令执行，通过对于一定的需要控制的对象来实现功能上的控制，进而达到一定的控制目的。在实际的对于计算机的控制中，也在很大的程度上需要用到一些辅助的部件来实现相应的控制。上位机软件的开发目的主要也是为了完成相应意义上的人机交互，建立相应的数据库，以便可以实施对于工业参数的实际在线的监控，一旦发现异常情况，马上报警使人觉察，上位机软件最为重要的功能就是可以人为地进行编程来进行数据的输入和输出。计算机系统在整个控制系统进行运转时，需要积极地与辅助对象进行信息交换，而且通常意义上的设备间通信具有两种方式，即有线和无线。计算机控制系统主要的目的有着以下的几个方面：第一是对于运动对象的一些运动过程进行相应的控制以便实现一些目的；第二就是对于被操控的对象来进行合理的控制，以便可以达成最优化的控制目标。
二、计算机的控制系统介绍
计算机的控制系统从广义上来说就主要是分为两个部分，即软件加硬件。要想达到对于被控制的目标的有效控制，就需要专门的信号采集器来采集相应的信号、模拟信号的转换设备以及模拟数字的转化设备。在工业的自动化过程中一般都是采取的及时控制，所以对于计算机的运行速度方面并没有严格的要求，但是对于计算机的系统可靠性方面有着极高的要求，需要在最短的时间内做出必要的反应。计算机对于整个的过程进行控制主要是通过以下的几个途径来实现的：第一要对被控制的目标进行数据的采集，然后把这些数据来输送给工业控制的计算机进行初步处理；第二就是进行决策，这个过程的实现需要使用专业的软件来对于采集到的数据进行必要的监控以及对于被监控的参数做出必要的修改，然后就使得计算机可以按照已经计划好的控制程序来对于下一步需要执行的命令进行过程的执行；第三就是通过实时控制系统来以及相应的计算决策，通过任务的执行机构来对于任务进行安排，通过发送出去的控制信号来进行任务的分配，并且再加上相应的任务执行部分来完成整个的控制任务。通过以上的三个过程不断地进行往复循环来保障整个的系统可以按照相应的品质要求来进行工作，而且还要对一些突发情况进行及时与必要的处理。
三、计算机控制系统目前在工业自动化中的运用
一般来说，钻机是钻探工作的重要装备，一旦引进了工业计算机控制系统，可以实时的钻机钻探作业时的参数进行检测，可以大大的解放人力，最大限度的实现钻机的自动化。
（一）从控制系统总体的硬件来看。钻探作业中计算机硬件部分主要可以分为以下几个部分：检测部分、钻进参数检测部分、钻机自控部分，一般来说，在乎钻探工业中，计算机控制系统都是采取的两级分布式控制，一级为上位机，一般会采用稳定性高的工控机，可以应用于恶劣的自然环境下，抗干扰能力强，对于钻探作业来说，最为合适。第二级为下位机，这部分主要负责数据的采集、传递任务，主要由传感器、信号器、光电编码器组成，还有可以编程的逻辑控制器，对各种钻进参数进行采集处理、输出控制，进而实现整个系统的自控。
（二）从控制系统总体的软件来看。控制系统总体的软件主要集中在控制算法上，由于钻机目前常用的是液压方式，给进系统采用的是先导式比例溢流阀对进油缸的给进力进行控制，回转系统采用的是电控比例变量泵对液压马达的流量进行控制，这样一来就可以实现对回转速度的掌握，为了实现对钻机的控制，进行钻机自动化作业，我们可以采用增量式控制算法。
（三）注重上位机系统的开发。上位机系统的开发对自动化的意义不言而喻，一般可以使用组态软件，这样可以实现对实时画面的快速传送，让设备操作人员第一时间了解到地下设备的运行情况，对于检测参数、现场数据、趋势预测等方面做到心里有底，除此之外，上位机软件在开发过程中还要加入脚本编程能力，这样以来可以方便数据处理方式的变化，增加灵活性。
结语：伴随着当今社会向着人类新纪元的发展趋势来看，计算机在工业生产中的运用有效地扩大了工业自动化领域的覆盖广度和深度，而且也在很大的程度上提高了相应的工业企业的生产效率，这种技术的使用为企业实际的创造了非常大的利润。
参考文献：
[1] A.R.Buberl. 大型CAD-CAM模型的建立——制造技艺、经验和计算机技术的结合[J]. 铸造. 2014（03）
工业锅炉的计算机控制 篇4
1 工业控制计算机 (IPC)
工控机是在个人计算机的基础上发展起来的, 采用总线式结构, 硬件的兼容性较强。IPC有各种各样的输人/输出板卡供用户选用, 有很强的高速浮点数运算、图像处理、通信和人机交互等功能, 容易实现管理控制网络集成化。
1.1工业控制计算机 (IPC) 的技术特点。
1) 可靠性高, 抗干扰能力强在工业控制系统中, 大量的开关动作是由组态程序控制激活板卡相对应的控制通道输出控制相对应的信道设备, 从而大大降低了传统控制中的故障率I/O接口电路采用光电隔离措施使各单元利用屏蔽措施以防止干扰;对信息进行自诊断利用校验位来实现所采集的数据准确无误。利用工业总线协议加强系统的可靠性和准确性;
2) 强大的接口电路对于各种现场信号流如电流量或电压量、数字量, 电位量;输入输出接口单元与工业现场各种开关及传感器及隔离单元直接连接。为了提高工业控制及信息共享可通过各种通信协议平台及交换机设备获取多种数据从而实现工业控制系统的一体化及集中处理集中控制减少系统的接点增强了系统的集中控制能力;
3) 强大的兼容性, 工业计算机最基本的特性就是他的兼容性很强, 随着现代工业自动化的发展, 在生产控制中PLC及工控机种类繁多各种接口电路使得系统结构复杂。这就要求我们整个控制系统具有强大的兼容性和协议共享性。然而我们可以选择多种控制板卡都是可以与之相兼容的使现实生产控制得到了扩大, 使其控制的设备及系统功能更加完善。然而我们选用工业计算机来控制生产满足了多种设备联网生产;
4) 在通信方面, 现代工业计算机具有多协议多网络支持平台, 可通过工业总线实现与各种生产设备进行联网控制, 例如现在工业中常用的CAN总线、interbus总线以及光纤通讯等。网络兼容性较好, 可与其他生产厂家的各种通信板卡及设备接口电路匹配。使工业控制计算机的功能大加强, 能够完善的兼容控制与管理生产现场。
2 IPC与PLC在煤矿皮带机控制应用中的比较
皮带机运输集控系统是针对矿用煤流运输系统设计的综合监控系统。实现了皮带机打滑、超温、洒水、堆煤、急停、跑偏、撕裂、烟雾等基本保护。同时配有总线型和以太网接口, 接入工业以太网, 实现远程控制。
工业控制计算机在皮带机控制中的特性
1) 工业计算机控制皮带运输具有实时性好, 稳定性高, 故障率低。在皮带运输控制中工业计算机通过与下位机进行同一平台联网, 对皮带的启动停止, 各种传感器的在线监测进行分散采集, 集中控制使皮带运输可靠性高, 大大提高了井下的运输能力从而提高了生产效率。在皮带的运行保护方面实现了皮带机的启动打滑监测调整电机的运行特性加大转矩降低启动转速;实时采集处理超温、洒水、堆煤、急停、跑偏、撕裂、烟雾等传感器的信息, 响应速度快定位准确。计算机系统将全面在线监测所有的电机驱动单元及各类传感器系统, 将皮带的运行情况通过网络先传于工作面的集中控制台, 控制台将会显示每台电机的运行电流及电压是否正常, 及传感器所反馈的各种数据信息;
2) 随着皮带运输自动化技术的广泛应用, 各大矿业集团井下生产运输及地面运输装车系统均采用, 工业计算机控制的皮带运输监控系统。此系统从井下工作面到主运大巷到地面所有驱动单元及采集系统通过地面调度室的主控制工业计算机来完成启动与停止。地面装车系统也是通过工业计算机来控制给煤皮带运输机及装煤系统来完成装煤的, 地面装车系统通过皮带控制器来监测皮带运输情况如, 跑偏、堆煤、撕裂、烟雾等。通过开关量, 电流量、电压量及超声波传感器来辨认火车车箱的型号级高度和车辆运行状态。从而给主控制机提供数据将信息显示都装车控制室的显示器上供工作人员参考。根据车皮型号计算机会计算出此车的装煤量, 通过控制给煤机将煤量给入装车漏斗缓冲区。来实现装车的全过程, 实现了煤矿井下生产运输及地面装车为一体的现代工业计算机控制系统, 使煤矿企业生产自动化系统高度集中。
3 结论
工业计算机的发展促使现代工业自动化的高度集中与控制, 使我国的煤炭及相关应用领域从生产规模, 生产效率大大提高。本文主要从工业计算机的特性与在工业自动化皮带生产运输中的应用。
参考文献
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工业锅炉的计算机控制 篇5
工业增加值是指工业企业在报告期内以货币形式表现的工业生产活动的最终成果；是工业企业全部生产活动的总成果扣除了在生产过程中消耗或转移的物质产品和劳务价值后的余额；是工业企业生产过程中新增加的价值。
增加值是国民经济核算的一项基础指标。各部门增加值之和即是国内生产总值，它反映的是一个国家（地区）在一定期时期内所生产的和提供的全部最终产品和服务的市场价值的总和，同时也反映了生产单位或部门对国内生产总值的贡献。因此，建立增加值统计，将为计算国内生产总值提供可靠依据，是建立资金流量的基础。工业企业建立增加值统计，可以反映工业企业的投入、产出和经济效益情况，为改善工业企业生产经营提供依据，并促进工业企业会计和统计核算的协调。
