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                            鍋爐控系統(tǒng)閥門

                         上海申弘閥門有限公司
一、方案概述
鍋爐控制系統(tǒng)的主要任務是保證鍋爐的安全、 穩(wěn)定運行， 減輕操作人員的勞動強度， 同時提高熱效率， 降低煤、 電的消耗量， 實現(xiàn)經(jīng)濟運行， 而且要便于操作、 易于生產(chǎn)管理。
我公司從事系統(tǒng)控制多年，上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥,電動球閥,氣動球閥,電動閘閥,氣動閘閥,電動調(diào)節(jié)閥,氣動調(diào)節(jié)閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。 各種鍋爐不同的控制模式均有實際運用經(jīng)驗。控制方案不僅考慮了熱工信號的測量、 報警、 控制， 而且加入了電氣設備（變壓器、 電機） 的保護、 測量、 監(jiān)控， 實現(xiàn)了鍋爐設備運行狀態(tài)、 運行參數(shù)的全面監(jiān)控。 每種控制方案均能滿足《熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、 《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》 的相關規(guī)定。

系統(tǒng)設計考慮了以下原則

適用性： 充分調(diào)研和分析客戶需求, 且結(jié)合設備現(xiàn)狀和客戶長遠規(guī)劃, 在長遠、 可靠、 *、 節(jié)能的理念下實現(xiàn)系統(tǒng)功能。
可靠安全性： 在器件選型采購上確保選擇國外和國內(nèi)， 在系統(tǒng)設計上充分考慮硬件和軟件冗余， 故障的隔離和弱化影響范圍， 在安裝和調(diào)試時按有關標準執(zhí)行。
*性： 應用當前國內(nèi)成熟、 *控制硬件和網(wǎng)絡技術(shù)， 結(jié)合我公司以往鍋爐控制的成功經(jīng)驗， 優(yōu)化和完善系統(tǒng)設計。
經(jīng)濟性： 采用zui合理的硬、 軟件配置， 達到高的性能價格比。
開放性： 系統(tǒng)的設計、 硬軟件配置、 網(wǎng)絡及通訊規(guī)約、 數(shù)據(jù)庫等滿足、 國內(nèi)有關標準， 硬件和軟件功能模塊易于維護、 擴充、 升級。
二、監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成由以下幾部分組成

鍋爐計算機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成由以下幾部分組成。
1 . 一次儀表
安裝于現(xiàn)場的一次儀表包括熱電偶、 熱電阻及各種傳感器和壓力、 差壓變送器等。
現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)指用于鼓、 引風風量調(diào)節(jié)、 爐排調(diào)速、 汽包水位調(diào)節(jié)的變頻器和電動調(diào)節(jié)閥等。
2. 鍋爐系統(tǒng)儀表操作臺
鍋爐系統(tǒng)儀表操作臺安裝于集控室內(nèi)， 每臺鍋爐配置一臺。
儀表操作臺上裝有與本臺鍋爐運行相關的主要儀表， 包括顯示儀表、 流量積算儀、手操器、 調(diào)節(jié)器及控制電機的轉(zhuǎn)換開關、 起停按鈕、 指示燈、 電機智能監(jiān)控器遠程顯示表等。操作臺分臥式和立式兩種，
 見下圖：

臥式操作臺                   立式操作臺
3. 鍋爐智能采集分站：
鍋爐智能采集分站安裝在鍋爐現(xiàn)場， 由西門子 ET200 遠程I/O 模塊和模擬量輸入模塊構(gòu)成。 用于鍋爐相對次要信號的采集， 并將所采集信號傳于主 PLC。
4． 計算機操作臺（計算機控制方式）
在集控室內(nèi)為每臺鍋爐配置一個計算機操作臺。
配置和兩套工業(yè)控制計算機， 兩套工業(yè)控制計算機分別組成工程師站和操作員站。兩臺工控機互為冗余， 用于參數(shù)設置、 運行過程監(jiān)控、 數(shù)據(jù)記錄、 趨勢及事故分析、 報表形成及運行參數(shù)超限后的智能語音報警。 任何一臺計算機都可對任一鍋爐參數(shù)設置及過程監(jiān)控。以臥式操作臺示例如下圖：

5、工業(yè)電視
集控室內(nèi)的計算機操作臺上還另外配有工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)， 用于監(jiān)視蒸汽鍋爐的爐汽包水位。
采用計算機監(jiān)控方案， 可將工業(yè)電視和工控機安裝在同一個操作臺內(nèi)， 以臥式操作臺示例如下圖：

