蒸汽锅炉控制系统改造方案.doc

燃气锅炉改造方案一、 项目工程概述厂内的3台3台WNS10-1.6-Q 型10t/h燃气锅炉，由于年久失修、设备老化，系统运行不稳定，现对此三台锅炉进行升级改造本系统采用先进的西门子S7-300系列PLC对锅炉进行综合自动化设计系统改造后，锅炉控制系统具有远程实时过程控制与上位机联网功能，且较改造前的控制系统更加安全、稳定、先进、智能针对此项目所需进行改造的基本内容如下：1) 将原来配电柜内的SIEMENS S7-200 PLC更换为SIEMENS CPU315-2DP/PN，并增加相应的输入、输出模块和相应电器元件；对现有的压力、流量、温度传感器（含蒸汽流量计）进行更换；同时，对现场的所有线路（动力电缆和控制线路）进行更换锅炉房现有电源柜保持不变2) 人机界面更换为SIEMENS 12寸触摸屏，对集中监控系统的硬件和软件进行升级改造，操作站显示器更换为23寸，监控软件采用IFIX 5.03) 在3台锅炉的炉头部分分别增加一个水位摄像头，在中控室增加一台水位显示器，在水位显示器上能够显示3台锅炉的实时水位，并能自由切换4) 用STEP7 V5.5以上的版本对PLC的程序进行编写，编写的程序严谨、合理，安全、可靠，能够满足工艺要求，编写后的人机界面能够显示现场所有传感器的实时数据和燃烧机的重要参数，操作站显示器除能够显示现场所有传感器的实时数据及燃烧机的重要参数外还具有网页发布的功能，能够监控和显示地下室中控室网络节点的所有数据。

5) 保留原辅机控制柜，不增加传感器件，通过增加以太网模块以此来和上位机进行通讯我公司是基于西门子PLC(Programmable Logic Control可编程逻辑控制器)对工业自控进行系统设计的技术性公司，针对现在锅炉控制的集中监控化，我公司开发出一套非常实用于锅炉的智能化控制的控制系统在满足用户实用性的同时，还能最大限度地进行能源的节约 通过我方控制系统在实际的大量应用，使用户减少了人力的投入，加强了管理力度、减少了能源消耗，也增加了锅炉运行的稳定性，得到了用户对我公司产品的肯定二、 项目的设计标准我们在工程的设计及施工中遵循以下的标准：Ø 《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》Ø 《工业锅炉节能监测方法》GB/T 15317 --94Ø 《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ/232-90、92Ø 《锅炉房安全管理规则》Ø 《工业锅炉热工试验规范》GB10180Ø 《电气装置安装工程电气照明装置施工及验收规范》GB50259-96Ø 《工业锅炉热工试验规范》GB10180-88Ø 《电气装置安装工程盘及二次回路结线施工及验收规范》GB50171-92Ø 《锅炉压力容器安全监察规程》三、 项目的设计原则在工程项目的设计中，我们会将以下的一些原则引入设计中，将工程做的高于需方要求的标准：Ø 系统设计应遵循“技术先进成熟、实时快速、安全可靠、经济实用、便于扩展、容易升级”的基本原则。

Ø 采用先进、成熟的全开放、全分布系统结构，系统配置和设备选型便于硬件和功能的扩充，并适应工控技术发展迅速的特点，充分利用工控领域的先进技术，使系统性能达到国内一流水平，确保软、硬件安全可靠、长期连续运行的目标Ø 系统应具有可靠性高，抗干扰性能强，可利用率高，可维护性好的特点Ø 系统应具有高度可靠，不会因局部故障而影响现场设备的正常运行，而且系统的MTBF、MTTR及各项性能指标均达到或超过行业标准四、 项目通讯方式的设计智能设备如变频器等设备通过PROFIBUS-DP接口与主控制器连接，实现高精度的信息传输；其它如软启动器、流量检测、限位开关、电磁阀、压力检测、温度检测、液位检测等其它信号通过PLC采集到锅炉控制系统采用硬件连锁的方式进行工艺线的联动控制采用TCP/IP工业以太网与上位进行通讯，通讯模块由设备单机控制系统自带辅机设备只进行监控，通过增加通讯模块，采用TCP/IP工业以太网与上位进行通讯五、 锅炉控制系统的特点与控制功能5.5.1 锅炉控制的整体设计现场有三台蒸汽锅炉，针对单台锅炉来说，锅炉控制的整体设计如下图示所示：5.5.2 锅炉控制系统设计特点我们对蒸汽锅炉控制系统进行如下的设计：1) 增加PLC的数字量和模拟量的输入及输出通道，控制三台锅炉控制系统的故障、压力、温度、液位等信号，同时预留业主需要的故障信号的硬件输入/输出点（DI采集通道和继电器输出通道）。