2、工业增加值的计算原则
从工业增加值的概念出发，计算工业增加值应遵循以下三条原则：
（1）本期生产的原则
工业增加值的核算必须是工业企业报告期内的工业生产成果。只有进入了工业企业报告期内的工业生产过程，通过工业生产活动所创造的产品和劳务才能进行工业增加的核算，非报告期内生产的工业产品，即使在报告期内出售，也
不能作为本期的工业生产成果；反之，只要是报告期内生产的产品，不论是否出售，均应计入报告期生产成果。
（2）最终成果的原则
工业企业生产活动的最终成果，从产品形态上看，体现在本期生产出的、已出售、可供出售和自产自用的产品和劳务上，不包括用于生产过程中的产品和劳务；从价值形态上看，产品生产的过程也是价值转移的过程，生产过程中所耗用的产品（中间投入）价值随同生产过程转移到新产品的价值之中。为了避免产品价值的重复计算，必须在工业总产值的基础上扣除中间投入的转移价值。因此，要保持工业总产值与工业中间投入的计算价格、指标口径范围的一致性，避免工业增加值计算结果出现偏差。
（3）市场价格的原则
目前，我国计算工业增加值所使用的计算价格是生产者的价格，即按生产者价格估算出的产出额减去按购买者价格估算的中间消耗额。
生产者价格对工业品来说，就是出厂价格，其中包括产品销售或使用时所支付的产品税或应得到的补贴，但不包括发票单列的增值税和单独开发票的运输费用和商业费用。
购买者价格是购买者在购买单位货物或服务所支付的价值，其中包括指定时间和地点提取货物所发生的运输和商业费用，不包括可扣除的增值税。
生产者价格和购买者价格都是市场上买卖双方认定的成交价格即市场价格。为了保持工业增加值计算口径的一致性，工业总产值和工业中间投入一律按市场价格计算。工业总产值按生产者价格计算，工业中间投入按购买者价格计算。
3、工业增加值的计算方法
工业增加值的计算方法有两种，即生产法和收入法（又称要素分配法）。
（１）生产法
生产法是指从工业生产过程中的产品和劳务价值形成的角度入手，剔除生产环节中投入的中间产品价值，从而得到新增价值的方法。其计算公式为：
工业增加值=工业总产出-工业中间投入
在工业增加值的实际计算中，工业总产出是直接用工业总产值（现行价格、新规定）代替的。这一指标的计算价格与工业中间投入的计算价格一律与新税制的规定相一致，按不含增值税的价格计算。但是，增值税是企业所创造的新增价值的一部分，属于增加值范畴，为了确保工业增加值要素的完整，在计算工业增加值时，应将本期应交增值税计入工业增加值中。由此按生产法计算的工业增加值的实际计算公式应为：
工业增加值=工业总产值（现价、新规定）-工业中间投
入+本期应交增值税
①工业总产值（现行价格、新规定）
包括本期生产的成品价值、对外加工费收入和自制半成品在制品期限期末期初差额价值。
②工业中间投入
1〕工业中间投入的定义
工业中间投入是指工业企业在报告期内用于工业生产活动而一次性消耗的外购原材料、燃料、动力及其他实物产品和对外支付的服务费用。服务费用包括支付给物质生产部门（工业、农业、批发零售贸易业、建筑业、运输邮电业）的服务费用和支付给非物质生产部门（保险、金融、文化教育、科学研究、医疗卫生、行政管理等）的服务费用。
2〕工业中间投入的确定须遵循的原则：
一是必须是从外部购入的，并已计入工业总产值的产品和服务价值不包括生产过程中回收的废料以及自制品的价值；
二是必须是本期投入生产，并一次性消耗的产品和服务价值，不包括固定资产转移价值；
三是工业中间投入的计算口径必须与工业总产值的计算口径相一致，即计入工业中间投入的产品和服务的价值必须是已经计入了工业总产值中的价值。
3〕工业中间投入的分类
工业中间投入按企业支付的对象可分为中间物质投入和中间劳务投入两部分。
a.中间物质投入：是指工业企业在生产过程中外购的各种物质产品的价值和支付给物质生产部门的劳务费用，包括外购的并在本期消耗的原材料、燃料、动力及向外单位支付的运输费、邮电费、加工费、修理费、仓储费等。
b.中间劳务投入：是指工业企业在生产经营管理中支付给非物质生产部门的各种服务费用，这些费用构成非物质生产部门收入的一部分，包括利息支出、广告费、保险费、职工教育费、差旅费等。
工业中间投入按照具体内容，分为直接材料厂、制造费用中的中间投入管理费用中的中间投入、销售费用中的中间投入和利息支出五大类。
a.直接材料：包括企业生产经营过程中实际消耗的原材料、辅助材料、备用配件、外购半成品、燃料、动力、包装物以及其他直接材料。资料可直接取自会计产品成本核算的“直接材料”科目。如企业未按“直接材料、直接人工、制造费用”设置成本核算科目，则可从会计“生产成本”科目的供方发生额中，将属于直接材料消耗的项目汇总取得。
b.制造费用中的中间投入：包括修理费、物料消耗、低值易耗品、取暖费、水电费、办公费、运输费、试验检验费、劳动保护费、租赁费、差旅费、保险费等。可从会计“制造费
用”科目中查找计算，也可用“制造费用合计”减去属于工业增加值的项目，即工资、职工福利费、折旧费的办法，倒算出中间投入价值。
c.管理费用中的中间投入：包括办公费、运输费、修理费、物料消耗、递延费用摊销、低值易耗品摊销、绿化费、技术转让费、无形资产摊销、土地损失补偿费、排污费、工会经费、财产保险费、职工教育经费等。可从会计“管理费用”科目中查找计算，也可用“管理费用合计”减去属于工业增加值的项目，即工资、效益工资（指工效挂勾企业按规定提取的新增效益工资）、职工福利费、劳动保险费、财产保险费、待业保险费、折旧费、税金（房产税、车船使用税、土地使用税、印花税）、矿产资源补偿费以及上交给国家和地方的各种规定费用的办法倒算取得。
d.销售费用中的中间投入：包括运输费、包装费、办公费、修理费、物料消耗、低值易耗品摊销、租赁费、展览费、保险费、广告费、差旅费等。可从会计“产品销售费用”科目中查找计算，也可用“产品销售费用合计”减去属于工业增加值的项目，即工资、职工福利费、折旧费的办法倒算取得。
e.利息支出：是指企业生产经营期间发生的利息净支出（减利收入）。可根据会计“财务费用”科目的发生额分析计算。
4〕工业中间投入的具体计算方法
a.正算法：即将制造费用、管理费用、销售费用中属于中间消耗的部分分别相加（中间物质消耗按不含增值税的价格计算），再加上直接材料和利息得出工业中间投入总和。
b.倒算法：即分别用制造费用、管理费用、销售费用合计减去该三项费用中属于增加值的项目，如工资、福利费等，倒算出三项费用中的中间消耗，再加上直接材料和利息支出，得出工业中间投入总和。在实际操作过程中，采用倒算法计算比较简便易行。
③本期应交增值税
本期应交增值税是指工业企业在报告期内应缴纳的增值税额。其计算公式为：
本年应交增值税＝销项税额＋出口退税＋进项税额转出数－进项税额－减免税款－出口抵减内销产品应纳税额＋年初未抵扣数－年末未抵扣数
1）销项税额：是指企业在报告期内销售货物或提供应税劳务应收取的增值税额。
2)出口退税：反映企业适用零税率的货物，向海关办理报关出口手续后，凭出口报关单等有关凭证，向税务机关申报办理出口退税而收到退回的税款。
3)进项税额转出数：反映企业购进货物、在制品产成品等发生非正常损失以及其他原因而不应从销项税额中抵扣，按规定必须转出的进项税额。
4)进项税额：是指企业在报告期内购入货物或接受应税劳务而支付的、准予从销项税额中抵扣的增值税额。
5)减免税额：反映企业在报告期按国家规定直接减免的增值税。
6)出口抵减内销产品应纳税额：反映企业报告期内按国家规定的退税率计算的出口货物的进项税额抵减内销产品的应纳税额。
7)年初（末）未抵扣数：是指当进项税额大于销项税额时，才会出现未抵扣数，年初（末）未抵扣数必须小于等于零。
上述增值税计算公式中的项目均可以从会计的“应上交应弥补款项表”中的有关项目取得。
小规模纳税企业，不分列销项税额和进项税额，其本期应交增值税直接以销售额乘以征收税率（６％）计算。
有出口退税的企业，如果出口退税出现跨的情况在计算出口退税时，应加以调整，按本年应得出口退税计算，调整后应交增值税的计算公式为：
本年应交增值税＝本年销项税额×(现价总产值/产品销售收入)＋出口退税＋进项税额转出数－本年进项税额×(原材料消费总值/原材料购进总值-减免税款－出口抵减内销产品应纳税额＋年初未抵扣数－年末未抵扣数
锅炉设备的控制 篇6
关键词：锅炉设备；锅炉汽包液位；蒸汽过热系统；锅炉燃烧系统；控制方案
中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0097-02
1 概述
根据生产负荷的不同需求，锅炉应提供不同压力和温度的蒸汽，同时，根据经济性和安全性的要求，使燃料完全燃烧和确保锅炉的安全生产。锅炉设备的主要控制系统有三个：锅炉汽包液位的控制、蒸汽过热系统的控制、锅炉燃烧系统的控制。
2 锅炉汽包液位的控制
2.1 单冲量液位控制系统
单冲量液位控制系统的原理图如图1所示。由图可知，它是一个典型的简单液位控制系统，它适用于停留时间较长、负荷变化小的小型低压锅炉（一般为10t/h以下）。