工業(yè)電視操作臺                  工業(yè)電視、計算機操作臺

6. 水處理系統(tǒng)儀表操作臺
水處理系統(tǒng)儀表操作臺安裝于水處理間， 配置有鍋爐水處理系統(tǒng)包括軟化、 除氧部分的溫度、 壓力、 流量、 液位等儀表。 
7.安裝于集控室的PLC柜（計算機控制方式）
PLC 為控制系統(tǒng)的核心， 完成檢測信號的采集并經(jīng)信號以通訊的方式傳至工控機，完成汽包水位、 給水壓力、 回水壓力的自動調(diào)節(jié)， 完成電機的順序控制等。
通常以德國西門子公司的 S7-300 型 PLC 作為控制主站， 做為控制系統(tǒng)的核心， 采用總線通訊， zui大限度的減少電纜接線數(shù)量， 減輕維護量。
8. 除氧罐水位變頻控制柜
除氧罐水位變頻控制柜用于兩個除氧罐水位、 水溫的自動控制。 
9. 循環(huán)水變頻補水控制柜
循環(huán)水變頻補水控制柜用于熱水循環(huán)管網(wǎng)補水的補水泵變頻恒壓控制。 
10. 變頻控制柜
變頻控制柜安裝于配電室內(nèi)， 對鼓風、 引風、 爐排、 分層給煤、 給水泵、 循環(huán)泵、除氧泵、 補水泵等電機均采用變頻控制。
11. 大容量的 UPS
采用大容量的 UPS 供電， 在停電后確保工控機、 PLC 及關鍵檢測設備、 儀表正常工作一個小時。
三、系統(tǒng)控制功能及原理

