摘要：介紹了供暖燃氣鍋爐的遠程監(jiān)技與管理，以及鍋爐燃燒系統(tǒng)自動控制，采用變頻技術和燃燒優(yōu)化技術可使鍋爐運行達到最優(yōu)。該系統(tǒng)對提高鍋爐熱效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性有明顯效果。
關鍵詞：可編程控制器,變頻技術,遠程監(jiān)控,憔燒優(yōu)化

1 引言
        目前，人們對環(huán)境保護的意識越來越強，改變供暖的燃料品種、燃燒清潔燃料是降低空氣污染的有效措施。在大中城市里，由于場地的限制，有些地方不適合建設大規(guī)模的供熱站，另外由于鍋爐分散，為了方便管理，人們迫切要求對鍋爐進行遠程監(jiān)控。因此，鍋爐小型化并采用遠程監(jiān)控技術成為目前城市供熱站建設的新形式。遠程監(jiān)控技術是在計算機監(jiān)控系統(tǒng)與通訊網絡的基礎上發(fā)展起來的。其主要目的是使專業(yè)人員能夠監(jiān)管更多的設備，從而提高工作效率并保證系統(tǒng)安全。
        目前，對于供熱系統(tǒng)計算機監(jiān)控方式有兩種不同的思路：一種方式是采用中央集中式監(jiān)控方法；另一種是采用中央與現(xiàn)場分工協(xié)作的監(jiān)控方法。前一種方法控制權集中在上位機，現(xiàn)場工作站只有測試儀表與執(zhí)行機構，它的功能只是參數采集和上傳，本身沒有自動調控的決策功能。這種方法靈活性差，如發(fā)局部故障容易影響全局的正常運行，當通訊系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，會造成重大影響。第二種方法是鍋爐運行自動調節(jié)決策功能完全“下放”給現(xiàn)場工作站的一種自控系統(tǒng)，中央控制室即調度室只負責對各個工作站運行參數進行監(jiān)視以及在必要的情況下修改設定參數。如果整個熱網已經聯(lián)網，還可以調控總供熱量、總循環(huán)量以及熱量調度。這種方法比較靈活，故障影響面小，也能滿足“分戶熱計量”用戶對供熱系統(tǒng)變流量運行的要求。
        本例遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用于小區(qū)內鍋爐分散、整個熱網不聯(lián)網的情況，我們選擇第二種遠程監(jiān)控方式。
2   系統(tǒng)組成
        系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。整個系統(tǒng)由三部分組成：中央監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場工作站系統(tǒng)和遠程傳輸系統(tǒng)。
        中央監(jiān)控系統(tǒng)即調度室計算機監(jiān)控系統(tǒng)，負責接收現(xiàn)場各站點傳來的數據，存儲并顯示，以便操作人員查看和生成報表。在必要的情況下，可由操作人員向現(xiàn)場各站點發(fā)送控制命令或修改參數。
        遠程傳輸部分負責完成調度室和各現(xiàn)場站點之間的數據傳輸，采用調制解調器構成的傳輸方式。
 

圖1系統(tǒng)組成圖

        現(xiàn)場工作站系統(tǒng)包括現(xiàn)場輸入單元、執(zhí)行單元即輸出單元、現(xiàn)場控制單元以及人機界面。
3 調度室計算機監(jiān)控系統(tǒng)
        調度室計算機監(jiān)控系統(tǒng)由服務器和監(jiān)控PC機構成，根據監(jiān)控對象的多少，也可以將服務器、工作站合并，由1臺PC機完成。
3.1界面的設計與數據顯示
        帶有管理內容的現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的界面，既要滿足過程控制的要求，如顯示各類過程曲線、各類過程流程圖；同時，又有管理系統(tǒng)的功能，如數據的錄入、統(tǒng)計、報表等內容。本例上位機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控軟件以中文W indows2000作為開發(fā)平臺，用VISUALBASIC語言程序采用模塊化的編程方法編寫，便于擴充新的功能。整個監(jiān)控程序模塊主要功能有：
        (1)數據通訊與處理模塊。完成監(jiān)控計算機與PLC之間數據和命令的雙向傳送，并將接收到的數據進行相應處理。
        (2)顯示模塊。將實時數據在屏幕上以圖形或表格的形式循環(huán)顯示（或指定監(jiān)視顯示），并采用不同的顏色或位置，表示運行狀況的變化。
         (3)查詢和打印模塊。管理員可以察看歷史數據或報表，并隨機打印相應文件。
         (4)系統(tǒng)設定模塊?？呻S時用來修改系統(tǒng)的各項參數。
         (5)故障報警模塊。不論系統(tǒng)工作在何種狀態(tài)下，一旦有故障報警發(fā)生，系統(tǒng)確認后，就會出現(xiàn)一個報警視窗，給出報警的類型、地點、時間，并發(fā)出聲音報警。
3.2監(jiān)控系統(tǒng)流程圖
監(jiān)控系統(tǒng)流程圖見圖2。

 
圖2監(jiān)控系統(tǒng)流程圖

4  現(xiàn)場工作站系統(tǒng)

4.1現(xiàn)場工作站系統(tǒng)硬件部分
        現(xiàn)場工作站系統(tǒng)由現(xiàn)場控制器、輸入單元、輸出單元和人機界面組成，組成框圖如圖3所示。
 

