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1、Gas Boiler Control System Technology燃气锅炉群控系统技术应用(Xinjiang Mastery thermal limited liability company Chen Xiao Yan )(新疆水利电力建设总公司陈晓燕)摘要根据燃气热水锅炉燃烧系统特点设计的，具有对燃气热水锅炉进行自动控制及故障保护 等功能的燃气锅炉群控系统技术应用，操作安全、简单、可靠。关键词燃气锅炉自动化群控系统技术应用概述本项目4台46MW、1台29MW燃气热水锅炉群控系统，根据我公司多年的工作经验，锅炉 房辅机控制系统采用西门子公司的S7-300系列中的PLC可编程控制器，完成
2、锅炉控制系统的 所有信号的采集、分析、判断，根据燃气热水锅炉燃烧系统特点设计的，具有对燃气热水锅 炉进行自动控制及故障保护等功能。锅炉房群控系统是对新建燃气锅炉房内所有燃气锅炉及其辅机系统的集中监控，监控系 统将实时、全面了解热源、热网和热用户的运行情况，根据热负荷的变化及时调节热源的工 况的适应热用户的需求，它是热源、热网安全可靠高效运行的保证。燃气锅炉房辅机控制系统的内容包括：热计量、多锅炉运行控制、循环水泵控制、补水 泵控制等。锅炉房辅机控制系统的I/0清单如下：锅炉房辅机控制系统I/O点位表监测对象数量单位输入输出传感器、阀门、执行机构等AIDIAODO传感器类型信号类型1.公共控制系
3、统燃气压力接入燃气公司信号燃气流量总出回水压力1套2压力变送器420mA总出回水温度1套2热电阻/温度变送器420mA总循环水量1套1电磁流量计420mA循环泵变频4套44420mA循环泵状态4套8继电器循环泵控制4套8继电器补水泵变频2套22420mA补水泵状态2套4继电器补水泵控制2套4继电器3.其他声报警1套1光报警1套1消音1套1复位1套1小计1112616一、锅炉房辅机控制系统的控制功能1. 1热计量与负荷计量热计量技术是通过检测出/回水温度和循环流量，根据热量计算公式Q= （T1-T2） *F来 计算供热和传热的计算技术。通过对单台锅炉、总锅炉的热量计算和二次系统的热量计算， 我们
4、可以大致得到整个供热系统的热负荷和热平衡的关系；在此基础上，再通过对天然气流 量的积算，我们可以得到锅炉的动态热效率，并指导锅炉的控制器控制锅炉的燃烧负荷，使锅 炉能长期运行效率最佳点；同时，对于板换系统而言，通过得到的二次系统热量我们可以计 算出锅炉的负荷是否合理，并能指导气候补偿系统的工作，调节一次侧循环水进入板换的流 量和二次侧的流量，来达到供热和取热的负荷平衡，这种量调（循环水流量调节）与质调（出 水温度调节）相结合的方式是先进的供热系统控制方式。1. 2多锅炉运行技术在五台锅炉同时运行过程中，我们要 保证锅炉不处于启停临界点，尽量保 证各台锅炉的燃烧负荷平衡，以避免 锅炉频繁启停造成
5、的热量浪费与使 用寿命缩短。多锅炉运行技术借鉴了 德国的优化燃烧技术，根据用户的总 热负荷需求与循环水流量来进行锅 炉负荷的最佳分配，从而达到最优化的燃烧效果。此外，锅炉运行负荷问题是多台锅炉运行时必须考虑的问题，在系统软件中统计锅炉启 停次数和每台锅炉运行累积时间，通过软件排序实现锅炉负荷的平均分配。一般采用的算法 是队列法，即启停按1-2-3，2-3-1，3-1-2，的方法循环操作，可以米用十天（天数可自定） 作为循环周期。1. 3循环泵控制系统循环泵采用系统泵的方式，采用变频控制（有变频器的前提下）方式，根据总出水和总 回水压力差（也就是一次管网的扬程需求）来确定循环泵的运行转速。循环泵
6、选型考虑锅炉、 阀门、管网的最不利阻力，但可以采用分级泵，减少泵的电功耗，在末端不利点增加小泵保 证水流量，具体根据管网参数来确定。1. 4补水泵控制系统补水泵控制根据循环泵入口压力确定管网失水状态，采用定压补水方式，变频控制。1. 5换热站数据的接入锅炉房的辅机集中控制系统，要对所有供热子站的情况进行接入，采用的方式是利用原 有的换热站大屏幕集中监控宽带网络，将数据都集中到上位监控计算机中，计算机通过以太网络进行数据共享，在辅机集中监控系统中对供热子站的节能控制进行规划和监控。1.6.辅机控制参考画面二、锅炉房辅机控制系统标准配置序号设备名称型号单位数量1电源模块PS307 5A块12控制单
7、元313C块13模拟量输入模块SM331块24模拟量输出模块SM332块15开关量输入模块SM321块16安装导轨530mm条17禾旱序卡MMC 256K块18前连接器20针/40针套19以太网络光电转换X204P套110通讯电缆多模光钎条111直流电源24V/5A个112控制软件DL-BC V1.0套113断路器NSC系列只114中间继电器MJ-40套115钥匙开关只116强手操作转换开关、指示灯套117声光报警器LAD16-22SM/R个118出回水温度变送器0200度，M27*2，L=200mm只219出回水压力DL-KSG 01.6MPa只220补水流量DN100只121室外温度-50
