plc在熱媒加熱爐控制中的應(yīng)用

plc在熱媒加熱爐控制中的應(yīng)用

應(yīng)用ppp技術(shù)的加熱爐是一個集數(shù)據(jù)采集、安全鎖保護(hù)、程序控制、流程調(diào)整、上層通信、人機(jī)對話于一體的綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這也是ppp應(yīng)用中最具代表性的系統(tǒng)之一。一、基本參數(shù)設(shè)置熱媒爐的安全保護(hù)控制參數(shù)通常有熄火、熱媒流量、熱媒出爐溫度、助燃風(fēng)壓力、燃料(油或燃?xì)?壓力、排煙溫度及多爐管的偏流等,其中前3項(xiàng)參數(shù)非常重要直接關(guān)系運(yùn)行人員和設(shè)備的安全。1、紫外線火焰檢測系統(tǒng)以油或燃?xì)鉃槿剂系拇笮蜖t火焰的保護(hù)關(guān)系到人機(jī)的安全,為此,采用具有在線自動診斷功能的紫外線火焰檢測器,它能以12次/min的頻率自動在線對火焰探測器進(jìn)行自檢,一旦有任何異常就會立即報(bào)警,并通過PLC的程序和外部的硬件分兩路切斷燃料供應(yīng),達(dá)到雙保險(xiǎn)的目的。2、護(hù)熱媒流量計(jì)保證有足夠的熱媒流量是爐體安全運(yùn)行的前提,在一般的小型爐上通常都采用設(shè)置差壓開關(guān),間接保護(hù)熱媒流量。該方法簡單經(jīng)濟(jì),但易于產(chǎn)生錯誤信息,因而需在大型爐上再設(shè)置一套熱媒流量計(jì)。考慮到熱媒系統(tǒng)的常年連續(xù)運(yùn)行,壓降過大電耗就會增大,使運(yùn)行成本增高,為此,選用阿牛巴流量計(jì)作為流量檢測元件。該流量計(jì)具有成本低、運(yùn)行可靠、維護(hù)量少的特點(diǎn),而且它的壓降幾乎可以忽略。3、溫度變送器plc程序?yàn)榱朔乐?5000kW熱媒爐管(共9根并行爐管)中的熱媒偏流,在每根爐管出口處各設(shè)置1個由PLC編程自動控制的溫度變送器,在檢測各爐管溫度偏差的同時,間接地監(jiān)測爐管偏流情況。該溫度變送器的PLC程序是將測取的9個溫度值從小到大依次排列,然后分別去掉兩個最小溫度值和兩個最大溫度值,將余下的5個溫度值進(jìn)行求和取平均值,該平均值即為熱媒的出爐溫度值,并將它與設(shè)定的報(bào)警溫度值比較,其結(jié)果決定熱媒出爐溫度是否超標(biāo)。另外,還可將該平均值與9根爐管的溫度值分別進(jìn)行比較,如果其偏差值超過規(guī)定范圍,就會發(fā)出報(bào)警信號,提醒操作人員作適當(dāng)處理。采用以上方法測溫可在不停爐的情況下分別更換溫度變送器,由于5個溫度變送器同時出現(xiàn)故障的可能性幾乎為零,所以該方法可靠性高,較傳統(tǒng)的流量計(jì)檢測偏流具有如下優(yōu)點(diǎn)。(1)敏感方面(2)成本很低(3)維修方便4、氣泵加壓檢測法除上述3種主要安全保護(hù)外,在以氣體為燃料的大型熱媒爐中對燃?xì)怅P(guān)斷閥的泄漏保護(hù)則是更重要的一項(xiàng)安全措施,在一般較小的熱媒爐中常采用壓力開關(guān)檢漏法。該方法雖然成本較低,但由于受氣源壓力變化的影響,檢測的可靠性較差,為此選用了另一種氣泵加壓的檢測法。該方法是利用裝于檢漏器內(nèi)的電動氣泵對兩臺關(guān)斷閥之間的管道空間進(jìn)行加壓,當(dāng)其壓力高于氣源壓力一定值時,氣泵停止,用差壓開關(guān)對其進(jìn)行檢測,在規(guī)定的時間里如果差壓沒有超出規(guī)定值,可認(rèn)為兩閥門檢漏合格發(fā)出檢漏合格信號,PLC只有獲得此信號后才可使程序向下進(jìn)行,否則報(bào)警停爐。這種檢漏方法不受氣源壓力影響,檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。二、稱重壓延系統(tǒng)的應(yīng)用1、質(zhì)量流量計(jì)的測量及校正燃油流量調(diào)節(jié)回路在小型爐中一般不專門設(shè)置,但在大型爐中不論是從燃燒效果,還是節(jié)能以及穩(wěn)定燃燒和保證爐溫控制精度各方面考慮,都是很必要的。為保證系統(tǒng)工作可靠,采用了進(jìn)口的質(zhì)量流量計(jì)為回路提供流量信號。作為調(diào)節(jié)對象的調(diào)節(jié)閥,其流量特性直接關(guān)系到回路的效果,而調(diào)節(jié)閥的實(shí)際工作線性度很差,主要是由于閥自身的特性因素及其調(diào)節(jié)對象的影響。