基于工控机的锅炉控制系统的设计与应用.pdf

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
刘忠陈丽华
(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エ厂乙烯联合车间,兰州730060)
摘要从汽包液位、燃烧系統、过热蒸汽温度、蒸汽压力和炉负压5个方面对锅炉控制方彙进行
设计,并对控制系统的硬件和软件进行了合聖的配翼,给出了硬伴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,可知谅控制系统投资少,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統
关键词锅炉工控机控制方案控制系統
中图分类号TQ054
文献标识码
文章编号1000-3932(2012)04-0456-04
锅炉是广泛应用于石油化工、热力发电等工规PID调节器,根据蒸汽流量和给水流量比较产
业生产场合的重要动力设备之一,其主要作用是生的偏差进行常规PID运算,其输出作用于给水
提供合格的蒸汽。锅炉控制系统的任务是确保蒸调节阀,使水位保持稳定。主回路采用模糊PID
汽的温度、压力及流量等参数符合工艺要求;维持控制器,根据水位产生的偏差进行模糊PD运算,
汽包水位和炉膛压力在一定的范围内以保证设备其输出作为给水流量控制器的给定值,经给水流
安全运行;保证燃烧充分以提高生产的经济性、避量控制器改变给水量,使水位恢复釗给定值
免环境污染。因此,锅炉控制系统的工.作质量直
模糊控制器将锅炉水位误差e和水位误差变
接影响着锅炉的正常生产,是其安全运行的重要化率e作为模糊控制器的两个输入变量,△Kp、
保障。
△K;、△Kn作为模糊控制器的3个输出变量,其输
锅炉控制方案的设计
出又作为常规水位调节器的PID参数的修正值。
1.1汽包液位的控制
在运行过程中根据实时检测到的e和e,再棖据
锅炉汽包液位是确保安全生产和提供优质蒸模糊控制算法对PID3个参数进行在线实时修
汽的重要参数。液位过高会影响汽、水分离效果,改,使常规水位调节器不断获得最佳PID参数整
使蒸汽带液,损坏下游设备;水位过低,会影响水定值,从而使水位控制器具有良好的控制品
在汽包中自然循环的正常进行,甚至使部分管壁质2
过热而爆管。因此必须严格将水位控制在规定的1.2燃烧系统控制
范围。
该系统采用节能双交叉燃烧控制方案,是根据
该系统汽包液位的控制充分吸收了当前先进主蒸汽负荷对锅炉的燃烧系统进行调节的。以蒸
的智能控制思想,采用基于模榭PlD的三冲量控汽母管压力控制为主回路,空气流量和然料流量控
制方案,以锅炉汽包液位测量信号作为主控制信制为并列副?路,构成PID串级控制系统,两并列
号,构成主调节回路,以蒸汽流量信号作为前馈信副回路又带有一定逻辑功能的比值控制系统。该
号,构成前馈调节回路,以锅炉给水流量信号作为方案能保证空气和然料的比值在稳定工作状态时
串级信号,构成副调节回路。由主调节回路、前处于最佳。空气和燃料的最佳比值为E,即SP2=
调节回路和副调节回路共同构成锅炉汽包水位串KSP,K值可通过试验方法或经验给定。
级三冲量自动控制系统。引人蒸汽流量前馈信号
状态平稳时,蒸汽压力和给定值一致,蒸汽压
可以消除虛假水位现象对自动控制的不良影响;力控制器的输出一方面通过燃料系统的高、低选
引人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
收稿期:201-09-20
万方数
第4期
刘忠等.基于工控机的锅炉控制系统的设计与应用
模块HS1、LS1直接作为燃料流量调节器F1C的温水流量为操纵变量。由于减温器后蒸汽温度潜
设定值,另一方面通过空气控制系统的高、低选模后较大,因此副控制器选用比例微分调节器,主控
块HS2、L5S2乘上一个系数后作为空气流量控制制器选用比例积分微分调节器,主回路的任务是
器F2C的设定值,在稳定状态下,有SP2=KSP1;维持过热器出口蒸汽温度恒定
当负荷增加时,蒸汽压力下降,蒸汽压力控制器的1.4蒸汽压力控制
输出信号将增加,引起SP和SP2同时增加,SP1
蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系平衡与否的重
的最大增量为K1,SP2的最大増量为KxK。设要指标,其波动应控制在(50-100)kPa之内。
K,>K,这样SP1的增加幅度小于SP2的增加幅运行过程中,若蒸汽压力降低,说明蒸汽消耗量大
度。交又限幅的作用是让空气和燃料成阶梯状交于锅炉素发量,所以压力変低时.应增加燃煤的体
又上升,保证在负荷增加时,空气和燃料的配比仍积流量以加强燃烧,提高蒸汽蒸发量;压力上升
在最佳值附近;当负荷下降时,先减燃料量,后减时,则相反。由于流量变化后,オ引起压力变化,
空气量。保证在负荷减少时,空气和燃料的配比因此为了提高系统的响应,引进蒸汽流量作为前
仍在最佳值附近;同时,为提高热效率,对烟气氧馈信号,该系统采用的是前贵一反馈控制方案。
含量进行检测输出,自动修正空燃比,使烟气氧含1.5炉臘负压控制
量保持在最佳范围之内
锅炉炉膛通常保持适当的负压,这样可以避
1.3过热蒸汽温度控制
免观火孔等局部地区喷火,有利于安全生产和环
过热蒸汽温度是锅炉正常运行的重要参数,境卫生,但如果负压太大,又会使大量的空气进入
温度过高会烧坏过热器水管,影响下游设备的正炉子,增大引风机负荷和烟道气带走的热量,不能
常工作和安全;温度过低又会影响下游设备的使实现经济燃烧,所以炉膛负压一般挖制在-20Pa
用。因此必须使过热蒸汽温度稳定在一定的范围左右。炉膛负压通过调节引风机挡板的开度来控
内,对于中、高压锅炉来说,温度偏差不应超出额制,引入送风量作为前馈信号。因此,该系统炉膛
定值的±10℃。
负压采用前馈一反馈控制方案
该系统采用串级控制方案。过热器出口温度
上述锅炉控制方案的5个控制回路汇合在一
为主被控变量,减温器出口温度为辅被控变量,减起的结构如图1所示。
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图1锅炉控制系统框图
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