邯钢6座20t热力锅炉(以下简称6座锅炉)始建于1979年,主要功能是向 焦化厂煤气净化回 收系统输送蒸汽,保持焦炉煤气及化工产品生产的连续性,兼有向公司蒸汽管网调配蒸汽的任 务。锅炉初建时配置的仪表检测系统年久老化,故障频出,影响了锅炉的运行品质和蒸汽产 量。
6座锅炉计算机检测控制系统的开发和应用,创出了具有特色的“一控三 、热备一”管理控制模式,彻底改变了落后的检控系统,实现了高科技管理设想,保证了6座锅 炉高品质高效率运行。
1 课题的提出与可行性分析
锅炉检控系统必须要改造,但怎样才能为6座锅炉配置一套“检控能力强、方便 岗位操作、投资费用少、安全系数高”的高科技检测系统,需要进行多方面的可行性分 析的。
1.1 课题的可行性分析
(1)从锅炉自动化设备 的应用状况看
经过考察,将仪器仪表自动化控制设备的应用状况归结为2条:一是各类设 备货源充足,选择范围大;二是锅炉应用的检控系统以传统仪表分立检控方式居多,维护成本 高,检控环节多,效果不理想。即使有用计算机控制的,也几乎全是“一控一”模式,即:一套 计算机只检控一台锅炉。至于“一控二”或“一控三”或更多,则没有一家单位愿冒设计风 险,也不愿“接手”。从考察到的现场和所能收集到的信息看,也没有成功先例。
(2)从锅 炉运行检测指标看
①压力流量类的量值检测准确度要求不低于±0.1%。②温度量值检测 准确度要求不低于±0.5%。③水位控制线要求不超过±20mm。前两项指标无论是常规仪表 还是计算机检测控制都能达到。第三项指标,实践已经证明常规仪表远不如计算机。因此,从 最大限度保证锅炉运行品质和便于分析、便于管理角度看,计算机检控方案也应是符合生产 需要的一种选择方案。
(3)可行性分析
综合上述两点分析,如选择常规新型仪表系统配置 ,可用,但效果不尽理想;如选择计算机，自己编程控制,“一控一”有90%把握,“一控二”或 “ 一控三”没有100%把握,但如能实现,将是一个理想的方案。关键在于系统的硬件配置和软件 设计是否符合逻辑算法和锅炉运行品质的要求,是否能在程序调试过程中进行细微的完善 。只要这样,方案就有可能成功。
1.2 确立课题的实施原则
(1)安全原则。即锅炉所有需报警的工艺参数百分之百要达到检测准确、声光显示、实况存 储、报警及时。并便于识别和纠正,便于事故分析。
(2)先进适用原则。考虑到仪器仪表控制设备科技含量高、更新换代快的特点,拟选的这套检 测系统应当在设备使用寿命周期内(一般8～10年)始终能保持适合锅炉运行需要的检测与控 制能力,并仍有充足的维修备品可供选购。寿命周期内不需再更新微机主体设备。
(3)费用节约原则。系统的设备购置及设计开发费用、系统的日常维护费用均应相对较低。
(4)劳动效率原则。系统运行之后,锅炉操作工人和自动化仪表维护工人应当有所减少,人均 劳动效率应有明显提高。
(5)品质、目标原则。系统的检控效果,应最大程度满足锅炉运行工艺检控的需要和对锅炉运 行参数分析管理的需要。
上述原则或框架,是我们对课题基本的设计定位。所有方案的选 择和具体环节、具体程序的设计都应该围绕这些原则来进行。
2 方案选择
根据各方案投资测算结果,结合有关分析评估情况,我们采用了“费用、效果比较”法,将相 关数据和因素列入“各方案费用、效果比较表”,择优选出了计算机“一控三、热备一”的 方案,如表1所示。
表1 各方案费用、效果比较表 (万元)
| 方案 | 投资
测算 | 年维
修费 | 维护
人员 | 操作
人员 | 软件
费用 | 效果
评价 | 保障
系数 |
| 常规仪表 | 36.6 | 3.1 | 13人 | 12人 | - | 良好 | 5/6 |
| 一控一 | 43.8 | 2.6 | 13人 | 12人 | 2 | 优 秀 | 5/6 |
| 一控二 | 38.4 | 2.2 | 10人 | 10人 | 3 | 良好 | 4/6 |
| 一控三 | 31.5 | 2.0 | 8人 | 9人 | 4 | 优秀 | 6/6 |
