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摘 要： 摘 要：隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，節(jié)能減排越來(lái)越受到社會(huì)關(guān)注，在工業(yè)生產(chǎn)中，蒸汽主要來(lái)自于蒸汽鍋爐，運(yùn)行狀況直接影響能源利用。PLC(可編程序控制)，是隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)方式以及科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，為了適應(yīng)小批量、多品種的生產(chǎn)需要不斷生產(chǎn)發(fā)展的工業(yè)控制
摘 要：隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，節(jié)能減排越來(lái)越受到社會(huì)關(guān)注，在工業(yè)生產(chǎn)中，蒸汽主要來(lái)自于蒸汽鍋爐，運(yùn)行狀況直接影響能源利用。PLC(可編程序控制)，是隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)方式以及科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，為了適應(yīng)小批量、多品種的生產(chǎn)需要不斷生產(chǎn)發(fā)展的工業(yè)控制裝置。
關(guān)鍵詞：PLC;鍋爐自控系統(tǒng);應(yīng)用
新形勢(shì)下，隨著電子技術(shù)不斷發(fā)展，PLC各種功能模塊得到完善，在增強(qiáng)傳統(tǒng)CPU位數(shù)以及運(yùn)算速度的同時(shí)，開(kāi)發(fā)出適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制的特殊功能模塊;同時(shí)，通信功能和網(wǎng)絡(luò)也得到完善。PLC不僅可以連接通用輸入、輸出設(shè)備以及傳統(tǒng)編程，通過(guò)總線(xiàn)還能形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，應(yīng)用范圍包括工業(yè)自動(dòng)化的全部區(qū)域。另外，由于工業(yè)條件限制，企業(yè)只能依靠自身建設(shè)鍋爐產(chǎn)生蒸汽，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。因此，在企業(yè)建設(shè)中，鍋爐多以中小型為主，增強(qiáng)蒸汽鍋爐熱效率水平成為蒸汽鍋爐自動(dòng)控制的主要任務(wù)。
一、PLC組成的鍋爐控制系統(tǒng)以及鍋爐蒸汽壓力控制系統(tǒng)
1.PLC組成的鍋爐控制系統(tǒng)
根據(jù)調(diào)查顯示，我國(guó)目前自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于PLC種類(lèi)繁多，各種PLC都具有相應(yīng)特點(diǎn)，在已投產(chǎn)的企業(yè)中，主要以性?xún)r(jià)比較好的S7-300組成相應(yīng)的控制系統(tǒng)為主。S7-300主要有以下特點(diǎn)：循環(huán)周期短、運(yùn)算速度快，邏輯指令在執(zhí)行時(shí)間最快可以達(dá)到0.05us;編程功能強(qiáng)，可用于復(fù)雜功能控制和編程，一般采用STEP7-Lite以及STEP7等編程軟件，通過(guò)多種編程語(yǔ)言編程;通訊功能強(qiáng)，S7-300系列CPU模塊通常帶有標(biāo)準(zhǔn)RS-485/422串行接口，支持MPI多點(diǎn)通信;擴(kuò)展性能良好，S7-300PLC擁有眾多開(kāi)關(guān)量I/O擴(kuò)展模塊，以及特殊功能模塊為用戶(hù)提供選擇，增強(qiáng)了PLC控制性能。
在實(shí)際應(yīng)用中，PLC主要由模擬信號(hào)輸入部分(數(shù)據(jù)采集)、連續(xù)控制輸出部分(模擬量輸出)、開(kāi)關(guān)量輸入部分(外圍狀態(tài)輸入)、開(kāi)關(guān)量輸出(外圍設(shè)備工作狀態(tài)控制)。從而根據(jù)實(shí)際需要PLC的I/O點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)配置，實(shí)現(xiàn)鍋爐蒸汽壓力控制目標(biāo)。
2.鍋爐蒸汽壓力控制系統(tǒng)