图1 单冲量液位控制系统
单冲量液位控制系统对于停留时间短、负荷变化大的系统，就不能适应了。当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于汽包内蒸汽压力瞬间下降，水的沸腾加剧，汽泡量迅速增加，形成汽包内液位升高的现象。因为这种升高的液位不代表汽包内贮液量的真实情况，所以称为“假液位”。这时液位控制系统测量值升高，控制器错误地关小给水控制阀，减少给水量，等到这种暂时的闪急汽化现象一旦平稳下来，由于蒸汽量增加，送入水量反而减少，将使水位严重下降，波动很厉害，严重时会使汽包水位降到危险区内，甚至发生事故。
产生“假液位”主要是蒸汽负荷量的波动，如果把蒸汽流量的信号引入控制系统，就可以克服这个主要干扰，这样就构成了双冲量液位控制系统。
2.2 双冲量液位控制系统
图2 双冲量液位控制系统
双冲量液位控制系统的原理图如图2所示。这是一个前馈-反馈控制系统。蒸汽流量是前馈量。借助于前馈的校正作用，可避免蒸汽量波动所产生的“假液位”而引起控制阀误动作，改善了控制质量，防止事故发生。
双冲量液位控制系统的弱点是不能克服给水压力的干扰，当给水压力变化时，会引起给水流量的变化。所以一些大型锅炉则把给水流量的信号也引入控制系统，以保持汽包液位稳定。这样，作用控制系统共有三个参数的信号，故称为三冲量控制系统。
双冲量液位控制系统适用于给水压力变化不大，额定负荷在30t/h以下的锅炉。
2.3 三冲量液位控制系统
三冲量液位控制系统如图3所示。它是一个前馈-串级控制系统。蒸汽流量作为前馈信号，汽包水位为主变量，给水流量为副变量。
图3 三冲量液位控制系统
3 过热蒸汽系统的控制
目前广泛选用减温水的流量作为操纵变量，但是该通道的时滞和容量滞后太大。如果以蒸汽温度作为被控变量，控制减温水的流量组成简单控制系统，往往不能满足生产上的要求。因此，应采用以减温器出口温度为副变量的串级控制系统，如图4所示，这对提前克服如蒸汽流量、减温水的流量和温度等干扰因素是有利的，可以减少过热蒸汽温度的动态偏差，提高过热蒸汽温度的控制质量。
图4 过热蒸汽温度串级控制系统
过热蒸汽温度控制有时还采用双冲量控制系统，如图5所示。这种方案实质上是串级控制系统的变形。
图5 过热蒸汽温度双冲量控制系统
4 锅炉燃烧系统的控制
锅炉燃烧系统的自动控制基本任务是使燃料燃烧时产生的热量，适应蒸汽负荷的需要。由于汽包本身为压力容器，它输出蒸汽的压力受到它所带的汽轮机和其他设备条件的限制，所以锅炉燃烧系统的自动控制有三个主要作用：
（1）维持锅炉出口蒸汽压力的稳定。当负荷受干扰影响而变化时，通过控制燃料量使之稳定。
（2）保持燃料量和空气量按一定配比送入，即保持燃料燃烧良好。
（3）维持炉膛负压不变，应该使排烟量与空气量相配合。负压太小，炉膛容易向外喷火，影响环境卫生、设备和工作人员的安全；负压太大，会使大量冷空气漏进炉内，从而使热量损失增加，降低燃烧效率。一般炉膛应保持－2mmH2O左右的
负压。
5 结语
本文主要以锅炉设备为例，针对锅炉设备中的三个主要控制系统：锅炉汽包液位、蒸汽过热系统及锅炉燃烧系统，分别介绍了几种常用的控制方案，并且着重分析了这些控制方案各自的特点、适用场合以及选取过程。
参考文献
[1] 施仁，等．自动化仪表与过程控制[M]．北京：电子工业出版社．
[2] 金以慧．过程控制[M]．北京：清华大学出版社．
作者简介：蔡静，包头轻工职业技术学院自动化学院助教，硕士，研究方向：控制理论与控制工程。
工业锅炉的计算机控制 篇7
1 全燃高炉煤气锅炉的相关概述
宣钢动力厂180t/h锅炉为新型的全燃高炉煤气锅炉, 其不仅能够对高炉煤气进行16万m3/h的消耗, 而且还能够对高炉汽动鼓风机所需要的蒸汽动力源问题进行有效的解决。全燃高炉煤气锅炉可以在很大程度上减少动力煤的消耗量以及废弃物的排放量, 在实现了能源节约、环境保护等环境效益的同时, 还实现了一定的经济和社会效益。
全燃高炉煤气锅炉是一种中压自然水循环锅炉, 其使用的是单锅筒, 采用自然循环形式, 并以集中下降管为主要的布置结构。分别以180t/h和440℃作为该锅炉的额定蒸发量和温度。从室外布置方式来讲, 该锅炉的前部位置是炉膛, 周围被膜式水冷壁所包围, 在炉膛的出口位置安装屏式过热器, 在水平烟道位置还安装了对流过热器。在锅炉尾部位置的竖井烟道内部对两级的省煤器和空气预热器进行交错布置。
2 DCS计算机控制系统的构成分析
DCS计算机控制系统主要的构成部分包括ABB混合控制器中的过程管理级和控制级。其中过程管理级是由包括操作站等在内的冗余服务器、打印机设备等构成的;过程控制级是由一套冗余的ABB混合控制器构成, 其中有现场控制单元、I/O模件以及电缆等。该系统具有一个能够进行硬件与图形化工程组态的先进工具软件, 可靠性较高, 功能较多, 其还在ABB系统中组成了一个更加先进可靠的体系结构。
3 DCS计算机控制系统的功能介绍
3.1 控制全燃高炉煤气锅炉的功能
全燃高炉煤气锅炉所使用的输入介质主要有3种, 即风、水以及煤气燃料, 这三者间的平衡关系能够直接影响到该锅炉生产运行的安全稳定性能[1]。燃料在燃烧的过程中会有热能产生, 风是一种中间媒介, 其可以为燃料的充分燃烧提供保证, 产生热能之后在水的作用下将会进行具有高性能蒸汽介质的转化, 然后通过管道输送出去, 这一过程可以实现平衡能量的目的。采用DCS计算机对全燃高炉煤气锅炉进行控制主要表现在工艺检测控制、锅炉燃烧控制以及数据采集等几个方面。
3.2 DCS计算机控制系统的HMI人机操作功能
以燃气锅炉具体的生产要求为依据, 对DCS计算机控制系统进行工艺流程的子系统划分, 其主要包括锅炉本体、燃烧控制系统以及热力系统等。监视生产过程的画面主要有工艺流程图、组回路显示以及帮助指导等画面。值班人员需要根据相关的操作权限和规定进行实际操作、数据输入和捕捉L C D目标。报警能够处理多种优先级, 其中包括窗口显示、打印、报警确认等处理方式。另外, 还需要将急停按钮等安装到位于锅炉操作室中的仪表盘中。
3.3 安全保护全燃高炉煤气锅炉的功能
全燃高炉煤气锅炉的安全性能是保证其自身正常稳定运行的一个重要因素, 应该给予高度的关注与重视。在燃气锅炉特点的基础上对安全保护功能进行有效的设置, 其主要包括汽包压力过高、汽包水位过高或过低、燃气压力过低以及程序、风压等多个方面的保护。
3.4 D C S计算机控制系统的调节控制系统
DCS计算机控制系统中的调节控制系统主要包括锅炉燃烧管理和风 (燃) 量控制、汽包水位给水自动调节、过热蒸汽温度调节、送风和氧量调节、炉膛压力调节以及锅炉自动点火控制等多个系统。
4 设计全燃高炉煤气锅炉的测点安全保护
根据高炉煤气所具有的易燃易爆和产生有毒气体的特性, 对全燃高炉煤气锅炉运行的安全稳定性要求提出了更高一步的标准, 这就要求我们必须通过科学有效的措施对锅炉测点进行保护, 避免危害锅炉安全测点因素的产生。例如通过三选二的方式来对煤气入口总管、汽包蒸汽以及集汽集箱蒸汽等压力进行检测。通过视频影像监视炉膛火焰状态。通过三重冗余信号输出炉膛压力, 在炉膛负压的控制系统中, 以中值作为其进行反馈的信号。在超前变化的过程中, 以风量的指令信号作为其进行前馈的信号, 并以此来减少炉膛负压波动, 直到数值达到最小为止。
汽包水位的控制方式为全程控制方式, 自动控制汽包水位需要0~100%的锅炉负荷, 按照对回路进行独立检测并取中间值的3个方案, 采用汽包压力来修正水位信号输出的参数。控制系统一般情况下是一种三冲量系统, 其组成部分主要包括汽包水位以及蒸汽量和给水流量3种, 锅炉在启动以及进行低负荷运行的过程中进行系统控制时, 采用的方式是汽包水位的单冲量方式。而在平稳蒸汽参数以及给水流量规定范围内可以进行三冲量控制系统的切换。
5 DCS计算机控制对锅炉运行的控制分析
DCS控制系统应用在燃气锅炉中, 可以对锅炉中的每个燃烧器进行单独调节, 也可以对处于同层位置的四个角燃烧器进行同时调节。在氧量过大时可以将调节阀关小。在负荷过高时可以将煤气阀开大, 调节过程通常是从下层开始, 可以将80%的开度看作负荷阀门全开。当负荷在50%以上时, 需要先将位于第四层的燃烧器打开, 对炉膛出口的两侧位置温差进行调整, 将温差控制在规定范围内。对负荷进行下降调整时, 通常是从最上层开始, 若是处于20%以下的阀门开度, 则需要将阀门全部关闭。
综上所述, 全燃高炉煤气锅炉较为复杂, 其具有非常多的优点:精良的设备要求, 紧凑的锅炉结构, 充分燃烧气体以及高自动化[2]和强安全性等等。该文对全燃高炉煤气锅炉的DCS计算机控制进行了详细的分析与研究, DCS计算机控制系统安全可靠的运行, 可以在对锅炉的日常生产要求进行满足的基础上, 提高锅炉生产运行的安全性和稳定性, 对能源进行循环利用, 实现环境保护。
参考文献
[1]朱宇翔, 秦小东.全燃高炉煤气高温高压锅炉的运行特性[J].锅炉技术, 2010, 41 (1) :23-26.
