一、工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制的必要性

工業(yè)鍋爐是一種能源轉(zhuǎn)換特種設(shè)備，在生產(chǎn)、生活中占有很重要的地位，是除發(fā)電鍋爐以外的第二煤炭消耗大戶。由于工業(yè)鍋爐負(fù)荷普遍不高，且負(fù)荷波動(dòng)大，擾動(dòng)因素比較多，從這種意義上講，工業(yè)鍋爐節(jié)能潛力大。燃煤鍋爐又是一種廣泛使用的工業(yè)鍋爐，因此，優(yōu)化燃煤鍋爐運(yùn)行，合理控制鍋爐燃燒過(guò)程，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒，達(dá)到節(jié)能減排目的是業(yè)界人士一直研究的重要課題。另外，隨著自動(dòng)化水平不斷提高，新建的中低壓鍋爐一般采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；有條件的工業(yè)鍋爐房改建項(xiàng)目中也積極采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。因此如何選擇合理的燃燒控制方案具有重要意義。

目前，我國(guó)有工業(yè)鍋爐五十多萬(wàn)臺(tái)，在使用中普遍存在著調(diào)節(jié)手段有限、鍋爐的出力不能隨外界負(fù)荷的波動(dòng)而及時(shí)變化、爐膛溫度偏低、排煙溫度較高、風(fēng)煤比不能及時(shí)調(diào)整、燃燒效率低等問題，從而降低了鍋爐的熱效率。工業(yè)鍋爐和負(fù)荷管網(wǎng)所組成的系統(tǒng)是一個(gè)大滯后、大慣性、大不確定性的非線性系統(tǒng)。因其燃燒過(guò)程復(fù)雜，影響因素甚多，如煤質(zhì)、布風(fēng)、風(fēng)煤比、負(fù)荷變化大等諸多因素都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，也就是干擾量比較大。

鏈條鍋爐是應(yīng)用最為廣泛、應(yīng)用歷史較長(zhǎng)的一種鍋爐。雖然有眾多的科研及工程技術(shù)人員致力于鏈條式鍋爐控制技術(shù)的研究和實(shí)踐工作，但是，目前國(guó)內(nèi)該行業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的普及率較低，自動(dòng)化程度也較低，其原因是多方面的。

鍋爐的燃燒系統(tǒng)是一個(gè)多參數(shù)、多擾動(dòng)、各參數(shù)交叉影響的系統(tǒng)，且存在較大的不確定性、復(fù)雜性、不穩(wěn)定性，以及較大的容量滯后和較長(zhǎng)的滯后時(shí)間。因此，采用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)很難達(dá)到控制要求，甚至無(wú)法投入自動(dòng)運(yùn)行。分析現(xiàn)有許多鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)和鏈條鍋爐的運(yùn)行情況，確實(shí)存在以下控制難點(diǎn)：

煤質(zhì)不穩(wěn)定、變化大，造成風(fēng)-煤比的改變，采用一般的定值控制系統(tǒng)，無(wú)法使系統(tǒng)始終達(dá)到最佳或次最佳的燃燒狀態(tài)。

燃燒過(guò)程機(jī)理復(fù)雜，影響燃燒工況的因素較多，對(duì)象變化較大，很難準(zhǔn)確地建立單一的控制模型。

鍋爐微機(jī)控制是近年來(lái)開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是將微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的狀態(tài)。提高熱效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，降低煤耗與電耗，用微機(jī)進(jìn)行控制是一項(xiàng)具有深遠(yuǎn)意義的工作。

工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。無(wú)論高速大批量制造企業(yè)還是追求靈活、柔性和定制化企業(yè)，都必須依靠自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程起著明顯的提升作用：

①提高生產(chǎn)過(guò)程的安全性；

②提高生產(chǎn)效率；

③提高產(chǎn)品質(zhì)量；

④減少生產(chǎn)過(guò)程的原材料、能源消耗，降低污染物排放。特別在現(xiàn)代化企業(yè)中，信息化投資較高，一般自動(dòng)化系統(tǒng)占設(shè)備總投資的10％以下，起到“四兩撥千斤”的作用。

