文 献 综 述

一．课题研究的目的及意义

作为将一次能源（煤炭、石油、天然气等）转换为二次能源（蒸汽）的重要动力设备，锅炉在现代工业生产中得到了越来越广泛的应用，而且在石油、化工、电力等工业中，锅炉已经成为其生产过程中不可缺少的重要设备。

二．锅炉的发展史

从上世纪80年代至90年代中期，PLC得到了快速的发展，在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程 控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS系统[1]。PLC 具有通用 性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC 在工业自 动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的[2]。PLC 锅炉控制是近 年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制和锅炉节能等几项技术紧密 结合的产物，作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济的运行，减轻工作人员的劳动强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行自动检测、自动控制等多项功能。由于我国工业锅炉生产操作水平落后，造成很多大量的热能丢失，实践证明，工业锅 炉实现微型计算机控制，是锅炉安全生产，提高热效率，节约能源的一大创举，也为锅炉生产开辟了广阔的前景。过程控制（Process Control)通常是指是有化工、电力、冶金等工业生产中连续的或 按一定周期程序进行的生产过程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。在现代化工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等起着越来越大的作用。锅炉的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。火电厂中锅炉的主要任务是根据负荷设备（汽轮机或蒸汽用户）的需要，供应一定规格（压力、温度和纯度）的蒸汽。火电厂锅炉是一个复杂的被控装置，它的被控参数和控 制参数繁多且其间常存在着相互关联，实际上它是一个多变量耦合对象。目前火电厂中锅炉的主要任务是根据负荷设备（汽轮机或蒸汽用户）的需要，供应一定规格（压力、温度 和纯度）的蒸汽。锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。 火电厂中锅炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC 配置、组态软件程序设 计等几方面对于火电厂中锅炉的控制是非常重要的[3,4]。选择合适的传感器、变送器、控制器与执行器等，确定控制器的正反作用方式，通过电厂锅炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高，控制精度好等特点，对工业控制有现实意义[5]。

三．国内蒸汽锅炉的发展现状与趋势

我国能源的供应也是以煤为主。但是能源的需求量增大以后，以煤作主要能源的弊端日益显现，必须寻找其他能源替代煤炭作为主要能源[6,7]。我国是一个缺乏原油的国家，从整个世界范围来看 石油的可利用前景也不是十分乐观,所以不应将燃料政策定位在以燃油为主。另外，当人们的生活提高到一定程度，必然对大气环境提出 较高的要求， 大气环境的好坏不仅直接影响人们的身体健康和寿命的长短，而且也标志着一个国家的发展状况和文明程度。影响环境质量的因素很多，在我国北方，影响冬季大气环境质量的最重要因素就是采暖所用的燃料形式。用燃气代替燃煤采暖是改善北方地区冬季环境 质量的重要措施。我国北方城市多年来一直采用集中供热方式，国内外的运行情况说明，这种供热方式技术上成熟，也是比较经济的[8]。但近年来随着经济的发展、体制的改革，使集中供热面临着一些社会矛盾，主要是包烧费收缴困难及因此带来的供热质量得不到保证。因此，家庭燃气采暖方式（以燃气为气源，每户自己采暖）就必然会被人们接受而得到 发展。锅炉是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能加热水或其他工质， 生以产规定参数 (温度、压力 )和品质的蒸汽、热水或其他工质的设备。锅炉是一种能量转换设备,向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸 汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉 称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的 锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。在现代工业生产过程中，随着生产规模的不断扩大、生产过程的强化、对产品质量的严格要求以及各公司之间的激烈竞争，人工操作与控制已远远不能满足现代化生产的要求。所以设计一个完善的锅炉监控系统已成为工业生产过程中必不可少的装备，为保证现代企业安全、优质、低消耗和高效益生产提供了有效的技术手段。锅炉是我国工业和生活上应用面最广、数量最多的热力设备。由于锅炉往往负荷变化大、起停频繁，依靠人工操作很难保证其安全、稳定地在经济工况下长期运行。其中锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统 中最重要的环节。汽包水位是工业锅炉安全稳定运行的重要指标，是自动化控制系统的主要目标[9]。保证水位控制在给定范围内，对于提高蒸汽品质，减少设备损耗和运行损耗，确保整个热力网安全运行具有重大意义。在锅炉运行过程中，存在着大量的随机性干扰因素。如负荷冲击，电网电压波动以及引起的给水、供风、供油量的变化等。此外，燃料品质的改变亦造成燃料的不稳定，这些因素使得气包水位具有复杂的动态特性。设计一个完整的控制系统，除了明确控制要求、确定控制方案之外，更多的工作还包括仪表的选型，控制系统结构的论证和确定，控制系统软、硬件的开发和配置，控制系统的工程实施、调试和投运等一系列复杂的工作。例如，对于一个具体的被控对象如何选择控制系统的类型，需要对被控对象的特点和要求、控制系统的规模、控制方案的复杂性等 诸多方面进行分析，从必要性和可行性两方面来综合考虑。如果控制回路较少、控制功能较单一，此时可以选择以常规模拟仪表，或者数字调节器，或者以IPC、小型PLC为基础构成的控制系统；如果锅炉控制监控被控对象的工艺流程较长，检测、控制回路较多，控制方案复杂，高级控制系统较多，安全可靠性较高，操作管理功能要求较高等，此时应该采用 DCS 或者大、中型的PLC来构筑控制系统。综合来看，根据锅炉科学的特点和现状，要想深化气饱水位、蒸汽出口压力自动连锁控制就必须突破传统研究方法，勇于开辟新思路、探索新理论，吸收其他学科的最新研究成果，对分离过程设备进行强化。开发环保、高效、节能并符合精馏过程的设备，是今后有待解决的问题。



参考文献

[1]. 李道霖著.电气控制与PLC原理及应用（西门子系列）.[M]. 北京: 电子工业出版社, 2003.

[2]. 徐国林著.PLC应用技术[M]. 北京: 机械工业出版社,1994.

[3]. 李长久编著.PLC应用及原理[M]. 北京：机械工业出版社.2003