1、概述
    目前，在我國幾十萬臺工業(yè)鍋爐中，燃煤鍋爐占相、當人的比重，年耗煤量要占全國耗煤量的三份之一以上。長期以來由于缺乏有效的自動控制系統，鍋爐的控制基本上采用人工操作，使得鍋爐的安全運行得不到有效的保證，且燃燒效率低，操作人員勞動強度大，維修、保養(yǎng)難。隨著科技的進步，新一代性能更優(yōu)越，功能更強大的智能儀表和管控一體化計算機監(jiān)控系統的出現，使得燃煤鍋爐實現安全可靠和自動化控制成為可能。
國內原有的_丁業(yè)鍋爐，一般采用DDZ-II或III型電動單元組合儀表或其他國產儀表組成控制系統。由于工業(yè)鍋爐（特別是燃煤鏈條爐）是一個多輸入、多輸山、多變量的復雜調節(jié)系統，且各參數問密切關聯，各調節(jié)回路純滯后時間長，因此，用常規(guī)儀表就很難進行有效的控制。
我們主要生產和銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
    近幾年來，一些單位開發(fā)研制了鍋爐微機控制系統+雖然解決了控制技術和管理上的一些問題，但由于操作接口過于集中和受微機質量、操作、維護人員水平限制，使系統經常造成死機和故障，加之模擬量輸入、輸出板卡（AD、DA卡）抗干擾能力較弱，鍋爐操作現場環(huán)境差，不僅系統的可靠性難以保證，而且也無法有效長期運行。往往幾個月時間系統就不能正常工作．即使勉強使用，各檢測參數也不準確，更談不上自動調節(jié)和無維護運行。
2、控制方案設計
    可編程調節(jié)器（KMM、YS-80）是20世紀90年代初國外推出的一種儀表化計算機，它既有微機運算、編程方便的優(yōu)點，又使操作員操作編程界面在儀表上實現，能有效地解決鍋爐復雜調節(jié)回路（水位三沖量、燃燒調節(jié)等）的控制需要。另外，它具有功能強大，精度高，編程、維護方便，使用靈活，可靠性高及操作簡單方便等特點。
    UDC6300單，雙回路控制器是美國霍尼威爾公司90年代末推出的新一代智能儀表，是KM單回路調節(jié)器的升級換代產品。它不僅動能豐富、外形美觀，而且安全可靠，易于使用，是現有調節(jié)器中極為優(yōu)秀、性價比最高的控制器，既可以獨立地進行控制，也能配合Honeywell SCAN3000、GE的Cimplicity或Fix等計算機上位監(jiān)控軟件，組成分散控制系統，完成各種復雜、全面的控制。
    UDC6300具有滿足過程控制復雜調節(jié)（特別是工業(yè)鍋爐中水位三沖量和燃燒控制）所需要的所有功能，如多語言功能提示，靈活的數學運算選擇，控制算法和邏輯功能組態(tài)．ACCUTUNE"自適應（參數自整定），快速安裝和啟動，適用于現場環(huán)境的防水密封鍵盤和多信息的顯示接口等。既可采用方便的菜單式組態(tài)，也可從上位PC機上完成組態(tài)。所有這些使得UDC6300成為極易使用的過程調節(jié)器。
2.1鍋爐給水自動控制
  鍋爐給水自動控制任務是使給水量能適應蒸發(fā)量的變化，使給水量與蒸發(fā)量始終保持平衡，從而使汽鼓水位保持在一定范圍內。汽鼓水位過高會影響汽水分離效果和蒸汽質量，水位過低不僅會影響鍋爐內的水循環(huán)，更嚴重的還會造成燒千爐筒。
    影響鍋爐汽鼓水位變化的因素很多，如用汽設備的用汽量、燃料量、燃燒量、燃燒成分、給水壓力、電網頻率等。因此用人工調節(jié)．是十分困難的。
    針對負荷變化大、鍋爐容量大的特點，控制系統間采用三沖量串級給水調節(jié)方案。系統控制原理如圖l所示。
    這是～個前饋加串級的調節(jié)系統，整個控制系統形成兩個閉環(huán)回路。其一是由流量測量裝置、調節(jié)算法、給水調節(jié)閥構成的回路，稱給水流量回路．也稱內同路，其作用是消除給水側的擾動，穩(wěn)定給水流量，在水位控制中只起輔助作用：其二是由水位變送器、調節(jié)算法、整個內回路及對象控制通道所構成的同路，稱水位回路，也稱外回路，其作用是消除各種擾動對水位的影響，維持汽包水位在給定值上下波動。