工业锅炉的计算机控制 篇8
20 t链排锅炉的原设计模式较为落后,不能满足生产中的控制要求,经过对原设计图纸认真分析,发现存在以下问题:1)在自控部分原设计虽遵循了锅炉常规仪表控制的模式,设备选型按照厂家要求选用一套DCS系统,但在回路控制功能上仅设计了汽包水位控制回路和除氧器压力控制回路,其余的锅炉控制功能均以操作工手动调节完成。故原设计从完成功能上看远未发挥其功效;2)原设计中的电气控制部分电控元件选型陈旧,风机变频器联锁设计及上煤系统控制联锁设计较琐碎且使用分离的继电器逻辑控制,可靠性较低,缺少故障提示,不利于系统维护。
根据以上分析,为了更好地完成控制功能,重新进行了20 t链排锅炉的控制系统设计。
2 系统的构成及控制功能
根据20 t链排锅炉的生产工艺和控制要求,控制系统采用如图1所示的结构。
2.1现场一次仪表和执行器
1)温度信号检测。
锅炉有10余处温度检测点,根据各检测点的情况分别使用了热电阻和热电偶。
2)压力、差压类变送器。
锅炉系统涉及多处压力和差压信号的检测。变送器均采用进口产品。对于炉膛负压、汽包液位等要求较高的关键检测点,选用日本横河公司的EJA变送器;对于其它用于观测和作一般控制的检测点,选用价格较低、性能稳定的美国赛伦斯的变送器。
3)流量变送器。
锅炉系统有主蒸汽流量、给水流量和减温水流量等需要检测。选用孔板流量计进行流量信号变送。主蒸汽流量、给水流量是系统中的关键检测点,流量计配套的差压变送器选用日本横河公司的EJA变送器,减温水流量检测配套的差压变送器选用美国赛伦斯变送器。
4)调节阀和执行机构。
引风风门执行机构,给水、减温水、除氧器压力、除氧器液位调节阀门使用川仪的ZKJ电动执行机构和 ZKZM系列电动套筒阀。
5)变频器。
变频器在工业锅炉调速控制系统中,主要应用于鼓风机、引风机、供水系统及除渣系统。其最主要的目的在于节约能源。采用变频调速方法节能的原理是基于流量、压力、转速、转矩之间的关系。这些参数之间的关系是:流量∝转速,压力∝转矩∝转速的平方,功率∝转速的3次方。即:风机或水泵流量与转速的1次方成正比,压力与转速的2次方成正比,而轴功率与转速的3次方成正比。因而,理想情况下系统各参数之间的关系如表1所示。
由表1可见,当需求流量下降时,调节转速可以节约大量能源。例如:当流量需求减少一半时,如通过变频调速,则理论上讲,仅需额定功率的12.5%,即可节约87.5%的能源。如采用传统的挡板方式调节风量,虽然也可相应降低能源消耗,但节约效果与变频相比,则有天壤之别。
变频器在锅炉控制系统中起到的作用为:①鼓、引风机控制。鼓、引风机采用变频控制,这是锅炉系统中变频应用的主要部分。既是节电最显著的部分,同时也是变频投资最大的部分。这主要是由于鼓、引风机功率相对较大,而锅炉运行中,随着负荷的增减,鼓、引风机调节的幅度相对也较大。在鼓、引风机采用变频控制时,需要注意鼓、引风机的风量裕度问题。如果原设计或由于其它原因造成风阻加大,裕度较小时,应适当加大一档变频器容量,以使变频器可以适当提高频率(大于50 Hz),即提高转速运行,以保证锅炉系统有足够的风量。否则,极易造成原系统大负荷时风量够用(但裕度小),使用变频后,大负荷时风量不够的尴尬局面。其原因在于变频本身也消耗一部分功率,其输出功率比标称功率略小的缘故。②恒压供水。在锅炉供水系统中,采用变频控制,既能节约大量能源,又能稳定供水系统的压力,保障锅炉系统的安全运行,是非常有实际意义的。并且供水系统的电动机相对鼓、引风机而言容量较小,投资不大。因此,非常值得推广采用。
供水系统变频应用的特殊性为:锅炉供水系统一般采用多台电动机,并联母管式供水,没有必要对每台电动机都采用变频。既经济又可靠的方法是只有2台电动机由变频自动控制,且这2台电动机为一用一备方式工作。主要是利于电动机检修。其它供水电动机仍采用常规控制方法,其原因有两点:一是在并联母管式供水下,全自动控制供水方式不实用,无实际意义。主要原因是每台水泵的单向逆止阀泄漏问题和更换问题。全自动控制供水时,单向逆止阀前后的截止阀必须始终保持打开状态,才能保证自动控制电动机启动后,水能够自动流出。但随着锅炉负荷的增减,水泵电动机不会全部运行。这样,不运行的水泵电动机,由于单向逆止阀在水压的作用下,极易发生泄漏,造成水的回流及电动机的反转。而当需要停止的水泵运行时,电动机由反转变为正转的过程中,电动机就会产生超负荷大电流,必然造成控制电路超负荷跳闸。此时解决的方法是:采用半自动控制,设定供水压力上、下限报警。上限报警时,通知操作人员关掉1台水泵。下限报警时,通知操作人员启动1台水泵。而变频控制的水泵则保证在可调范围内的恒压供水。二是每台水泵电动机均采用变频控制,投资太大,且由于上述原因,也不实用。故在系统设计时,将变频器应用在鼓、引风机控制和给水泵使用变频控制。由于鼓、引风机是锅炉系统的关键控制点,故选用了三菱公司高可靠性的F500系列变频器。另外,锅炉的炉排亦需要调速控制,由于电动机功率很小,变频节能的比例不大,且炉排长期处于低速运行,使用普通电机散热就会出问题,若使用变频器,就需用变频专用电机,费用较高,故炉排电机调速使用变频器意义不大。炉排电机采用了南京调速电机厂生产的滑差电机和调速器。
2.2二次仪表和控制功能
锅炉控制系统结构如图2所示。
整个锅炉的控制结构采用了数字仪表和工业计算机的模式。数字仪表部分根据要求使用了数字回路调节器、数字显示仪表、流量积算仪表、状态报警仪表。每一部分的具体使用如下所述。
2.2.1 数字回路调节仪表
整个系统设计了锅炉系统的给水自动调节、燃烧过程自动调节、蒸汽温度调节、除氧器压力调节、除氧器水位调节5个回路。根据控制的要求不同,使用了日本yamatake HoneyWell公司的SDC40B和SDC31数字调节控制器。现按各回路分析如下。
1)给水自动调节。
锅炉水位是锅炉正常运行的主要指标之一,维持水位在一定范围之内是保证锅炉安全运行的必要条件。系统中设计使用SDC40B数字调节器来完成三冲量给水自动调节,即调节器根据水位、蒸汽流量和给水流量3种信号来改变给水调节阀的开度。如图3 所示。三冲量自动给水控制属于连续给水系统,只要水位有微小变化,调节器就跟踪进行调节。系统中引入了蒸汽压力信号,这样就可避免虚假水位带来的误差,大大减小汽包水位和给水量的波动幅度;引入了给水流量信号,使调节器可对系统给水压力变化产生的干扰迅速作出反应,使汽包水位较小受到给水压力的影响;给水流量信号同时也是调节器动作后的反馈信号,使调节器及早知道调节效果,这样可以避免调节器的超调动作,保证自动调节系统工况的稳定。
2)锅炉燃烧自动调节。
锅炉燃烧过程的自动控制是锅炉控制系统的另一重要功能。燃烧自动调节控制需完成如下要求:在锅炉蒸汽负荷稳定时,应使燃料量、送风量、引风量各自保持不变,及时补偿燃料质量的变化;在蒸汽负荷发生变化时,应使燃料量、送风量、引风量成比例变化,既要适应负荷变化的要求,又要使蒸汽压力、炉膛负压、和燃烧经济性指标保证在允许范围内。蒸汽压力是燃烧过程调节过程的主要被调量。在设计中以图4所示的调节框图完成锅炉燃烧过程的自动控制。
整个控制过程由燃料调节器、负压调节器、送风调节器等组成,每个调节部分均使用1台山武·霍尼韦尔公司的SDC40B数字调节器。调节过程为:①系统以锅炉出口压力为被调节参数信号,在一定的煤层厚度下,对应不同的蒸汽负荷,自动调节炉排的速度,使蒸汽压力稳定。②在调节炉排速度的同时,因燃煤量发生了变化,为提高燃烧的经济性,必须调节送风量,以保持一定的风煤比,此时以燃料量和风量之比为被调参数信号。燃料量信号采用燃料调节器的输出信号,风量信号采用空气预热器前后的压差信号,这两个信号按一定的比例输入到送风调节器。送风调节器的输出信号通过执行器,控制鼓风机变频器和送风挡板开度,以得到与燃料相应的送风量。这里风量信号同时又是送风调节器的反馈信号,它可以提前反映调节器的调节效果。当送风系统有内部扰动时,送风调节器即根据风量信号及时调节风机的挡板开度,克服扰动,保持一定的风煤比。③送风量发生变化后,炉膛负压也随之变化,为保持炉膛有一定的负压,必须调节引风机,此时以炉膛负压为被调参数信号,此信号取之炉膛上部,通过差压变送器送入负压调节器,负压调节器的输出信号通过执行器控制引风机变频器和引风挡板开度,从而得到与送风量相适应的引风量。以上燃料—空气调节系统满足常规蒸汽锅炉对燃烧过程自动控制的要求。由于目前用于烟气含氧量检测的氧化锆传感器的性能不稳定且寿命较短,故系统中未使用。
3)过热蒸汽温度调节。
