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  一、系统概述： 

　　本系统主要是针对煤粉蒸汽或热水锅炉的控制。具有锅炉水位自动控制、燃烧经济性自动控制、炉膛负压自动控制、炉压波动补偿点火系统、蒸汽超压、缺水保护等自动联锁保护功能。

　　本系统的控制方式分集控自动/集控手动/就地，三种方式可转换。锅炉正常运行生产时，使用集控自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由中央控制台自动控制、联锁保护;集控手动时，可在中央控制台操作各设备，有互锁和联动关系;就地时，在现场操作可启停设备，闭锁集控，保护现场操作人员的安全。

　　二、系统的实现：

　　①、初始化

　　首先检测各电气设备已通电，并且有动作;然后依次检测锅炉水位是否低于下限，蒸汽压力是否超限，煤粉罐料位是否低于下限，中间料仓是否低于下限，如上述条件有任意一条为“是”均不能。　②、点火

　　首先关闭一、二次风电动调节阀，然后依次启动引风机、二次风机、全开二次风阀门，如任意动作未执行，则停炉并报警;如设备运行正常，则延时吹扫1分钟，然后调节二次风电动阀至设定位置，启动点，此时监测火焰是否建立，延时30秒，启动一次风机，调节一次风阀门至设定位置，启动搅拌器，启动给料螺旋并调节至设定转速，此时监测火焰是否建立，如火焰建立，则油与煤粉混燃10分钟后关闭点，火焰检测器继续监测火焰是否建立，如上述任意条件为“否”或任意动作未执行，则执行停炉控制程序。

　　③、运行

　　实时监测蒸汽压力，如超过设定压力，则执行停炉控制程序;如未超出设定压力，则执行经济燃烧控制程序。

　　④、停炉

　　首先检测点是否关闭，然后依次停止搅拌器、供料螺旋、一次风机;将二次风阀门调至全开位置，延时吹扫1分钟后;检测炉膛温度直至低于设定温度后停止引风机、停二次风机，关闭一、二次风阀门。

　　锅炉紧急或异常停车：

　　2、锅筒水位自动控制

　　根据本系统锅炉容量，采用单冲量控制方式。

　　3、燃烧经济性自动控制

　　根据5分钟内对烟气中氧气含量检测的平均值，改变送风量的大小，进而达到调节锅炉经济、高效燃烧的目的。

　　燃烧经济性自动控制条件：

　　①、在一定的采样周期内，实际含氧量浓度变化率大于或小于工艺设定的含氧量目标值时，差值经PID运算后控制二次风阀执行器，执行器调整二次送风量，并在一定的时间内保持，以满足燃烧的经济性。

　　②、在一定的采样周期内，实际含氧浓度变化率在工艺含氧量目标值范围内时，系统不做运算，二次送风量保持原状态。

　　4、炉膛负压自动控制

　　考虑到燃烧过程的波动性，控制系统应设有死区不响应功能。但是当炉压持续出现波动时，起动给油泵，同时点火器动作并延时，当炉压趋于稳定，关闭点火器同时停给油泵。启动给油泵、点火器点火并在给定的延迟时间内炉压还不能趋于稳定状态，则停止锅炉的运行。

