马猛
徐州燃烧控制研究院有限公司 江苏徐州 221000
摘要：继电器控制锅炉利用工人手工实现操 作，所以当锅炉运转的时候就需要工作人员全天候 的锅炉实时现场运转状况监测，与此同时还需要设 备操作人员熟练锅炉的运行操作过程，操作人员还 需熟练掌握设备各个运行环节之间的影响过程。本文设计的对象主要采用PLC控制系统进行锅炉水位、温度及燃烧的数据采集和控制，并实现安全保护及其报警，使用WINCC组态软件对锅炉进行远程实时监控，同时将数据存储，形成表格和曲线图。该系统实现了全天候实时自动控制，具有数据采集准确、界面简洁、操作简单，控制精准，安全可靠等优点，并且有利于提高生产管理水平降低用户的工作强度，节省系统维护和管理成本，提高企业核心竞争力。
关键词：锅炉；WINCC；PLC；远程监控
主要利用PLC和WINCC完成对锅炉生产过程进行实时监控，利用计算机进行控制，结合管理系统，使用工业组态软件完成控制界面的设计和控制，整个或称完全由计算机进行集散式管理控制，工作人员在远程控制室就可以掌握现场状况进行相应操作，计算机内部设有专家系统程序，也可以根据经验设置，自动完成控制任务，不仅可以节省人力，还可以控制准确性和准确性。此外，由于系统的模块化设计，所以更加适合移植到其他系统，只需要更改少量的硬件和软件就可以工作，而且系统根据不同的锅炉型号，设置了不同的指标，可以灵活调整控制参数，简化硬件设置，减少开发周期，扩大了应用范围，具有较强的推广意义。
1系统的总体设计
整个监控系统由计算机网络进行系统构架的设计，在网络中设计了三种连接节点，每种节点分别对应着控制现场中多使用的传感器的连接I／0、使用人员或者监管人员的控制站以及工程师站。
1.1现场控制站
现场I／0控制站是完成控制现场中传感器的连接I／0，实现现场控制量数字化转换的网络节点主要功能有如下几个：
(1)将锅炉控制中产生的模拟物理量，如流量，压力，液位，温度等数据进行数字化，然后存入存储器并实时更新，存储的数据应该与锅炉采集参数相对应，最终形成的数字量传输到网络中。
(2)各个站点将采集到的各个压力以及液位等的数据进行技术传送，做到实时监控，同时将采集到的数据通过网络方式传输到工程站点以及操作人员的操作站点处、其他的控制现场以及工程师站，从而实现整个系统的全范围内监控，此时当前现场I／0站也可以接收来自操作员站和工程师站的命令，完成对现场的手动控制及当前站点的不同数据参数的设定。
(3)在对锅炉自动运行状态的控制过程中，通过采用的新技术形成封闭式的环路控制以及计算机数据采集、实现顺序方式控制的过程。操作现场的控制站点在整个的控制系统中形成独立的个体，同事又和其他系统进行网络连接，在其他部分失效的情况下，他可以对现场情况进行基本的监控操作，提高系统的可靠性。
1.2操作员站
系统的操作员站其实就是数据和人进行交互的一个人机界面节点，主要功能在这个界面上完成监控系统的设置、系统运行过程的设置以及系统控制过程的设置。系统操作员在操作站可以了解到的信息主要有：系统的整体运行状况、系统各个传感器测得的数据以及相关的值是否在规定范围内、系统运行过程中是否出现紧急状况等，这个界面实现调节和控制工艺过程，可以保证整个锅炉的生产安全、可靠的进行。
1.3工程师站
这一部分主要是技术人员对系统组态软件进行设计、更改和维护。专业人员将编制好的组态软件生成的数据包通过网络就可以远程下载到所需要修改的站点，完成用户的需求。工程师站可以提供各个站点所需要的数据，根据客户要求设计控制策略和逻辑，将数据进行存储后，形成历史曲线，可长期跟踪整个系统的运行状况，工程师站的主要功能还可以利用DCS实现在线的监视各个网络节点的运行状态，通过配置模块和软件，系统工程师可对现场的参数进行调节和设定，使得DCS系统在最佳的状态下进行工作。
2系统下位机的硬件设计
PLC控制着系统的工作流程。第一是利用三相电机磁力泵将固定水箱的水注入到锅炉内胆；第二启动煤气阀和打开鼓风机，条件是水位传感器的水位数据到达设定值；第三采用电子打火的方式启动加热装置，对锅炉进行加热。当温度发生变化时自动调节燃烧状态，同时需要监控炉内温度、蒸汽压力、煤气罐压力、煤气和空气的进气量、注水的流量、控制蒸汽排放阀和煤气排放阀，利用火焰传感器检测燃烧状态。
2.1锅炉汽包水位的控制
在锅炉汽包水位控制系统中，汽包水位主要根据给水流量的控制决定的。
于是影响到汽包水位的因素可以归类为四个方面：其一，供水过程的相关因素干扰。主要涉及供水压力的变化方式以及控制阀的开合状况等系列因素。其二，锅炉蒸汽供应的变化。这一影响因素主要涉及到蒸汽管道的阻力变化以及锅炉设备的负荷变化过程。其三，锅炉燃料供应的变化。这一影响因素主要涉及到燃料供应量的变化以及燃料本身的性质、燃料供应的压力变化以及燃料自身的含水量等。其四，锅炉内部压力的变化，这一影响因素主要根据汽包内部蒸汽以及蒸汽系统自身在高压下的“自冷凝”和在减压下的“自蒸发”影响水位。