生产过热蒸汽的锅炉,应严格控制过热蒸汽的温度,使之处于允许的范围内。因为超温会使过热器金属过热而降低强度,对安全运行造成威胁;另外,温度太低又会影响用汽设备的正常工作,甚至会损坏用汽设备。为了设备的正常运行,设计时使用一台山武公司的SDC31数字调节器来完成回路调节。调节原理框图如图5所示。
4)除氧器压力、液位调节。
分别使用SDC31数字调节器来完成除氧器压力、液位的回路调节。调节原理框图如图6所示。
2.2.2 数字显示仪表、流量积算仪表、状态报警仪表
使用数字仪表显示重要的压力、温度检测点;使用数字巡检仪完成水风温度、烟气温度、风压、烟气负压的循环显示;流量积算仪表完成主蒸汽流量、给水流量、减温水流量的显示和累计功能;使用状态报警仪表完成危险工况的报警、联锁功能,有蒸汽超压报警、蒸汽超压联锁、汽包高液位报警、汽包低液位报警、汽包极低液位联锁等;数字显示仪表、流量积算仪表、状态报警仪表均选用某公司XM系列的数字仪表。XM系列的数字仪表都可选配RS485通讯单元,通过该公司的FCC5000通讯服务仪表与上位计算机系统连接。
3 锅炉计算机监控、管理系统
系统使用高性能的工业计算机,配有显示器和报表打印机。该工业计算机带有2个RS485通讯接口,分别与SDC仪表和XM仪表进行通讯连接。监控软件采用Citect工业组态软件开发。为该工业计算机系统提供完整的监控画面,使操作人员完成对整个系统的监控。其中,锅炉系统模拟图,形象地显示锅炉系统的工艺流程和各主要的模拟参数。有参数报警时,显示报警提示;仪表盘式集中棒状图显示画面,可将10～15组参数用仪表盘式显示方法集中在一幅画面上,每个画面用水位计显示,同时显示各回路的给定值、实测值、阀位反馈和手自动状态;调节回路画面,可在画面上同时显示各调节回路模拟棒状图、PID参数和控制曲线,操作工可在线修改和实时监控;综观画面,在一幅画面上可全面显示一台锅炉的所有运行和控制参数;报警和事件记录,记录任意时刻发生的报警事件和操作人员的操作;丰富的趋势数据,可查看所有参数记录任意时刻的趋势曲线,并可作8个数据的趋势对比,以EXECL提供报表功能;数据管理功能,所有现场参数和累计产汽量、耗水量等数据,可按任意时段自动存储,并形成记录报表,实现部分能源管理功能。
4 结论
本文所述的锅炉控制系统的总体设计能满足使用厂家的需求,节省了大量的能源,经过实际使用,整套系统运行良好、画面直观,数据采集及显示正常,能较好地满足控制的各项要求,用户比较满意,投入运行几年来,工作都比较正常,该项目的实施,对同类设备的技术改造具有一定的推广价值。
参考文献
[1]李玮,沈勇.表面干燥炉计算机控制系统的设计与应用[J].铸造技术,2006(7):753-755.
蒸汽锅炉计算机控制系统设计 篇9
1 锅炉的计算机控制系统
某染织厂有两台10 T/h蒸汽锅炉进行自动控制系统改造, 我们应用一台工业PC工控机进行集散控制, 以PLC为控制核心, 下位系统由若干路智能调节器构成。系统包括:水位控制、炉压控制、燃烧控制、事故监控四大部分。构成一个调度管理, 操作监控, 控制核心, 现场仪表系统。实现分散控制和集中管理。系统对鼓引风电机、上水水泵和补水水泵全部采用变频调速控制, 质量可靠, 控制稳定, 节电显著。
2 系统控制特点和方法
该系统是一套多输入, 多输出, 多回路的控制系统和非线性时变系统。如给水自动控制, 鼓引风机自动控制, 蒸汽压力, 温度自动控制等。还是一个大惯性、大滞后且互相影响的复杂系统。负荷的频繁变化, 煤种、温度的不同等因素, 要建立起精确的数学模型是很困难的, 经典的控制方法很难获得良好的动态和静态性能。且易使锅炉运行不稳定, 不安全。
为此我们进行了大量的调研和查阅资料工作, 根据美国加利福尼亚大学扎德教授, 提出的模糊理论, 利用模糊数据, 模糊逻辑推理和模糊语言, 进行控制系统的设计和编程。近些年来, 模糊理论已成功地应用于许多国际先进企业的复杂控制系统中, 它是先对系统被调量进行采样, 得到精确的实际信号量, 再转化为模拟量, 查表得出模糊决策, 然后将其转化为精确的控制信号送到执行机构去控制调节。模糊控制的质量取决于决策表的编制。它是总结了高级熟练专业技术人员的经验和模糊思维反复试验得出的。使锅炉运行符合我们的控制要求, 易于操作, 安全稳定。
3 燃烧自动控制
锅炉最重要的参数是蒸汽压力。燃烧控制是使燃烧产生的热量适应锅炉蒸汽负荷, 即蒸汽流量。燃烧控制即是控制进风量, 进煤量。协调好风煤比, 使系统在符合变化煤种, 温度等干扰因素作用下, 保持希望的蒸汽压力, 煤膛负压和合适的烟气排放量, 是保证锅炉安全经济运行的控制核心, 我们根据不同负荷分成不同区段, 不同区段对应不同的调节参数, 并允许人工干预, 进行模糊控制方式, 针对锅炉的具体燃烧, 参考多年从事锅炉燃烧经验丰富的高级司炉人员和专业技术人员, 做出具体的控制模型如下:
根据蒸汽压力P, 蒸汽流量D的变化。控制给煤和鼓风的模式为:
其中K1, K2, ……K8为经验模糊参数, 其值可调。
燃烧控制是根据炉排电机转速, 鼓风电机转速跟踪蒸汽压力, 蒸汽流量的变化经模糊运算实现控制好, 当燃烧状况发生变化时, 我们可以调整一下修正值△Y。做到给煤, 鼓风, 引风的合理匹配。控制燃烧的充分经济与合理的烟气排放。炉膛负压稳定, 保证了锅炉运行的适应性, 经济性及安全性, 并达到了节能环保稳定的多重效果。
4 水位自动控制
水位自动控制就是使锅炉给水量适应锅炉蒸发量的变化, 是给水量与蒸发量始终保持平衡, 使锅炉内水位保持在一定范围之内。
我们采用目前较成熟的三冲量给水调节方案。水位信号作为被调量主信号输入, 当锅炉水位偏离正常水位时, 输出发生变化。通过控制器, 改变给水流量, 恢复水位正常水平, 蒸汽流量信号作为反馈信号输入。当蒸汽流量变化时, 给水流量随蒸汽流量变化作相应变化, 抵消蒸汽流量变化时“虚假水位”造成的调节。给水流量信号的输入作为提前反映调节效果的反馈, 信号输入。当给水流量发生自发性扰动时, 给水流量信号改变, 使输出改变。消除给水流量的自发性扰动, 使锅炉水位稳定。另外, 在水位调解过程中, 由于给水流量信号能够较水位信号提前反映调节效果, 从而可以防止水位超调, 在实际实施中, 还有一个“虚假水位”现象。单纯靠增加辅助冲量分流系数效果并不理想。为此我们在三冲量系统基础之上, 增添了非线性控制方案。在水位偏差不同的区间自动选取了不同调节参数和输出限负值, 以得到不同的调节效果对系统稳定起到良好作用。
给水的三冲量自动调节模式:水位H、蒸汽流量D、给水流量G
K9……K1 7为经验模糊参数, 其值可在线设定与修改
5 结论
经改造后的蒸汽锅炉计算机集控系统, 实现了对锅炉燃烧和水位控制, 锅压控制, 事故监控和计算机管理等的自动控制。使系统的可靠性, 先进性, 适应性, 节能环保达到了完美的统一。为最大限度地节约能源, 系统对炉排电机, 鼓引风电机给水泵电机全部应用了变频调速技术, 使锅炉各运行参数都处于最佳状态, 取得了明显的节电, 节煤, 环保的效果。提高了锅炉的热效率, 经济效益十分明显。由于采用了PLC控制和模糊控制, 使是炉排转速鼓, 引风量, 给水水泵转速自动跟踪负荷变化, 按最佳调整量稳定运行, 无忽高忽低现象, 烟气排放, 炉渣排出都达到了理想效果, 大大提高了蒸汽质量, 实现了系统经济、实用、安全、可靠、操作简单、自动化程度高的改造效果。
摘要：本文应用了先进的工业PC控制机, 实现了对中小型燃煤热水蒸气锅炉的自动控制设计和改造。系统包括:水位控制、炉压控制、燃烧控制、事故监控等控制环节, 提出了模糊控制模型。使工业热水蒸气锅炉系统具有抗干扰能力强, 运行安全稳定, 使用简便, 经济节能, 自动化控制程度高, 适应性强等优势。改造后的系统可使燃料燃烧充分, 降低污染, 提高了蒸汽质量。
关键词：蒸汽锅,计算机控制,系统设计
参考文献
[1]魏庆福.S T D总线工业控制机的设计与应用.科学出版社.1 9 9 1
工业锅炉的计算机控制 篇10
关键词：工业控制,计算机网络技术,发展与应用
在现代网络信息技术条件下工业控制计算机网络技术成为现代工业控制的主要形式, 其在工业控制中的应用与发展将会对火电厂工业控制的效果产生广泛而深远的影响, 因此对工业控制计算机网络技术发展与应用的研究具有鲜明的现实意义。
1 工业控制计算机网络技术概述