二、工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制的可行性

傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)即機(jī)電一體化系統(tǒng)主要是對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的控制，即機(jī)械本體、動(dòng)力部分、測(cè)試傳感部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部分、控制及信號(hào)處理單元、接口等硬件元素，在軟件程序和電子電路邏輯有目的的信息流引導(dǎo)下，相互協(xié)調(diào)、有機(jī)融合和集成，形成物質(zhì)和能量的有序規(guī)則運(yùn)動(dòng)，從而組成工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)或產(chǎn)品。

近年來(lái)，隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交互溝通的領(lǐng)域正迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到控制、管理各個(gè)層次。工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)一般是指對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行測(cè)量與控制的自動(dòng)化技術(shù)工具（包括自動(dòng)測(cè)量?jī)x表、控制裝置）的總稱。今天，對(duì)自動(dòng)化最簡(jiǎn)單的理解也轉(zhuǎn)變?yōu)椋河脧V義的機(jī)器（包括計(jì)算機(jī)）來(lái)部分代替或完全取代或超越人的體力。

三、工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)

工業(yè)鍋爐采用微機(jī)控制和傳統(tǒng)的儀表控制方式相比具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：

①直觀而集中地顯示鍋爐各運(yùn)行參數(shù)。能快速計(jì)算出機(jī)組在正常運(yùn)行和啟停過(guò)程中的有用數(shù)據(jù)，能在顯示器上同時(shí)顯示鍋爐運(yùn)行的水位、壓力、爐膛負(fù)壓、煙氣含氧量（或煙氣成分）、測(cè)點(diǎn)溫度、燃煤量等數(shù)十個(gè)運(yùn)行參量的瞬時(shí)值、累計(jì)值及給定值，并能按需要在鍋爐的結(jié)構(gòu)示意畫面的相應(yīng)位置上顯示參數(shù)值，便于操作者發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，促進(jìn)節(jié)能減排。同時(shí)給人直觀形象，減少觀察的疲勞和失誤。

②可以按需要隨時(shí)打印或定時(shí)打印，對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄，便于事故追查和分析，防止事故的瞞報(bào)、漏報(bào)現(xiàn)象。

③在運(yùn)行中可以隨時(shí)方便地修改各種運(yùn)行參數(shù)的控制值，并修改系統(tǒng)的控制參數(shù)。

④減少了顯示儀表，還可利用軟件來(lái)代替許多復(fù)雜的儀表單元（例如加法器、微分器、濾波器、限幅報(bào)警器等），從而減少了投資，也減少了故障率。

⑤鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)泵等大功率電動(dòng)機(jī)。由于鍋爐本身特性和選型的因素，這些設(shè)備不會(huì)滿負(fù)荷輸出，原有方式采用閥門和擋板控制流量，浪費(fèi)非常嚴(yán)重。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速控制，可節(jié)電30％～40％。

⑥鍋爐是一個(gè)多輸入多輸出、非線性動(dòng)態(tài)對(duì)象，諸多調(diào)節(jié)量和被調(diào)量間存在著耦合通道。例如當(dāng)鍋爐的負(fù)荷變化時(shí)，所有的被調(diào)量都會(huì)發(fā)生變化。故而理想控制應(yīng)該采用多變量解耦控制方案。而建立解耦模型和算法，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)比較方便。

⑦鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)擴(kuò)展后可構(gòu)成分級(jí)控制系統(tǒng)，可與工廠內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)成工業(yè)以太網(wǎng)。這是企業(yè)現(xiàn)代化管理不可缺少的。

⑧作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在采用計(jì)算機(jī)控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有十分完善的安全機(jī)制，可以設(shè)置多點(diǎn)聲光報(bào)警和自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)裝置，杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。