為了獲得良好的調(diào)節(jié)品質(zhì),利用PLC的查表功能對其進(jìn)行校正,具體作法是先測出對象的流量特性,然后將其劃分成十等分進(jìn)行修正,使修正后的總特性為一近似線性。流量值等分法與通常采用的閥位等分法有著本質(zhì)的區(qū)別,采用流量值等分法可使各段之間的放大系數(shù)更為接近,有利于提高系統(tǒng)的整體精度。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明,流量值等分法具有線性度好,反應(yīng)快,跟蹤準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。2、孔板流量計(jì)的選用良好的供風(fēng)是保證穩(wěn)定燃燒的另一個必要條件,由于風(fēng)回路中的阻力件較多,可能會影響到風(fēng)的流量,另外,隨著運(yùn)行時間的增長,煙回路中的積碳也是影響風(fēng)量的重要因素。因此在系統(tǒng)中增設(shè)了風(fēng)流量自動調(diào)節(jié)回路,以補(bǔ)償參數(shù)變化所造成的影響,保證供風(fēng)穩(wěn)定。同時在風(fēng)回路中,除必須采用與油回路同樣的線性校正環(huán)節(jié)外,還要考慮風(fēng)流量計(jì)的選型問題,很多廠家的風(fēng)流量計(jì)采用孔板作為流量檢測元件,作者認(rèn)為這不是一個好的選擇,一是孔板流量計(jì)成本較高,安裝和拆卸工作極不方便;二是由于孔板流量計(jì)的壓損較大,即不可重復(fù)壓降很大,這在較小熱媒爐上可能不會有太大的影響,而在風(fēng)機(jī)功率達(dá)到75kW的系統(tǒng)中,這樣的壓損所帶來的能量損失是很大的;三是孔板流量計(jì)對截流件上下游的直管段的要求很高,從而增加了占地面積。綜上所述,采用阿牛巴流量計(jì),這種流量計(jì)具有拆卸方便,壓損小,對直管段無特殊要求的特點(diǎn),在其上下游直管段的長度分別為3倍管道內(nèi)徑和2倍管道內(nèi)徑時,即可獲得較好的測量精度,當(dāng)上游直管段為10倍管道內(nèi)徑時,測量精度可達(dá)1%。由此可見其完全能夠滿足加熱爐的控制要求,尤其是它的壓降很小,可忽略不計(jì)。僅此一項(xiàng)每年節(jié)約的電能也是很可觀的,同時在風(fēng)機(jī)選型時可低選一檔,減少了一次投資,甚至在加熱爐運(yùn)行時可對其進(jìn)行檢修和拆卸,而不會影響加熱爐的安全運(yùn)行。3、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用有了穩(wěn)定的供風(fēng)量和燃料流量控制回路,這僅僅是控制燃燒的第一步,要達(dá)到燃料的燃燒充分,還要有最佳的供風(fēng)量和燃料配比,以及相應(yīng)的比例調(diào)節(jié),而且熱媒爐在最大負(fù)荷到最小負(fù)荷之間變化時,由于熱媒爐本身結(jié)構(gòu)和燃燒器配風(fēng)的原因,使得其最佳的風(fēng)燃配比不是一個常量,是隨負(fù)荷而變的。因此,對這一比例進(jìn)行了聚點(diǎn)的現(xiàn)場實(shí)際調(diào)試,使各點(diǎn)的比值都達(dá)到最佳,并將其擬合成一條曲線存于PLC中。在熱媒爐運(yùn)行中,PLC根據(jù)負(fù)荷大小自動查找出最佳比例值作為風(fēng)量和燃料流量的設(shè)定比值,傳送給風(fēng)量和燃料流量調(diào)節(jié)回路,同時采用了氧化鋯氧量計(jì)對風(fēng)量和燃料流量配比進(jìn)行監(jiān)視,若有不足,可對其進(jìn)行及時的修正,這更進(jìn)一步保證了燃燒質(zhì)量。為了保證燃料的良好霧化和穩(wěn)定的燃燒,本系統(tǒng)還設(shè)有燃料油溫度和霧化氣壓力調(diào)節(jié)回路。燃油溫度是通過調(diào)節(jié)進(jìn)入燃油換熱器的蒸汽量來實(shí)現(xiàn)的,其目的是使燃油的粘度達(dá)到一定的要求,以利于霧化?？刂旗F化氣壓力的目的也是為了保證霧化質(zhì)量和防止脫火。三、從積分控制角度考慮最大條件下的pid積分作用熱媒爐系統(tǒng)是一個時變的非線性系統(tǒng),加純滯后的高階大慣性對象,采用簡單的PID調(diào)節(jié)很難達(dá)到理想的控制效果。