工业控制计算机网络技术是在现代网络信息技术支持下形成的一种应用网络技术形式, 其突出的特点工业应用性, 具体表现为感知性和控制性。与其它网络技术形式相比, 工业控制计算机网络技术拥有更多的传感器设备包括安装在控制设备内部的运行数据传感器和安装在控制设备外部的运行状态传感器, 这些传感器能够让工业控制计算机网络的分析系统和操作人员形成对控制设备的全面认识, 为有效控制打下坚实的信息基础。
2 现场总线技术
2.1 实质与优势
现场数据总线是应用于生产现场的一种通信技术形式, 这一技术的应用能够保证生产现场生产设备与生产设备之间、生产设备与控制装置之间形成双向、全时的信息通信。当前数据总线的工业控制应用主要表现出六个方面的功能内容, 分别是现场通信网络、现场设备互联、互操作性、分散功能快、通信线供电、开放式互联网络。从现场数据总线的这些功能来看, 数据总线在工业控制中的应用表现出了分布式、开放性、互联互通的特点, 而这种特点正是传统DCS系统存在的主要问题。相对于DCS系统而言FCS系统采用一对多双向传输信号, 这种多通道的数字信号传播形式, 具有信号传递精度高、可靠性强的特点, 能够保证生产设备和生产设备之间、生产设备与控制装置之间的安全通信, 使得生产设备始终处在控制装置的监督与控制之下, 确保工业控制的功能充分落实。
2.2 存在问题
因为现场总线技术本身的技术门槛较高对设计和现场集成人员的理论知识和技术基础要求较高, 造成了调试和运行维护的实际困难。从应用角度看数据总线的成本优势主要体现在规模效应上, 在生产活动中的大规模应用能够有效降低其单位现场总线的成本。而且大规模应用附带的自我诊断和自我校正系统能够降低生产设备的运维费用是现场数据总线成本优势的主要内容。但是当前我国的现场总线应用普遍规模较小, 规模效益不明显, 建设成本较高, 而且小规模应用通常会将自我诊断、自我校正功能剔除, 其节能效果更加不明显。
3 以太网
3.1 以太网的应用优势
3.1.1 兼容性好, 技术支持广泛
基于TCP/IP形成的以太网是一种典型的开放式局域网形式, 能够兼容当前工业企业应用的众多技术形式, 确保生产企业生产设备之间、办公系统与工业控制系统之间的互联互通, 这种兼容形式为现代工业企业的工业控制计算机网络信息技术改造提供了一体化支持。
3.1.2 与互联网的互联互通
以太网本身是一种应用型的局域网络形式, 相较于其它工业控制网络技术形式其余互联网之间的信息交互更加便利, 只要有适当的网络协议支持, 以太网就能借助互联网将服务功能无限延伸。
3.1.3 应用成本较低
当前以太网在工业控制领域的应用极为广泛, 无论是硬件营销商还是软件的营销、维护商家都极多、运维技术较为成熟, 规模效益的影响导致以太网在实际的工业控制应用中的成本较低。
3.2 存在问题
当前工业企业尤其是火力发电企业的生产活动, 对工业控制的实时性和可靠性有极高的要求。但是以太网采用的是带冲突检测的载波侦听多路访问协议, 并以二进制指数退避算法为主要算法, 其在运行过程中不可避免的会产生信息延迟问题, 这为以太网的工业控制应用埋下了隐患。同时现代火电企业运行环境较为恶劣, 需要工业控制系统拥有抗冲击、耐振动、耐腐蚀的性能, 但是以太网在这些恶劣环境下的表现并不优秀。
3.3 工业以太网技术的发展
针对工业控制应用中存在的这些问题, 近年来以太网进行了一系列的技术创新, 主要针对的问题就是信息传输的实时性问题, 开发形成了交换式以太网技术、高速以太网技术等新型以太网技术形式, 极大提升了以太网的在信息传输实时性上的性能。其中交换式以太网的主要技术突破是采用以了以太网交换机, 将整个信息网络分为若干个阶段, 交换机在各个关键环节提供数据存储和转发服务, 提升了网络信道的通畅性和数据信息传输的实时性。
4 嵌入式Internet技术
嵌入式Internet技术是当前工业控制技术中的前沿技术形式, 本质上是嵌入式系统与现代互联网形成的综合控制技术, 当前嵌入式系统与Internet的连接并不存在技术困难。嵌入式系统只需要借助以太网或者其他网络连接形式就可以实现与Internet的连接, 关键问题在于Internet广泛应用的TCP/IP通信协议对嵌入式系统的要求较高, 普通的单片机无法满足Internet的连接控制要求, 而其他的嵌入式系统的成本又过高。对这一问题的有效解决将会打破嵌入式Internet技术发展的僵局, 让嵌入式Internet技术更加广泛的应用到工业控制领域。
5 结论
计算机网络技术是现代工业控制的重要形式, 将会对工业控制领域产生深远的影响, 可以说计算机网络技术的应用发展质量和应用发展效率会直接影响到工业控制的质量和效率, 因此对工业控制计算机网络技术发展与应用的研究具有鲜明的现实意义。本文从工业控制计算机网络技术、现场总线、以太网和嵌入式Internet技术四个角度对这一问题进行了简要分析, 以期为工业控制计算机网络技术发展与应用水平提升提供支持和借鉴。
参考文献
[1]段明祥.工业控制计算机技术的发展与国内产业发展概况[J].自动化博览, 2001 (06) :3-10.
[2]陈建.西门子工业控制网络技术研究与应用[D].南京理工大学, 2005.
燃气锅炉房的电气与控制 篇11
关键词：燃气锅炉房；电气系统；控制系统；配电；接地；照明；消防
中图分类号： TK284 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）13-165-3
0 引言
锅炉房是指锅炉以及保证锅炉正常运行的辅助设备和设施的综合体。锅炉主要使用的燃料有煤炭、燃油和燃气这三种。燃气锅炉房的燃料主要是天然气，天然气是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，也比空气轻，一旦泄漏会立即向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较高。
采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染；天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善大气质量。因此我国在不断推进燃煤锅炉房改为燃气锅炉房的煤改气工程。
燃气锅炉房的电气与控制系统包括配电系统、接地系统、照明系统、消防报警系统和控制系统。
1 燃气锅炉房的配电系统
燃气锅炉房的配电主要是0.4kV的低压配电，在规范中低压是指低于1kV的电压。锅炉房的负荷分级一般为二级或三级，区域锅炉房一般为二级负荷，民用锅炉房和独立锅炉房受供电条件限制一般是三级。二级负荷是指两回路供电，两回路一般来自一个变电所的两段不同母线，双电源是来自两个不同的变电所。双回路电源给锅炉房供电时可以有两套方案，方案一是用一台进线柜，进线柜内装一台双电源切换的转换开关，锅炉房的所有用电设备都从开关后的母线上取电。该方案优点是控制简单，电气设备少，投资小；缺点就是受转换开关额定电流的限制，用电设备的容量不能过大。方案二与变电所的双路进线一致，每一路电源配一个进线柜，形成两个0.4kV的低压母线，母线之间通过联络柜联接，每段母线给不同的锅炉设备供电。该方案优点是能够给大型的设备供电，而缺点就是控制复杂，电气设备较多，投资较大。这就需要设计人员根据锅炉房的规模，用电设备容量的大小及工程投资来确定具体采用哪种配电方案。三级负荷供电只有一路电源，但要注意从杆塔引入变压器的电缆长度应不小于15m。
锅炉房的负荷计算通常有两种计算方法：需要系数法和利用系数法。具体的计算方法见《工业与民用配电设计手册》第三版，但在计算时要特别注意设备功率和计算功率的区别，尤其是一些特殊的电气设备其铭牌上标注的功率不是该设备的设备功率，要通过换算才能等效为设备功率。
需要系数法的计算精度能够满足工程需要。计算时要注意同时系数的确定，系统总的需要系数是反算回去得到的而不是查表得出的。
锅炉房的总用电量计算要根据所在地区采暖时间及供暖的性质确定。一般情况下北京地区的采暖时间为122天，这是普通居民供暖的时间。医院、养老院、幼儿园、学校及一些特殊的生产企业供暖时间要比122天长。
2 燃气锅炉房的接地系统
燃气锅炉房的接地分为四种：系统接地（工作接地）、保护接地、雷电保护接地和防静电接地。
以上四种接地都在燃气锅炉房的接地系统中有所体现，因此要熟悉其定义并能在实际工作中区分这四种接地。接地系统不同其接地电阻也不同。
2.1 系统接地
系统接地：在电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地（如中性点直接接地或经其他装置接地等）。低压系统接地的型式可分为TN、TT和IT三种。