圖3現(xiàn)場工作站系統(tǒng)圖

        現(xiàn)場控制單元負責接收現(xiàn)場數據采集單元傳來的數據，把它們上傳至調度室，并接收調度室下傳的命令，控制現(xiàn)場的閥門、變頻器、風機等執(zhí)行機構。每個現(xiàn)場控制單元都有一套現(xiàn)場采集控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場控制單元是下位機部分的核心部件，采用西門子S7-200系列可編程邏輯控制器，CPU226，帶PC/PPI電纜，它的運算能力以及通訊能力比其它PLC優(yōu)越，可方便地進行數據處理和通訊。
        輸入單元負責采集現(xiàn)場的壓力、溫度、流量、煙氣氧含量等各項數據以及各種開關量?，F(xiàn)場數據采集系統(tǒng)由煙氣氧含量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、煤氣報警器、火焰監(jiān)視器、水位傳感器、燃氣流量計、循環(huán)水流量計等組成。其中，模擬量輸入／輸出模塊采用西門子的EM235模塊，模擬量輸入模塊采集各種傳感器送來的4-20mA信號，模擬量輸出模塊輸出0一lov信號，控制變頻器頻率。壓力傳感－器、煤氣報警器、火焰監(jiān)視器以及水位傳感器是開關量。執(zhí)行單元由風機、水泵、變頻器和電磁閥等組成。人機界面采用西門子的TD200，使用十分方便，只要把它通過電纜連接到S7一200上即可。它的用途有：顯示信息；設定和修改參數；提供8個自定義功能鍵；提供密碼保護等。
4.2現(xiàn)場工作站軟件部分
        現(xiàn)場PLC程序用梯形圖語言編制，這個程序除了主程序外，還包括初始化、點火、數據采集、數據傳輸、故障報警與故障處理、燃燒優(yōu)化與節(jié)能運行、停機等子程序。程序流程圖如圖4所示。
 

圖4下位機程序流程圖

5  遠程傳輸系統(tǒng)
        上位機與下位機之間采用西門子的自由口通訊方式。由于現(xiàn)場和調度室之間的距離很遠，直接數據傳輸有一定難度。為保證傳輸可靠，本設計采用調制解調器進行遠程傳輸，調制解調器選用與標準賀氏（Hayes）兼容的調制解調器，其特點是使用簡單，可靠性高，傳輸距離遠。S7一200系列PLC與調制解調器進行通訊的程序組成如圖5所示，包括四個程序段：MAIN主程序進行初始化；SBR1對信息和自由通信口模式進行初始化；SBR2撥號、發(fā)送和切斷；INTO捕捉并處理來自調制解調器的響應。如果有信息要發(fā)送，S7一200發(fā)送信息給調制解調器，數據包括所要呼叫的電話號碼和所要發(fā)出的信息，信息存儲在PLC的存儲器中。由于調制解調器本身的通信協(xié)議具有非常好的校驗和糾錯能力，系統(tǒng)無須額外校驗，傳輸距離一般在幾km.
 

圖5  PLC和調制解調器通訊程序組成

6  變頻器技術用于調整燃氣量
        從能量守恒的角度分析，進入鍋爐系統(tǒng)的燃氣釋放的總能量Q應該等于從鍋爐系統(tǒng)流出的能量，包括：爐水吸熱量Q：、循環(huán)水吸熱量Q2、不完全燃燒熱損失Q3、散熱量Q；和排煙損失Q5，即
Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5
        當回水溫度或設定出口溫度設定值（根據外界溫度而變化）變化時，循環(huán)水的吸熱量相應變化，需要的總熱量值也隨之變化。因此，根據所需總熱量的變化，適當調整燃氣和空氣進氣量，可以使鍋爐更經濟有效地運行。
        本例在燃氣和空氣的進口處安裝交流電動機，帶動羅茨風機。調整電動機的頻率，就能調整進入鍋爐系統(tǒng)的燃氣量和空氣量，從而調整總熱量值。
交流電動機分為同步電動機和異步電動機兩大類，本例使用的是異步電動機，其轉速表達式為：

式中     n一轉速；
             f一電源頻率；
             p一定子繞組極對數；
             s一異步電動機轉差率。
        由此可見，交流電動機的轉速與電源頻率成正比，通過變頻裝置將電網50Hz的固定頻率轉換成可調頻率，即可實現(xiàn)交流電動機的無級調速。
7   燃燒過程的自尋優(yōu)控制
        根據然燒理論，鍋爐在運行時應該保證最佳的空氣燃氣比，即過量空氣系數口保持最佳值。在鍋爐運行中，影響熱效率的主要因素是化學不完全燃燒熱損失和排煙損失，這兩項與過量空氣系數a的關系如圖6所示。
 

圖6   鍋爐熱效率與過?？諝庀禂档年P系曲線

        在鍋爐運行中，采集煙氣中的氧含量和煙氣溫度，調整空氣燃氣比，即過?？諝庀禂担瑰仩t一直運行在最適燃燒區(qū)。
8   結論
        在實際應用中，供暖用熱水鍋爐采用遠程監(jiān)測與控制的主要優(yōu)點有：
        (1)提高系統(tǒng)的安全性，保證系統(tǒng)能夠正常運行；
        (2)全面監(jiān)測并記錄各運行參數，降低運行人員工作量，提高管理水平；
        (3)對燃燒過程和熱水循環(huán)過程進行有效的控制調節(jié)，提高鍋爐效率，節(jié)省運行能耗，并減少大氣污染。
        實踐證明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全、可靠、節(jié)能，且系統(tǒng)記錄了大量的運行數據，對今后熱網調控提供了重要的參考數據。