在人工控制時,不是根據(jù)數(shù)學(xué)模型控制,而是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對系統(tǒng)的動態(tài)信息特征的定性認(rèn)識進(jìn)行直覺推理,確定控制策略,并控制輸出使之與系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)偏差及其變化率等有關(guān)特征量呈現(xiàn)一定的定量關(guān)系。圖1為典型的二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。通常采用偏差與其變化率的積e·de/dt作為特征量,來反映系統(tǒng)誤差的變化趨勢。在AB段和CD,e·de/dt>0,說明誤差正在增大,在BC和DE段,e·de/dt<0,說明誤差正在減小。在PID控制中利用該特征量,可以使積分作用更加符合人的控制特征。在控制系統(tǒng)中引入積分作用是用于減少和消除系統(tǒng)誤差的,但這種積分控制也存在著一些缺點(diǎn),一是積分作用針對性不強(qiáng),有時甚至?xí)c系統(tǒng)的客觀需要相駁;二是可能導(dǎo)致積分飽和,使系統(tǒng)的反應(yīng)速度大為降低;三是積分參數(shù)不易整定,往往是因積分過強(qiáng)而使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。人工操作一般具有某種選擇性,而在常規(guī)PID的積分作用中則包括了對控制不利的信息,缺乏選擇性。在圖1中,AB和CD段的e·de/dt>0,說明誤差正在增大,可以使PID產(chǎn)生作用,以使誤差的絕對值朝減小的方向變化,并迅速減小誤差。而在BC或DE段,e·de/dt<0,說明誤差的絕對值正在減小,可將PID控制中的積分作用去掉,停止積分作用,以利于系統(tǒng)借助慣性向穩(wěn)態(tài)過渡。在時刻a、c、e處,雖然e=0,但de/dt≠0,說明在某一時刻系統(tǒng)誤差雖然等于0,但很快將變?yōu)椴黄胶?此時若停止積分作用,則調(diào)節(jié)器控制作用削弱,不利于系統(tǒng)及時消除誤差。當(dāng)e=de/dt=0時,應(yīng)使積分作用分離。另外,由于加熱爐慣性大,具有較大的滯后,往往是輸出指令處于飽和點(diǎn),例如出爐溫度低于設(shè)定值時,控制輸出就會要求增加燃料量,但由于延遲作用的存在,溫度不會很快提高,而控制器就會繼續(xù)增加輸出,致使輸出達(dá)到100%。相反,當(dāng)出爐溫度增加時,也會出現(xiàn)類似情況,甚至使輸出為0,經(jīng)過一段時間后,一個新的動作周期又重新開始,這樣就會使?fàn)t溫在一個很大的范圍內(nèi)波動。解決的辦法就是在線監(jiān)視偏差的變化率de/dt,根據(jù)de/dt的符號,在一個范圍內(nèi)決定輸出的動作與否和方向。使調(diào)節(jié)在溫度狀態(tài)發(fā)生變化時,就開始起作用,而不完全依據(jù)設(shè)定值與過程值的偏差。基于以上分析,對出爐溫度采用以下控制策略。(1)當(dāng)e·de/dt<0時,積分作用分離。(2)當(dāng)e·de/dt>0時,積分作用啟動。(3)在e=de/dt=0時,積分作用分離。(4)在e·de/dt中有一個為0而另一個不為0時,積分啟動。四、系統(tǒng)正常工作工況在15000kW熱媒爐應(yīng)用PLC自動控制系統(tǒng)前,其調(diào)節(jié)指標(biāo)較差,出爐溫度的穩(wěn)態(tài)誤差在±4℃左右,當(dāng)工況發(fā)生變化時,其誤差更大。應(yīng)PLC自動控制系統(tǒng)后,15000kW熱媒爐投運(yùn)至今,其出爐溫度的穩(wěn)態(tài)誤差一般都小于±1℃,大部分情況下都保持在±0.5℃之內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)工況變化時,其跟蹤特性較好,各調(diào)節(jié)閥的動作平穩(wěn),沒有振蕩現(xiàn)象。各中間參數(shù),例如燃料流量、助燃風(fēng)流量以及燃料油溫度和霧化氣的壓力等都非常平穩(wěn)。另外,由于采用了氧化鋯進(jìn)行風(fēng)燃比的修正調(diào)節(jié)以熱媒爐在最小負(fù)荷到最大負(fù)荷(20%～110%)之間工作