基于PLC锅炉燃烧控制系统方案

1、基于PLC的锅炉燃烧控制系统1 简介燃烧控制系统是电厂锅炉的主要控制系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统和炉膛压力控制系统。目前，电厂锅炉燃烧控制系统大部分仍采用PID控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统。燃烧率控制包括燃料量控制、供气量控制和诱导空气量控制。每个分控系统采用不同的测控方法。保证经济燃烧和安全燃烧。2 控制方案锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应锅炉输出蒸汽负荷的外部要求，同时保证锅炉的安全、经济运行。锅炉的燃料量、送风量和引风量的控制任务不能分开。可以使用三个控制器来控制这三个控制变量，但它们应该相互协调才能可靠地工作。对于

2、给定的出水温度，需要调整鼓风量与供煤量的比值，使锅炉运行在最佳燃烧状态。同时，炉膛内应有一定的负压，以保持锅炉的热效率，防止炉膛过热向外喷火，以保证人员安全和环境卫生。2.1 控制系统总体框架设计燃烧过程自动控制系统的方案与锅炉设备类型、运行方式和控制要求有关。针对不同的情况和要求，控制系统的设计方案是不同的。单位单元燃烧过程的受控对象被视为一个多变量系统。在设计控制系统时，充分考虑了项目的实际问题，既保证了操作人员的操作习惯，又最大限度地实施了燃烧优化控制。控制系统的总体框架如图1所示。图1 机组燃烧过程控制示意图 徐亚飞，温箱温度PID与预测测控.2004，28(4)：554-5572P

3、为单位负荷热信号。控制系统包括：滑动压力运行的主蒸汽压力设定值计算模块（热力系统实验得到的数据，然后拟合成可以通过DCS折线功能块实现的曲线），负荷-送风量模糊计算模块，主汽压力控制。系统及送风引风控制系统等。主汽压力控制系统采用常规串级PID控制结构。2.2 油量控制系统当外部对锅炉蒸汽负荷的要求发生变化时，锅炉燃烧的燃料量也必须相应改变。燃料量控制是锅炉控制中最基本、最重要的系统。由于给煤量不仅影响主蒸汽压力，还影响送风量和引风量的控制，还影响汽包内蒸汽蒸发量、蒸汽温度等参数，因此燃料量控制具有重要意义。影响锅炉运行。燃料控制可以简单地用图2来表示。 2.图2 油量控制策略其中：NB为锅炉

4、负荷要求； B 为燃料量； F(x) 是执行器。设置燃油量控制子系统的目的之一是利用它来消除燃油侧的自发扰动，提高系统的调节质量。此外，由于大型机组容量大，各部分密切相关，相互影响不容忽视。尤其是燃料种类的变化、燃料供给装置的投入数量等因素都会对控制系统产生影响。燃油量控制子系统的配置也提供了解决这些问题的方法。2.3 送风控制系统为了实现经济燃烧，当燃料量发生变化时，必须相应地改变供气量，使供气量与燃料量相适应。燃油量与供气量的关系如图3所示。 刘官敏，温箱温度PID与预测测控.2004，28(4)：554-5572图3 燃油量与供气量的关系燃烧过程的经济性可以通过适当的残余空气系数来衡量，

5、通常用烟气中的氧含量间接表示。实现经济燃烧最基本的方法是使空气量与燃料量成正比。送风量控制子系统的任务是协调锅炉的送风量和燃料量，以达到锅炉的最高热效率，保证机组的经济性。但是，由于锅炉的热效率不能直接测量，所以通常是通过一些间接的方法。达到目的。如图所示。在图4中，将实测燃料量B作为空气供给量调节器的给定值，将空气供给量V和燃料量B设定为一定的比例。图4 油量空调系统在稳定状态下，系统能保证燃油量和送风量满足选择使送风量略大于完全燃烧所需的理论风量。该系统的优点是实施简单，可以消除来自负载侧和燃料侧的各种干扰。2.4 引风量控制系统为了将炉压保持在所需的圆周上，引风量必须与送风量相适应。炉膛

