PLC 在水煤漿鍋爐燃燒控制中的應用

化工自動(dòng)化及儀表第42卷PLC在水煤漿鍋爐燃燒控制中的應用余淑榮張曉東吳明亮趙坤宋乃軍2(1.蘭州理工大學(xué),蘭州730050;2.甘肅景泰民安供熱有限公司,甘肅白銀730400摘要基于西門(mén)子S7-300PLC提出了水煤漿鍋爐燃燒控制解決方案。在傳統PI控制方法的基礎上加入了模糊控制技術(shù)。通過(guò)對風(fēng)量與負荷配比的控制,達到了穩定燃燒的目的。關(guān)鍵詞PLC水煤漿鍋爐燃燒控制中圖分類(lèi)號TH865文獻標識碼B文章編號1000-3932(2015)01008604PLC作為工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化控制系統中的核心PLc部件,因其良好的控制特性和簡(jiǎn)單易學(xué)的操作方風(fēng)機等設備啟停法,已在世界工業(yè)控制領(lǐng)域里得到了廣泛應用。狀態(tài)數字量信號隨著(zhù)環(huán)保問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注,鍋爐燃燒系統對「位計算區Ao流量等模擬量信于燃料的選擇則變得十分重要。水煤漿是一種新型煤基流體燃料,因其可以像油一樣泵送、霧化存貯和穩定燃燒,并且燃燒效率高、環(huán)境污染少已逐漸成為鍋爐的首選燃料。但是傳統的采用程-電哥伙行哥控器和儀表的控制方式功能簡(jiǎn)單、控制效率低且圖1監控系統拓撲結構(局部)信號采集數量少,難以實(shí)現對水煤漿鍋爐的有效控制。因此筆者基于西門(mén)子S7-300PLC為蘭州整個(gè)過(guò)程都在上位計算機上進(jìn)行監控,可對出現的報警信號(如出水溫度過(guò)高及爐膛負壓過(guò)大某熱源廠(chǎng)設計了水煤漿鍋爐燃燒控制系統,利用等)進(jìn)行排査。整個(gè)水煤漿鍋爐的燃燒過(guò)程控PLC易擴展、可編程、優(yōu)異的運算能力和穩定可靠制,是在PLC中通過(guò)一定的PD閉環(huán)控制算法實(shí)的現場(chǎng)工作性能,通過(guò)自整定模糊PID算法準確現的地實(shí)現了燃燒控制和燃料風(fēng)量配比。1.1硬件配置1燃燒控制系統軟硬件設計水煤漿鍋爐的自動(dòng)燃燒控制是根據對鍋爐自燃燒控制系統采用西門(mén)子S7-300PLC作為身及循環(huán)系統等的工藝流程和要求所實(shí)現的控制系統的核心。上位計算機與CPU之間采用Ethernet以太網(wǎng)通信。具體配置為根據DCS系統“分散控制,集中管理”的基本特中央處理器模塊CPU315-2DP/PN點(diǎn),整個(gè)控制系統主要由上位計算機、下位PLC電源模塊PS3075A和通信網(wǎng)絡(luò )組成,燃燒控制子系統主要包括信號數字量輸入模塊SM321采集、燃燒流程及閉環(huán)調節等2。水煤漿鍋爐監數字量輸出模塊SM322控系統拓撲結構(局部)如圖1所示。模擬量輸入模塊SM331信號采集主要由分布在整個(gè)鍋爐各測點(diǎn)的傳模擬量輸出模塊SM332感器、變送器以及相應的信號處理設備完成,模擬量信號一般都以4~20mA(DC)送入PLC模擬量CPU與模塊之間采用U型連接器(總線(xiàn))連接以實(shí)現通信。圖2所示為鍋爐燃燒控制系統O模塊中,經(jīng)CPU計算處理再由模擬量模塊輸出,號中央機架結構?？刂茍绦袡C構或設備的運行鍋爐點(diǎn)火后,燃燒控制子系統根據相關(guān)工藝中國煤化工要求自動(dòng)啟動(dòng)流程,直到鍋爐進(jìn)入正常燃燒狀態(tài)CNMHG收稿日期:2014404J(修改高)余淑榮等.PLC在水煤漿鍋爐燃燒控制中的應用220VA于非線(xiàn)性、時(shí)變性、大滯后性、強耦合和多變量系統,所以應采用更為有效的自整定模糊PID控制會(huì )下M215M325335M32方式模塊模塊模塊AO模NH2020402010U型連接器出口溫度設DEADBANDINT積分SEI出口溫度反DIFR ZD SEI24V(DCPID運算圖2鍋爐燃燒控制系統0號中央機架結構擾動(dòng)INT積分手動(dòng)設定值 Man/Auto1.2軟件配置Ds供漿泵頻率Mam/Audr手動(dòng)設定值鼓風(fēng)機頻率輸出燃燒控制系統采用STEP7編程軟件進(jìn)行PLC供漿泵頻率輸出編程和硬件組態(tài)。上位計算機采用西門(mén)子公司的SIMATIC WinCC7.0組態(tài)監控軟件。 