燃气锅炉ABB自动控制系统分析

康文博

摘 要：燃气锅炉的DCS自动控制可以对整个生产的过程进行优化控制，实现全过程自动化，提升蒸汽质量和锅炉的燃烧效率。本文从燃气锅炉的DCS控制系统的构成与特点、主回路的控制原理等方面进行分析探讨，以促进燃气锅炉的可靠、安全和经济运行。

关键词：燃气锅炉 DCS 自动控制 系统

中图分类号：TF748 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0099-01

近年来，我国的经济发展带来了严重的环境污染问题，如在能源应用中产生的浮尘、尾气、煤烟等有害物质时刻损害着人们的健康，也给环境的治理带来了很大的困难。而钢铁企业在生产过程中产生的高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气如果不加以利用直接放散，既浪费能源，同时严重污染环境，因此如何能将这些煤气利用起来，变废为宝就显得十分重要，而本文将要提到的燃气锅炉就很好的解决了这一问题，通过一套完整的DCS控制系统，将煤气作为燃料，生产蒸汽，用于汽轮发电机发电。

1 燃气锅炉自动控制系统研究

此控制系统采用二级监控的形式，即分为上位机和下位机两种子系统，上位机主要的工作是接受下位机传输来的信息，对锅炉运行过程中的数据进行分析，检测存在的故障并进行参数的设置；而下位机接受上位机下传的指令，主要包含输入模块、执行模块、现场控制模块和人机交互模块，其主要的工作是现场控制，负责燃气锅炉运行总的参数调整，并将得到的信息传输到上位机。

1.1 DCS控制系统的构成

自动化控制系统主要分为两大部分：硬件系统和软件系统。硬件系统包含现场控制模块、中央监控计算机和现场数据收集模块，现场控制系统采用ABB AC800F，通过两对以太网通讯模块EI813实现控制器冗余以及同上位机的通讯。数据采集与控制信号输出分别采用模拟量输入输出模块AI810/AO810，数字量输入输出模块DI810/DO810实现。温度采集通过AI830/AI835实现。其他现场控制信号与反馈通过总线通讯模块FI830与现场总线模块图尔克系列组件走Profibus协议实现。而中央监控计算机采用DELL OP系列商务机，现场控制模块与中央监控计算机之间的通讯采用以太网通讯方式来实现，现场数据收集模块包括压力传感装置、温度传感装置、流量计、水位传感装置和火焰监视器等设备。编程语言主要采用功能块与梯形图相结合的方式，便于理解与后期维护。

1.2 自动控制系统的特点

（1）简洁的人机对话：此类对话方式不仅实用，而且快速简洁，通过复合窗口技术，可以对各控制回路的数据进行动态化的监视，并形成数据报表和实时的工艺流程图，可以简单明了的展示各工艺测点的历史记录。

（2）自动控制现场监控点：信息通过控制器传递到中央监控计算机之后，可以经过系统软件对数据进行还原，可以有效提升系统的数据通信的安全新与可靠性。

（3）控制单元的集中化安装：各个控制单元可以安装在被控设备周围，实现集中化的安装，可以节省费用，又能提高运行的速度。

（4）数据交换的简洁性：通过I/O接口和人机接口，对控制对象进行信息的收集、监控、记录和操作等，并且可以进行系统结构、回路的修改和局部故障的检修，具有很好的简洁性。

（5）模块化的操作：工程师可以将不同设备的控制模块设置到不同的控制单元上，方便对各种控制单元进行模块化的功能修改、维修、调试等，提高工作的可靠性和效率，也方便针对性的维修。

2 燃气锅炉的DCS自动控制的主要回路和方案分析

2.1 燃烧控制子系统

锅炉燃烧控制子系统的功能是根据主汽压力的变化来调整进入炉内的燃料量，通过调节燃气调节阀来达到目的，同时调节送风机的入口挡板的开度可以确保进气量的合理分配，主汽压力调节器的输出设定燃气流量值，并且由压力传感器反馈蒸汽压力检测值，与设定的值进行比较，燃气调节回路将反馈信号纳入到其中，如果蒸汽压力大，就减小燃气调节阀门的开度，反之，蒸汽压力小时，就增加燃气调节阀门的开度，使压力值保持在设定的范围内，其控制的流程如图1所示。

2.2 炉膛负压控制子系统

燃烧工作是否稳定可以通过炉膛的负压来体现，而且炉膛负压是锅炉运行监控中的重要参考指标，如果炉膛负压过小，甚至正压，炉膛可能会向外喷火，给设备和工作人员带来危害；如果炉膛负压过高，则漏风量快速上升，增加排烟损失，带来很大的损耗，因而控制正常的炉膛负压是保持燃气锅炉安全、高效、经济运行的基础。而炉膛负压的稳定可以通过控制系统来控制引风量，将负压信号反馈到PID调节程序中，同时负压调节器可以根据风机信号的反馈信息来影响输出端的调节器，控制风门挡板开度，保持负压趋于平稳。

2.3 锅炉汽包水位控制子系统

锅炉汽包水位的变化如果幅度过大，会导致汽包内满水或空水的情况，影响整体的生产安全，当汽包水位过低时，负载加大会加速水的汽化速度，导致汽包内空水的现象，容易发生爆炸或烧坏；当汽包水位过高时，会给水分离装置的正常工作带来隐患，导致蒸汽水分过多，加热器结垢严重烧坏设备，影响设备的安全性和经济性能。汽包水位控制有单冲量、双冲量和三冲量的控制模式，而单冲量、双冲量无法适应复杂的锅炉要求，一般选用三冲量的控制模式。汽包水位的影响因素主要有给水流量、蒸汽流量，当蒸汽流量增加或减少会造成汽包水位的波动，给水流量也会发生波动，以维持蒸汽流量和给水流量的平衡，确保锅炉的正常运转。以给水流量作为串级信号，蒸汽流量作为前馈信号，分别构成副调节回路和前馈调节回路，以锅炉汽包水位测量信号作为主调节回路，构成前馈-串级三冲量控制系统。

3 结语

燃气锅炉广泛应用于工业生产和能源行业，实现燃气锅炉的智能化和自动化控制可以有效提升其工作效率，减少污染。采用DCS自动控制可以进行全程的监控，不仅可以提高其自燃烧效率，而且保证锅炉稳定的运行状态，节省运行能耗，降低工作人员的劳动强度，提升企业的经济效益，相关研究值得深入以进一步拓展其应用范围。

参考文献

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