2.2温度及其燃烧控制系统
锅炉控制系统自身的控制目标以及控制任务是实现温度的稳定控制。该系统的控制过程中主要将锅炉内的温度控制以及燃烧过程经济运行控制、锅炉炉膛负压稳定作为主要控制对象，被控变量包括、水温、燃料和空气的比值、炉膛负压。 在对锅炉的燃烧系统进行控制的过程中主要将温度的控制以及安全稳定运行，同时还有运行的经济效益作为系统控制的主要任务，从而节约成本，节省劳动力。从控制系统的安全稳定运行角度进行分析，需要进一步添加负压回火以及背压过高的脱火防范措施。
2.3安全保护及其报警
2.3.1锅炉燃烧室的安全联锁控制保护
为了确保锅炉内部的火焰不外喷以及炉内烟尘不外泄，需要采用一定的炉内负压控制系统进行控制，当锅炉内的压力呈现过低以及过高，同时还有喷嘴堵塞的状况时就会造成一定的安全事故，所以需要设置相关的安全联锁控制系统以及炉膛负压控制系统。
2.3.2主要保护及其报警
锅炉内蒸汽压力过大以及温度过高都会导致锅炉爆炸产生一系列的安全事故，因此，系统设计中加入了炉内温度过高几蒸汽压力过大的报警系统，同时为了节约能源，当炉温出现温度过高以及炉内蒸汽压力过大的状况时就需要及时做出预警措施，通过阀门的闭合减少炉内燃料的供应，同时进行炉内水量的补充和炉内蒸汽的快速排放，避免一系列危险的发生。
此外，需要考虑的因素还有锅炉内部水位的动态平衡，因此将锅炉水位阈值报警加入到设计中。锅炉内部安全运行的一个重要的指标就是水位的变化，如果水位过高，饱和蒸汽中的水含量将增加，蒸汽和水的分离将导致过热器管壁结垢，并且管壁的传热效率将降低。相反，水位过低就容易形成气包水量过少，假如负荷变化激烈，水的汽化速度非常快，如果全部汽化就使水冷壁被损坏，更甚者会发生爆炸的危险，从而损坏锅炉设备。因此需要加以控制，关闭燃料阀，停止燃烧加热，使用外置抽水泵进行炉内水量的增加，只有当锅炉内的水量达到一定的标准后才重新进行燃烧系统的运行，为了防止炉内水位过高需要专门设置锅炉的溢水口位置，同时进行外置水泵进水量的调节。
2.4硬件系统具体实施
设计的系统硬件部分主要是下位机采用PLC进行数据的采集、控制和传输，通过水位传感器的工作实现锅炉内水位高低的测定；分别安装两个气压传感器，其中一个用于检测锅炉煤气罐的气压，另一个用于检测锅炉内的蒸汽压力；两个压力传感器，一个用于检测进气量，一个用于检测进气量；用于检测流人流量的两个电动阀，一个用于控制蒸汽排出速度，一个用于控制气体排出速度，一个用于检测锅炉内的温度；一个检测燃烧状况的火焰传感器。整个锅炉的工作过程需要通过三相异步磁力水泵实现水箱内的水顺利流向锅炉内部，当锅炉内的水位传感器检测到锅炉内的水位达到一定的标准后，打开煤气阀，启动鼓风机，炉膛内电子打火，启动加热装置进行加热，同时温度传感器随时检测炉内温度值，由一个火焰传感器检测燃烧状态，调节燃烧状况，控制温度值，当水位过低时要启动阀门开始注水，压力和温度过高时打开阀门排放蒸汽。系统的现场工作站采用了西门子公司的S7—300PLC，它可以进行实时的数据采集，加入各种模块后可进行模拟量的输入输出、开关量的输入输出，主要用来采集锅炉的现场参数值、数据的传输以及现场的控制，既有传感器的数据输入，同时还有传感器的数据输出，这样才能实现信号的回路控制以及批量顺序控制或逻辑控制。
3结论
基于PLC的锅炉远程监控系统利用PLC和WINCC组态软件实现远距离智能实时监控锅炉的主要工作环节的运行参数及主要设备的状态，技术人员不需要实时在现场操作，在控制室内通过组态软件设计的简洁图形界面就可清晰准确的掌握各个锅炉的状态，还可以将历史数据提取，读取数据，绘制曲线，更加直观的对系统的运行监控，便于控制现场参数，从而准确高效的指挥生产。整个设计系统具有灵活的在线组态功能，良好的扩充性，具有多个报警保护设计，紧急情况时能实现自动保护，防止生产事故的产生，起到了良好的保护作用同时系统还可以进行远程升级，实现实时更新的功能。系统根据锅炉的型号和用途不同，以及各个锅炉工作原理的差异性，可以对监控系统按需适时的改进，扩展后可应用到多种智能监控系统，应用前景广泛。
参考文献：
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[2]隋修武,余保付,葛辉,田松.基于Kingview的热网远程智能监控策略研究[J].应用科学学报,2016(3):352-360