　　5、中间粉仓料位自动控制

　　根据粉仓重量控制煤粉罐旋转阀的启停，当中间粉仓重量到达下限时，启动旋转阀;当中间粉仓重量到达上限时，停止旋转阀。

　　6、煤粉锅炉系统连锁保护

　　①、水位保护

　　锅炉水位报警共设定水位高、水位超高、水位低、水位极低等4种水位报警信号。

　　锅炉水位保护共社水位超高、水位极低等两种保护。当水位超高或极低时停止锅炉运行。

　　②、蒸汽压力超高保护。当蒸汽压力超过设定的压力保护值时停止锅炉运行。

　　③、锅炉炉膛熄火保护。即锅炉在正常的运行状态下的非正常的熄火保护。

　　④、紧急停车保护。在现场设备调试及设备试运行期间，如果设备出现故障而设置的手动紧急保护功能

　　三、控制系统硬件配置：

　　根据工艺要求及操作使用方便，本系统将配置：低压电气柜一台和操作箱一台。

　　(1) 主要的低压电气元件选用guojipinpai富士。

　　(2) 数据集中采集及控制采用guojipinpai日立EH-150系列。

　　(3) 变频器采用guojipinpai日立L300P系列。

　　(4) 集中监控采用工控机。

　　(5) 温度传感器选用符合IEC的热电阻和热电偶。

　　(6) 锅筒水位采用配备就地式水位表和高精度的压差变送器。

　　(7) 蒸汽压力采用蓝宝石高温压力传感器。

　　(8) 蒸汽流量和给水流量采用一体化带温补的涡街流量计。

　　四、 结束语：

　　该高效煤粉锅炉控制系统可靠性高、自动化程度高、使用方便、操作简单、功能丰富、控制灵活，满足用户的控制要求，运行正常稳定。

 水泥生产中的烧成系统由于设备台数多,设备功率较大,设备分散,且电力拖动复杂等,要求有可靠的联锁控制才能保证正常生产。虽然目前水泥烧成过程在很大程度上仍然依赖于操作人员的经验,但可编程序控制器(以下简称PC)在该系统的应用,仍然具有其价值和意义。

　　1 控制系统的硬件设计

　　1.1 烧成系统的主要设备及控制要求

　　本文所介绍的烧成系统主要由Φ3.5m×145m回转窑、2.13m×13.5m篦式冷却机、锤式破碎机及熟料输送系统(皮带输送机)等设备组成。该系统设备的联锁要求如图1所示。该系统在起动或停机时,必须按一定的时间、顺序要求控制,才能正常工作。尤其是当系统中某一台设备由于故障而停机时,相关设备必须及时停机,以免事故扩大。采用PC控制以前,该系统多采用分散或集中手动控制。由于控制线路故障或操作失误等原因,容易造成堵料、烧坏设备等事故。特别是故障停机程序,用继电器线路难以实现。而PC由于可靠性高,可用软件代替硬件实现联锁、时序、顺序等控制,同时易于被广大工程技术人员所掌握而得到广泛的应用。实践证明,在水泥烧成系统采用可编程序控制器进行控制,达到了简化外部控制线路,强化系统控制功能,满足工艺要求之目的。

　　图1 水泥烧成系统部分设备连锁图

　　1.2 控制系统元器件选择、控制线路设计

　　鉴于水泥生产过程的特点,控制系统的设计必须具有较高的可靠性。所以,在设计过程中,除了选用可靠性高、使用寿命长的元器件外,还从系统操作方式的设置、PC与配电设备的接口、抗干扰、系统故障诊断等方面采取措施,保证了该系统一次点火试车成功。

　　1.2.1 元器件的选择及其特点

　　本系统选用了日本富士电机公司生产的NB1系列PC作为主控器。其特点是:①可以以一点为单位对输入/输出点进行任意配置;②采用可充电锂电池保存程序,免除了定期更换电池的麻烦;③指令功能丰富,有顺序指令43条,数据指令47条;④数据寄存器、I/O继电器、内部继电器既可以以字节(16位)为单位读写,也可以以位为单位读写,为简化程序编写提供了条件;⑤具备参数设置功能和故障函数继电器,便于通过编程来控制PC本身的运行和实现对外部设备的故障诊断;⑥可以在线编辑程序;⑦大I/O点数可达334点;⑧可以与上位机联接,易于组成生产线集散控制系统。

　　为了提高PC输出继电器的使用寿命,在PC输出点增加了密封性好、寿命长,且带有吸合指示灯的HH52P中间继电器。此外,还采用了日本欧姆龙公司生产的AL6-M系列按钮开关及国产AD11节能指示灯,带熔断指示的RT18-32X熔断器等新型元件。