2) 通过对三台锅炉控制系统的改造，使锅炉能够的自动启、停锅炉和手动启、停锅炉，通过增加信号传输模块，使系统能向集中监控系统提供启、停炉的过程时间和启、停炉动作的冷却时间当锅炉启动后，能进行自动负荷调节3) 对每台锅炉增加触摸屏，通过对触摸屏进行组态，能够在触摸屏上实现手/自动的负荷调节，同时可以向集中监控系统提供数据4) 通过对现场设备进行检测，将所有测点数据上传至锅炉集中监控系统和地下室中控，同时能在触摸屏上显示5) 将锅炉控制作为一个整体对象控制：按工艺流程的自动化过程由PLC系统协调完成，达到能量平衡；保障锅炉及辅助设备安全、可靠、高效运行和启停6) 通过增加控制的智能化及节能化，提高系统运行的技术经济效益锅炉及辅助设备在额定参数上运行，使锅炉及辅助设备处于最佳运行工况；实现高自动化投入率，提高可靠性，减少误操作，降低事故率7) 增加系统的实时处理能力和故障指示，完善的操作指导和事故分析手段通过检测锅炉、辅助设备的运行工况的参数，当运行工况出现异常时，一方面进行符合锅炉安规要求的安全控制，一方面报警并提示运行人员及时处理,有助于锅炉辅助设备的日常管理和事故分析8) 通过触摸屏功能的合理化设计，快速准确地采集参数的数据显示、设备状态、报警、性能指示，为操作人员提供操作依据。

9) 通过PLC控制器的实时监控，对锅炉安全做到保护功能、模拟量控制功能、锅炉燃烧控制及安全运行程序功能、锅炉检测调节功能等10) 通过联网型模块使系统做到集中监控功能，并预留与能源控制中心和安防监控中心联网接口11) 通过程序的合理化、缜密化设计，使锅炉具备水位保护、压力保护、温度保护等多种安全联锁保护及报警功能12) 在触摸屏上能够显示设备的故障报警、超限报警画面，在出现故障时，故障报警信息自动弹出，并具有故障自诊断功能5.5.3 锅炉系统控制方式及功能根据标书的具体要求，我方在蒸汽锅炉的控制系统中遵循以下的一些控制方法，以便能使系统更加安全、稳定的工作：1) 控制系统具有手动、自动两种控制方式手动时，通过人手动进行控制；自动时，通过PLC进行自动的控制2) 通过增加程控器，使PLC能够实现锅炉系统启动/停止、锅炉发生故障、紧急停炉等顺序控制要求3) 在设计时，增加优先控制理念，使设备的硬联锁、保护指令具有最高优先级；其次手动指令比自动指令优先使被控设备的“启动”、“停止”或“开”、“关”指令互相闭锁，且使被控设备向安全方向动作4) 增加系统联锁保护功能，通过联锁、联跳和保持跳闸功能来保证被控对象的安全。

机组的硬联锁及保护跳闸功能，包括紧急跳闸均采取硬接线连接5) 为了增加系统工作的可靠性，风机、变频器/水泵、程控器、开关电源、触摸屏、轴流风扇、PLC、接触器线圈、报警器、门控灯分别由独立电源控制通过在电控柜内增加温度传感器，使轴流风扇受电控柜内温度控制其启动、停止，以此来延长轴流风机的寿命和保证配电柜内温度的正常5.5.4 锅炉安全保护功能根据具体要求和系统设计的合理性理念，我们在锅炉的控制中进行了安全保护功能的设计，通过这些完善的安全保护功能，系统能够安全、稳定地运行，具体安全保护功能如下所示：1) 锅炉低水位保护功能，并能够实现声光报警2) 锅炉极低水位保护功能，并能够实现声光报警、停炉功能3) 锅炉高水位保护功能，并能够实现声光报警4) 锅炉超高蒸汽压力保护功能，并能够实现声光报警5) 锅炉极高蒸汽压力保护功能，并能够实现停炉及有声光报警功能6) 锅炉排烟温度超高报警，并能够做出声光报警提示7) 锅炉故障熄火程序保护功能，并能够实现停炉及声光报警，待故障解除方可重新启炉8) 增设UPS电源，做到断电保护功能9) 通过检测器件，实时检测天燃气压力，当压力过低进行声光报警提示10) 通过对控制系统的设计，满足手动／自动无扰动切换和重要参数的双重指示、总电压指示和鼓风、水泵电机电流指示等。