    蒸汽流量信號是前饋信號，在回路中只形成開環(huán)，不影響上下兩個閉環(huán)的溫度性。它在系統中的作用有兩個：其一是改變蒸汽干擾下對水位的控制品質，克服“虛假水位”所引起的調節(jié)算法的誤動作輸出；其二是與給水流量配合（調整蒸汽信號的靜態(tài)前饋系統]，達到希望的水位靜特征(2—3mm內波動)。
2.2鍋爐燃燒控制
    鍋爐燃燒控制的主要任務主要是當用汽負荷改變時，能夠根據用汽設各的用汽量的需要及時調整燃料量、送風量和引風量，以改變鍋爐所產生的蒸汽量，達到既能滿足外部用汽的需要，又能維持鍋爐出口蒸壓力穩(wěn)定。
    另外，燃料在爐膛內燃燒時，必須供給適量的空氣，以避免因不完全燃燒而造成的損失，以及因空氣量過大而造成煙塵污染和煙熱損失增大。也就是說，燃燒控制的第二個目的是保持燃料與送風量適當匹配，使煙氣中含氧量保持最佳值，保持鍋爐燃燒的經濟型。
    燃燒控制的第三個任務是維持爐膛內負壓燃燒，爐膛負壓量是表征送引風是否平衡的一個物理量。保證爐膛負壓，也就是保證鍋爐燃燒的安全性。
    燃燒控制的難點主要體現在以下幾個方面：
    (1)煤的發(fā)熱量是由化驗員在煤場抽樣分析得來的，由于不同煤礦煤質的差異以及不能均勻攪拌，由它作為風煤配比的調節(jié)依據，精確性較差。
    (2)鏈條爐從煤塊燃燒產生熱量，到熱量傳給鍋筒中的水，使之沸騰變成蒸汽，時間相當長。在鍋爐負荷變化大時，要使蒸汽壓力穩(wěn)定，滿足供氣要求，用普通PID算法控制，不可能獲得理想效果。
    (3)煙氣含氧量通常用安裝在煙道口上的氧化鋯探頭檢測。燃燒時，由于煤塊中粉末比較多或煤的濕度比較大，造成風對煤塊的穿透性比較差。另外，爐膛長期處于負壓燃燒，爐墻透風嚴重，此類情況都會使煙氣含氧量增加。若以在此類情況下測得的含氧量信號來自動校正風煤比，將使實際工況缺氧燃燒，控制將無所適從。
    根據以上情況，我們經過對實際鍋爐運行實際工況的認真摸索，擺脫傳統的過于強調理論的方法，并考慮到殘氧量的檢測難以準確，或找不到理想的產品，暫不選用的情況，在鍋爐燃燒控制系統中，利用UDC6300可編程調節(jié)器優(yōu)秀的運算功能和手動調節(jié)模式，當鍋爐負荷變化時，操作工根據經驗，調整爐排電機轉速，平衡負荷變化。另外，可根據一段時間內的煤質和鍋爐燃燒工況（觀察火床長短，火焰的顏色，煤渣的成色等），確定合適的空煤比，再由UDC6300計算出鼓風機變頻器的轉速，使鼓風量自動跟蹤給煤量，實現一定煤質條件下固定空煤比的合理可行的燃燒調節(jié)方案（當煤質或工況改變的情況下，適當調整空煤比系數），從而使鍋爐始終處于經濟和最佳的燃燒狀態(tài)。
2.3爐膛負壓調節(jié)
爐膛負壓調節(jié)也可以作為燃燒調節(jié)的一部分。由于其動態(tài)特性比較快，影響鍋爐的安全運行，因此把它作為獨立的主回路是比較合理的。可單獨使用一臺UDC6300．采用前饋+反饋的調節(jié)方式，用鼓風量為前饋量，爐膛負壓為反饋量，當鼓風機自動跟蹤爐排轉速變化時，根據鼓風量的變化前饋調整引風量，減少爐膛負壓的波動，然后，再根據爐膛負壓反饋的情況主調引風量，從而將爐膛壓力穩(wěn)定在給定值。
2.4控制系統軟件編制
    UDC6300可編程調節(jié)器軟件編制的特點是利用其內部所有的軟件模塊進行有機的程序組態(tài)。其內部軟件模塊一般包括有PID模塊、四則運算模塊、開方、濾波、微分等模塊。通過對這些模塊的應用聯接，可以完成一般常規(guī)儀表無法完成的控制方案。而且一臺UDC6300就是一臺微型計算機，其運行撲常可靠。
