鍋爐自動控制系統(tǒng)原理

1、 鍋爐自動控制系統(tǒng)原理 由于控制器+變頻調(diào)速裝置在風機和泵類負載上的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有無沖擊啟動和軟停起的優(yōu)良控制特性，可極大地延長機械設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備的維護量，故隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的新型控制器應(yīng)用及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價格比也越來越高、體積越來越小、運行可靠性越來越高，并且集成了實用的PI調(diào)節(jié)功能、簡易PLC、靈活的輸入/輸出端子、脈沖頻率給定、停電和停機參數(shù)存儲選擇等功能，為變頻控制裝置納入自動控制系統(tǒng)、降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)可靠性具有極大價值。我公司的新型的STEC控制器+變頻器已廣泛地應(yīng)用于在冶金、電氣、石化、供熱和民用風機水泵的控制領(lǐng)域

2、。鏈條爐是一種應(yīng)用最廣泛的火床爐，至今已有100余年的歷史。煤在火床水平運動的爐排上燃燒，空氣從爐排下方自下而上引入。煤從煤斗落到爐排上，經(jīng)過爐閘門時被刮成一定的厚度，隨后進入爐膛，在爐排上分段燃燒成渣。目前在我國小型電廠及工、礦和供熱企業(yè)中使用很普遍，運行經(jīng)驗也比較豐富。但目前國內(nèi)在鏈條爐運行中風機和泵類負載控制器+變頻調(diào)速裝置應(yīng)用程度不夠普遍，鍋爐運行過程能源浪費嚴重，出力不能隨著外界溫度的變化而及時變化，爐膛溫度低，排煙溫度較高，負煤比不能及時調(diào)整，爐膛換熱效率低，鍋爐鼓引崢嶸還采用閘板控制風量，循環(huán)水泵、補水泵采用工頻運行，爐排機、刮煤器采用差速裝置等，因此用先進的新型以太網(wǎng)控制器來設(shè)

3、計出合理化的控制方法，不管是對舊有鍋爐的改造還是新爐的制造都具有很大的現(xiàn)實意義。 鏈條爐燃燒變頻控制的基本任務(wù)既要使用權(quán)供熱量適應(yīng)負荷需要，還要保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐運行的安全性。因而燃燒控制要通過復(fù)雜的數(shù)學運算來調(diào)節(jié)給煤量，保持鍋爐分配到的負荷 ，調(diào)節(jié)送風量使其隨時與給煤量保持恰當?shù)谋壤?，即風煤比，以保證燃料完全的燃燒和最小的熱損失。調(diào)節(jié)引風使其隨時與送風相適應(yīng)，保持爐膛負壓在一定的范圍內(nèi)，可保證鍋爐燃燒的安全性和燃煤燃燒的充分性?？刂破鞑捎玫氖谴T人時代的STEC系列控制器，有以太網(wǎng)、RS232、RS485、MODBUS、遠程電話通訊、GPRS、CDMA等豐富的通訊接口。并且STEC控制器采

4、用32位高速CPU，可以滿足多線程運行，數(shù)據(jù)存儲容量16M至256M，支持PID控制。2、鏈條爐燃燒系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方案的控制方法 鏈條爐變頻控制包括鼓風機變頻調(diào)速裝置、引風機變頻調(diào)速裝置、爐排機變頻調(diào)速裝置、分層給煤礦變頻調(diào)速裝置、循環(huán)水變頻調(diào)速裝置及補水變頻調(diào)速裝置等。 根據(jù)鏈條爐燃燒過程自動控制的任務(wù)和目的，燃燒變頻控制系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)，即負荷 控制系統(tǒng)（給煤調(diào)節(jié)、煙氣含氧量控制、爐膛溫度調(diào)節(jié)）、送風系統(tǒng)和引風系統(tǒng)。 （1）給煤調(diào)節(jié)系統(tǒng) 給煤調(diào)節(jié)的任務(wù)在于通過調(diào)節(jié)給煤機的轉(zhuǎn)速改變進入鍋爐的燃料量的大小。這一任務(wù)由給煤變頻調(diào)節(jié)來完成?？紤]到燃煤鍋爐運行中經(jīng)常產(chǎn)生煤量的自發(fā)性擾動（煤的阻

