基于plc的鍋爐控制系統設計(更新版)

　　

【正文】 采用最常規的 PID 控制算法，從控制原理的角度分析， 可采用反饋式 PID 控制 ，反式 PID 控制 是依據被控變量與設定值之差來決定控制行為的 ，可保證控制精度。 PID 圖 風煤比控制系統結構圖 氧量 變送器 出口煙氣含量 給煤機 PID 給風機 出口 壓力 壓力變送器 PID 引風機 爐膛負壓 壓力變送器 K 圖 爐膛負壓控制系統結構圖 本科生畢業設計（論文） 29 設計中 鍋爐中引入了四個外置式換熱器 (英文簡稱 EHE),解決了尾部煙道受熱面多 ,不宜布置的難題 ,使爐膛溫度控制更為靈活。因此，測量煙氣的成分可以更正確地表示燃燒的經濟性。 HG3 指示變頻器出現故障。在對引風電動機的控制中， 給定轉速信號 ， 引風電機，電機壓力變送器組成一個 PID 閉環控制系 統 ， 給定信號為 PLC 本科生畢業設計（論文） 26 輸出的頻率信號，變頻器通過控制電機轉速來達到對風量的控制，反饋量為電機風室的壓力。 AOUTAOUT2 端子為模擬量輸出 020mA 信號其功能可是可編程的，用 于輸出指示運行頻率、電流等。使用輸入信號可以完成對電動機的正反裝控制、復位、多級速度設定、自有停車、 點 動等控制操作。該系統的設計降低 了電能以及燃料的損耗，設備的運行更加可靠。氧表的檢測量程有 ％（ 2）或 ％ O(2)供用戶選擇，最終在主板上作一次設定。 氧量分析儀主要部件是氧傳感器，而氧化鋯固體電解質制成的濃差電池又是氧傳感器的關鍵元件。傳感器能快速插入爐內。600Kpa 中間量程可選 允許過載： 200% 測量精度： 177。一般經驗知，量程比應同一個合理的精度相對應，當變送器的精度降為基本精度的 倍時的量程比稱為可用量程比，否則便是不推薦的量程比。低頻位移檢測放大器的輸出電流 I 反映了所測大小。該變送器輸入 /輸出 /電源三方全隔離，抗工業現場干擾，輸入、輸出選擇范圍寬， 導軌安裝便于檢測與維護。當溫度超過1000℃ 后，本身的機械強度和抗氧化能力呈增強趨勢。補償導線又分為補償型和延長型兩種 ，延長導線的化學成分與被補償的熱電偶相同，但是實際中，延長型的導線也并不是用和熱電偶相同材質的金屬，一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導線代替。溫 差電勢是指同一導體的兩端因溫度不同而產生的電勢，不同的導體具有不同的電子密度，所以他們產生的電勢也不相同；而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導體相接觸時，因為他們的電子密度不同所以產生一定的電子擴散，當他們達到一定的平衡后所形成的電勢。其優點也很多，也可以遠傳電信號，靈敏度高，穩定性強，互換性以及準確性都比較好，但是需要電源激勵，不能夠瞬時測量溫度的變化。 圖 模擬量擴展模塊 EM235與 EM232結構圖 EM235 模塊上部共有 12 個端子，每 3 個點為一組可作為一路模擬量的輸入通道，共 4 組，對于電壓信號用兩個端子（如 A+、 A），電流信號用三個端子（如RB、 B+、 B），其中 RB 與 B+端子短接。可以用模塊上的電位器來改變它對應的特殊寄存器中的數值，可以實時更改程序運行中的一些參數。 S7 系列 PLC 包括 S7200、 S7300 和 S7400 系列 PLC。基本單元上設有端口，通過擴展電纜與擴展單元相連，配有許多專用的特殊功能模塊，如模擬量輸入 /輸出模塊、熱電偶 、熱電阻模塊、通信模塊等，以構成 PLC 不同的配置。 故應保持爐膛負壓在正常范圍內。在運行中還要結合所燃用煤質及當時負荷的情況，嚴格監控料層差壓、溫度、爐膛差壓和返料溫度，通過不斷調整給煤量、風量及返料量，使鍋爐達到最佳的運行效果，最大限度的發揮循環流化床鍋爐優點。 床高 (即料層差壓 )可以通過爐底放渣管排放底料的方法來調節。在運行過程中要加強對料層溫度監視，一般將料層溫度控制在 850℃ 950℃ 之間，溫度過高，容易使流化床體結焦造成停爐事故；溫度太低易發生低溫結焦及滅火。 、床層溫度和床高； 通過調節返料風機的轉速來控制返料回灰量的大小。因此電機全速運轉產生的風 量不能全部使用，采用擋板截流造成約 30%的電能損耗。維持汽包水位、蒸汽壓力和爐膛負壓在規定的范圍內，各個子控制系統分別通過不同的測量、控制手段來保證經濟燃燒和安全燃燒。在本設計中采用變頻調速實現風量調節。 