6、压力还关系到锅炉的安全经济运行。如果炉压过低，会导致大量冷空气泄漏到炉内，增加引风机的负荷和排烟损失。而且冒出来的烟，不仅影响环境卫生，甚至可能影响设备和生命的安全。引风量控制子系统的任务是保证炉内有一定的负压，炉内负压必须控制在内容范围内，一般在-20Pa左右。 高国璋，温控器温度PID与预测控制与测量控制。 2004, 28(4): 554-5572控制炉膛负压的手段是调节引风机的引风量，主要的外界干扰是送风量。作为调节对象，炉烟道的惯性很小，在扰动和外界扰动下类似于比例环节。一般采用单环调节系统，采用前馈方式进行控制，如图5所示。图5 引风量控制子系统图为炉膛负压给定值，S为实测炉膛负压

7、，Q为引风量，V为送风量。由于炉膛的负压实际上是由送风量和引风量的平衡决定的，所以将送风量作为前馈信号来提高系统的调节性能。另外，由于调整对象相当于一个比例环节，调整量的反应过于敏感。为防止小偏差引起引风机挡板频繁动作，可设置调节器比例带自动修正链接，使小偏差增加调节器的比例带。对于负压S的测量信号，还需要进行低通滤波，以抑制测量值的剧烈波动。3 系统硬件配置在锅炉燃烧过程中，采用常规仪表进行控制，存在滞后、间歇调节、烟气含氧量超过给定值、负荷低、烟温低等问题。采用PLC控制锅炉时，由于其运行速度快、精度高、准确可靠，可适应复杂难处理的控制系统。从而解决了上述传统仪表控制难以解决的问题。选用的

8、PLC系统要求兼容性强，系统建设和运行投资少；其次，当设计的自动化系统需要改变时，不需要重新编程，输入和输出系统也不需要重新编程。接线，PLC系统无需再培训人员即可升级；最后，系统性能更高。硬件结构图如图6所示。图6 硬件结构图 曾桂娥, 邱莉, HYPERLINK :/211.151.247.3/kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=CJFD&LinkType=BaseLink&Field=BaseID&TableName=CJFDBASEINFO&NaviLink=%e7%9f%b3%e6%b2%b9%e5%8c%96%e5%b7%a5%e8%87%aa%e5%8a%

9、a8%e5%8c%96&Value=LYHG t _blank 石油化工自动化, 2005, HYPERLINK :/211.151.247.3/kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=CJFD&LinkType=IssueLink&Field=BaseID*year*issue&TableName=CJFDYEARINFO&Value=LYHG*2005*04&NaviLink=%e7%9f%b3%e6%b2%b9%e5%8c%96%e5%b7%a5%e8%87%aa%e5%8a%a8%e5%8c%96 t _blank 7(4):89-91根据系统要求，选用西门子PLC

10、S7-200 CPU226作为控制核心，同时扩展了2个EM231模拟量输入模块和1个CP243-1以太网模块。 CPU226的I/O点数为2416，完全可以满足系统的要求。同时选用EM231模块，为AD转换模块，4路模拟量输入，12位A/D，采样速度为25 ，温度传感器，压力传感器，流量传感器输出信号和氧检测传感器经过调整放大处理后成为05V的标准信号，EM231模块自动完成A/D转换。S7-200的PPI接口的物理特性是RS-485，可以工作在PPI、MPI和自由通讯口模式。为实现PLC与上位机的通讯提供多种选择。为实现人机对话功能，如系统状态及变量图形显示、参数修改等，还扩展了一块Evie

11、w500系列触摸屏，操作控制简单方便，可用于设置系统参数和显示锅炉温度等。还有一个以太网模块CP243-1，其功能是让S7-200直接连接以太网，通过以太网进行远距离数据交换，与其他 S7-200。通信基于TCP，安装方便，简单。4 系统软件设计控制程序采用STEP7-Micro Win软件以梯形图方式编写，其软件框图如图7所示。图 7 软件主框图S7-200PLC给出PID指令，省去了复杂的PID算法编程过程，极大的方便了用户的使用。使用PID指令有以下几点和体会：(1)比例系数和积分时间常数的确定。应根据经验值和反复调试确定。(2)调整量、给量、输出量等参数的标准归一化转换。（3）按正确顺

