基于DCS的燃氣鍋爐自動控制系統(tǒng)
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將液位進行PID1調(diào)節(jié)后輸出，和蒸汽流量進行加法運算，其結果作為PID2的設定點，PID2將此設定點與給水流量的偏差進行調(diào)節(jié)，輸出帶動執(zhí)行機構，調(diào)節(jié)給水閥。
汽包液位是主被調(diào)量，給水量是副被調(diào)量，蒸汽流量是前饋量。當汽包液位上升時，PID1的輸出減小，則加法器的輸出也減小，給水閥關小，就減小了給水量。當汽包負荷變大時，即蒸汽流量增加，加法器的輸出就增大，給水閥開大，就增大了給水量。
當蒸汽負荷突然增加，而出現(xiàn)“假液位”時，由于PID1是反作用，PID1的輸出就減小，即加法器里的X1就減小;由于負荷增加，加法器里的X2就增加，這樣，加法器的輸出基本變化不大。經(jīng)過短時間后汽包內(nèi)壓力恢復平衡，“假液位”消除，此時液位因蒸發(fā)量增加而開始下降，PID1的輸出就增加，則給水量增加，直至汽包液位恢復到給定位置。
3.3 爐膛負壓調(diào)節(jié)
爐膛負壓自動控制是通過調(diào)節(jié)引風機入口風門開度，保持爐膛負壓在-20――10 Pa的微負壓狀態(tài)，保證鍋爐安全燃燒。當兩臺引風機同時運行時，應并列或者固定其中的一個對另一個進行調(diào)節(jié)，可在畫面上選擇并列還是固1調(diào)2（1為固1調(diào)2，0為固2調(diào)1）。爐膛負壓設高、低報警。
3.4 鍋爐送風自動控制
送風自動控制目的：使鍋爐所投入的燃料在爐膛中燃燒時，自動投入合適的風量，以保證鍋爐的經(jīng)濟燃燒。主要控制的參數(shù)為煤氣壓力及送風壓力, 進而達到最高的的鍋爐熱效率, 煙氣含氧量作為總風量的修正量。通過調(diào)節(jié)送風機的擋板開度來調(diào)節(jié)送風壓力;當兩臺送風機同時運行時，應并列（或者固定其中之一，對另一個進行）調(diào)節(jié)入口風門，可在畫面上選擇并列還是固1調(diào)2（1為固1調(diào)2，0為固2調(diào)1）。
3.5 鍋爐過熱蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)（減溫水自動調(diào)節(jié)）
鍋爐過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用自制冷凝水噴水減溫裝置，鍋爐過熱蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)是根據(jù)集器集箱和減溫器出口蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)減溫水調(diào)節(jié)閥開度，控制減溫水量，以保證集汽集箱中蒸汽溫度控制在430――450℃范圍內(nèi)。當集汽集箱出口蒸汽溫度降低時，汽溫自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動減少減溫水量，隨著汽溫升高，減溫水量增加，保證集汽集箱出口蒸汽溫度穩(wěn)定，反之則減小減溫水量，避免汽溫產(chǎn)生較大波動。噴水減溫系統(tǒng)中，由鍋爐提供兩個給水調(diào)節(jié)閥，其中DN50調(diào)節(jié)閥是主調(diào)節(jié)閥，在正常運行時使用;旁通管設一個DN50的調(diào)節(jié)閥，作為主調(diào)節(jié)閥的備用閥。在自動給水狀態(tài)下，只允許其中之一自動調(diào)節(jié)給水，另一調(diào)節(jié)閥備用;在程序投入之前，操作人員需要事先選定哪一個調(diào)節(jié)閥自動投入。如果此次未能設定，將按照上一次的設定執(zhí)行。在主給水調(diào)節(jié)閥后設DN150的調(diào)節(jié)閥，根據(jù)所需要的冷凝水量調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)閥的開度。采用串級調(diào)節(jié)，蒸汽出口溫度經(jīng)PID1調(diào)節(jié)輸出后，作為PID2（減溫器出口溫度調(diào)節(jié)）的設定點，PID2對此設定點和減溫器出口溫度的偏差進行調(diào)節(jié)，輸出帶動執(zhí)行機構，調(diào)節(jié)減溫水調(diào)節(jié)閥。