11) 通过PLC进行实时检测运行参数，做到安全运行联锁保护，遇到问题实时切换12) 通过对相关参数进行检测，实时监测阀门密封性保护功能13) 对燃烧器内部器件进行检测，对火焰装置进行检测14) 对鼓风机进行实时保护，遇到故障或紧急情况实现声光报警，联锁15) 对给水泵变频器进行通讯检测，遇到故障进行故障报警，联锁16) 对现场温度、压力和水位传感器进行检测，遇到某个传感器故障报警后，对相应的设备进行联锁17) 能够实现断电参数记忆、保护功能18) 实现给水泵与锅炉高液位硬联锁19) 实现给水泵与除氧水箱低液位硬联锁20) 将所有空开、接触器状态进入PLC并能够将其状态上传至中控室5.5.5 锅炉系统触摸屏设计功能根据具体要求及锅炉控制系统的控制情况，触摸屏的设计要能够实时对现场进行监控，并能够对现场设备进行操作在参数的采集上，能快速准确地采集参数数据、设备状态、参数设置、报警、性能指示，为操作人员提供操作依据1) 触摸屏模拟图部分设计在触摸屏画面的设计中，工艺流程模拟图分为系统总览图、燃烧系统图、汽水系统图、烟气系统图、给水系统图等，模拟图显示锅炉及其辅机运行状态、各种变量数值、设备状态，处于报警的变量以变色、闪烁、自动弹出相关画面等方式显示，下面是触摸屏内模拟图所设计的内容：a) 锅炉运行方面：Ø 对系统故障能智能识别和实时处理，确保锅炉和燃烧器的安全可靠运行。

Ø 风机状况，包括风机的运行、停止、故障状态Ø 给水泵变频器的实际电压、电流、温度、频率、故障信息等参数Ø 限位开关状态Ø 检测蒸汽压力Ø 检测锅炉炉膛水位Ø 检测蒸汽温度值Ø 检测给水温度Ø 检测尾烟温度Ø 检测蒸汽瞬时流量、累积流量Ø 检测锅炉给水瞬时流量、累积流量Ø 检测天燃气瞬时流量、累积流量b) 燃烧器部分：Ø 检测风压开关Ø 检测点火变压器Ø 检测点火阀Ø 检测主气阀1Ø 检测主气阀2Ø 检测火焰状态Ø 检测具有参数设与修改功能及画面Ø 检测锅炉准备条件就绪（程控器端子5）2) 触摸屏直方图部分设计模拟量显示，PID 棒图，显示模拟量控制回路工作状态和棒图，每个回路可进行手动/自动切换及上、下限报警设有温度、压力、水位棒图，可形象观查其变化3) 电控柜内主要器件、系统网络及总线状态监视4) 触摸屏工艺参数设计：通过参数表,控制器显示及设定主要工艺参数和控制参数5) PID 回路参数设定授权人员可以修改回路控制的PID 参数或手/自动状态等6) 触摸屏趋势分析设计：显示主要工艺参数的实时趋势图，如流量、压力、温度和水位等；7) 事件报警和系统响应设计显示故障信息、报警分级，有助于车间检修人员及时掌握设备运行情况，及时地找出设备故障点，提高设备利用率。

8) 触摸屏故障帮助设计：当出现各种故障时，触摸屏出现红色故障小画面 ，画面上显示有故障来源及故障处理方法9) 触摸屏密码认证设计系统参数、运行参数及运行时间查询需输入密码，只有密码正确后，才能进入相应的功能模块。