    本控制系統的軟件部分是在UDC6300雙回路調節(jié)器上實現的。針對燃煤鍋爐控制系統的需要，可分別編制鍋爐水位控制程序，蒸汽量、給水量計算程序，除氧器水位、溫度、壓力自調節(jié)，以及燃燒控制程序等。
    燃燒控制中，考慮到燃煤過程的滯后時間較長，采用了加煤的采樣間歇調節(jié)方案，也就是說，當采樣到加煤量給定值之后，調節(jié)器作用一段時間立即保持住輸出，待通過熱量等形式反應出來后，再繼續(xù)測量其偏差，進行下一周期調節(jié)，這樣基本上可保證加煤系統超調較小。
3、20t/h煤鍋爐使用UDC過程監(jiān)控器與上位
  監(jiān)控軟件組成的分散控制系統與PLC或
  DCS系統的比較
    考慮到工業(yè)鍋爐特別是燃煤鍋爐的特點，在自控A案制定上，特別需要滿足以下幾點要求：
    (1)各設備運行的安全性和檢測控制的準確性、可靠性。
    (2)多變量回路調節(jié)的復雜性。
    (3)使用、維護方便性。
    PLC可編程控制器，主要用于開關量的控制，即連續(xù)生產線的連鎖保護和設備順序起停控制。隨著技術的進步，現在PLC可以處理部分模擬量（比率不超過1/3較為合適）。但目前即使是最好的PLC，也只能做到在CPU上內置PID。只能處理簡單的PID調節(jié)回路。如需做復雜的運算和處理復雜的調節(jié)回路，只有兩個辦法來解決。一是工程技術人員用VB或C語言添加、編制復雜運算和調節(jié)回路程序，其效果受編程人員水平限制，非專業(yè)軟件工程師無法對其程序代碼進行修改、校正和調試，現在工程項目一般不采用。二是將PLC系統升級到DCS系統，利用上位機專用系統軟件來解決。這樣雖然解決了運算和復雜回路的調節(jié)問題，但由于控制器各模塊集中裝于控制箱內，危險過于集中，系統中工控機、通訊電纜、CPU模塊、電源、輸入、輸出模塊任一環(huán)節(jié)出故障，都可能造成停產和系統癱瘓，所以一般要考慮后備儀表手動操作，這樣相當于做了兩套操作系統。一套手動儀表操作系統，一套DCS自動操作系統。考慮到節(jié)約費用，后備儀表系統一般采用國產儀表，可靠性、外觀、現場環(huán)境下的使用壽命均不理想。如果DCS的使用、維護、技術水平跟不上，系統最終可能回復到手動操作，造成系統資源的浪費。所以在一些大規(guī)模系統或可靠性要求嚴格的場合中，一般采用兩套控制器冗余和上位雙機熱各來組成系統。系統先進可靠，但造價較昂貴，一般在冶金、化工、地鐵行業(yè)應用較多。
    采用UDC6300智能雙回路可編程調節(jié)器，進行各復雜回路的自動調節(jié)，采用進口小型數字表作重要參數的顯示；采用上位監(jiān)控軟件和工控機進行系統監(jiān)視、重要參數記錄、報表打印、管理和上層網聯接用，較為合理。由于操作員操作界面是高性能、高可靠性儀表，所以操作、使用、維護均較為簡單方便（一般高中生即可熟悉掌握）。而各相關回路調節(jié)分布由幾臺UDC來完成，危險相對分散。即使其中一臺顯示表或調節(jié)器出故障，也因其儀表型號、規(guī)格一致、互換性好，各采用一臺備件，即可由普通電工在幾分鐘之內更換完畢。系統維護量很小，可靠性、安全性和使用壽命大大提高。另外，由于各儀表參數均可采用當今自控行業(yè)最流行的lvfODBUS-RS485RTU通訊協議，采集進計算機（進口儀表有此功能），系統沒有重復配置地方，造價也較為適中，實現了控制回路各環(huán)節(jié)的相對均衡和操作界面的高可靠性。
4、結論
    這種分散型控制系統在目前技術水平下，是20t/h燃煤鍋爐最為合理先進和可靠的自控系統方案。該方案充分實現了危險分散、管理操作集中的現代控制理論，在我國工業(yè)鍋爐控制領域，具有較好的推廣、應用價值。零陵卷煙廠的煤鍋爐采用該白控系統投運半年多來，系統穩(wěn)定可靠，極大地減輕了工人的勞動強度。