摘要：实现锅炉自动化具有提高锅炉运行的安全可靠性、提高锅炉运行的经济性、减少运行人员、提高劳动生产率、改善劳动条件等特点，具有显著的经济效益和社会效益。本文主要对工业锅炉自动化控制系统的设计原则、自动化控制系统的内容及组成进行了探讨。
关键词：工业蒸汽锅炉；自动化控制；系统组成
1 工业蒸汽锅炉设计原则
根据工程的重要性和实际使用、维护等多方面因素，建议主要遵循以下原则：
1.1 安全、可靠、适用、耐用、易操作、易维护。
1.2 节能、环保、投资少、效率高、先进性。
1.3 系统软件功能完善，提高管理水平。
1.4 预留接口，用于扩建时联网、通讯，方便管理。
2 自动化控制系统的内容
2.1 自动控制
自动控制是按一定的次序、条件和时间要求，对工艺系统中各有关对象进行控制的一种技术，是生产过程自动化技术的一个重要组成部分。主要指锅炉的起动、停止及正常运行等一系列操作自动化。锅炉上应用的自动控制主要有：送、引风机的起停，水处理设备的运行，输煤系统的启停等。采用自动控制可以大大提高锅炉的自动化水平，简化操作步骤，避免误操作，减轻劳动强度，加快机组的启停速度，减少运行人员等。
2.2 自动调节
锅炉的一些被调参数应自动地适应运行条件的变化，使锅炉在所要求的工况下保持运行。
2.3 自动检测
用检测元件和显示仪表或其它自动化设备，对系统的温度、压力、流量、液位等热工参量，进行连续测量和显示，以供值班员监视生产情况，或为企业经济核算提供数据，为自动调节和保护提供检测信号。以此监视工业锅炉生产过程进展的情况和发展的趋势，以指导安全操作生产，求得维护最佳运行工况。是锅炉生产自动化的组成部分，是实现锅炉生产自动化的前提和基础。自动检测点的选取是依据锅炉生产工艺要求设计的。
2.4 自动保护
当设备运行状况发生异常或参数超过允许值时，及时发出报警或进行必要的动作，以避免发生设备事故和危及人身安全。锅炉生产的自动保护主要分为以下几种：
2.4.1 联锁保护
防止锅炉设备在启停过程中，由于操作次序错误而造成事故，在上一步操作未完成前，不能做下一步操作。或者在锅炉运行时，当某些辅机发生故障，另一些有关的设备必须立即动作或停止，以免事故进一步扩大。
2.4.2 限值保护
工业锅炉运行时的实际蒸发量和变动负荷速度应根据锅炉及辅机的运行状态予以限制。各种调节阀、调节挡板的最大和最小开度应予以限制。
2.4.3 紧急保护
如果蒸汽压力，锅炉水位出现危险工况时或炉膛熄火时，相应的自动保护装置都应能快速投入。
2.4.4 指示与报警
各辅机工况应予显示（指示灯或仪表），危险工况应立即自动报警，当参数超过规定值时，发出声光信号，提醒值班员注意，采取有效措施，以保证正常生产，或自动地按一定顺序操作某些设备或紧急停止机组运行。
3 锅炉控制系统的总体组成
3.1 系统总体结构
锅炉控制系统是典型的多变量、纯滞后、强祸合的控制系统，如果不能在控制策略和软件实现上很好地解决多变量解偶关系和滞后响应问题，那么，实施智能锅炉控制系统改造后同样也将无法实现预期的目标。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在控制系统设计上我们采用集中控制分散驱动一方案的集散控制思想，把控制系统分为三层：
3.1.1 信息管理层
完成系统关键技术数据的设定、实时数据和运行状态的监视与控制、历史数据的查看、数据报表的记录与打印、报警与故障的提示处理等功能；主要由上位工控机（IPC）、组态开发软件、应用程序、通讯模块等组成。
3.1.2 控制层
主要完成各种控制动作命令、实时数据的采样与处理、连锁动作的关联表达、控制算法的实现、异常现象的自动处理等功能；主要由可编程逻辑控制器（PLC）的开关量模块、模拟量模块、智能PID调节仪、变频器、PLC应用程序等组成。
3.1.3 设备层
主要接受来自PLC的控制命令，执行相应的动作或提供相应的检测数据。主要由断路器、交流接触器、压力变送器、温度变送器、流量变送器、电动开关阀、模拟信号隔离分配器等织成。
3.2 主要器件选择
本控制系统主要器件包括工控机、PLC、变频器等。它们的选择在保证功能的同时尽可能要求高可靠性和使用方便。
3.2.1 工控机
上位机选用工控行业应用广泛的研华工控机，具体配置是：IPC610机型2.4G/P4CPU.DDR1G内存，160G硬盘。该机型内部底板上有8个ISA总线插槽，4个PCI总线插槽和2个CPU主板插槽，可以方便地进行系统扩展。另外，选配菲利浦19寸彩显，外接打印机。工控机通过Siemens的CP5611长与PLC通讯。CP5611是一款PCI长，可用于将编程器或计算机连接到PROFIBUS或MPI接口，其数据传输率为9.2Kbit/s-12Mbit/s。
3.2.2 PLC
下位机PLC选用Siemens的S7-300通用型PLC。
SIMATIC S7-300通用型可编程控制器能适合自动化工程中的各种应用场合，是一种模块化中小型PLC系统，多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/0扩一展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。在国内，S7-300以其模块化、无排风扇结构、易于实现分布、易于用户掌握等特点，成为各种控制任务方便又经济的解决方案，能满足从小规模到中等规模的控制要求。
3.3 系统运行方式
本系统由两套锅炉控制系统组成，在上位机上通过系统切换。在上位机上，可以选择手动、半自动和自动运行三种运行方式。
3.3.1 手动方式
这种方式下，操作人员可以单独开、停任何设备。当然，各种报警及必要的保护仍有效。
3.3.2 半自动方式
这种方式下，系统可以自动启、停，各种连锁有效，只是一些自动调节不能执行，如给水过程中，给水泵将按照锅筒水位设定的上、下限来停或开。
3.3.3 自动方式
这种方式下，系统可以自动启、停，各种连锁有效，各控制过程按设定值自动调节。
系统也可以摆脱工控机和PLC，由按钮、旋钮等实现手动操作，此时，锅炉的水位等信号可由仪表观察到。当然，若工控机和PLC未断电，上位机上也可观察到这些信号。
结束语：
工业锅炉是一种极为复杂且典型的热工系统，对锅炉自动化控制系统进行有效的开发与研究，进而实现系统功能的完善，且提升锅炉的性能，符合当前社会工业锅炉生产发展的需求，拥有极为宽广的发展前景与极高的研发价值。对工业锅炉的自动化控制系统进行研究，不但能够在一定程度上提升锅炉系统的自动化水平，实现节能减排，同时还能够提升锅炉使用的安全性与可靠性，具有极为重大且现实的意义。
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[5]工业锅炉自动化控制系统[J].李一草.今日科苑.2014（02）
论文作者:高毓峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/6
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