3 系统的硬件配置和软件开发
3.1 系统的硬件配置
系统的硬件配置结构如图1所示。
图1 “一控三”锅炉微机检控系统硬件配置示意图
(1)主控微机采用486档位主机,4m内存,540m硬盘,配51cm彩色显示屏。
(2)模块选择
adam－4520是接口模块。即rs－232/rs－485转换器。
adam－4017是8通道检测压力、流量、汽包水位用的变送器ma信号输入模块。模拟电信号经 该模块转换为工程量单位输送给计算机。
adam－4018是8通道检测温度用的热电偶mv信号输入模块。模拟电信号经该模块转换为工程 量单位输送给计算机。
adam－4021是1通道模拟量输出模块。计算机的调节信号经该模块转换成为4～20ma的输出电 信号,经电气转换器调节控制执行机构的开闭。
adam－4060是4通道的数字量输出模块。计算机报警信号经该模块输送给声光报警器。
以上几种智能模块内部均置有微控制器。这些模块通过发出ascii码格式命令集,并以rs－48 5通讯协议发送,予以遥控。
系统的连接采用了rs－485工业总线方式。eia rs－485是工业上使用最广泛的双向有补偿传 输线标准。各智能模块和计算机之间用一组屏蔽双绞线相连,抗工业干扰性能很强。当节点 通过网络信号时,由于采用简单的“命令/回答”时序,因而不会产生发送冲突。当模块不发 送数据时,它们处于侦听方式。
(3)变送(传感)器件的选择
压力、流量、液位变送器选用无矢量机构的ⅲ型电容式变送器。这类仪器重量轻、精度高、 稳定性好。温度传感元件采用普通型热电偶,这种产品已经是成熟大批量产品。
(4)执行器用气动薄膜调节阀。其他仪表为通用型产品。
3.2 系统的应用软件设计
(1)逻辑算法设计。应用软件是在dos系统下采用borlandc c++3.1开发的。主机采用 查询方式,从机采用中断方式。信号采集周期设计为3s。主要程序框图分别如图2、图3所示 。关键的汽包水位调节采用了三冲量调节方式,加法后置式。液位部分为增量式pi算法。
图2 程序结构示意图
图3 数据处理子程序示意框图
式中 yy为本次输出增量；kp为输出比例；ek为本次偏差；ek1为上次偏 差；ti为采样周期；ki为积分时间。
三冲量调节:
i=a-b+c=(i′+yy)-kb×ib+kc×ic
式中 i为输出电流值；i′为上次输出值；a为上次输出加yy；kb为给水流量系数 ；ib为给水测量值；kc为蒸汽流量系数；ic为蒸汽测量值。
(2)安全保障设计。为了最大限度保障锅炉运行安全,当实际汽包水位偏离控制线较大幅度时 ,从软件上设计了快速满度保护措施。即:当水位高于控制线40mm时，使输出迅速最 大保持进水调节阀全关;当水位低于控制线40mm时，使输出迅速最小保持进水调节阀全开。
(3)软件设计。本系统软件预期功能目标有以下几个方面:
①单台多台锅炉各检测控制参数“表格式”和“棒图式”显示功能；
②水位、给水流量、蒸汽流量同画面动态曲线实时显示功能;
③(小)时水位、给水、蒸汽运行曲线存储、调出显示功能;
④单台锅炉工艺流程图各检测点量值显示功能;
⑤对水位、给水流量、蒸汽流量自动计算并自动控制给水流量功能;
⑥随时打印实时检测记录及打印班报、日报功能;
⑦主机有故障时,从机自动“顶替”工作功能。
⑧画面及数据项目切换查看功能;
⑨流量累计存储查看功能。
4 系统运行的效果和效益
(1)系统改造后,故障停机时间大大减少,锅炉运行品质得到了明显改善,一年增加蒸汽产量3 万多吨,可创效60多万元。
(2)因大大减少了停炉、倒炉、开炉的次数,相应的节约了电耗和煤耗。两项可节约费用6万 元/年。
(3)由于锅炉检测控制模式实现了根本性的改进,因而减少了操作和维护的人数,节约了维护 材料费用,当年节支9万余元。
(4)系统的改造全过程,由于采用了方案优化,共节约了软件开发费、设备购置费、施工调试 费计13万余元。■
作者单位：孟鹤鸣(邯钢自动化部 邯郸 056015)
李凤超(邯钢自动化部 邯郸 056015)