1 . 測量報警系統(tǒng)
為了全面反映鍋爐的運行狀態(tài)， 系統(tǒng)對與鍋爐運行相關的各種參數(shù)全部檢測， 不僅測量鍋爐的溫度、 壓力等熱工信號， 還測量變壓器、 電機運行的電量信號及電機運行狀態(tài)信號。
各被測參數(shù)在操作臺上由數(shù)顯儀表分別顯示， 對需要報警的參數(shù)設有聲、 光報警功能， 由計算機完成數(shù)據(jù)的存儲、 記錄、 報警、 打印及分析處理。
1 .1 熱工信號測量報警系統(tǒng)
1 .1 .1 熱工信號測量點
系統(tǒng)檢測的參數(shù)有：
1 ） 溫度： 每臺爐的爐膛溫度、 一級省煤器進口煙溫、 一級省煤器出口煙溫、 二級省煤器出口煙溫、 空預器出口左側(cè)煙溫、 空預器出口右側(cè)煙溫、 引風機出口煙溫、 鼓風機出口冷風溫度、 預熱器出口熱風溫度； 熱水鍋爐的鍋爐熱水出口溫度、 回水溫度、 熱水總管溫度； 水處理部分的除氧罐水溫等。
2） 壓力： 每臺爐的爐膛左側(cè)負壓、 爐膛右側(cè)負壓、 爐膛出口煙氣負壓、 一級省煤器出口煙氣負壓、 二級省煤器出口煙氣負壓、 空預器出口左側(cè)負壓、 空預器出口右側(cè)負壓、 引風機出口煙壓、 預熱器后熱風總管壓力、 鼓風機出口冷風壓力； 蒸汽鍋爐的蒸汽壓力、 分汽缸壓力； 熱水鍋爐的鍋爐熱水出口壓力、 熱水總管壓力、 回水壓力、 自來水壓力等。 
3） 流量： 蒸汽鍋爐的給水流量、 蒸汽流量； 熱水鍋爐的進水流量、 鍋爐出水流量等。
4） 液位： 蒸汽鍋爐的汽包水位； 水處理的軟水箱液位、 冷凝水箱液位、 除氧罐液位等
5） 閥門開度： 鍋爐進水管電動閘閥開度等。
1 .1 .2熱工信號報警點
在儀表操作臺上裝有閃光信號報警器和報警音響， 實現(xiàn)檢測參數(shù)超限后的聲/光報警。
蒸汽鍋爐聲光報警點設有汽包水位超高、 汽包水位超低、 蒸汽壓力超高、 爐膛溫度超高和給水壓力超低報警。
熱水鍋爐聲光報警點設有鍋爐出水溫度超高、 鍋爐出水溫度*。
水處理部分聲光報警點設 1 #除氧罐水位超高、 1 #除氧罐水位超低、 2#除氧罐水位超高、 2#除氧罐水位超低。
在計算機操作站上， 對所有監(jiān)測點均可實現(xiàn)上下限報警。
1 .1 .3熱工信號采集通訊方法
熱工信號的采集通訊分為兩部分處理：
與鍋爐運行相關的主要信號由智能數(shù)顯儀表通過數(shù)字通訊方式傳送至 PLC。相對次要信號由的安裝在鍋爐現(xiàn)場的智能采集分站采集并將所采集信號傳于 PLC。 1 .1 .3.1 水位測量、 報警
（1 ） 鍋爐汽包水位測量、 報警
鍋爐汽包水位是確保蒸汽鍋爐安全運行和提供蒸汽的關鍵參數(shù)。 為此本系統(tǒng)配置了三套汽包水位檢測、 報警、 保護和調(diào)節(jié)裝置。 
智能電接點水位計： 由現(xiàn)場電接點取樣筒和二次顯示儀表組成的水位測量和報警裝置， 汽包水位超限報警及聯(lián)鎖停爐信號取自此信號。 該儀表采用雙色光柱及數(shù)字顯示液位， 具有 4 個可任意設置的報警控制點及對應的控制輸出。 由于采用了電接點水電阻智能檢測， 可自動適應水質(zhì)的變化而準確地測出水位。
數(shù)顯調(diào)節(jié)儀表： 由雙室平衡容器、 差壓變送器將汽包水位信號轉(zhuǎn)換為標準的電流信號， 由儀表操作臺上的智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀表顯示并調(diào)節(jié)。
工業(yè)電視： 由彩色攝象機實時拍攝鍋爐汽包旁的雙色水位計畫面， 將汽包水位變化顯示到控制室的工業(yè)電視監(jiān)視屏幕上。
（2） 水池液位測量
對軟水池等水池的液位用投入式液位變送器或差壓變送器測量， 由智能數(shù)顯儀表顯示和報警。
1 .2電工信號測量報警保護系統(tǒng) 
系統(tǒng)設計有對鼓風、 引風、 給水泵電機設備的工作電流、 電壓、 頻率等參數(shù)的測量，并能在儀表操作臺上顯示， 通過通訊接口還可傳送到計算機操作站上顯示和記錄。
所有電機控制回路均安裝電機綜合監(jiān)控器， 電機監(jiān)控器具有三相電壓、 三相電流、有功功率、 無功功率及功率因素等參數(shù)的測量功能， 并且以通訊方式將以上參數(shù)傳送到上位計算機操作站。
計算機操作站除可以監(jiān)測、 記錄電機的起停狀態(tài)外， 還可以實時監(jiān)測、 記錄電機的三相電壓、 電流、 功率因素、 有功功率、 無功功率， 并可對本臺電機的耗電量做累積計算， 對電機故障保護停機原因、 時間進行記錄， 以供事故分析處理。
2.自動保護系統(tǒng)
2.1熱工保護
2.1 .1 汽包水位超低聯(lián)鎖保護（蒸汽鍋爐）
當鍋爐出現(xiàn)汽包水位超低時， 系統(tǒng)在發(fā)出報警的同時， 使鍋爐自動聯(lián)鎖停爐， 避免事故的發(fā)生。
2.1 .2蒸氣壓力超高聯(lián)鎖保護（蒸汽鍋爐）
當鍋爐出現(xiàn)蒸氣壓力超高時， 系統(tǒng)在發(fā)出報警的同時， 使鍋爐自動聯(lián)鎖停爐， 避免事故的發(fā)生。
2.1 .3鍋爐出口水溫超高聯(lián)鎖保護（熱水鍋爐）
當鍋爐出現(xiàn)鍋爐出口水溫超高時， 系統(tǒng)在發(fā)出報警的同時， 使鍋爐自動聯(lián)鎖停爐， 避免事故的發(fā)生。

