基于DCS的锅炉自动控制及其远程监控系统

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1、第3期颜信材等基于DCS的锅炉自动控制及其远程监控系统基于DCS的锅炉自动控制及其远程监控系统颜信材程明南京工业大学自动化与电气工程学院，南京210009摘要介绍20t锅炉的燃烧控制度汽包水位等控制系统的特点厦其流程．路出其硬件配置和软件设计流程。系统监控和管理方使，达到了锅炉燃烧工况良好、节能降耗的设计要隶。关键词锅炉燃烧控制系统汽包水位控制DCS远程监控中圈分类号TH862+．6文献标识码A文章编号1000．3932(2012)034)305．．04近年来，人类的环保意识越来越强，改变供暖的燃料品种、燃烧清洁燃料是降低空气污染的有效措施，其中油、气作为优质、高效和环保清洁能源，有着广阔

2、的应用前景。在一些发达国家，石油和天然气在能源消耗中约占60％，燃气、燃油锅炉占有相当大的比例。燃油、燃气锅炉主要包括锅炉本体、燃气供应系统、液位控制系统、点火系统和燃烧控制系统”。，具有燃烧效率高、体积小、无尘且噪声低的优点，并且适合自动控制，性能调刖场节灵活，运输方便”1。在我国，锅炉运行过程中还存在较多的问题，如燃烧效率、自动化程度及热效率等较低，为提高锅炉的工作效率并保证系统安全，需对设备进行监控。笔者基于泰州石化某20t燃气锅炉控制系统的监控与优化设计方案，介绍锅炉的液位控制系统、燃烧控制系统及其监控系统的远程实现。1系统组成与配置计算机集散控制系统(图1)由上位机系统和图JDC

3、S系统结构示意图收稿日期：2011-10-20(修改稿化工自动化及仪表第39卷下位机系统组成，上位机系统采用工业控制计算机，运用浙大中控组态软件ECS．100完成现场实时显示、存储、报警处理、打印和控制参数的设定；下位机系统包括现场仪表及传感器等。上、下位机系统间的通讯采用Ethernet方式。2控制功能2．1燃烧控制燃气锅炉的燃料主要是甲烷以及催化和化工的酸性气体与空气的混合物，可以通过烟气中的含氧量来判定燃料是否充分燃烧。由于燃气锅炉的燃烧具有危险性，当燃料气体与空气以某一比例混合燃烧时可能不稳定，甚至爆炸口]。因此，要保持燃气锅炉燃烧的稳定性，需对其进行实时动态控制，把超调量减到最小

4、，并可通过产生的蒸汽压力来衡量其稳定性。现设定气体与空气的最佳比值为口，气体输入量为m(k)，空气输入量为n(k)，则：口=rn(k)／n(k)。由于燃气锅炉燃烧产生的热量用于产生水蒸气，因此可以通过输出蒸汽压力来判断能源的使用效率。锅炉在运行时应保证最佳的空气燃气比，即将口控制在12：1。在锅炉运行中，影响热效率田的主要因素是化学不完全燃烧热损失和排烟损失，它们与过量空气系数m的关系如图2所示。图2锅炉热效率与过剩空气系数的关系曲线在锅炉运行过程中，采集烟气中的氧含量和烟气温度，调整空燃气比，即过剩空气系数，使锅炉一直运行在最佳燃烧区。该项目的监控系统中烟气的含氧量须低于4％。2．2汽包

5、水位控制在锅炉汽包水位控制中，经常会出现虚假水位，此处的汽包水位使用三冲量控制系统(图3)进行检测。该系统极大地提高了水位的控制精度，当蒸汽量突然增大时，由于虚假水位现象，水位会暂时升高，此时调节器发出信号给调节机构以减少给水量；与此同时，耗气量增大，可通过比值控制使调节机构增加给水量。实际给水量的增大与减小取决于系统的参数。当虚假水位消失后，水位和蒸汽信号即可保证调节机构正确作用，当系统恢复平衡后，水位就会维持在设定值。图3三冲量控制系统原理为了使锅炉燃烧控制系统更好地运行，笔者引入模糊自适应PID控制(图4)，主要由模糊控制器和参数可调整PID两部分构成，前者运用模糊规则推理获得控制器

6、参数，后者产生控制信号。找出PID的3个调节参数与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系，不断检测e和ec的大小、方向，对PID的3个调节参数进行在线修改，满足不同e和ec对PID参数的不同要求H1。图4模糊自适应PID控制系统结构示意图在锅炉汽包水位控制系统中，模糊控制器输入变量选择为汽包水位偏差值e和偏差值变化量ec，输出变量为PID参数的调整值。利用模糊推理方法在线不断修改PID控制的K。、K和虬，其计算式为：Kp2Kpl+Kp2Ki=Kil+Ki2Kd=Kdt+如式中K。，Ki，懿——PID的3个控制参数取值；K⋯K。，‰。——设定的初始值；K。：，K；：，K。：——模糊推理后的调整

7、值。设定e、ec和PID参数K。、K、蚝的模糊控制论域，采用7种不同的模糊语言变量进行描述：负大(NB)、负中(NM)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)"1。建立合适的模糊规则表，得到针对K。、K和蚝的整定模糊控制表。具体的模糊控制规则如下：第3期颜信材等．基于DCS的锅炉自动控制及其远程监控系统307a．当e较大时，为使系统具有较好的跟踪性能，应取较大的K。、较小的鼠，同时为避免系统响