PLC 在水煤浆锅炉燃烧控制中的应用

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1、８６化工自动化及仪表第４２卷ＰＬＣ在水煤浆锅炉燃烧控制中的应用１１１１２余淑荣张晓东吴明亮赵坤宋乃军（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。关键词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３９３２（２０１５）０１００８６０４ＰＬＣ作为工业过程自动化控制系统中的核心部件，因其良好的

2、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得到了广泛应用。随着环保问题越来越受到关注，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、控制效率低且图１监控系统拓扑结构（局部）信号采集数量少，难以实现对水煤浆锅炉的有效整个过程都在上位计算机上进行监控，可对出现控制。因此笔者基于西门子Ｓ７３００ＰＬＣ为兰州的报警信号（如出水温度过高及炉膛负压过大某热源

3、厂设计了水煤浆锅炉燃烧控制系统，利用等）进行排查。整个水煤浆锅炉的燃烧过程控ＰＬＣ易扩展、可编程、优异的运算能力和稳定可靠制，是在ＰＬＣ中通过一定的ＰＩＤ闭环控制算法实的现场工作性能，通过自整定模糊ＰＩＤ算法准确现的。地实现了燃烧控制和燃料风量配比。１．１硬件配置１燃烧控制系统软硬件设计燃烧控制系统采用西门子Ｓ７３００ＰＬＣ作为水煤浆锅炉的自动燃烧控制是根据对锅炉自控制系统的核心。上位计算机与ＣＰＵ之间采用［１］身及循环系统等的工艺流程和要求所实现的。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ以太网通信。具体配置为：根据ＤＣＳ系统“分散控制，集中管

4、理”的基本特中央处理器模块ＣＰＵ３１５２ＤＰ／ＰＮ点，整个控制系统主要由上位计算机、下位ＰＬＣ电源模块ＰＳ３０７５Ａ和通信网络组成，燃烧控制子系统主要包括信号数字量输入模块ＳＭ３２１［２］采集、燃烧流程及闭环调节等。水煤浆锅炉监数字量输出模块ＳＭ３２２控系统拓扑结构（局部）如图１所示。模拟量输入模块ＳＭ３３１信号采集主要由分布在整个锅炉各测点的传模拟量输出模块ＳＭ３３２感器、变送器以及相应的信号处理设备完成，模拟ＣＰＵ与模块之间采用Ｕ型连接器（总线）连量信号一般都以４～２０ｍＡ（ＤＣ）送入ＰＬＣ模拟量接以实现通信。图２所示

5、为锅炉燃烧控制系统０模块中，经ＣＰＵ计算处理再由模拟量模块输出，号中央机架结构。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关工艺要求自动启动流程，直到锅炉进入正常燃烧状态。收稿日期：２０１４０４０９（修改稿）第１期余淑荣等．ＰＬＣ在水煤浆锅炉燃烧控制中的应用８７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整定模糊ＰＩＤ控制［３］方式。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ＳＩＭＡＴＩ

6、ＣＷｉｎＣＣ７．０组态监控软件。ＳＩＭＡＴＩＣ图３热媒出口温度ＰＩＤ控制原理ＷｉｎＣＣ７．０内置所有操作和管理功能，可简单、有自整定模糊ＰＩＤ控制器以传统ＰＩＤ控制器为效地进行组态，可基于Ｗｅｂ持续延展，采用开放基础，引入模糊集合论，将ＰＩＤ参数根据偏差ｅ（ｔ）性标准，集成简单，实现了硬件系统和上位监控软和偏差变化率ｅｃ（ｔ）的大小而动态变化，更符合被件系统之间的无缝链接。２燃烧控制和实现控对象真实的控制规律。水煤浆锅炉的燃烧采用空气压力雾化悬浮燃模糊系统是一种基于知识或规则的系统。它烧原理。水煤浆与空气经燃烧器以射流方式进

7、入的核心就是由所谓的ＩＦＴＨＥＮ规则所组成的知炉膛，促使煤浆气流与炽热烟气产生强烈混合，水识库。各部分具体设计如下。分迅速蒸发；同时水煤浆气流又受到炉膛四壁和模糊化与反模糊化设计。输入、输出语言变高温火焰的辐射，而将悬浮在气流中的煤颗粒迅量为｛负大，负中，负小，零，正小，正中，正大｝，即速加热，水煤浆颗粒获得足够的热量并达到一定｛ＮＬ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＬ｝；模糊量化论域为温度开始着火燃烧。其着火热随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｛－３，－２，－１，０，１，２，３｝。温降低，燃烧器

8、区域的烟温也降低，反之则升高。量化因子设计。设误差基本论域为｛－ｅｍ，燃烧控制的关键在于控制燃料（水煤浆）与风量ｅ｝；误差变化率基本论域为｛－ｅ，ｅ｝；量化等ｍｍｃｍｃ的配比，使燃料充分高效燃烧并保证系统安全。７级为７，则误差的量化因子ｋ＝，误差变化率的ｅ２．１燃料与风量配比控制ｅｍ本锅炉