1、附录 2 燃气锅炉控制系统 锅炉燃烧系统是使燃料燃烧所产生的热量 ， 适应蒸汽负荷的需要 ， 同时还要保证经济燃烧和锅炉安全运行 。 首先 ， 要维持蒸汽母管的蒸汽压力不变 ， 采用双交叉限幅控制 ， 使锅炉系统无论在负荷上升或下降时都能满足 “ 负荷增加时 ， 先增加空气量 ， 后增加燃料量 ； 负荷减少时 ，先减少燃料量 ， 后减少空气量 ”， 以使锅炉燃烧持续保持在无黑烟状态 ； 其次 ， 保持锅炉燃烧的经济性 ， 以达到最小的热量损失和最大的燃烧效率 ； 最后 ， 始终维持炉膛负压在一定范围内 ， 以使燃烧工况 、 锅炉房工作条件 、 锅炉的维护及安全运行都最有利 。 在工业锅炉燃烧过
2、程中 ， 用常规仪表进行控制 ， 存在滞后 、 间歇调节 、 烟气中氧含量超过给定值 、低负荷和烟气温度过低等问题 。 采用 PLC 对锅炉进行控制时 ， 由于它的运算速度快 、 精度高 、 准确可靠 ， 可适应复杂的 、 难于处理的控制系统 。因而 ， 可以解决以上由常规仪表控制难以解决的问题。负荷调节是以蒸汽压力为主调参数 ， 蒸汽流量为前馈信号 ， 并考虑鼓风量的影响而进行的复杂 PID 串级调节 ； 氧量调节通过氧量信号、蒸汽流量及鼓风量来调节炉排电机转速 ， 控制给煤量 ； 炉膛压力调节以炉膛压力为主调参数 ， 鼓风量为前馈信号进行 P I 调节 ， 控制引风机转速 ； 在锅炉燃烧控
3、制中 ，对蒸汽压力极高进行越限报警及联锁控制 ： 即当蒸汽压力高于报警上限时 ， 产生上限越限声光报警 ， 当蒸汽压力高于报警上上限时 ， 除进行越限声光报警外 ， PLC 发出联锁控制信号 ， 强制鼓风电机、引风电机及炉排电机停机 ， 锅炉紧急停炉 ， 以保证安全生产。 系统硬件组成 根据工艺特点及锅 炉的位置分布 ， 选择 IPC 和 PLC 组成基于 IPC- PLC 的三级 DCS 监控系统 ， 整个控制系统的组成图。用三台西门子 S7- 300 系列 PLC 分别控制三台锅炉 ， 安装在中控室。 PLC 用西门子的 Step7 软件进行硬件组态 , 所有的 PID 控制、联锁保护、开
4、关量控制均在 PLC 上实现。三台 PLC 通过以太网与上位工控机相连 , 将现场采集的数据传给上位工控机 , 并接收上位工控机的各种数据和控制命令。最上层设四台工控机 , 也全部安装在中控室。其中三台作为并行运行的操作员站 , 另一台作为工程师站。上位工 控机采用西门子的 WinCC 软件进行人机界面的编制 , 并通过人机界面对下位机的所有参数进行远程设置和调整 , 监控所有设备的运行情况。用 WinCC 全局脚本实现模糊控制算法、锅炉效率在线实时计算和风煤比自寻优算法等。另选用一个分布式 I/O 模块 ET200M作为 DP 从站 , 通 PROFIBUS- DP 现场总线与 PLC 相连
5、 , 用来控制三台锅炉共用的附属设备 , 如 : 水处理设备、补水设备等 , 实现恒压补水控制等。另外为了节能 , 所有的风机、水泵和电机均采用变频控制 , 变频器选用富士通用变频器。 系统软件设计 由 于系统实现功能较多 ,可靠性要求高 ,所以软件设计的难度和工作量也变得非常之大。本系统软件采用模块化方法设计 ,整个任务分成若干个子任务 ,每个模块及其功能如下 : (1) 初始化模块。对所有使用的中间继电器 M、定时器 T 和数据寄存器 D 进行初始化处理。对一些需要初值的参量赋值。 (2) TD200 人机界面模块。该模块主要处理人机界面的智能显示逻辑和对 TD200 组态信息的使用。 (