　　1.2.2 操作方式的设置及系统电源设计

　　根据用户的要求和操作方便、合理的原则,本系统设置了自动—单机—停机—开车预告—现场五个状态。线路如图2所示。并能实现如下功能:①在中央控制室对设备进行手动单机操作;②按工艺流程对设备进行自动控制;③手动单机、自动、现场三种运行方式互锁且前两种操作方式可以无扰动切换。

　　图2 控制线路原理图

　　在水泥正常生产过程中,并不经常使用单机操作来启、停设备。但在试车、设备检修后开车,或单机起动全部设备后无扰动切换到自动以及自动启动过程中故障处理时又需要单机操作这一功能。为此设计了两位8421(BCD)码按码开关和一组起动、停止按钮结合PC的数据操作指令构成的单机启、停控制方案。线路如图3所示。当需要起动(或停止)系统中某一台设备时,只要用按码开关输入该设备代码(数字1～99),再按起动(或停止)按钮即可启动(或停止)该设备。本方案与以往每台设备都设置一组启、停按钮的方法比较,大大减少了占用操作面板的面积。至于系统自动启、停和无扰动切换功能主要是由编程来实现。

　　图3 单机操作及故障报警原理图

　　1.2.3 PC与配电设备的接口

　　在PC控制屏与配电屏的接口设计中考虑了以下几个问题:①用尽可能少的I/O点来解决对信号的检测和对设备的控制问题;②外部线路故障不影响PC本体的正常工作;③线路设计便于调试;④外部线路之间故障不能相互影响。在PC的输入信号中,主要是断路器、接触器等元件的辅助接点及变频器、窑主机控制柜等设备引出的故障信号。系统在启动或运行过程中,PC对这些信号进行检测,并及时准确地作出该设备是否运行正常的判断。在PC的输出信号中,对不同的回路采取不同的线路方案。主要注意以下几点:①集中控制(单机、自动)与现场控制的互锁问题;②集中控制时现场能停机;③对自耦减压启动、Y-△起动、高压电机等控制,在启动过程中时间转换的配合问题。

　　集中控制与现场控制的互锁主要是操作方式转换开关(SA)与中间继电器(KB)来实现的(见图2)。中间继电器用于控制配电屏的控制电源,防止串电。由于水泥烧成系统设备分散,必须设置现场停机功能。当操作人员在现场发现设备故障时,按下停机按钮,则接触器的辅助接点断开,PC检测到该信号后就自动停止该设备的控制信号并发报警信号。

　　篦冷机、鼓风机采用自耦减压起动方式,仍利用起动柜上的时间继电器(电流继电器)进行控制,PC只发起动信号和保持信号。通过延时(相当于电机起动时间)使主接触器的触点合上,完成起动过程。采用本线路占用I/O点数少,便于调整起动时间而不必修改程序。

　　线路设计中配置了必要的熔断器,对功率小且对系统影响小的电机,采用几个回路共一个熔断器的方式。对主要关键设备则一个输出回路配一个熔断器。只要断开这些熔断器,即可方便地在控制屏内进行模拟调试。

　　1.3 系统故障诊断及其实现

　　控制系统任何小的故障都要降低运转率。所以,除了设计角度考虑采用可靠性高的元件,对设备进行及时的检修、保养以及备件补充等外,建立系统本身的故障诊断、处理系统,以便及时准确地排除故障是十分必要的。本系统中设计了用四位数码显示器显示故障代码,用电铃进行报警的声光报警装置。与传统光字牌显示比较,显示的信息量大为增加,运行可靠,节约投资。故障代码各位的定义如下:

　　将显示器的数字对照故障代码表即可很快知道故障的部位。如显示器显示1012,查表即知是电机12M断路器跳闸。当多次使用后,操作人员不用查表即知故障部位,为故障快速处理提供了有利条件。

　　本系统在自动工作方式时,能自动实施故障搜寻,进行故障性质判断(致命或非致命),实现故障报警。