CN205991474U - 一种蒸汽锅炉控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蒸汽锅炉控制系统，包括:监控层：通过工控机与PLC的通信连接进而对锅炉的整个工作过程以及检测量、被控量的变化进行实时的监控；控制层：通过PLC对现场的各个检测仪器传回的数据进行采样，然后根据系统工艺的要求以及现场的实际情况，在PLC内部运算之后生成指令，对系统的各个电机、变频器等进行实时的控制，同时通过通信连接，将这些数据传输到上位机进行显示；现场设备层：对锅炉每个检测量进行检测，然后将信号传递给PLC。本实用新型的控制自动化水平相对较高，对燃烧过程实现更加稳定的控制，提高锅炉的热效率。

Description

一种蒸汽锅炉控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种蒸汽锅炉控制系统。

背景技术

锅炉的出现和发展有一段十分悠久和漫长的历史。在上世纪60年代，人们控制锅炉的运行的方式都是用手动控制的方式。根据锅炉的工作状态，通过改变阀门的开度从而控制汽包水位在工艺允许的范围之内。在人工操控锅炉运行的过程中，人们积累了大量的经验，这些实际运行经验的累积，都是在一次次故障甚至是事故之后吸取的教训，这也是留给我们后人的具有非凡参考价值的宝贵经验。

上世纪70、80年代，仪表控制系统的出现改善了早期人为控制锅炉运行的状况，在某种程度上极大的解放了人们的生产力。人们也不需要亲身去完成那些高危的作业。

目前国内许多工厂的动力设备中必不可少的部件仍然是锅炉。由于资金等原因的限制，到现在依旧用的是传统的仪器仪表控制系统，系统的运行和调控仍然是依靠工作人员的经验。纵然现如今有很多功能越发完善的仪表能够初步实现锅炉的自动控制,然而其价格相对比较昂贵，而且管控的能力相对不足,这些缺点就极大的限定了其应用范围。

现在国内燃煤蒸汽锅炉的控制系统已经有了很多的优化，但是比较好的控制思路并不多，控制系统仍然还有发散震荡，经济性差等弊端。根据国内外技术发展的差距可以看出，国内燃煤蒸汽锅炉的控制技术相较于国外始终有相当大的差距。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种蒸汽锅炉控制系统。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种蒸汽锅炉控制系统，包括

监控层：通过工控机与PLC的通信连接进而对锅炉的整个工作过程以及检测量、被控量的变化进行实时的监控；

控制层：通过PLC对现场的各个检测仪器传回的数据进行采样，然后根据系统工艺的要求以及现场的实际情况，在PLC内部运算之后生成指令，对系统的各个电机、变频器等进行实时的控制，同时通过通信连接，将这些数据传输到上位机进行显示。

现场设备层：对锅炉每个检测量进行检测，然后将信号传递给PLC。

进一步，锅炉的检测量包括汽包水位、蒸汽压力和炉膛负压。

进一步，所述汽包水位通过汽包液位控制系统控制，所述汽包液位控制系统包括汽包液位控制器、给水流量控制器和蒸汽流量控制器，所述汽包液位控制器根据给水流控制器与蒸汽流量控制检测到的数据信息对汽包内液位进行控制。

进一步，所述蒸汽压力与炉膛负压通过鼓风机、引风机、炉排电机和二次风机的共同作用控制。

进一步，控制系统还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括依次连接的取样电路、信号放大电路、电压比较电路和驱动断电电路，所述驱动断电电路用于控制负载的通断，所述取样电路对负载进行采样并将采样后的信号输入到信号放大电路进行放大处理。

进一步，所述取样电路包括电阻R1、取样电阻R9、稳压二极管D1和电容C1，所述取样电阻R9与负载串联，取样电阻R9与电阻R1串联，电阻R1的一端与取样电阻R9的一端连接，电阻R1的另一端与二极管D1的负极连接，稳压二极管D1的正极接地，所述电容C1与稳压二极管D1并联。