SIMATIO圖3熱媒出口溫度PID控制原理WinCC7.0內置所有操作和管理功能,可簡(jiǎn)單、有效地進(jìn)行組態(tài),可基于Web持續延展,采用開(kāi)放自整定模糊PID控制器以傳統PID控制器為性標準,集成簡(jiǎn)單,實(shí)現了硬件系統和上位監控軟基礎,引入模糊集合論,將PID參數根據偏差e()件系統之間的無(wú)縫鏈接。和偏差變化率ec(t)的大小而動(dòng)態(tài)變化,更符合被2燃燒控制和實(shí)現控對象真實(shí)的控制規律。水煤漿鍋爐的燃燒采用空氣壓力霧化懸浮燃模糊系統是一種基于知識或規則的系統。它燒原理。水煤漿與空氣經(jīng)燃燒器以射流方式進(jìn)入的核心就是由所謂的 IF-THEN規則所組成的知爐膛,促使煤漿氣流與熾熱煙氣產(chǎn)生強烈混合,水識庫。各部分具體設計如下。分迅速蒸發(fā);同時(shí)水煤漿氣流又受到爐膛四壁和模糊化與反模糊化設計。輸入、輸出語(yǔ)言變高溫火焰的輻射,而將懸浮在氣流中的煤顆粒迅速加熱,水煤漿顆粒獲得足夠的熱量并達到一定量為負大,負中,負小,零,正小,正中,正大},即溫度開(kāi)始著(zhù)火燃燒。其著(zhù)火熱隨燃料的性質(zhì)和運{NL,NM,NS,ZE,PS,PM,PL;模糊量化論域為行工況的變化而變化,鍋爐負荷低時(shí),爐膛平均煙-3,-2,-1,0,1,2,3}。溫降低,燃燒器區域的煙溫也降低,反之則升高。量化因子設計。設誤差基本論域為{-cn,燃燒控制的關(guān)鍵在于控制燃料(水煤漿)與風(fēng)量cn};誤差變化率基本論域為丨-c灬,e灬};量化等的配比,使燃料充分高效燃燒并保證系統安全2.1燃料與鳳量配比控制級為7,則誤差的量化因子k=一,誤差變化率的夲鍋爐為供暖熱水鍋爐,燃燒控制的對象為熱媒的出口溫度和爐膛的壓力。礙于篇幅筆者量化因子k=一。數值以具體情況為準對前者進(jìn)行闡述,后者與之類(lèi)似。模糊控制器和模糊規則表設計。圖4所示的對水煤漿鍋爐熱媒出口溫度的控制,主要是自整定模糊PID控制器中存在5個(gè)變量:K,、K。對燃料供給量的控制。由于水煤漿自身的特點(diǎn),K、K、K,通過(guò)數據重組將其變換為{K,、K對燃料供給量的控制也就轉化為對供漿泵頻率的控制。在PC控制系統中,對供漿泵頻率的控制K}、K、K。、K1}、K、Kn、K}。由此將兩輸入是采用PID自動(dòng)調節的方式。圖3所示為熱媒出三輸出系統轉換為兩輸A單輸出系統,便于簡(jiǎn)化口溫度PID控制原理。傳統的PID控制主要是控總體系統設計中國煤化工為例加以制具有確切模型的線(xiàn)性過(guò)程,而鍋爐控制系統屬說(shuō)明。CNMHG第42卷模糊推理Network 1: TitleID調節被控對象MW100-1NRET VALHMW 1020.000000e+圖4自整定模糊PID控制器結構10.5-BIPOLAR取K。的論域為{-5,5}。表1、2分別為模糊規則表和模糊查詢(xún)表。Network 2: TitleFC106表1模糊規則表e(t)MD30-INRET VALHMW102(t)ZEPS PMP9.000000e+OUTHQW1000OI-HI LIM0.000000e+NMNMZE PS PM000-L0_LMZ NL NM NS ZE PS PM PL10.5-BIPOLARPS NM NS ZE PS PMPM PLPS PlPL ZE圖5模擬量輸入、輸出處理程序表2模糊查詢(xún)表Network 1: TitleDB41FB41ec(1)ENOM Pl10.1- COM_RST.MN HMD301.0MAN_ONLMN PER5555550PVPER ON QLMN_ HLMP SELQLMN LLMLMN PINT HOLDLMN I…LIL.oNLMN DD SEI#1 CYCLEERMD2 SP_ INTMD6 PV_IN在STEP7編程軟件中有豐富的功能模塊,可為模糊控制的實(shí)現提供便利。文中PLC程序設圖6PID調節功能模塊子程序計采用模塊化的編程方法。主模塊OB1實(shí)現對子程序的調用和數據的傳遞,OB35為時(shí)間中斷服2.2系統安全性保證務(wù)程序。FBⅠ模塊為模糊控制器,在OB35中調為保證系統工作的安全性,在硬件設計中,采用。FB41是連續PID子程序模塊。DB10是用質(zhì)量和性能較好的 Schneider變頻器、國內性能STEP7中建立的一個(gè)數據塊,在其中建立一個(gè)數較好的水煤漿鍋爐燃燒控制器、防爆等級較高的組類(lèi)型的數據 Output,類(lèi)型為一個(gè)7行7列的二傳感器、變送維數組。V凵『中國煤化工在各個(gè)相關(guān)設備和執行部分PLC控制程序如圖5、6所示。CNMHG頁(yè)限位及報警等控制。牡時(shí)議計工世界面設計余淑榮等.PLC在水煤漿鍋爐燃燒控制中的應用時(shí),也加人了聯(lián)鎖、互鎖及報警等控制。