5、塞和自流），因此調(diào)節(jié)器中引入鍋爐出口水溫作為鍋爐的反饋信號，以盡快消除由于設(shè)備結(jié)構(gòu)造成的給煤量自發(fā)擾動的情況，同時，還引入煙氣含氧量作為給煤量的修正。 （2）爐膛負壓控制 爐膛負壓是一個快過程，只要PID參數(shù)整定合適，一般單回路即可達到目的。但其控制的品質(zhì)受鼓風量的影響較大，于是把鼓風機的轉(zhuǎn)速作為前饋，提高響應(yīng)速度。 考慮到引風電動機的抗沖擊性，負壓控制也引入一調(diào)節(jié)死區(qū)，在該負壓范圍內(nèi)保持上次的輸出，調(diào)節(jié)死區(qū)設(shè)為控制目標的5Pa。（3）送風調(diào)節(jié)系統(tǒng)送風調(diào)節(jié)的根本任務(wù)在于保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟性，使鍋爐燃燒熱效率最高，使鍋爐運行在最佳工作狀態(tài)下，即送風量與給煤量的比例最佳。送風調(diào)節(jié)由送風機變頻調(diào)節(jié)來

6、完成，采用以燃燒經(jīng)濟性能指標為被調(diào)量的單回路結(jié)構(gòu)。為了使送風量迅速跟上給煤量B的變化，送風機變頻調(diào)節(jié)中引入給煤量B的變化量dB作為前饋信號，通過前饋補償系數(shù)f(Db)來確保送風量快速跟上給煤量的變化。爐負荷 擾動停止時，同樣從給煤變頻調(diào)節(jié)引入給煤量的變化量作為前饋信號送至送風變頻控制器。實驗證明，這是時f(Db)近似為常值，用K1近似表示。燃燒的經(jīng)濟性指標是煙氣中最佳含氧量O2%。最佳含氧量O2%同樣也是負荷的函數(shù)。其函數(shù)關(guān)系通過鍋爐熱效率試驗確定。 送風機控制原理：采集爐膛溫度或煙氣含氧量信號，通過變送器反饋至變頻器，通過變頻器內(nèi)置的PID參數(shù)調(diào)整，調(diào)節(jié)鼓風機轉(zhuǎn)速。執(zhí)行元件為鼓風機，控制參數(shù)

7、為爐膛溫度?？刂苹芈肥歉鶕?jù)實際的爐膛溫度數(shù)值進行調(diào)節(jié)的。其目的是保持合適的爐膛溫度。當爐膛溫度發(fā)生變化時，裝置通過變送器將測出的爐膛溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，以過PID控制算法計算后輸出給變頻器。變頻器再通過輸出不同的電壓及頻率來控制鼓風機的轉(zhuǎn)速，從而改變鼓風機的風量。 （4）引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)是保證爐膛負壓維持在一定的范圍內(nèi)。爐膛負壓過大會降低爐膛溫度，耗費燃煤，嚴重時會造成爐膛滅火等事件；負壓達小則危及人員和設(shè)備的安全。由于引風調(diào)節(jié)對象的動態(tài)響應(yīng)快，易于測量，所以引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要以爐膛負壓作為一個被調(diào)量。在實際控制中，保持引風量與送風量的比例關(guān)系，引入送風量的大小的標志送風機轉(zhuǎn)速的

8、變化dK作為前饋信號。這樣，當鍋爐負荷發(fā)生變化時，給煤量改變時，給煤量改變導(dǎo)致送風量的相液壓變化，引風環(huán)節(jié)隨著前兩個環(huán)節(jié)的改變而先行改變風量，既抑制了強干擾的影響，又保證爐膛負壓維持在一定的范圍內(nèi)變化。 采集爐膛負壓信號，通過變送器反饋至變頻器，通過變頻器風置的PID參數(shù)調(diào)整，調(diào)節(jié)引風機轉(zhuǎn)速。 以上各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案形成總的控制系統(tǒng),為了使給煤機、送風機、引風機協(xié)調(diào)動作，以克服耦合的影響，必須采用多變量輸入、多變量輸出的協(xié)調(diào)控制方式控制燃煤鍋爐的燃燒過程。（5）除氧補水調(diào)節(jié)系統(tǒng) 補水泵采用變頻調(diào)節(jié)的作用： 補充水量； 維持鍋爐入口水壓。補水泵變頻調(diào)節(jié)采用簡單的PID調(diào)節(jié)，可調(diào)節(jié)被控鍋爐入口水壓。

9、 3、控制器介紹 STEC2000嵌入式控制器主要由兩部分組成：主控制器、彩色液晶顯示操作終端。其中主控制器在調(diào)試完畢投入運行后，禁止運行人員進行任何操作，出現(xiàn)故障時必須由我公司技術(shù)人員或經(jīng)過我公司培訓的系統(tǒng)維護人員進行故障排除。換熱站或換熱機組的運行人員對STEC2000控制器的所有操作只能通過液晶顯示操作終端進行。其主要功能是對熱網(wǎng)各運行參數(shù)（溫度、壓力、流量等）進行實時監(jiān)控及采集，并根據(jù)氣象環(huán)境和負荷的變化按預(yù)先設(shè)定的控制策略對網(wǎng)中的泵和調(diào)節(jié)閥進行自動調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)換熱機組或熱力站的完全自動控制，同時通過VPDN、PSTN、ADSL等多種通訊方式與監(jiān)控中心進行通訊。 STEC2000控制器