进一步，所述信号放大电路包括电压比较器U1A、电阻R6和电阻R7，所述电压比较器U1A的正向输入端与二极管D1的负极连接，电压比较器U1A的反向输入端经电阻R7接地，电阻R6的一端与电压比较器U1A的反向输入端连接，电阻R6的另一端接电压比较器U1A的输出端连接。

进一步，所述电压比较电路包括电压比较器U1B、电阻R5、电阻R8和电阻R3，电压比较器U1B的正向输入端与电压比较器U1A的输出端连接，电压比较器U1B的反向输入端经电阻R8接地，电阻R5的一端接电源，另一端与电压比较器U1B的反向输入端连接，电压比较器U1B的输出端与电阻R3连接。

进一步，所述驱动断电电路包括三极管Q2、电阻R4、三极管Q1和继电器，所述三极管Q2的基极与电阻R3连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极经电阻R4与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接输入电源，三极这Q1的集电极经继电器线圈接地，三极管Q1的发射极接负载RL，负载RL经继电器与取样电阻R9连接。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的控制自动化水平相对较高，对燃烧过程实现更加稳定的控制，提高锅炉的热效率。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型的原理图；

图2为过流保护电路的电路图；

图3为锅炉系统的简图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

一种蒸汽锅炉系统，包括：汽包1、炉膛2、设置于炉膛内的炉排电机3、运煤系统4、二次风机5、省煤器6、鼓风机7、给水泵8、引风机9、烟道12和空气预热器14；所述运煤系统与炉膛连接，为炉膛提供燃料；所述炉排电机用于对进行炉膛的燃料量进行控制；所述炉膛与汽包连接，炉膛内的燃料燃烧为汽包加热；所述省煤器与汽包连接，给水泵送入的水要经过省煤器进行预热，然后再送入汽包；所述省煤器与空气预热器连接，用于为空气预热器加热；所述鼓风机与空气预热器连接，鼓风机输送的风经空气预热器后再送入到炉膛内部；所述引风机经烟道与空气预热器连接，引风机输送的风经空气预热器后再送入到炉膛内部；所述二次风机与空气预热器连接，二次风机输送的风经空气预热器后再送入到炉膛内部。

在连接给水泵与省煤器的管道上设置有给水阀13；在连接引风机与烟道的管道上设置有引风阀11；在连接鼓风机与空气预热器的管道上设置有鼓风阀10；在汽包的蒸汽输出管道上设置有减温水器。

针对上述锅炉系统，本实用新型提供一种控制系统。

一种蒸汽锅炉控制系统，包括

监控层：通过工控机与PLC的通信连接进而对锅炉的整个工作过程以及检测量、被控量的变化进行实时的监控；

控制层：通过PLC对现场的各个检测仪器传回的数据进行采样，然后根据系统工艺的要求以及现场的实际情况，在PLC内部运算之后生成指令，对系统的各个电机、变频器等进行实时的控制，同时通过通信连接，将这些数据传输到上位机进行显示。

现场设备层：对锅炉每个检测量进行检测，然后将信号传递给PLC；锅炉的检测量包括汽包水位、蒸汽压力和炉膛负压。

汽包液位是反应锅炉运行状态一个非常重要的参数，同时也是本系统的重点控制对象。控制汽包液位稳定，是确保系统稳定工作的前提，为了更好的对汽包液位进行控制，就要先了解其在剧烈扰动下的动态特性。本实用新型研究了两个变量对汽包液位的影响：蒸汽流量D和给水量H。

因此，在本实用新型中所述汽包水位通过汽包液位控制系统控制，所述汽包液位控制系统包括汽包液位控制器、给水流量控制器和蒸汽流量控制器，所述汽包液位控制器根据给水流控制器与蒸汽流量控制检测到的数据信息对汽包内液位进行控制。

所述蒸汽压力与炉膛负压通过鼓风机、引风机、炉排电机和二次风机的共同作用控制。

炉膛内部的主要控制变量就是燃煤量、送风量和引风量，而本实用新型通过鼓风机、引风机、炉排电机和二次风机共同将风煤比控制为最佳风煤比，当炉膛内部的燃烧反应稳定，产生的稳定的热量传递给汽包，蒸汽压力就会维持在稳定的范围内。而炉膛负压的控制相比而言就简单一点，及时控制鼓风机的送风量和阴风电机的引风量，同时配合好使用二次风机，就能很好的控制炉膛负压的稳定性。

