plc在水煤漿鍋爐燃燒控制中的應(yīng)用

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1、PLC在水煤漿鍋爐燃燒控制中的應(yīng)用余淑榮

2、張曉東

3、吳明亮

4、趙坤宋乃軍’（1蘭州理工大學(xué)蘭州730050;2甘肅景泰民安供熱有限公司甘肅白銀730400）摘要基于西門子S7-300PLC提出了水煤漿鍋爐燃燒控制解決方案"在傳統(tǒng)PID控制方法的基礎(chǔ)上加入了模糊控制技術(shù)。通過對風(fēng)量與負(fù)荷配比的控制，達(dá)到了穩(wěn)定燃燒的目的。尖鍵詞PLC水煤漿鍋爐燃燒控制中圖分類號TH865文獻(xiàn)標(biāo)識碼B文章編號1000^932（2015）01-00864）4PLC作為工業(yè)過程自動化控制系統(tǒng)中的核心部件，因其良好的控制特性和簡單易學(xué)的操作方法?已在世界工業(yè)控制領(lǐng)域里

5、得到了廣泛應(yīng)用。隨著環(huán)保問題越來越受到尖注鍋爐燃燒系統(tǒng)對于燃料的選擇則變得十分重要。水煤漿是一種新型煤基流體燃料，因其可以像油一樣泵送、霧化、存貯和穩(wěn)定燃燒并且燃燒效率高、環(huán)境污染少?已逐漸成為鍋爐的首選燃料。但是傳統(tǒng)的采用程控器和儀表的控制方式功能簡單、控制效率低且信號采集數(shù)量少灘以實(shí)現(xiàn)對水煤漿鍋爐的有效控制。因此筆者基于西門子S7-300PLC為蘭州某熱源廠設(shè)計(jì)了水煤漿鍋爐燃燒控制系統(tǒng)利用PLC易擴(kuò)展、可編程、優(yōu)異的運(yùn)算能力和穩(wěn)定可靠的現(xiàn)場工作性能，通過自整定模糊PID算法準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了燃燒控制和燃料風(fēng)量配比。1燃燒控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

6、水煤漿鍋爐的自動燃燒控制是根據(jù)對鍋爐自身及循環(huán)系統(tǒng)等的工藝流程和要求所實(shí)現(xiàn)的⑴。根據(jù)DCS系統(tǒng)''分散控制，集中管理”的基本特點(diǎn)，整個控制系統(tǒng)主要由上位計(jì)算機(jī)、下位PLC和通信網(wǎng)絡(luò)組成燃燒控制子系統(tǒng)主要包括信號采集、燃燒流程及閉環(huán)調(diào)節(jié)等⑵。水煤漿鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（局部）如圖1所示。信號采集主要由分布在整個鍋爐各測點(diǎn)的傳感器、變送器以及相應(yīng)的信號處理設(shè)備完成模擬量信號一般都以4~20mA（DC）送入PLC模擬量模塊中經(jīng)CPU計(jì)算處理再由模擬量模塊輸出，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)或設(shè)備的運(yùn)行。鍋爐點(diǎn)火后燃燒控制子系統(tǒng)根據(jù)相尖工藝要求自動肓動流程直到鍋

7、爐進(jìn)入正常燃燒狀態(tài)。I?位汁算機(jī)X一X匚PLCCVV"nF"TF—門11-丨53」41)1?1)()?肌?~W~?鳳機(jī)等設(shè)備啟停狀態(tài)數(shù)字址什八；現(xiàn)場溫度、壓力及流M等儻擬加;變嗾器H電動機(jī)擁電器H執(zhí)行辭-n動監(jiān)測n動控制圖1監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（局部）整個過程都在上位計(jì)算機(jī)上進(jìn)行監(jiān)控，可對出?的報(bào)警信號（如出水溫度過高及爐膛負(fù)壓過夫等）進(jìn)行排查。整個水煤漿鍋爐的燃燒過程扌號制是在PLC中通過一定的PID閉環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)的。1.1硬件配置燃燒控制系統(tǒng)采用西門子S7€00PLC作為控制系統(tǒng)的核心。上位計(jì)算機(jī)與CPU之間采莊Ethernet以

8、太網(wǎng)通信。具體配置為：中央處理器模塊CPU315-2DP/PN電源模塊PS3075A數(shù)字量輸入模塊SM321數(shù)字量輸出模妖SM322模擬量輸入模妖$抽331模擬量輸出模塊SM332CPU與模塊之間采用U型連接器（總線）連接以實(shí)現(xiàn)通信°圖2所示為鍋爐燃燒控制系統(tǒng)0號中央機(jī)架結(jié)構(gòu)。收稿日期:2014-04-09（修改稿）圖2鍋爐燃燒控制系統(tǒng)0號中央機(jī)架結(jié)構(gòu)1.2軟件配置燃燒控制系統(tǒng)采用STEP7編程軟件進(jìn)行PLC編程和硬件組態(tài)。上位計(jì)算機(jī)采用西門子公司的SIMATICWinCC7.0組態(tài)監(jiān)控軟件。SIMATICWinCC70內(nèi)置所有操作和管

9、理功能可簡單、有效地進(jìn)行組態(tài)，可基于Web持續(xù)延展，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)集成簡單，實(shí)現(xiàn)了硬件系統(tǒng)和上位監(jiān)控軟件系統(tǒng)之間的無縫鏈接2燃燒控制和實(shí)現(xiàn)水煤漿鍋爐的燃燒采用空氣壓力霧化懸浮燃燒原理。水煤滎與空氣經(jīng)燃燒器以射流方式進(jìn)入爐膛促使煤漿氣流與熾熱煙氣產(chǎn)生強(qiáng)烈混合，水分迅速蒸發(fā)；同時水煤漿氣流又受到爐膛四壁和高溫火焰的輻射而將懸浮在氣流中的煤顆粒迅速加熱?水煤漿顆粒獲得足夠的熱量并達(dá)到一定溫度幵始著火燃燒。其著火熱隨燃料的性質(zhì)和運(yùn)行工況的變化而變化鍋爐負(fù)荷低時爐膛平均煙溫降低燃燒器區(qū)域的煙溫也降低?反之則升高。燃燒控制的尖鍵在于控制燃料(水煤漿

10、)與風(fēng)量的配比使燃料充分高效燃燒并保證系統(tǒng)安全。21燃料與風(fēng)量配比控制本鍋爐為供暖熱水鍋爐燃燒控制的對象為熱媒的出□溫度和爐膛的壓力。礙于篇幅筆者只對前者進(jìn)行闡述后者與之類似。對水煤漿鍋爐熱媒出口溫度的控制，主要是對燃料供給量的控制。由于水煤漿自身的特點(diǎn)?對燃料供給量的控制也就轉(zhuǎn)化為對供漿泵頻率的控制。在PLC控制系統(tǒng)中，對供漿泵頻率的控制是采用PID自動調(diào)節(jié)的方式。圖3所示為熱媒出口溫度PID控制原理。傳統(tǒng)的PID控制主要是控制具有確切模型的線性過程，而鍋爐控制系統(tǒng)屬于非線性、時變性、大滯后性、強(qiáng)耦合和多變量系統(tǒng)所以應(yīng)采用更為有效的自

11、整定模糊PID控制方式⑶。出

12、1溫度設(shè)0.00.()iiin皴風(fēng)機(jī)極率輸出歧城機(jī)額率r二,INT枳分『?動設(shè)定他1M叩"止擾動叩)運(yùn)算圖3熱媒出口溫度PID控制原理自整定模糊PID控制器以傳統(tǒng)PID控制器為