2.2 電力設備自動保護
2.2.1 電機保護
由電機綜合監(jiān)控器對電機進行全面保護， 具有過流、 缺相、 相不平衡、 欠壓、 反序、漏電等保護功能， 當運行中的電機故障時， 可迅速切斷控制回路， 避免電機燒毀。
2.2.2 循環(huán)泵故障聯(lián)鎖保護（熱水鍋爐）
當鍋爐循環(huán)泵因故障停機后， 系統(tǒng)在發(fā)出報警的同時， 使鍋爐自動聯(lián)鎖停爐。 3. 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)
3.1 .1 給水壓力自動調(diào)節(jié)（蒸汽鍋爐）
給水壓力恒壓控制系統(tǒng)由變頻器、 可編程控制器、 智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀、 壓力傳感器等組成。 壓力傳感器檢測給水管壓力； 智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀顯示給水管壓力， 并與壓力設定值比較輸出控制信號控制變頻器的輸出頻率， 進而改變給水泵電機轉(zhuǎn)速， 保證給水管壓力保持恒定， 可編程控制器控制電機的起停切換。          
給水泵運行時， 若一臺泵不能滿足要求， 系統(tǒng)自動將該電機切入工頻， 同時變頻啟動下一臺， 直到滿足用水需求。 多臺給水泵電機定時輪流切換， 使各臺水泵電機工作時間均衡。
3.1 .2 汽包水位自動調(diào)節(jié)（蒸汽鍋爐）
汽包水位信號由雙室平衡容器、 差壓變送器獲得， 智能調(diào)節(jié)儀表根據(jù)水位設定值調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度， 從而實現(xiàn)對汽包水位的控制。
汽包水位調(diào)節(jié)采用三沖量調(diào)節(jié)方法， 以克服蒸汽負荷變化產(chǎn)生的虛假水位現(xiàn)象帶來的給水調(diào)節(jié)閥誤動作。
調(diào)節(jié)操作方式有三種： 
1 ） 計算機三沖量自動調(diào)節(jié)，
2） 智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀三沖量自動調(diào)節(jié)，
3） 智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀手動調(diào)節(jié)。
3.1 .3 蒸汽壓力自動調(diào)節(jié)（蒸汽鍋爐）
蒸汽壓力自動調(diào)節(jié)是燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成部分， 目的是通過調(diào)節(jié)進入爐膛的煤量和風量， 達到*風煤比， 以提高爐膛發(fā)熱量， 保證蒸汽鍋爐的蒸汽產(chǎn)量（或蒸汽壓力）與供熱量相對平衡。
當鍋爐蒸汽負荷變化時， 蒸汽壓力發(fā)生變化。 通過調(diào)節(jié)爐排速度來改變爐膛燃料的供應量， 保證爐膛發(fā)熱量， 隨著燃料供給量的變化， 鼓風量也必須作相應的調(diào)整， 才能獲得鍋爐煙氣中的*氧含量， 保證燃煤盡可能充分燃燒， 并且使燃料量與鼓風量成適當?shù)谋壤P系。