本实用新型通过含氧分析仪对炉膛内的氧气含量进行检测，然后控制燃料量和送风量来控制炉膛内部的燃烧过程。

需要注意的是，不能在因为负荷用量的变动而调整蒸汽流量的同时，而忽略蒸汽压力的变化，因为蒸汽压力的变化幅度不能过大、变化速度也不能过快，这是工厂稳定生产的要求，所以在整个蒸汽流量的调节过程当中，应尽量控制蒸汽压力稳定。

需要补充的是，本实用新型增设了二次风以促进燃料的充分燃烧，其主要作用是对炉膛内部的氧气进行补充，同时可以搅乱炉膛内部的风流，从而使未燃烧的煤粉在炉膛内多转几圈，使燃料充分得到燃烧。鼓风机有一次风机和二次风机之分,本实用新型所有的鼓风机指的都是一次风机。按照长期锅炉的实践总结，最佳的利用二次风可以大幅提升锅炉的能量转换效率。在系统控制流程中，如果一次风很小，为不让二次风搅乱炉膛内部气流循环，要尽快关闭二次风机，当一次风高于一定程度的时候再启动二次风。但是正常燃烧的时候，为了避免二次风风眼堵塞，不能长时间关闭二次风。

作为对本实用新型的改进，控制系统还包括锅炉连锁控制系统，包括

（1）鼓风电机

要求当系统检测到引风电机关闭、炉排电机关闭时，鼓风电机也会自动关闭。启动时，顺序也是这样，系统必须在收到炉排电机的启动信号之后才可以启动鼓风电机。

（2）引风电机

与鼓风电机类似，炉排电机停止时,引风电机自动停止。启动也是这样，只有在炉排电机启动之后才能启动引风电机。

（3）炉排电机

当系统检测到鼓风电机和引风电机同时故障的时候,炉排电机自动停止。启动时,只有当系统检测到炉排电机运行的时候才能启动引风电机和鼓风电机,关闭的时候也要先关闭炉排电机。

（4）给水泵

当汽包水位达到系统超上限时,给水泵自动停止。

作为对本实用新型的改进，控制系统还包括过流保护电路，过流保护电路包括依次连接的取样电路、信号放大电路、电压比较电路和驱动断电电路，所述驱动断电电路用于控制负载的通断，所述取样电路对负载进行采样并将采样后的信号输入到信号放大电路进行放大处理。

所述取样电路包括电阻R1、取样电阻R9、二极管D1和电容C1，所述信号放大电路包括电压比较器U1A、电阻R6和电阻R7，所述电压比较电路包括电压比较器U1B、电阻R5、电阻R8和电阻R3，所述驱动断电电路包括三极管Q2、电阻R4、三极管Q1和继电器，

所述取样电阻R9与负载串联，取样电阻R9与电阻R1串联，电阻R1的一端与取样电阻R9的一端连接，电阻R1的另一端与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极接地，所述电容C1与二极管D1并联。所述电压比较器U1A的正向输入端与二极管D1的负极连接，电压比较器U1A的反向输入端经电阻R7接地，电阻R6的一端与电压比较器U1A的反向输入端连接，电阻R6的另一端接电压比较器U1A的输出端连接。电压比较器U1B的正向输入端与电压比较器U1A的输出端连接，电压比较器U1B的反向输入端经电阻R8接地，电阻R5的一端接电源，另一端与电压比较器U1B的反向输入端连接，电压比较器U1B的输出端与电阻R3连接。所述三极管Q2的基极与电阻R3连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极经电阻R4与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接输入电源，三极这Q1的集电极经继电器线圈接地，三极管Q1的发射极接负载RL，负载RL经继电器与取样电阻R9连接。