PLC有以下功能特點：可靠性高，抗干擾能力強； 配套齊全，功能完善，適用性強；系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造； 5 體積小，重量輕，能耗低等。如采用單片機進行控制，可采用 AT89S51 作為 CPU，還需要進行外圍電路的設計，但外圍電路設計復雜，不易實現；采用單片機的最大弊端是難以保證其可靠性，給整個系統的正常運行帶來隱患。 (10)給煤點少 循環流化床鍋爐的爐膛截面積小，同時良好的混合和燃燒區域 的擴展使所需的給煤點數大大減少。也不象煤粉鍋爐那樣，低負荷時要用油助燃，維持穩定燃燒。與煤粉燃燒鍋爐相比，不需采用尾部脫硫脫硝裝 置，投資和運行費用都大為降低。由于床內混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實際上起到了無窮的“理想拱”的作用，把煤料加熱到著火溫度而開始燃燒。 本科生畢業設計（論文） 6 (2)高速度、高濃度、高通量的固體物料流態化循環過程 從圖 中可看出，循環流化床鍋爐內的固體物料（包括燃料、殘炭、灰、脫硫劑和惰性床料等）經歷了由爐膛、分離器和返料裝置所組成的外循環。 .2 循環流化床鍋爐的基本技術特點 (1)低溫的動力控制燃燒 循環流化床燃燒是一種在爐內使高速運動的煙氣與其所攜帶的湍流擾動極強的固體顆粒密切接觸，并具有大量顆粒返混的流態化燃燒反應過程；同時，在爐外將絕大部分高溫的固體顆粒捕集，并將它們送回爐內再次參與燃燒過程 ,反復循環地組織燃燒。 石灰石粉經加料裝置加入燃燒室主燃燒區，在料床溫度為 850℃ ~950℃的較佳脫硫溫度下與硫反應，生成比較穩定的硫化鈣，除去煤中的硫，大大減少煙氣中SO2 的排放量。 循環流化床鍋爐是在鼓泡流化床鍋爐技術的基礎上發展起來的新爐型，它與鼓泡床鍋爐的最大區別在于爐內流化風速較高（一般為 4～ 8m/s），在爐膛出口加裝了氣固物料分離器。在國內，一些儀表公司和研究單位早已開始引進或代銷 DCS，并逐步形成合資經營、合資生產，以便向國內供貨。 隨著我國從當時的美國燃燒工程（ CE）公司引進亞臨界控制循環鍋爐制造技術，我們也從美國的幾家公司引進了這種鍋爐的自動控制設備，其中既包括控制策略（軟件），也包括硬件。目前積存下來的煤矸石達 14 億噸，并以每年 6 千到 7千萬噸的數量增加。顯然，面對量大，面廣的供熱鍋爐，如何挖掘潛力，提高它的熱效率，有著極為重要的實際意義。 鍋爐是供熱之源，鍋爐機器設備的任務在于安全，可靠，有效地把燃料的化學能轉化成熱能，進而將熱能傳遞給水，以生產熱水和蒸汽。同時，為了保證安全、穩定生產和節能，對鍋爐的自動控制就成為非常不要。隨著工業的不斷發展、規模不斷擴大，生產過程不斷的改革和強化，作為生產動力源的鍋爐，也隨著這些發展的需要而發展與改革，例如大容量多參數、高效率方向發展，以及從節能出發進行各種設 備的改革。各種工業的生產性質與規模不同，工業和民用采暖的規模大小也不一樣，因此所需的鍋爐容量，蒸汽參數，結構，性能方面也不相同。在國民經濟日趨進步的今天，國家要求工農業每年總產值翻兩番，但能源只能翻一番，這就要求通過節能措 施，以提高能源的有效利用，有效的彌補能源供應方面的缺口，這是一迫切的任務。優質煤集中在華北、西北，劣質煤多分布在中南、西南地區。在 當時的國務院重大辦的領導下，在中央領導同志的直接關懷下，參加單位本著學習、引進、消化、吸收，最終實現國產化的原則開始了各方面工作。在國外，美國、日本以及歐洲一些國家的幾十個儀表或計算機公司在生產 DCS，并已成功地應用在包括電力行業在內的工業生產的各個領域。流化過程用于燃料燃燒，即為流化燃燒，其爐子稱為流化床鍋爐。二次風從燃燒室中下部補入，以提供進一步燃盡所需的空氣。同時通過調節灰渣的排放量，來控制鍋爐 料床的高度，滿足運行的安全，經濟性要求。循環流化床鍋爐內燃料的燃盡度很高，通常，性能良好的循環流化床鍋 爐燃燒效率可達 95～ 99％以上。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當于一個 “大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。而鼓泡流化床鍋爐，脫硫效率要達到 85～90％ ，鈣硫比要達到 3～ 4，鈣的消耗量大一倍。 (6)負荷調節范圍大，負荷調節快 當負荷變化時，只需調節給煤量、空氣量和物料循環量，不 必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術。 (9)燃料預處理系統簡單 循環流化床鍋爐的給煤粒度一般小于 13mm，因此與煤粉鍋爐相比，燃料的制備破碎系統大為簡化。