plc在水煤浆锅炉燃烧控制中的应用

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1、PLC在水煤浆锅炉燃烧控制中的应用余淑荣

2、张晓东

3、吴明亮

4、赵坤宋乃军’（1兰州理工大学兰州730050;2甘肃景泰民安供热有限公司甘肃白银730400）摘要基于西门子S7-300PLC提出了水煤浆锅炉燃烧控制解决方案"在传统PID控制方法的基础上加入了模糊控制技术。通过对风量与负荷配比的控制，达到了稳定燃烧的目的。尖键词PLC水煤浆锅炉燃烧控制中图分类号TH865文献标识码B文章编号1000^932（2015）01-00864）4PLC作为工业过程自动化控制系统中的核心部件，因其良好的控制特性和简单易学的操作方法•已在世界工业控制领域里

5、得到了广泛应用。随着环保问题越来越受到尖注锅炉燃烧系统对于燃料的选择则变得十分重要。水煤浆是一种新型煤基流体燃料，因其可以像油一样泵送、雾化、存贮和稳定燃烧并且燃烧效率高、环境污染少•已逐渐成为锅炉的首选燃料。但是传统的采用程控器和仪表的控制方式功能简单、控制效率低且信号采集数量少滩以实现对水煤浆锅炉的有效控制。因此笔者基于西门子S7-300PLC为兰州某热源厂设计了水煤浆锅炉燃烧控制系统利用PLC易扩展、可编程、优异的运算能力和稳定可靠的现场工作性能，通过自整定模糊PID算法准确地实现了燃烧控制和燃料风量配比。1燃烧控制系统软硬件设计

6、水煤浆锅炉的自动燃烧控制是根据对锅炉自身及循环系统等的工艺流程和要求所实现的⑴。根据DCS系统''分散控制，集中管理”的基本特点，整个控制系统主要由上位计算机、下位PLC和通信网络组成燃烧控制子系统主要包括信号采集、燃烧流程及闭环调节等⑵。水煤浆锅炉监控系统拓扑结构（局部）如图1所示。信号采集主要由分布在整个锅炉各测点的传感器、变送器以及相应的信号处理设备完成模拟量信号一般都以4~20mA（DC）送入PLC模拟量模块中经CPU计算处理再由模拟量模块输出，控制执行机构或设备的运行。锅炉点火后燃烧控制子系统根据相尖工艺要求自动肓动流程直到锅

7、炉进入正常燃烧状态。I•位汁算机X一X匚PLCCVV"nF"TF—门11-丨53」41)1♦1)()♦肌♦~W~♦凤机等设备启停状态数字址什八；现场温度、压力及流M等傥拟加;变嗾器H电动机擁电器H执行辭-n动监测n动控制图1监控系统拓扑结构（局部）整个过程都在上位计算机上进行监控，可对出®的报警信号（如出水温度过高及炉膛负压过夫等）进行排查。整个水煤浆锅炉的燃烧过程扌号制是在PLC中通过一定的PID闭环控制算法实现的。1.1硬件配置燃烧控制系统采用西门子S7€00PLC作为控制系统的核心。上位计算机与CPU之间采庄Ethernet以

8、太网通信。具体配置为：中央处理器模块CPU315-2DP/PN电源模块PS3075A数字量输入模块SM321数字量输出模妖SM322模拟量输入模妖$抽331模拟量输出模块SM332CPU与模块之间采用U型连接器（总线）连接以实现通信°图2所示为锅炉燃烧控制系统0号中央机架结构。收稿日期:2014-04-09（修改稿）图2锅炉燃烧控制系统0号中央机架结构1.2软件配置燃烧控制系统采用STEP7编程软件进行PLC编程和硬件组态。上位计算机采用西门子公司的SIMATICWinCC7.0组态监控软件。SIMATICWinCC70内置所有操作和管

9、理功能可简单、有效地进行组态，可基于Web持续延展，采用开放性标准集成简单，实现了硬件系统和上位监控软件系统之间的无缝链接2燃烧控制和实现水煤浆锅炉的燃烧采用空气压力雾化悬浮燃烧原理。水煤荥与空气经燃烧器以射流方式进入炉膛促使煤浆气流与炽热烟气产生强烈混合，水分迅速蒸发；同时水煤浆气流又受到炉膛四壁和高温火焰的辐射而将悬浮在气流中的煤颗粒迅速加热•水煤浆颗粒获得足够的热量并达到一定温度幵始着火燃烧。其着火热隨燃料的性质和运行工况的变化而变化锅炉负荷低时炉膛平均烟温降低燃烧器区域的烟温也降低•反之则升高。燃烧控制的尖键在于控制燃料(水煤浆

10、)与风量的配比使燃料充分高效燃烧并保证系统安全。21燃料与风量配比控制本锅炉为供暖热水锅炉燃烧控制的对象为热媒的出□温度和炉膛的压力。碍于篇幅笔者只对前者进行阐述后者与之类似。对水煤浆锅炉热媒出口温度的控制，主要是对燃料供给量的控制。由于水煤浆自身的特点・对燃料供给量的控制也就转化为对供浆泵频率的控制。在PLC控制系统中，对供浆泵频率的控制是采用PID自动调节的方式。图3所示为热媒出口温度PID控制原理。传统的PID控制主要是控制具有确切模型的线性过程，而锅炉控制系统属于非线性、时变性、大滞后性、强耦合和多变量系统所以应采用更为有效的自

11、整定模糊PID控制方式⑶。出

12、1温度设0.00.()iiin皴风机極率输出歧城机额率r二,INT枳分『•动设定他1M叩"止扰动叩)运算图3热媒出口温度PID控制原理自整定模糊PID控制器以传统PID控制器为