從軟、硬優(yōu)點(diǎn),在水煤漿鍋爐控制系統中具有一定的推廣件兩方面雙重保證了系統的安全性。價(jià)值3結束語(yǔ)參考文獻與目前現有的電氣儀表設備控制技術(shù)相比本控制方式結合成熟的西門(mén)子S7-300PC軟、硬1]盧志航,胡月丹,文勇.西門(mén)子PLC在鍋爐燃燒系統件系統與技術(shù)支持,采用簡(jiǎn)單、有效、合理的控制控制中的應用[J].長(cháng)春理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)程序,在傳統PID控制思路和方式中,加入模糊控版),2011,34(4):79~82制技術(shù),在熱媒出口溫度及爐膛負壓等控制中,發(fā)[2]張麗娜,李珂,賈靜梅,等,淺議水煤漿鍋爐的技術(shù)揮了較好的控制效能,提高了燃燒效率,增強了燃特點(diǎn)及其應用[J].節能技術(shù),2009,31(5):40~4[3]劉紅兵,模糊PID自整定技術(shù)在PLC中的實(shí)現燒效果,節約了生產(chǎn)成本,減少了環(huán)境污染。經(jīng)過(guò)PLC&FA,2013,(1):99-103個(gè)采暖期的實(shí)際應用,該系統運行狀態(tài)良好,熱[4]趙笑笑.基于模糊理論與常規PID控制的模糊PID媒出口溫度控制在工藝要求范圍之內,并且具有控制方法研究[J],山東電力技術(shù),2009,36(6):54系統組態(tài)靈活、數據處理方便及人機界面友好等56PLC Application in CWM Boiler Combustion ControlYU Shu-rong, ZHANG Xiao-dong, WU Ming-liang, ZHAO Kun, SONG Nai-jun2. Jingtai Mingan Heating Co, Lid, Baiyin 730400, ChinaAbstract The S7-300 PLC-based control scheme for CWM( coal-water mixture)boiler combustion controlwas proposed, which has the fuzzy control integrated into the conventional PID control and reasonably has loadratio and air volume controlled to stabilize the boiler combustion controlKey words PLC, CWM boiler, combustion control(上接第85頁(yè))2]倪曉杰,馬彥霞,薄翠梅,等,基于PCS7的鍋爐控「4」齊飛, SIMATIC PCS7在混合液體分離系統中的應制系統的設計和實(shí)現[J].控制工程,2011,18(6)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與應用,2008,27(5):6[5]鄧劍宏,莊誠,張喜東,等.基于PCS7的并列運行[3]鄭君娜,李從江,西門(mén)子 SIMATIC PCS7系統在連鍋爐燃燒控制系統[冂],控制工程,2006,13(z):33蒸控制系統中的應用[J].輕工機械,2008,26(5)35,169Design and Realization of Boiler Control Syste m Based on PCS7WANG Jie, Al He(l. College of Mechanical and Electrical Engineering, North China University of Technology, Beijing 100144, China2. School of Automation and Electrical Engineering, Beijing Information Science &e TechnologyAbstract Considering SMPT-1000 boiler's process requirement, PCS7 was applied to the boiler control system, and SDG diagram was adopted to analyze and design control system. The better HMI of the control systemcan benefit the control over the boiler system中國煤化工Key words boiler control system, deaerator, water flow, smoke-blockHacI operationCNMHG