10、以嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ)，采用Motorola 32位高速CPU和嵌入式實時LINUX操作系統(tǒng)，集現(xiàn)場采集、顯示操作、控制、通訊為一體，可廣泛用于市政管網(wǎng)監(jiān)控（如熱網(wǎng)、水網(wǎng)、氣網(wǎng)等）、樓宇自控、工業(yè)自動化、電力自動化、化工、環(huán)境測控、水處理、交通、電信、物流、園林、環(huán)保、養(yǎng)殖等領(lǐng)域。STEC2000控制器采用模塊化體系結(jié)構(gòu)，根據(jù)控制規(guī)模選配相應(yīng)的I/O模塊，可以組建幾個點到上百個點的現(xiàn)場控制設(shè)備，主要技術(shù)性能如下： 32位CPU，主頻66M，嵌入式實時LINUX操作系統(tǒng) 8M FLASH 內(nèi)存，16M 外存DOC，512K EEPROM 一個10M以太網(wǎng)接口（RJ45），支持DDN、ADSL連接 一

11、個嵌入式MODEM接口，可接電話線 一個RS232/485接口，可接GPRS通訊模塊 支持彩色液晶和鍵盤的復(fù)合接口 8路16位分辨率差分模擬量輸入模塊 4路16位分辨率模擬量輸出模塊 12路數(shù)字量輸入模塊，含3路16位計數(shù)器輸入 8路繼電器輸出模塊 I/O模塊隔離電壓2500V STEC2000控制器基本控制功能如下： 采集功能 STEC2000控制器采集溫度、壓力、熱量等一次儀表參數(shù)并進行壞數(shù)過濾。本控制器支持按用戶定義的方式將采集的電流電壓數(shù)據(jù)變換為相應(yīng)物理量。數(shù)據(jù)掃描周期可以在0.05-2秒之間進行設(shè)定。 存儲功能 物理量數(shù)據(jù)每隔一段時間如1分鐘（存儲時間間隔可組態(tài)設(shè)定）保存一次，掉電后

12、不會丟失。具有不小于8M的存儲空間，可以保存長達一個采暖季的運行參數(shù)。 顯示功能 STEC2000控制器支持一個5寸的彩色液晶屏。用戶可以其對顯示畫面和參數(shù)進行自由組態(tài)，并根據(jù)運行需要完成參數(shù)的設(shè)定。 通訊功能 STEC2000控制器內(nèi)置Socket Server, 標準串口（9針）、RJ45以太網(wǎng)接口、RJ11電話接口等硬件設(shè)施。控制器支持TCP/IP、ModBus、PPP等協(xié)議，Soket連接，232/485通訊，以太網(wǎng)通訊，電話撥號通訊及無線通訊連接（GSM、GPRS、CDMA等）。 自檢功能 STEC2000控制器上電后，自動檢查主板、外圍設(shè)備和I/O設(shè)備是否正常，如有異常給出報警。

13、控制功能 STEC2000控制器支持PID控制、邏輯控制、模糊控制等多種控制方式，可通過簡單的組態(tài)進行選擇。控制器還支持用戶以腳本語言方式進行二次開發(fā)。 控制掃描周期小于200ms（可定義掃描周期）。 故障報警 發(fā)生報警事件時，STEC2000控制器會通過相應(yīng)的通訊方式向上位機報警直至收到上位機的確認信息，報警內(nèi)容包括：故障發(fā)生時間、故障內(nèi)容、故障參數(shù)值（或狀態(tài)）等信息。同時會在液晶的報警信息欄顯示此故障信息，當多個報警存在時，報警信息會滾動顯示。 人機交互 用戶可以通過STEC2000控制器的鍵盤進行人機交互：選擇控制方式，設(shè)定參數(shù)值，取消報警等。 Web訪問 STEC2000控制器內(nèi)置Web Server對控制器運行狀態(tài)進行網(wǎng)頁發(fā)布，用戶可從任何地方通過電話線或以太網(wǎng)等方式登陸瀏瀏覽網(wǎng)頁以了解控制器運行情況。本功能受用戶密碼保護。 遠程配置 STEC2000控制器支持遠程配置更新和程序控制。例如，用戶可以通過電話、以太網(wǎng)等方