12、序填写PID回路参数表（LOOP TABLE），并分配各个参数地址。 朱雪峰。 HYPERLINK :/211.151.247.3/kns50/detailref.aspx?filename=LYHG200504006&dbname=CJFD2005&filetitle=PID%e6%8e%a7%e5%88%b6%e5%99%a8%e5%8f%82%e6%95%b0%e6%95%b4%e5%ae%9a%e6%96%b9%e6%b3%95%e7%9a%84%e4%bb%bf%e7%9c%9f%e4%b8%8e%e5%ae%9e%e9%aa%8c%e7%a0%94%e7%a9%b6 t _top

13、PID控制器参数整定方法的仿真与实验研究5 结论机组燃烧过程控制系统在某火电厂发电机组锅炉协调控制系统中投入使用。实际运行情况表明：由于引入负荷模糊前馈，锅炉燃烧控制系统作为协调控制的子系统，显着提高了机组负荷变化的跟踪能力，空煤比可在静态和动态过程中保持一致；在逻辑控制系统的配合下，提高了控制系统的稳定性和安全性，减少了炉内负压的波动，满足了运行要求；机组负荷不变时，锅炉燃烧稳定，各调整参数的动态偏差显着减小。 ，实现锅炉的最佳燃烧；采用非线性PID调节方法解决了导流挡板的晃动问题。采用西门子PLC控制，不仅简化了系统，提高了设备的可靠性和稳定性，而且大大提高了燃烧能量的热效率。通过操作面板

14、修改系统参数，可以满足不同工况的要求。机组的各种信息，如工作状态、故障情况等，可以以声光报警和文字的形式显示出来。主要控制参数（温度值）的实时变化趋势显示。以图表的形式记录显示，方便设备的操作和维护。该系统通用性好，扩展性强，直观易操作。 朱雪峰。 HYPERLINK :/211.151.247.3/kns50/detailref.aspx?filename=LYHG200504006&dbname=CJFD2005&filetitle=PID%e6%8e%a7%e5%88%b6%e5%99%a8%e5%8f%82%e6%95%b0%e6%95%b4%e5%ae%9a%e6%96%b9%e6%

15、b3%95%e7%9a%84%e4%bb%bf%e7%9c%9f%e4%b8%8e%e5%ae%9e%e9%aa%8c%e7%a0%94%e7%a9%b6 t _top PID控制器参数整定方法的仿真与实验研究基于PLC的锅炉燃烧控制系统1简介燃烧控制系统是电厂锅炉系统的主人，它包括燃料控制系统、空气流量控制系统、炉压控制系统。大多数电厂锅炉燃烧控制系统仍采用PID控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、风量控制、引风量控制构成。各分控系统分别，通过不同的测量可以控制方式，保证燃烧的经济性和安全性。2 控制程序锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是

16、使燃料燃烧，从而提供热量以适应锅炉输出蒸汽负荷的要求。但必须保证锅炉的安全、经济运行。 A 锅炉燃料、供气和引风量控制三个任务不是分开的。这三个控制变量可以用三个控制器来控制，但要相互协调才能可靠工作。设置水温，需要调整鼓风量和锅炉在最佳燃烧状态下运行的煤量比例。当炉膛记忆处于一定负压时，可保持锅炉热效率，避免炉膛外焰过热，以保证人员安全和环境卫生。2.1 控制系统总体框架设计燃烧过程自动控制系统的方案和锅炉设备的类型、运行和控制要求，它涉及到不同的情况和要求。机组电厂燃烧过程受控对象被视为一个多变量系统，设计控制系统时充分考虑工程实际问题，既能保证操作人员既能习惯操作，又能最大限度地实施燃烧

17、优化。控制系统的总体框架如图1所示。图1 机组电厂燃烧过程控制示意图P 为单位负荷热信号。控制系统包括：滑压运行主组压力设定值计算模块（由热力系统实验数据获得，可用DCS折线功能块拟合曲线）、负荷-供气模糊计算模块、主蒸汽压力控制系统和sentas引用的空气控制系统。主汽压力控制系统采用常规串级PID控制结构。2.2 油量控制系统当锅炉蒸汽负荷超出要求时，必须适当改变锅炉燃烧的燃料量。燃料控制是系统锅炉控制的基础和重要部分。它不仅影响主蒸汽压力对送煤量引导空气流量的控制，还影响汽包内蒸汽的蒸发量和蒸汽温度等参数o燃料量的控制对锅炉有重大影响。手术。燃料控制可用于图 2。图2 燃油量控制策略其中