从最右侧的系统电源输入，经过负载RL，然后留过采样电阻R9，因为RL与采样电阻R9是串联的，所以流过他们的电流是相同的，采样电阻R9就是对负载RL的电流进行采样，然后采样电阻R9采样得到的电压进入电压比较器U1A同向比例电压比较器，由于进入的是正端，所以输出的是放大之后的电压，然后进入电压比较器U1B，与系统所能承受的电压进行比较，如果高于系统所能承受的电压，电压比较器U1B就会输出一个高电平，这个高电平最后到了三极管Q2与三极管Q1共同组成的共射放大电路进行放大，进而使继电器线圈通电，从而控制最右边的继电器开关断开，从而完成切断电路的动作。

图中电阻R6和电阻R7是用来调节同向比例电压比较器U1A的放大倍数，而电阻R1和稳压二极管D1是对信号电压比较器进行保护，电容C1主要是防止脉冲干扰。而且通过控制电阻R5和电阻R8可以对电压比较器设置不同的比较电压。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种蒸汽锅炉控制系统，其特征在于：包括

监控层：通过工控机与PLC的通信连接进而对锅炉的整个工作过程以及检测量、被控量的变化进行实时的监控；

控制层：通过PLC对现场的各个检测仪器传回的数据进行采样，然后根据系统工艺的要求以及现场的实际情况，在PLC内部运算之后生成指令，对系统的各个电机、变频器等进行实时的控制，同时通过通信连接，将这些数据传输到上位机进行显示；

现场设备层：对锅炉每个检测量进行检测，然后将信号传递给PLC。

2.根据权利要求1所述的蒸汽锅炉控制系统，其特征在于：锅炉的检测量包括汽包水位、蒸汽压力和炉膛负压。

3.根据权利要求2所述的蒸汽锅炉控制系统，其特征在于：所述汽包水位通过汽包液位控制系统控制，所述汽包液位控制系统包括汽包液位控制器、给水流量控制器和蒸汽流量控制器，所述汽包液位控制器根据给水流控制器与蒸汽流量控制检测到的数据信息对汽包内液位进行控制。

4.根据权利要求2所述的蒸汽锅炉控制系统，其特征在于：所述蒸汽压力与炉膛负压通过鼓风机、引风机、炉排电机和二次风机的共同作用控制。

5.根据权利要求1所述的蒸汽锅炉控制系统，其特征在于：控制系统还包括过流保护电路，

所述过流保护电路包括依次连接的取样电路、信号放大电路、电压比较电路和驱动断电电路，所述驱动断电电路用于控制负载的通断，所述取样电路对负载进行采样并将采样后的信号输入到信号放大电路进行放大处理。

6.根据权利要求5所述的蒸汽锅炉控制系统，其特征在于：所述取样电路包括电阻R1、取样电阻R9、稳压二极管D1和电容C1，所述取样电阻R9与负载串联，取样电阻R9与电阻R1串联，电阻R1的一端与取样电阻R9的一端连接，电阻R1的另一端与二极管D1的负极连接，稳压二极管D1的正极接地，所述电容C1与稳压二极管D1并联。

7.根据权利要求6所述的蒸汽锅炉控制系统，其特征在于：所述信号放大电路包括电压比较器U1A、电阻R6和电阻R7，所述电压比较器U1A的正向输入端与二极管D1的负极连接，电压比较器U1A的反向输入端经电阻R7接地，电阻R6的一端与电压比较器U1A的反向输入端连接，电阻R6的另一端接电压比较器U1A的输出端连接。

8.根据权利要求7所述的蒸汽锅炉控制系统，其特征在于：所述电压比较电路包括电压比较器U1B、电阻R5、电阻R8和电阻R3，电压比较器U1B的正向输入端与电压比较器U1A的输出端连接，电压比较器U1B的反向输入端经电阻R8接地，电阻R5的一端接电源，另一端与电压比较器U1B的反向输入端连接，电压比较器U1B的输出端与电阻R3连接；根据权利要求4所述的用于锅炉系统的过流保护电路，其特征在于：所述驱动断电电路包括三极管Q2、电阻R4、三极管Q1和继电器，所述三极管Q2的基极与电阻R3连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极经电阻R4与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接输入电源，三极这Q1的集电极经继电器线圈接地，三极管Q1的发射极接负载RL，负载RL经继电器与取样电阻R9连接。