锅炉机电一体化节能控制系统初探
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发布者：lunwenchina
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时间：2020年3月15日 15:35
乔长春
（榆林能源集团惠民电力有限公司 陕西省 榆林市 榆阳区 719000 ）摘 要：针对当前锅炉燃烧过程存在高资源消耗、高污染排放、控制系统大延时、低精度、响应速度慢等问题，本文基于对机电一体化节能控制系统的分析研究提出了一些提升锅炉燃烧效率的技术改进方案与系统优化策略，通过论述证明其具有一定实用价值。
关键词：锅炉燃烧；机电一体化；技能控制；技术改进；控制系统优化锅炉在炼油、发电、化工等领域占据着不可取代的地位，同时其也是工业生产的重要保障。锅炉类型包括很多种，依据燃料不同可分为燃煤锅炉、燃气锅炉、垃圾焚烧锅炉、生物质锅炉等等，依据锅炉结构又可分为汽包炉、直流炉等，每一种锅炉都拥有其完整的规格体系，明确了锅炉的燃烧效率、排放特性、电能消耗等参数，用来满足各类生产要求 [1] 。然而，随着计算机技术的进步和国家对节能环保的要求日益严格，传统的锅炉燃烧控制已经无法满足生产节能需求，因此，锅炉机电一体化条件下的节能控制系统优化已经成为了一个研究热点 [2] ，笔者通过分析今后工业锅炉的发展方向，从控制系统的核心部件升级、检测技术创新、提高自动化程度等方面进行论述，提出了一些具有较高实用价值的措施，以下将展开详细阐述。
一、节能控制系统技术要求分析
锅炉燃烧生产过程涉及到进料速率、炉膛负压、氧气供给、设备用电量等与节能相关的参数。燃烧工艺中众多参量具有强相关性，而分段的独立对只针对某一参量的控制系统已经无法满足现代锅炉节能技术指标的需求。机电一体化条件下，锅炉控制过程需要从全局出发对各个设备的运行状态进行联合调节结合先进的计算机技术，在额定热能输出下使生产过程中能源的消耗降到最低。
例如：水泵运行想要实现节能降耗就要保证其输出需求与电机功率达到协调一致，电机可以借助变频器设备与 PLC 控制设备与出水流量的检测值形成一个闭环控制系统，实现对电机功率实时调节的控制目标 [3] 。又例如，汽包锅炉中汽包水位的控制系统与锅炉经济燃烧控制系统。前者是锅炉对生产工艺指标的控制，汽包水位过高会引发汽液分离困难，使得水分被蒸汽带走，造成汽轮机受水冲击或者受热不均导致可怕灾难，汽包水位过低则有可能造成锅炉干锅使锅炉发生严重损害甚至爆炸，进而导致巨大的经济损失；锅炉经济燃烧控制系统实现节能运行需要建立在保障负荷要求的情况下，在功率一定时对燃料量、风量、负压等进行实时调节提升燃料的燃烧效率，最大程度的节约燃料的投入从而实现节能降耗。
二、节能控制系统优化策略
（一）机电系统联调
锅炉机电系统包括多个具有相互强关联性的分系统，通过对锅炉系统机电设备进行联调可以验证各部分之间的协同功能是否完整，能否满足锅炉设计要求。按照顺序步进模式，对机电设备分别进行单体调试、单系统调试、接口调试。检验目的在于测试各设备零件、子系统能否安全经济稳定的运行，进一步完善整个控制系统的功能。
1. 系统接口调试
新建车间锅炉系统接口设备的整改存在持续时间长、工作内容较为困难等特点，因此，在系统接口调试时应该设立专门的技术小组，对调试过程中每个环节的细节进行严密把控，在最大程度上实现锅炉在正式投运前解决问题，避免后期出现需要大规模整改的问题，从而导致大量的资源与资金浪费，这与节能理念是相悖的。
2. 制定严格的评估标准
机电系统联调工作部分调试人员对现场设备性能指标的判断仅依据个人经验主义和单纯的主观感受，这种情况严重制约了联调效果和对问题的及时发现解决。因此，在联调过程中应当制定出一套针对各项系统设备的综合性能评判指标，从而以文本的方式指导现场技术人员进行联调工作，使机电一体化系统能够在投产后安全可靠运行。
（二）电气闭环控制
闭环控制系统中输出信号被反馈至输入环节，通过与给定输入产生的误差对系统进行连续调节，不断修正输入值以保证输出的稳定性。在锅炉系统电气控制中的闭环系统有很多。例如锅炉补给水泵的输出功率控制系统。由于锅炉负荷是不断变化的锅炉需水量也随之变化，因此，恒定的电机功率无法满足其运行要求，这就使得补给水泵的功率动态调节在实现精确补水与节约电能时显得极为重要。 PLC 内部的控制算法程序是这一控制过程的核心，其中控制算法极其多样，包括模糊控制算法、神经网络控制算法、粒子群优化算法等等，而在实际应用当中最常用的还是 PID 算法。 PLC 输入环节给定技术参数，如压力反馈信息，在 CPU 读入输入信号后，通过算数运算与放大处理将输出电流信号传送至电机设备，从而作用于执行结构使水泵开始运行工作，电机的转速信息通过检测装置实时反馈至输入环节，并与给定输入产生误差， CPU 根据内部存储的 PID 算法程序对误差进行运算并重新得出输出电流值，通过指导电机进行动态功率补偿而保证电机运行速度负荷设定值。闭环控制在锅炉系统生产中的应用主要集中在控制要求较高的设备上， PLC 在实现控制功能的过程中处于核心地位 [4] 。
（三）智能控制
传统的 PID 算法鲁棒性强，适应性好，成本低廉，是机电控制当中使用最为广泛的技术，然而在某些控制领域 PID 算法的缺点是十分明显的，例如对某些工业回路开关的控制，其精度和速度是无法满足要求的。智能控制基于大量的智能优化算法如：粒子群算法、遗传算法、灰狼算法、蚁群算法等通过提升控制系统的快速响应能力和控制精度，克服了 PID 存在的缺陷，为提升控制系统的整体品质提供了更好的数学理论依据。此外，智能化控制更多的强调了工业系统的全自动模式，许多控制环节被有机的集合在了一起形成一个自动监控自动判断自动调整的系统，摒除了人为的过多干预，不仅提升了生产效率还减轻了人员的劳动量。例如：现代化的电力生产企业，在锅炉系统节能控制中，利用总线控制，将分散的子系统控制环节连接到核心计算机，实现了对分布式控制单元的集中监控，大大便利了工作人员的操作。总而言之，随着模糊控制、专家控制、等智能控制方法的研究不断深入，锅炉机电一体化节能控制的模式必将朝着智能化方向转移。
结论
通过以上论述，本文提出的对于优化锅炉机电一体化节能控制系统的策略具有一定适用性，但在有些方面依然存在不足，例如，机电一体化系统的控制平台搭建笔者并没给出具体的施行办法，因此，广大从业技术人员应当投入更多的精力在这一方面，为我国机电一体化节能控制系统的进步提供更多推力。 ■参考文献
[1] 裴逸超 . 工业锅炉发展趋势浅析 [J]. 锅炉制造 ,2019(03):27-29.
[2] 彭兆勇 . 锅炉机电一体化节能控制系统初探 [J]. 山东工业技术 ,2019(15):146.
[3] 张倩 . 锅炉机电一体化节能系统中变频技术的应用 [J]. 湖北农机化 ,2019(09):12-13.
[4] 赵静 . 机电一体化除尘除雾器在某燃煤锅炉超低改造中的应用[J]. 化工管理 ,2019(13):165-166.