18、：NB为锅炉负荷要求； B是燃料量； F(x) 作为执行机构。设置燃油量控制子系统的目的之一是利用它来消除燃油端内部自发扰动，提高调节质量。此外，由于机组容量大，各部分之间联系紧密，相互影响也不容忽视。尤其是燃料种类的变化，以及投入燃料供给装置和控制系统数量的不同因素。燃料控制子系统设置也提供了解决这些问题的方法。2.3 风量控制系统为了实现经济燃烧，当燃料量发生变化时，必须适当改变空气流量，从而改变供气量和燃料量。供油量与供气量的关系如图3所示。图3 燃油量与供气量关系燃烧过程中的经济性是否通过过剩空气系数来衡量，过剩空气系数通常是间接影响烟气中氧含量的。最基本的经济燃烧风量和燃料量必须有一

19、定的比例。送风控制子系统的任务是使锅炉的送风量和燃料量相协调，使锅炉可以达到最高的热效率，保证机组经济性，但锅炉热效率不能直接测量，因此通常通过达到目的的一些间接方法。如图4所示，测得的燃油量B作为空气流量调节器给定值，空气量V与燃油量B成一定比例。图4 空调系统燃油量在稳定状态下，系统可以保证燃料和空气的供应量满足选择空气量略大于理论空气B完全燃烧需要。该系统的优点是简单；它可以消除来自负载端和燃料端的各种干扰。2.4 风量控制系统引证维持炉膛风压和供气以适应炉压所需的程度也将影响锅炉的安全性和经济运行水平。炉压过低使大量冷空气漏入炉内会增加负荷和烟气损坏引风机，炉压过低甚至可能引起内爆；炉

20、膛压力高于大气压，就会冒出火焰和浓烟，不仅危害健康，甚至可能影响设备和生命安全。风量控制子系统的主要任务是保证炉膛负压，真空炉必须控制在内容范围内，一般为-20Pa 。控制炉膛压力和调节引风机量的手段，引风机，其主要的外部干扰是送风。作为调节炉烟道惯性的调节器，无论包括干扰和外界干扰，都是一个类似比例的分量。一般采用单回路控制器系统，加上前馈控制的方法如图5所示图5 引风量控制子系统炉压和数字为给定值，S 为实测炉压，Q 为引风量，V 为供气量。炉压与实际风量的平衡决定了风量和风量，将气流作为前馈信号来提高系统的调节性能。另外，由于调节对象相当于一个比例元件，对反作用量过于敏感，为了防止引风机

21、挡板频繁动作造成的微小偏差，可以设置调节器与自动修正环节，使得调节器比例带偏差小。 S为负压测量信号，需要低通滤波器来抑制测量值的波动，系统硬件配置。常规仪表在锅炉燃烧过程控制、滞后、间歇调节、烟气含氧量超过给定值、低负荷和低烟气温度。锅炉采用PLC控制，运算速度快、精度高、准确可靠，可适应复杂难处理的控制系统。这样，就可以解决用常规仪器解决上述控制的难题。选用的PLC系统要求兼容性强，系统投资最少，即可完成和运行。其次，当设计自动化系统改变时不需要重新编程，输入输出系统也不需要。接线无需重新培训人员，即可实现PLC系统升级。最后，更高的系统是性能。硬件结构如图6所示。.图6 硬件结构根据系统要求，选择西门子PLCS7-200 CPU226作为控制核心，同时扩展了两个EM231模拟量输入模块和一个CP243-1以太网模块。 CPU226的I / O点为2416，完全满足系统的要求。同时选用了EM231模块，它是A / D转换模块，有4路模拟量输入12A / D，其采样率为25s，温度传感器、压力传感器、流量传感器和氧气检测传感器输出信号调理并放大处理成为05V的标准信号，EM231模块自动完成A / D转换。S7-200 PPI接口RS-485的物理特性可以工作在PPI、MPI、自由通讯口模式。