8、-50度，4-20mA只122人机界面10寸真彩触摸屏块1三、燃气锅炉群控系统的系统架构3.1项目概述本项目4台46MW、1台29MW燃气热水锅炉群控系统，通过上位监控管理计算机完成对所 有锅炉控制系统的数据通讯与处理，并负责完成所有锅炉系统重要运行参数的历史记录、存 储、和生产报表打印以及各锅炉运行负荷的统一调配，充分体现了控制分散，信息管理集中 的现代工业设备控制思想的发展理念。具有投资小，可靠性高、便于扩展，技术先进等优点。3.2系统架构系统构架的设计是指整个锅炉控制系统的框架设计，在严格遵循控制系统设计标准和设 计原则的基础上，我方根据46MW燃气热水锅炉的运行特点和中央监控系统的功能
9、要求，并考 虑控制系统的科学性和先进性要求，将整个群控系统按操作的等级分为上位监控子系统、锅 炉群控子系统和锅炉辅机强电操作子系统三个部分。上位监控子系统是整个锅炉群控系统的指挥中心，所有锅炉的信息都集中显示在中央控 制计算机中，在正常运行情况下，操作员可以在指挥中心对每台锅炉进行远程操控，如控制 参数的设置、修改，启动优化控制程序，建立锅炉节能分析报表等；同时，上位监控子系统 起到信息和人员的管理职能，如建立重要锅炉参数的历史报表和趋势，对现场操作人员的生 产监督，中央监控操作员的权限设置等。上位监控子系统一般建立在锅炉房控制室内，由监 控软件、通讯电缆、监控操作平台、网络打印机、不间断电源
10、等部分组成。锅炉群控子系统是整个锅炉群控系统的控制核心，如果说上位集中监控子系统是“大脑” 的话，那么锅炉群控子系统就是“心脏”。在本系统中，单台锅炉和群控系统都由S7-300PLC 系统控制，采用集中管理的节能运行控制器作为优化策略的实施者。锅炉群控子系统建立在 锅炉房控制室内，核心控制器与上位监控子系统安装在同一平台中，主要由一次传感器、变 送器（现场安装）、核心控制模块（S7-300系列PLC）、强电手动控制、控制柜等部分组成。锅炉辅机强电操作子系统是指现场对锅炉各个辅机设备的强电手动操作系统，主要由强 电操作按钮、紧急连锁设备和操作柜组成，负责锅炉辅机设备的启/停操作以及出现异常情况
11、时的紧急操作和连锁保护功能，并具有操作上的最高优先级。根据需求在锅炉房现场单独安 装的，通过手动/自动切换开关和锅炉控制柜进行控制权限的切换。从横向角度来看，上述群控系统的设计符合国际上流行的“控制分散、监视集中”的群 控系统的标准。对于单台锅炉而言，控制是相互独立的，彼此不会干扰，而监视系统又是集 中的，信息是共享的，这有利于整体管理。从纵向角度看，锅炉控制系统是安全可靠的，在正常情况下，操作员在上位监控系统就可以对所有锅炉进行远程监控，一旦上位系统发生故 障，操作员可以通过单台锅炉控制系统进行操作，即使发生极端情况，操作员也可以通过控 制柜的强电手动操作和就地强电操作系统对锅炉进行简单的操
12、作，而不会因为控制系统影响 锅炉的正常运行。因此，这样的控制系统是强壮的、科学的、合理的。以下是本群控系统的网络拓扑图。3.3、上位监控系统的硬件组成上位监控系统的硬件主要由监控工控机、通讯板卡、不间断电源、打印机与电缆、控制 操作台等组成。监控工控机是上位集中监控系统的核心，主要功能包括：程序开发、系统诊断、控制系统组态、画面编辑和修改。设置软件保护密码，以防一般操作人员擅自改变控制策略、控制程序和系统数据库。同时，设置操作权限，防止操作人员不经意更改的参数影响系统运行。对系统数据进行备份，同时实现与远程调度计算机之间的信息交互。用户管理。监视工艺子系统内的每一检测点。显示并确认报警。显示每
13、一模拟量的实时和历史趋势走向。显示日报表数据并打印显示设备运行记录。操作方式的选择和运行参数的设置。运行工况画面的切换显示。操作帮助文件。3.3.1工业控制计算机工程师站/操作员站由工控机组成，监控计算机选用德国西门子品牌产品，机箱ATX主板 版本IPC-610是19机架安装工业电脑机箱，工控机（工程师站/操作员站）配置如下: CPU： P4 （2.6G） 内存：DDR8G硬盘：500G I/O 口：两串一并 CD RW： DVD键盘：工程师键盘鼠标：机械3.3.2显示器（三星） 面板尺寸：22英寸显示色彩：16.7M接口类型：模拟、数字、多媒体接口最大分辨率：1600X12003.3.3不间
14、断电源UPS其主要特点与技术指标如下： 先进高频技术：移植山特在线式UPS所采用的PWM高频技术，工作 频率高达40KHz，使体积大为缩小，使用更方便。安全型充电器：充电器设计结构更紧凑，充电电路和逆变电路交互 作用，既实现了充电的快速性，又可以保护电池，延长电池的使用 寿命。自我监视：开机时UPS自动模拟断电状况，对逆变器、电池等元件及负载自检，便于及时发现问题。平时不会因为UPS的故障而影响计算机的操作。自我诊断:UPS始终监视电池电压，充电过高或放电过深时，自动停止充电,有效延长UPS 整机及电池的使用寿命。内置高品质阀控式铅酸蓄电池：采用原装高品质免维护阀控式铅酸蓄电池，电力持久、稳定，有效提高UPS的使用可靠性。3.4、上位监控系统的软件功能上位集中监控系统的软件功能主要包括以下几个部分