TN系统在电源处有一点直接接地，装置的外露可导电部分应经PE线接到接地点，按照PE线和N线是否单独设置分为TN-S系统、TN-C系统和TN-C-S系统三种。TT系统应只有一点直接接地，装置的外露可导电部分应接到在电气上独立于电源系统接地的接地极上。IT系统的所用带电部分应与地隔离，或某一点通过阻抗接地；IT系统的外露可导电部分，应被单独地或集中地接地。燃气锅炉房的接地一般采用TN-S系统。
2.2 保护接地
保护接地：电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地。
等电位联结是保护接地的具体表现。等电位联结的目的就是为了降低接触电压，使接触电压降低到限值以下，从而达到保护人和设备的安全。等电位联结共有三种：总等电位联结、局部等电位联结和辅助等电位联结。
燃气锅炉房中具有金属外壳的设备可分为两种：一种叫做外露可导电部分，另外一种叫做外界可导电部分。
外露可导电部分：设备上能触及到的可导电部分，它在正常情况下不带电，但在基本绝缘损坏时会带电。这里的“设备”指的是电气设备，如循环水泵、补水泵和给水泵等。
外界可导电部分：非电气装置的，且易于引入电位的可导电部分，该电位通常为局部电位。非电气装置指的是非电气设备且具有金属外壳的装置，如金属水箱、锅炉本体和烟气冷凝器等。
对于防触电等级为I类的电气设备，其金属外壳已通过PE线同进线电源配电柜处的PE母排相连，所以其金属外壳是不用再作等电位联结。
2.3 雷电保护接地
雷电保护接地：为雷电保护装置（接闪杆、接闪线和接闪带等）向大地泄放雷电流而设的接地。
正象其定义的一样，这种接地是为了防止雷电对建筑物和设备及人员的伤害。燃气锅炉房的防雷等级应划为第二类防雷建筑物，按照第二类防雷建筑物采取相应的防雷措施。燃气锅炉的烟囱一般为金属材料并高于锅炉房屋顶15m以上，因此需要设置接闪杆。锅炉房的屋顶为钢筋混凝土结构时需要设置接闪带，屋顶为金属结构时可利用其作接闪带。接闪杆、接闪带等接闪器要通过引下线与接地网可靠连接并做等电位联结。每根专设引下线的冲击接地电阻不大于10Ω。一般来说接地电阻越低，防雷得到的改善越多。但不能由于要达到某一很低的接地电阻而花费过大。考虑到已采取严格的各种金属物与防雷装置之间的连接和均压措施，故不必要求很低的接地电阻。
有爆炸危险的露天钢制封闭气罐，当其高度小于或等于60m、罐顶壁厚不小于4mm时，或当其高度大于60m、罐顶壁厚和侧壁厚均不小于4mm时，可不设接闪器，但应接地，且接地点不应少于2处，两接地点间距离不宜大于30m，每处接地点的冲击接地电阻不应大于30Ω。架空管道每隔20m～25m应接地1次，接地电阻不应超过30Ω。
接闪器主要是为了防止直击雷，却不能防止感应雷的危害。在锅炉房的电源配电柜中一般要安装电涌防护器（Surge Protective Device，简称SPD），SPD的主要作用是为了防止雷电感应电流对锅炉房内电气设备的破坏。SPD的电压保护水平（Voltage Protection Level，Up）值应小于或等于2.5kV，其含义就是将雷电冲击过电压降低到2.5kV以下；SPD的最大冲击电流Iimp应等于或大于12.5kA，对于一般的锅炉房Iimp选40kA。与SPD串接的保护电器应该选熔断器而不是断路器，熔断器的额定电流应由SPD的厂家提供。建筑物中的接地系统一般为TN-C-S系统，由于在配电柜中PE线和N线被就地短接，所以只需在相线和PE线间安装第一级3个SPD。
埋地的燃气管道从外部进入燃气锅炉房的计量间出地面后，应作防雷等电位连接，具体做法就是在燃气管入户后5m内的法兰盘连接处插入一个绝缘板使户内的燃气管与大地隔离。但雷电冲击电压可能击穿该处间隙而迸发电火花。因此须在法兰盘两侧跨接一放电间隙（SPD），使电火花在燃气管外发生以消除爆炸危险。
2.4 防静电接地
防静电接地：为防止静电对易燃油、天然气储罐和管道的危险作用而设的接地。
燃气锅炉房内净距小于100mm的平行或交叉管道，应每隔20m用金属跨接，不能保持良好电气接触的阀门、法兰、弯头等管道连接处，也应跨接。金属罐罐体钢板的接缝、罐顶与罐体之间，以及所有管、阀与罐体之间，应保证可靠的电气连接。
3 燃气锅炉房的照明系统
燃气锅炉房的照明系统与普通锅炉房的照明系统最大区别就是要在锅炉间和计量间设置防爆灯具，电气施工按照防爆要求进行施工。
照度计算采用平均照度进行计算，根据不同房间照度标准值计算出其光源和灯具个数，配电时要三相均匀配电，实现三相负荷的大致平衡。设计照度与照度标准值的偏差不应超过±10%；当房间或场所的室形指数等于或小于1时，其照明功率密度限值应增加，但增加不应超过限值的20%。
燃气锅炉房内严禁采用触电防护类别为0类的灯具，一般采用I类灯具。长期工作和停留的房间如控制室等其照明光源的显色指数（Ra）不应小于80，色温不宜高于4000K。锅炉间、辅机间和水泵间等高度超过5m的房间一般采用陶瓷金卤灯，控制室、配电室等高度不超过5m的房间一般采用三基色荧光灯。尽量选用光通量大的光源。
按照《锅炉房设计规范》GB50041-2008的要求在锅炉房的相应位置设置应急照明，包括疏散照明和安全照明。
应急照明包括疏散照明、安全照明和备用照明，在《建筑照明设计标准》GB50034-2013中只有以上照明的定义而没有事故照明的定义。但其它标准中有事故照明的称谓，但又没有相应的解释。所以笔者认为不应在照明设计中使用“事故照明”的称谓，而应使用应急照明（疏散照明、安全照明和备用照明）的称谓。
4 燃气锅炉房的消防报警系统
燃气锅炉房的锅炉间和计量间须设置燃气报警系统，燃气报警系统是消防报警系统中的组成部分，可独立设置。燃气报警探测器应选用气体浓度探测器。
非独立锅炉房和单台蒸汽锅炉额定蒸发量大于等于10t/h或总额定蒸发量大于等于40t/h及单台热水锅炉额定功率大于等于7MW或总额定热功率大于等于28MW的独立锅炉房，应设置火灾探测器和自动报警装置。
对于燃气锅炉房的火灾探测器应选择点型感烟探测器和点型感温探测器，间距按照《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013的相关规定设置。
5 燃气锅炉房的自动控制系统
自动控制系统在锅炉房的控制中主要包括锅炉本体的控制，锅炉辅助系统的控制两部分。
锅炉本体的控制一般是由锅炉厂家设计完成，其中还包括燃烧器的控制。
锅炉辅助系统的控制主要是给水泵、循环水泵及补水泵等的控制。水泵的控制要求主要是由热工专业提出，采用闭环控制还是开环控制，要由热工专业确定。这里的闭环控制指的是采用压力或温度传感器测量蒸汽或热水的压力和温度，转换为标准的0～10V或4～20mA直流信号输入相应的变频器中，由变频器控制水泵电机的运行，从而达到所需要的压力和温度。开环控制是指没有反馈信号的参与，由人设定变频器的频率为一固定值，变频器运行后一直在此频率下运行。
燃气锅炉房是否采用集中控制系统要参考《锅炉房设计规范》GB50041-2008第11.2.22条的规定“单台蒸汽锅炉额定蒸发量大于等于10t/h或单台热水锅炉额定热功率大于等于7MW的锅炉房，宜设集中控制系统。”集中控制系统指计算机控制系统，采用的计算机为工业控制计算机。利用组态软件将流程图显示在计算机屏幕上，锅炉及其辅助设备的运行情况一目了然。提高了燃气锅炉房的自动化水平和工作效率，这在中大型锅炉房中应用较为广泛而小型锅炉房一般不需要设置集中控制系统。
集中控制系统由上位机系统、控制系统、通讯系统和执行元件组成。上位机系统由工控机、打印机等组成。工控机在锅炉运行时的作用主要是便于运行人员监视，当发生报警时能够提示运行人员做相应的处理；控制系统主要由PLC（可编程序控制器）组成，PLC是整个集中控制系统的控制中心，它通过采集压力温度信号及执行元件的状态，从而得知设备的运行情况。同时PLC还可以采集其它物理信号，通过编程，实现对整个锅炉房的自动控制。通讯系统主要是指工控机、PLC及变频器通过相应的通讯协议互相连接，实现各系统之间数据的交流。执行元件主要由变频器、软启动器及接触器等组成。
6 结论
燃气锅炉房的电气及控制系统设计是锅炉房设计中不可或缺的组成部分，因此在设计过程中要根据具体情况进行设计，并在满足安全及功能的前提下降低施工成本。
参 考 文 献
[1] 任元会，卞铠生，姚家祎，等.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京：中国电力出版社，2005.
[2] 王厚余.建筑物电气装置600问[M].北京：中国电力出版社，2013.