6、3) 增管、减管判断模块。判断何时增减电热管及相关逻辑。 (4) 电热管投入和退出逻辑模块。根据增减电热管的判断结果和目前电热管的运行 状态 ,来决定哪一组电热管应该投入或退出。该逻辑在各子程序中完成。 (5) 电热管各种工作模式模块。根据工作模式的选择 ,系统可分别进入常规模式、经济模式及半经济模式工作。要做到正确的工作模式选择 ,加热管工作个数的确定非常重要 ,S7 - 200 PLC 中没有 SUM 指令 ,所以要建立一个存储单元 ,每组电热管通电和退出时 ,分别对该存储单元进行加 1 和减 1 运算 ,这样存储单元中的值就是加热管工作的个数。 (6) 输出处理模块。 (7) 报警处理模
7、块。处理各种报警信息。 1 汽包水位调节 在负荷比较稳定的情况下 , 汽包水位一般采用典型的三冲量水位调节即可获得较为理想的控制效果。但是 , 在负荷变化较大的情况下 ,采用上述典型控制算法效果不理想 , 水位和蒸汽压力经常出现报警 , 根本无法使系统稳定工作 , 甚至无法实现自动控制。锅炉负荷就属于这种情况。因此 , 我们在典型的三冲量控制中增加了一些补偿算法 , 并对测量参数进行了适当处理 , 现场实际投运后效果很好。由于水位稳定 , 使得蒸汽压力自动控制成为可能 ,从而解决了因蒸汽压力过低进口设备无法正常运行的难题。另外 , 在软件中对操作量输出进行了补 (运算 , 即增加了输出限幅 ,
8、 但该限幅 是在线自整定的 , 即克服了给水阀动作频繁 , 阀体容易磨损的问题 , 延长了电动调节阀的使用寿命 , 又解决了由于输出限幅造成的在蒸汽流量突然增大时 , 水位调节速度慢的问题。 2 炉膛负压调节 炉膛负压调节采用前馈回路以克服送风量变化造成的干扰 , 用反馈回路克服偏差 , 控制引风机的转速 , 达到改变风量的大小 , 使炉膛负压维持在给定范围内。在引风输出中也增加了输出限幅以减少引风机频繁动作。同样 , 由于负荷变化较大 , 也增加了限幅在线自整定算法。 3 蒸汽压力及风煤配比调节 这是一个多回路前馈调节系统 , 蒸汽压力 PID 调节的输出加上修正算法作为风量调节的给定 ,
9、而风量 PID 调节的输出控制鼓风机的变频调速 , 同时又通过比值调节控制炉排电机的变频调速 , 从而改变送风量和送煤量。为减少在蒸汽负荷变化时对蒸汽压力的扰动 , 引进了蒸汽流量作前馈调节。在这个调节回路中 , 不但增加了炉排输出限幅的在线自整定 , 而且当蒸汽流量突然变化时 , 还增加了风煤配比的在线自整定 , 用来既保证在蒸汽流量突然增大时仍能保证蒸汽压力大于 7kg, 又能保证在蒸汽流量突然减少时蒸汽压力不会超限 , 使系统保持稳定 , 同时还达到了既节能又不冒黑烟的效果。 出水温度控制系统 主要实现根据室内外温度测量值和室外风速 , 调节给煤量、鼓风量和引风量 , 从而实现按需供热、
10、安全经济环保运行的目的。出水温设定值随室外环境温度的变化自动调整。给煤量根据出水温度测量值与给定值之间的偏差 , 采用模糊控制算法进行调整 , 以达到快速调整出水温度的目的。同时 , 根据锅炉效率实时在线计算的结果 , 对给煤量进行微调 , 从而保证锅炉的经济燃烧。鼓风量根据给煤量和风煤比的变化 , 采用常规 PID 算法进行调整 , 实现比值控制 , 达到完全燃烧、经济燃烧的目的。其中根据能量平衡理论 , 采用自寻优 算法对风煤比进行在线实时调整 , 使燃料与空气始终保持最佳的配比 , 实现燃料的完全燃烧。引风量根据炉膛负压测量值 , 采用常规 PID 算法进行调整 , 并将鼓风量作为前馈量 , 实现前馈反馈控制 , 以保持炉膛的微负压状态 , 确保锅炉安全运行。 参考文献：计算机应用 . 2002.07
