基于工控机的锅炉控制系统的设计与应用

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1、456化工自动化及仪表第39卷基于工控机的锅炉控制系统的设计与应用刘忠1陈丽华2(1．南京化工职业技术学院自动控制系，南京210048；2．兰州石化公司石油化工厂乙烯联合车间，兰州730060)摘要从汽包液位、燃烧系统、过热蒸汽温度、蒸汽压力和炉膛负压5个方面对锅炉控制方案进行了设计，并对控制系统的硬件和软件进行了合理的配置，给出了硬件结构图和软件程序流程图。通过分析该控制系统的应用结果，可知该控制系统投资少。但能够对锅炉系统的各个参数实行稳定而精确的控制，是工业锅炉理想的控制系统。关键词锅炉工控机控制方案控

2、制系统中图分类号TQ054文献标识码A文章编号1000-3932(2012)04-0456-04锅炉是广泛应用于石油化工、热力发电等工业生产场合的蕈要动力设备之一，其主要作用是提供合格的蒸汽。锅炉控制系统的任务是确保蒸汽的温度、压力及流量等参数符合工艺要求；维持汽包水位和炉膛压力在一定的范围内以保证设备安全运行；保证燃烧充分以提高生产的经济性、避免环境污染。因此，锅炉控制系统的工作质量直接影响着锅炉的正常生产，是其安全运行的重要保障。1锅炉控制方案的设计1．1汽包液位的控制锅炉汽包液位是确保安全生产和提供优质

3、蒸汽的重要参数。液位过高会影响汽、水分离效果，使蒸汽带液，损坏下游设备；水位过低，会影响水在汽包中自然循环的正常进行，甚至使部分管壁过热而爆管。因此必须严格将水位控制在规定的范围。该系统汽包液位的控制充分吸收了当前先进的智能控制思想，采用基于模糊PID的三冲量控制方案，以锅炉汽包液位测量信号作为主控制信号，构成主调节回路，以蒸汽流量信号作为前馈信号，构成前馈调节回路，以锅炉给水流量信号作为串级信号，构成副调节回路。由主调节回路、前馈调节回路和副调节回路共同构成锅炉汽包水位串级三冲量自动控制系统。引入蒸汽流量前

4、馈信号可以消除虚假水位现象对自动控制的不良影响；引入给水流量串级信号可以消除给水侧压力扰动对自动控制的不良影响⋯。副回路调节器采用常规PID调节器，根据蒸汽流量和给水流量比较产生的偏差进行常规PID运算，其输出作用于给水调节阀，使水位保持稳定。主回路采用模糊PID控制器，根据水位产生的偏差进行模糊PID运算，其输出作为给水流量控制器的给定值，经给水流量控制器改变给水量，使水位恢复到给定值。模糊控制器将锅炉水位误差e和水位误差变化率ec作为模糊控制器的两个输入变量，AK，、AK。、AK。作为模糊控制器的3个输出

5、变量，其输出又作为常规水位调节器的PID参数的修正值。在运行过程中根据实时检测到的e和ec，再根据模糊控制算法对PID3个参数进行在线实时修改，使常规水位调节器不断获得最佳PID参数整定值，从而使水位控制器具有良好的控制品质‘2，3

6、。1．2燃烧系统控制该系统采用节能双交叉燃烧控制方案，是根据主蒸汽负荷对锅炉的燃烧系统进行调节的。以蒸汽母管压力控制为主回路，空气流量和燃料流量控制为并列副回路，构成PID串级控制系统，两并列副回路又带有一定逻辑功能的比值控制系统。该方案能保证空气和燃料的比值在稳定工作状态时处于

7、最佳。空气和燃料的最佳比值为K，即SP2=KSPI，K值可通过试验方法或经验给定。状态平稳时，蒸汽压力和给定值一致，蒸汽压力控制器的输出一方面通过燃料系统的高、低选收稿El期：2011-09-20第4期刘忠等．基于工控机的锅炉控制系统的设计与应用457模块HSl、LSl直接作为燃料流量调节器F．C的设定值，另一方面通过空气控制系统的高、低选模块HS2、LS2乘上一个系数后作为空气流量控制器F：C的设定值，在稳定状态下，有SP2=KSPl；当负荷增加时，蒸汽压力下降，蒸汽压力控制器的输出信号将增加，引起SPl和

8、SP2同时增加，SPl的最大增量为K．，SP2的最大增量为K4XK。设K4>K．，这样SPl的增加幅度小于SP2的增加幅度。交叉限幅的作用是让空气和燃料成阶梯状交叉上升，保证在负荷增加时，空气和燃料的配比仍在最佳值附近；当负荷下降时，先减燃料量，后减空气量。保证在负荷减少时，空气和燃料的配比仍在最佳值附近；同时，为提高热效率，对烟气氧含量进行检测输出，自动修正空燃比，使烟气氧含量保持在最佳范围之内。1．3过热蒸汽温度控制过热蒸汽温度是锅炉正常运行的重要参数，温度过高会烧坏过热器水管，影响下游设备的正常工作和安

9、全；温度过低又会影响下游设备的使用。因此必须使过热蒸汽温度稳定在一定的范围内，对于中、高压锅炉来说，温度偏差不应超出额定值的士10℃。该系统采用串级控制方案。过热器出口温度为主被控变量，减温器出口温度为辅被控变量，减温水流量为操纵变量。由于减温器后蒸汽温度滞后较大，因此副控制器选用比例微分调节器，主控制器选用比例积分微分调节器，主回路的任务是维持过热器出口蒸汽温度恒定。1．4蒸汽压力控制蒸汽压力是衡