工业锅炉的计算机控制 篇12
工业锅炉在运行中,燃烧控制系统十分关键。燃烧控制系统的主要任务可以归结为3项:一是在蒸汽负荷发生变化时维持蒸汽压力恒定;二是保证燃烧过程的经济性;三是保证炉膛负压[1,2]。工业锅炉的燃烧过程属于多变量系统,对于大型的锅炉系统,可以考虑采用投资大的先进控制技术来实现多目标的优化,以保证锅炉具有理想的燃烧效率。文献[3-13]在这方面做了探讨。而对于一般的工业锅炉,控制系统比较简单,控制方案通常都采用PID控制。因此对于工况变化剧烈的燃烧过程,这类控制方案不能实现很好的控制。本文主要针对一般的工业锅炉燃烧控制,从其燃烧过程动态特性分析入手,寻找影响锅炉燃烧控制的主要原因,最终提出实现工业锅炉燃烧控制的有效方法。
1 燃烧过程动态特性分析
工业锅炉燃烧过程比较复杂,涉及的过程参数多,并且这些参数之间存在耦合关系。图1为锅炉燃烧过程的示意图。可以看出,根据锅炉燃烧控制的任务可以确定的被控变量为:蒸汽压力、烟气含氧量(或过剩空气系数α)、炉膛负压。而操纵变量通常为:燃料量、送风量、引风量。因此,对应的执行器可以为:炉排电机(或对于燃油、燃气锅炉为燃料阀),调节送风量与引风量的变频器、挡板等[14]。
通常,锅炉燃烧过程的动态特性可以用传递函数来表示:
其中,p为蒸汽压力,γO2为最佳含氧量,pN为炉膛负压,M为燃料量,F为送风量,S为引风量,Gii(s)为对应的传递函数。
引起p变化的主要原因是燃料量M和用汽负荷的变化。
燃料量M出现阶跃扰动时,若蒸汽流量不变,蒸汽压力则无自衡变化,其传递函数为
其中,K为增益,τ为时间常数,t为纯滞后时间。
燃料量阶跃扰动时,若蒸汽流量改变,蒸汽压力则有自衡变化,传递函数为
送风调节系统直接影响炉膛过剩空气系数或最佳含氧量γO2的变化。引起炉膛过剩空气系数变化的主要扰动是燃料量M和送风量F,其特性近似为一阶惯性环节。炉膛负压pN一般是通过引风量S的调节来控制的,调节通道的动态特性比较好,扰动主要来自送风量F,显然扰动通道的时间常数比较小。因此,式(1)中的其他环节(G21(s)~G32(s))均可表示为一阶惯性的形式:
除此以外,蒸汽压力受蒸汽流量扰动的影响很大,当蒸汽流量扰动为阶跃扰动时,蒸汽压力呈无自衡变化(汽压一直往下跌降),传递函数由式(5)所示。
通过分析可以看出,在对蒸汽压力进行控制时,调节燃料量时还要考虑用汽负荷是否改变,因为此时用汽负荷的改变会使蒸汽压力出现无自衡特性或有自衡特性。显然,这2种特性所需的控制方式是不同的,用固定的PID控制是难以控制的。
2 燃烧过程的控制策略研究
对于工业锅炉,在保证锅炉安全运行的前提下,提高锅炉燃烧效率是追求的目标,即尽可能使工作区域位于最经济操作区[15],见图2(图中,曲线1为不完全燃烧热损失,2为排烟热损失,3为总热损失)。由图2可以看出,燃烧过程的热损失除了不可避免的散热损失外主要有排烟热损失、不完全燃烧热损失(含化学不完全燃烧与机械不完全燃烧)。不完全燃烧热损失主要在Ⅰ区,排烟热损失在Ⅲ区,而最经济操作区在Ⅱ区。因此,为了提高燃烧效率,应提供足够的空气量以保证燃料完全燃烧,同时过剩空气量不能大,以减少排烟带走的热量。考虑到燃料量主要依据蒸汽压力与蒸汽流量,这样燃烧控制的关键是控制过剩空气量,就是让过剩空气量的工作点处在图2所示的最佳位置A。
2.1 基于多控制器的给煤量调节
对于燃煤锅炉,给煤量的调节主要依据蒸汽压力与蒸汽流量。通过前面的分析,蒸汽阀门阶跃扰动,蒸汽压力则有自衡变化;蒸汽流量阶跃扰动,蒸汽压力则无自衡变化。而给煤量本身又是蒸汽压力的扰动,显然这给蒸汽压力的控制带来了难度。普通PID控制,往往是针对某一种过程特性设计PID控制器,一旦生产过程的特性发生变化时,控制系统的控制性能会变差,有时甚至出现不稳定。解决问题最简单的方法,是针对这些过程特性设计多个控制器,即对于不同的被控特性,采用不同的控制器,然后通过控制器切换的方法来实现有效控制。图3为锅炉燃烧控制框图。
基于多控制器的给煤量调节策略为:设计多个控制器,根据蒸汽流量出现的扰动,以及给煤量的变化情况,按照预先设计的控制器进行切换,以保证不同的被控过程对应不同的控制器。根据前面的分析,燃烧过程的蒸汽压力对象特性主要表现出有自衡过程与无自衡过程2种特性,下面根据三阶最佳工程设计方法分别进行控制器设计。三阶最佳工程设计的开环控制器的形式为
其中,τ2、τ3为交接频率对应的时间常数。对于前面讨论的无自衡过程,有
根据三阶最佳工程设计方法,可得控制器
这里,K=K0/τ,τ3=3 t/2。
对于前面讨论的有自衡过程,有
根据三阶最佳工程设计方法,可得控制器
这里,K=K0/τ0τ,τ3=3 t/2。
从以上分析可以看出,当过程的特性发生变化时,为了保证控制性能,控制器的结构与参数需改变。因此,采用多控制器切换是一种有效的方法。另外,考虑到蒸汽流量的影响,将蒸汽流量作为扰动引入前馈控制。
2.2 基于专家系统的送风量调节
控制锅炉效率的关键是控制好给煤量与送风量的配比。实验表明,锅炉效率与风/煤比是一条单峰曲线。送风量调节的目的就是保证合适的风/煤比,实现燃料的完全燃烧。为了比较准确地反映完全燃烧,通过测量烟气含氧量和炉膛温度,同时根据热效率与风/煤比之间的特性,利用专家经验自动寻找最佳风/煤比。
在给煤量一定时,炉膛温度T与送风量F的关系符合二次曲线(可参见图2)。送风量F小则风/煤比低,此时燃烧不充分,炉膛温度T上不去;送风量F大则风/煤比高,未燃烧的氧气通过烟道排走的同时带走热量,此时炉膛温度T也上不去。显然,在最佳风/煤比处,炉膛温度T最高。因此,借助于炉膛温度T,可以帮助判断是否处于最佳风/煤比处。
设在第k个采样周期,有ΔTk=Tk-Tk-1,上一时刻的送风量为Fk-1,上一时刻的送风量的增量为ΔFk-1。因此,基于专家经验的寻优规则为
a.ΔTk>0且ΔFk-1>0,则ΔFk=ΔF,增加送风量;
b.ΔTk>0且ΔFk-1<0,则ΔFk=-ΔF,减小送风量;
c.ΔTk<0且ΔFk-1>0,则ΔFk=-ΔF,减小送风量;
d.ΔTk<0且ΔFk-1<0,则ΔFk=ΔF,增加送风量。
可见,ΔTkΔFk-1>0,增加送风量;ΔTkΔFk-1<0,减小送风量。并且,当前的送风量为Fk=Fk-1+ΔFk。
为了保证不频繁改变送风量,设置自寻优的启动条件为
而条件
表示找到最佳工作点,停止寻优。
2.3 引风量调节
引风量调节是通过调节引风挡板来实现,引风量调节的目的是维持炉膛负压。通常,锅炉烟道对象的时间常数比较小,可以把调节通道和扰动通道都认为是比例环节。显然,对于这样的被控对象,单回路控制就可以了。考虑到炉膛负压反映了引风量与送风量之间的平衡关系,因此可以采用前馈控制方式,送风量改变的同时也改变引风量。
考虑到燃料量、送风量,以及引风量之间的关系,对于负压运行的燃煤锅炉,在调节过程中需注意:在蒸汽流量增加时,3个操纵变量的调节顺序为先增加引风量,再增加送风量,最后增加燃料量;在蒸汽流量减小时,3个操纵变量的调节顺序为先减小燃料量,然后减小送风量,最后减小引风量。
3 控制实例
控制策略在多台工业锅炉控制中使用。由实际运行曲线可以看出,当负荷(蒸汽流量)变化比较剧烈时,蒸汽温度、蒸汽压力、炉膛负压、烟气温度等值均能控制得比较平稳,同时燃烧效率可以提高5%左右,这表明控制策略有效。
4 结论
通过分析可以看出工业锅炉燃烧过程的动态特性比较复杂,尤其是蒸汽压力的过程特性既可以表现为有自衡过程,又可以表现为无自衡过程。这对传统的PID控制带来了困难。这里针对有自衡过程与无自衡过程分别设计控制器,通过多控制器切换实现蒸汽压力控制。同时针对送风量的调节,采用了专家系统自动寻找最佳风/煤比。实际运行曲线表明,当负荷(蒸汽流量)变化比较剧烈时,蒸汽温度、蒸汽压力、炉膛负压、烟气温度等值都比较平稳,同时燃烧效率可以提高约5%。这种控制策略具有简单、实用,实现的硬件平台不需太高,但控制效果好。
摘要：采用PID控制难以实现工业锅炉燃烧有效控制。在分析工业锅炉燃烧过程的动态特性的基础上提出新的控制策略。针对蒸汽压力控制存在的有自衡过程与无自衡过程,分别采用三阶最佳工程设计方法设计多个控制器,根据蒸汽流量出现的扰动,以及给煤量的变化情况,通过切换选择不同的控制器,从而实现蒸汽压力的有效控制。通过测量烟气含氧量和炉膛温度来准确地判断燃烧情况,同时根据热效率与风/煤比之间的特性,利用专家经验自动寻找最佳风/煤比,从而保证完全燃烧。实际运行效果表明该控制策略适用于一般工业锅炉控制。