當測得集汽集箱出口蒸汽溫度高時，PID1的輸出增大，則減溫水調(diào)節(jié)閥開大，增加減溫水量;反之，則減小閥門開度，減少減溫水量。
當有擾動時（主要擾動有煙氣流量和溫度的變化引起的擾動，減溫器入口蒸汽流量和溫度引起的擾動，減溫水壓力變化引起的擾動）首先反映在減溫器出口的蒸汽溫度變化，溫度一高，則要求增加減溫水量，調(diào)節(jié)就比較迅速，而對集汽集箱出口的蒸汽溫度的影響就比較小，提高了調(diào)節(jié)品質?？驁D如下：
圖3 過熱蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的結構圖
4 監(jiān)控功能
在畫面上可顯示鍋爐各部分時的溫度、壓力、流量分布狀況，采集的數(shù)據(jù)，歷史趨勢、報警閃爍畫面，完成各閥門、設備的開啟及操作，完成煤氣、助燃空氣的調(diào)節(jié)閥的操作及調(diào)節(jié)，各系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)與軟手動調(diào)節(jié)、硬手動調(diào)節(jié)的無擾自動切換，各調(diào)節(jié)閥的操作及調(diào)節(jié)和保持各數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。主要畫面如下：
主菜單：完成系統(tǒng)登陸，選擇工作制度、切入主畫面。
主畫面：可顯示鍋爐爐的整個工藝生產(chǎn)流程及相關的主要參數(shù)值，報警閃爍，切入其他畫面的功能按鈕。分畫面：各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的畫面，包括參數(shù)設定的功能鍵、棒狀圖、控制流程圖、報警紀錄，相關信息;歷史趨勢，相關的PID參數(shù)設定等。
報警畫面：按工藝要求，當過程值超過報警上下限時，發(fā)出報警，并在報警畫面上顯示報警發(fā)生時間、報警值、報警等級、報警點，操作員在報警畫面中可以完成報警確認、報警信息過濾等功能。
報表打?。嚎稍O置任意格式報表，可打印所有輸入輸出參數(shù)的報表。另外，對監(jiān)控站設有多個安全級進行管理，每個安全級均由不同的權限，防止侵權或誤操作。
5 應用效果
采用DCS系統(tǒng)及相關控制流程以后，首先使操作工操作方便，使用鼠標點擊即可，整個鍋爐的運行狀況在計算機屏幕上一目了然。在實際應用中，采用DCS及相關控制技術的主要優(yōu)點有：提高能源利用率，保證系統(tǒng)能夠高效安全運行;出水溫度穩(wěn)定，提高舒適度;升溫速度快。從控制性能看，調(diào)節(jié)比較及時，超調(diào)不大，上下波動小，運行穩(wěn)定。
從節(jié)能降耗看，該生產(chǎn)線使用了工業(yè)過程優(yōu)化自動控制技術以后，提高了系統(tǒng)可靠性，與同種類型鍋爐相比, 每年減少故障停機時間約200小時，鍋爐功率為130噸/小時，蒸汽按70元/噸計，每年可節(jié)約資金180余萬人民幣, 給企業(yè)帶來可觀經(jīng)濟效益。
本文作者創(chuàng)新點：提出了一種基于分布式煤氣燃燒鍋爐控制系統(tǒng)，既充分利用PC機豐富的軟硬件資源實現(xiàn)友好的人機界面，又通過工業(yè)以太網(wǎng)結構與PLC機進行通信，對鍋爐現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集和及時處理，達到了鍋爐燃燒工況良好、節(jié)能降耗的工藝要求;全面實現(xiàn)儀電合一，統(tǒng)一由PLC和DCS完成其控制功能，實現(xiàn)了全面EIC一體化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制思想較為先進，運行穩(wěn)定，安全，可靠，節(jié)能。采用SIMATIC S7-400系列可編程控制器進行鍋爐控制,硬件可由軟件組態(tài)，軟件編程層次清楚，現(xiàn)場調(diào)試方便，利用其強大的通訊功能可組成各種分布式監(jiān)控管理系統(tǒng)。
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