3.1 .4 爐膛負壓調(diào)節(jié)
爐膛負壓自動調(diào)節(jié)是燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成部分， 目的是隨著蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)對送風量的調(diào)節(jié)， 自動調(diào)節(jié)引風量， 從而維持爐膛負壓恒定， 以保證鍋爐安全運行。
3.1 .5 除氧罐水位自動調(diào)節(jié)
除氧罐水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)與蒸汽鍋爐給水管道壓力的變頻恒壓調(diào)節(jié)原理類似， 由變頻器、 可編程控制器、 智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀、 差壓變送器等組成。 差壓變送器檢測除氧罐水位； 智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀顯示除氧罐水位， 并與水位設定值比較輸出控制信號控制變頻器的輸出頻率， 進而改變除氧泵電機轉(zhuǎn)速， 保證除氧罐水位恒定； 一臺變頻器以一拖三的方式控制三臺除氧泵； 可編程控制器控制電機的起停切換。
除氧泵運行時， 若一臺泵不能滿足要求， 系統(tǒng)自動將該除氧泵電機切入工頻， 同時變頻啟動下一臺， 直到滿足用水需求。 三臺除氧泵電機定時輪流切換， 使各臺除氧泵電機工作時間均衡。
3.1 .6 除氧罐水溫自動調(diào)節(jié)
除氧罐水溫自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用單回路調(diào)節(jié)。 以除氧罐水溫設定值為目標值， 通過安裝在除氧蒸汽管道上的電動調(diào)節(jié)閥， 自動調(diào)節(jié)蒸汽流量維持除氧罐水溫的恒定， 以保證除氧效果。
3.1 .7 熱水循環(huán)管網(wǎng)變頻恒壓補水自動調(diào)節(jié)
與蒸汽鍋爐給水管道壓力的變頻恒壓調(diào)節(jié)原理類似， 熱水循環(huán)管網(wǎng)變頻恒壓補水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)由變頻器、 可編程控制器、 智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀、 壓力變送器等組成。 一臺變頻器以一拖二的方式控制兩臺補水泵， 當熱水循環(huán)管網(wǎng)的壓力與設定值有了偏差時， 一臺補水泵自動起動， 并且電機轉(zhuǎn)速不斷變化， 保持熱水循環(huán)管網(wǎng)壓力的恒定， 若一臺泵不能滿足要求， 系統(tǒng)自動將該電機切入工頻， 同時變頻啟動下一臺， 直到滿足補水需求，兩臺補水泵電機定時輪流切換， 使各臺水泵電機工作時間均衡。
3.2 電氣控制
3.2.1 起爐時先起引風電機， 再起鼓風、 爐排、 分層給煤電機， 停爐時先停鼓風、 爐排、分層給煤電機， 再停引風電機。 電機的起停順序控制有三種方法。
（1 ） 通過計算機操作站起停電機。 用鼠標點擊操作站電機控制界面的方式， 單獨或聯(lián)鎖起停相應的電機， 需要聯(lián)鎖起停的電機數(shù)量、 起停順序、 起停間隔時間等可根據(jù)要求任意組態(tài)設置， 設置菜單及電機起停菜單均有密碼保護， 有效地防止誤操作。
（2） 在控制室儀表操作臺上按照工藝要求順序單獨起停各電機。
（3） 按照工藝要求順序在就地控制按鈕箱上單獨起停對應電機。
在控制室儀表操作臺上設有電機起動方式轉(zhuǎn)換開關， 鍋爐正常運行時， 開關轉(zhuǎn)換到集中控制位， 在控制室由計算機或操作臺按鈕起停電機。 電機或其所帶負載檢修時， 開關轉(zhuǎn)換到就地控制位， 此時只能在就地起停電機。 巡回檢查時發(fā)現(xiàn)電機或負載故障時，不論控制室儀表操作臺上起動方式轉(zhuǎn)換開關在何位置， 均可通過就地控制按鈕箱上的急停按鈕隨時停機。
3.2.2 上煤系統(tǒng)電機的連鎖控制
上煤系統(tǒng)由給煤機、 刮板機、 皮帶等電機組成。 各電機必須按逆煤流逐臺延時起動，按順煤流逐臺延時停車。連鎖控制功能由 PLC 完成。
4. 語音報警系統(tǒng)
通過計算機操作站設定各檢測量的上下限報警值， 當運行中出現(xiàn)參數(shù)超*， 由計算機控制報警音響發(fā)出語音提示。

四、計算機的記錄、報警、分析功能
智能數(shù)顯儀表本身已具有一定的監(jiān)控功能， 利用這些監(jiān)控儀表可以進行鍋爐運行的常規(guī)控制， 它與計算機（PLC） 的冗余設計， 更加提高了系統(tǒng)的運行可靠性， 計算機（PLC） 完成前述的燃燒系統(tǒng)等較復雜的系統(tǒng)調(diào)節(jié)任務。計算機操作站以多種畫面的形式顯示系統(tǒng)設備運行狀態(tài)和實時報警， 顯示實時數(shù)據(jù)和歷史記錄數(shù)據(jù)等。 
4. 1 主畫面

4.2 工藝運行圖

在計算機操作站分多組畫面顯示鍋爐運行工藝的流程總貌和分組流程圖， 并且在流程圖對應位置顯示主要運行參數(shù)， 以動態(tài)的形式顯示電機的運行狀態(tài)。

4.3 實時數(shù)據(jù)顯示畫面
下圖所示為以表格形式顯示當前所有監(jiān)測量的實時數(shù)值畫面。

4.4 趨勢顯示畫面
下圖所示為以曲線形式顯示某一個或幾個監(jiān)測量在當前時間段的變化趨勢畫面。

4.5 數(shù)據(jù)報表打印功能
選擇“起始時間" 和“時間范圍" 可進行任意參數(shù)任意時間段的數(shù)據(jù)查看。
單擊“數(shù)據(jù)報表" 進入下圖， 從本畫面可以查詢到一天二十四中任意時刻的數(shù)據(jù)。

4.6報警記錄功能
在“選擇開始時間" 欄可進行人任意時間的選擇。 單擊下圖所圈按鈕可進行日期選擇欄， 在后面時間選擇框進行時間的選擇。
單擊“報警記錄" 圖標， 進入下圖畫面， 可進行實時報警和歷史報警的查看， 如下圖：

4.7 單擊“用戶管理" 進行用戶登陸、 注銷、 用戶修改等操作， 如下圖：與本文相關的論文有：礦山電動插板閥