近年來，單片機的使用壽命在延長，運行速度也在加快，噪聲在降低，可靠性技術在加強 。 PLC廠家都生產配套的 A/D 和 D/A 轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。并且，由于風機長期在額定轉速的狀態下運行 ，電動機組軸承容易損壞，維修量和維修費用較大。燃燒控制系統又包括 :蒸汽壓力控制系統、 爐膛負壓控制系統和經濟燃燒控制系統。 由于 傳統 鍋爐為非節能型燃燒方式，控制風量靠人工操作風道擋板，蒸汽壓力單靠人工控制燃燒不好。另外可按智能控制和專家控制的方法自動尋找最佳的燃燒工況。 床溫 的測定一般采用不銹鋼套管熱電偶作一次元件，布置在距布風板 200500mm 左右燃燒室密相層中，插入爐墻深度 1525mm，數量不得少于 2 只。一般來說，料層差壓應控制在 70009000Pa 之間。對二次風量的調整主要是依據煙氣中的含氧量多少，通常以過熱器后的氧量為準，一般控制在 35%左右，如含氧量過高 ，說明風量過大，會增加鍋爐的排煙熱損失；如過小 本科生畢業設計（論文） 12 又會引起燃燒不完全，增加化學不完全燃燒損失和機械不完全燃燒損失。負壓太大，爐膛漏風量增加，排煙損失增加，引風機電耗增加。整體式結構餓特點是將 PLC 的基本部件，如 CPU 板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊地安裝在一個標準機殼內，構成一個整體，組成 PLC 的一個基本單元（主機）或擴展單元。 一般的 PLC 廠商都提供具有模擬量采集、處理過程和開關量輸入 /輸出功能的不同型號和規格的產品，所以選擇的范圍很廣泛。 2 路最大可達 20kHz 的高頻脈沖輸出，可用以驅動步進電機和伺服電機以實現準確定位任務。 滿足數字量的輸出，但需要擴展模擬量輸入輸出模塊。 熱電阻雖然在工業中應用也比較廣泛，但是由于他的測溫范圍使他的應用受到了一定的限制，熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。 閉合回路中產生的熱電勢有兩種電勢組成：溫差電勢和接觸電勢。不同的熱電偶需要不同的補償導線，其主要作用就是與熱電偶連接，使熱電偶的參比端遠離電源，從而使參比端溫度穩定。耐急冷急熱性非常好，常溫加熱到 900℃ ，水冷至常溫需 800 次才破裂。 HD01 系列溫度變送器是一種將溫度傳感器 (熱電阻和熱電隅信號 )，經全隔離放大轉換成標準直流信號， 從而實現對被測信號精確測量的儀器。此時 。 本科生畢業設計（論文） 21 量程比比是指變送器最大測量范圍和最小測量范圍之 比，它是變送器的一個重要指標。100pa ～ 177。 ●采用相變增韌技術，氧化鋯固體電解質管強度高，抗冷熱急變性好。可以對諸多的工業爐窯、站鍋爐所排放煙氣中的氧量作快速準確在線檢測分析為及時調正空燃比提供可靠的技術參數，最終達到經濟燃燒和減少煙氣排放保護環境目的。儀表有氧量 “ O(2) ” ,氧電勢 “ E ” ，溫度 “ ℃ ” 顯示，還具有 010mA,420mA 雙路隔 離 模擬量輸出，帶負載能力大。 變頻器 的選型 在 PLC 控制引風機調節爐膛負壓的控制系統中，爐膛負壓是鍋爐燃燒系統重要的調節量，它的好壞影響著燃燒質量的好壞以及生產生活的安全， PLC 是一種可編程的控制器，通過它對引風機的控制來調節爐膛負壓，進而實現了系統的可靠運行， 通過控制柜面板 引 風機轉速調節器調節 引 風機轉速 ,在 鼓風量 一定的前提下 ,引風量隨著爐堂負壓值的變化自動調節引風機轉速 ,使鍋爐處于微負壓下運行 。例如出廠時設置 DIN1 為正向運行， DIN2 為反向運行等，根據需要通過修改參數可以改變功能。其功能也是可編程的，如故障報警狀態指示等。 變頻器有兩種工作方式手動方式與自動方式，由于要實現鍋爐風煤比隨鍋爐負荷變化的自動調，變頻器采用自動方式。 當指示燈 HG1 點亮時表明 風量 波動較大 ， 電動機轉速過 高 不宜長時間運行 。在運行中如直接采用空氣系數α能比較正確地反應燃燒經濟性的指標。在這個控制系統中，燃料調節器保證經濟燃燒 。 900℃ 左右的高溫物料通過外置式換熱器換熱后 ,返回爐膛時基本上只有 400℃ 到 500℃ ,低溫物料進入爐膛 ,能降低爐膛內床溫 ,將床溫控制在840℃ 左右 ,既能減少爐膛內的低溫結焦和高溫結焦 ,還能控制氮氧化物的生成量 ,同時 ,在此床溫下 ,通過加入石 灰石粉與爐膛內產生的二氧化硫反應 ,生成硫酸鈣 ,大大降低了二氧化硫的排放量。應根據