摘要：在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数。若水位过高，则会影响汽水分离的效果，使用电气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡维持汽包内水位在允许的范围内变化。
关键词：锅炉水位；PLC电气控制；系统设计
1锅炉的基本构成
1.1气锅
由上下锅炉和沸水管组成。水在管内受外部烟气加热，因而管簇内发生自然的循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在锅筒里面。下锅筒起着连接沸水管的作用，同时储水。
1.2 炉膛
是使燃料充分燃烧并放出热能的设备。燃料（煤，燃油或煤气）由传送设备直接送入炉内燃烧。所需的空气由鼓风机送入，燃尽的灰渣被炉排带到除灰口。落入灰斗中，得到的高温烟气依次经过各个受热面，将热量传递给水以后，由烟囱排到大气中。
1.3 过热器
是将锅炉所产生的饱和蒸汽继续加热为过热蒸汽的换热器。
1.4 省煤器
利用烟气余热加热锅炉给水，以降低排出烟气温度的换热器。
1.5 空气预热器
是继续利用离开省煤器后的烟气余热，加热燃料燃烧所需要的空气的换热器。通常，大、中型锅炉中均设有空气预热器。
2锅炉水位控制系统在锅炉生产控制系统中的重要性
锅炉是一种受压又直接受火的特种设备，是工业生产中的常用设备。对锅炉生产如果操作不合理，管理不善，处理不当，往往会引起事故，轻则停炉影响生产，重则造成爆炸，造成人身伤亡，损坏厂房、设备，后果十分严重。因此，锅炉的安全问题是一项非常重要的问题，必须引起高度重视。
工业锅炉中最常见的事故有：锅内缺水，锅炉超压，锅内满水，汽水共腾，炉管爆破，炉膛爆破，二次燃烧，锅炉灭火等。其中以锅炉缺水事故比例最高。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。
3锅炉控制系统的设计
3.1 系统硬件设计
本系统PLC基本配置要求有9点开关量输入，10点开关量输出；3路模拟量输入，1路模拟量输出。其中SB0锅炉运行开关，SB1、SB2水位控制开关，SB3空气压力开关，SB4燃油压力开关，SB5鼓风压力开关，SB6、SB7蒸汽压力保护开关，SB8火焰检测器开关，KM1燃烧器鼓风机接触器，KM2油泵接触器，KM3空压机接触器，FM报警蜂鸣器，Kv1点火喷油电磁阀，TR点火线圈继电器，Kv2燃油电磁阀。
3.2 系统软件设计
锅炉控制系统全自动起动、停炉和故障事件处理，按照要求在PLC中编制用户程序，实现：给水、扫气、点火、燃烧等过程的全自动起、停控制。
锅炉水位自动控制，蒸汽压力自动控制，燃烧程序自动控制，保护与报警功能的实现。根据控制要求自动起停风机、开闭风门和控制风门的大小，完成扫气工序。
3.3 PLC输入输出控制系统
PLC具有可靠性高、抗干扰能力强，建造工作量小、维护方便，体积小、质量轻，能耗低等显著特点，运用PLC控制锅炉已越来越成为一种趋势。
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（1）锅炉PLC控制过程
首先确定PLC输入、输出信号，确定哪些机床信号（如按钮、行程开关、继电器触点、无触点开关的信号等）需要输入给PLC，哪些信号（如继电器线圈、指示灯及其他的执行电路）需要从PLC输出给锅炉，从而计算出对PLC的输入、输出线数目以及IO地址分配。
（2）PLC输入输出信号
PLC系统输入输出信号。利用系统输入输出IO分配，控制相应动作。输入信号包括刀具换刀、刀具夹紧、气压报警、坐标轴回零、坐标轴正负限位信号、主轴速度到达信号、外部运行允许信号等。根据程序控制输出信号，也可以按照控制需要对程序进行修改，改变输出信号或IO分配。输出信号包括刀具正反转、刀具换刀位、主轴使能、冷却开、伺服使能、伺服强电允许、主轴松紧等，输出信号也可以扩展。
4基于PLC的锅炉自动控制系统设计过程
实现锅炉自动控制系统设计，首先我们需要对锅炉的整体结构有一个大致的了解：锅炉，顾名思义，由锅和炉组成，简单来说，锅是用来加热水的，炉是用来燃烧燃料的；前者涉及的是蒸汽输送系统和送水系统，后者涉及的是送煤系统和燃料燃烧系统。
控制系统可以通过这一系列的控制信号和控制点对燃料供应系统、热水循环系统、燃烧系统以及热水锅炉机组控制系统进行及时有效的控制，从而保证系统能够对燃气是否泄漏做出判断，防止安全事故的发生、能够在水量不足的时候及时补充水、对锅炉水位进行监测，以保证锅炉不会因为水位过高或过低而发生事故、对锅炉压力进行监测，防止锅炉在超压时运行以及对炉水温度进行实时跟踪，防止炉水温度超过安全设定，保证机组安全运行。总而言之，用PLC实现的自动控制可以让锅炉更为安全、稳定并经济合理的运行。
5 PLC在系统中的应用
针对锅炉控制对象的特点，周边环境的特殊性及运行周期的连续性，选用SIEMENS公司的S7-200系列PLC控制锅炉汽包系统。S7-200PLC具有单独的S7-200CPU和多种可选择的扩展模块，组合方便，控制方式多样化，控制规模由几点到几百点不等。
针对锅炉控制系统的I/O点数，系统中S7-200PLC的CPU选择CPU222模块，选择EM235作为模拟量输入输出模块。扩展模块耗电量大，做多带2个，但CPU222能够满足其基本要求。
系统的控制原理是：现场信号（汽包水位，蒸汽压力，给水流量等物理量）通过传感器检测，变送器传递并转换，传递给EM235，通过模拟量和数字量转换，传送给CPU222，处理数据后，传递给PID模块，将数值转换成标准控制信号，经EM235输出到电动阀门，实施自动控制。传递数据的同时，CPU222具有自报警功能，超过上限时，产生报警信号。整个PLC系统的启动，停止等功能的控制主要通过控制开关来完成。
在Windows平台中，西门子PLC选用“STEP 7-Micro/WIN32”编程软件，参数的初始化是通过调用子程序完成的，累加器、PID、定时器等都是通过其完成的。数字滤波是通过采集模拟量完成的。通过滤波处理的数据，转换成物理量，和PID模块的标准值比较，进行PID运算，转换成标准控制信号，传递给输出模块，完成其系统的正常运行。
6 结语
在锅炉运行中，水位是一个很重要的控制参数，它间接地反映了锅炉负荷和给水的平衡关系。保持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。锅炉汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽中水分过多，结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时会使过热蒸汽汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低，则由于汽包内的水量较少，当负荷很大时，水的汽化速度很快，因而汽包内的水量变化速度很快，如不及时有效控制，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉被烧坏或爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而锅筒的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持锅筒内水位在允许的范围内变化。高压锅炉汽包长期在高水位下运行，已成为高参数汽包锅炉普遍存在的问题。研究汽包内部实际水位与水位计显示水位差值的成因，并设法修正和消除这个差值，对于合理控制汽包水位，保证机组安全经济运行有着重要的现实意义。
[1]潘光峰，许健.老式锅炉控制系统的PLC控制改造[J].煤矿现代化.2009（02）
[2]孙宝山.PLC系统在蒸汽锅炉控制中的应用[J].炼油与化工.2009（04）
论文作者:章航伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/5
标签：锅炉论文; 水位论文; 汽包论文; 信号论文; 系统论文; 蒸汽论文; 控制系统论文; 《基层建设》2019年第4期论文;