本單位鍋爐的工作流程，主要將煤能量轉(zhuǎn)換成蒸汽能量，在此過(guò)程中爐內(nèi)溫度、汽包壓力、汽包液位、蒸汽流量等關(guān)鍵參數(shù)是監(jiān)控的重點(diǎn)，其中蒸汽的壓力是關(guān)系到蒸汽質(zhì)量，生產(chǎn)安全的重中之重。壓力屬于反應(yīng)迅速、熱慣性小的快對(duì)象，影響此參數(shù)的其它變量如：爐溫、水溫、液位等則屬于熱慣性大、反應(yīng)遲緩的慢對(duì)象;再加上燃燒煤種多樣等特點(diǎn)，大大增加了控制的困難程度。
對(duì)于負(fù)荷為超過(guò)20t/h的蒸汽鍋爐，主要采用三沖量鍋爐汽包給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要原理為：首先以汽包水位作為主調(diào)節(jié)信號(hào)，蒸汽量作為調(diào)節(jié)器的前反饋信號(hào)，然后給與一定量的水流，從而為調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，主要采用的是蒸汽流量信號(hào)，它不僅能夠克服外擾影響，而且還能夠調(diào)節(jié)內(nèi)擾影響，從而使得給水調(diào)節(jié)質(zhì)量波動(dòng)幅度明顯增小。降低出口蒸汽壓力的波動(dòng)。
基于蒸汽壓力和給定值偏差的調(diào)節(jié)策略主要包括：基于蒸汽壓力和給定值偏差的單回路調(diào)節(jié)策略和基于蒸汽壓力和給定值偏差以及中間導(dǎo)前信號(hào)雙回路調(diào)節(jié)策略。在調(diào)節(jié)策略過(guò)程中主要采用：FUZZY-PID符合調(diào)節(jié)規(guī)律、PID規(guī)律以及其他規(guī)律。一般情況下，主要采用蒸汽壓力和給定值偏差調(diào)節(jié)策略，以偏差作為信號(hào)調(diào)整燃料量;在控制規(guī)律方面主要運(yùn)用PID調(diào)整規(guī)律。
二、基于PLC的鍋爐蒸汽壓力控制原理以及控制算法
1.基于PLC的鍋爐蒸汽壓力控制原理
當(dāng)PLC投入運(yùn)行之后，主要包括采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行以及輸出刷新三個(gè)步驟，完成三個(gè)步驟稱(chēng)為一個(gè)掃描周期;在實(shí)際運(yùn)行中，PLC和CPU必須以一定的掃描速度進(jìn)行。輸入采樣階段，PLC主要以?huà)呙璧姆绞揭来芜M(jìn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)輸入，再存入映像區(qū)單元;當(dāng)輸入為脈沖信號(hào)時(shí)，信號(hào)寬度必須根據(jù)相應(yīng)要求大于掃描周期，保障輸入順利讀入。
在用戶(hù)程序執(zhí)行中，PLC必須按照由上到下的順序進(jìn)行用戶(hù)程序掃描;在掃描梯形圖時(shí)，按照先左后右、線(xiàn)上后下的順序?qū)Ω鱾�(gè)觸點(diǎn)控制線(xiàn)路進(jìn)行對(duì)應(yīng)的邏輯運(yùn)算，根據(jù)邏輯運(yùn)算結(jié)果刷新RAM系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)。或者執(zhí)行相關(guān)指令。在輸出刷新階段中，掃描用戶(hù)程序結(jié)束，PLC進(jìn)入相關(guān)輸出刷新階段。在這個(gè)過(guò)程中，CPU主要按照映像區(qū)對(duì)應(yīng)狀態(tài)以及數(shù)據(jù)刷新所有輸出電路，經(jīng)過(guò)輸出電路驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)外設(shè)，從而保障PLC真正輸出。
2.基于PLC的鍋爐蒸汽壓力控制算法
為了有效解決鍋爐蒸汽壓力控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性，必須將比例積分PI和比例微分PD進(jìn)行組合，形成相應(yīng)的“校正網(wǎng)絡(luò)”，也稱(chēng)PID調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)主要包括PD、PI特性曲線(xiàn);在實(shí)際應(yīng)用中，適當(dāng)PD、PI調(diào)節(jié)，是控制系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定的重要保障。
在PID調(diào)節(jié)中，PID調(diào)節(jié)器作為可自動(dòng)調(diào)節(jié)的放大器;動(dòng)態(tài)時(shí)，為了有效防止系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩和超調(diào)，放大系數(shù)比較低;靜態(tài)時(shí)為了捕捉小誤差信號(hào)，增強(qiáng)控制精度，放大系數(shù)較高。在PID控制算法中，鍋爐蒸汽壓力控制主要通過(guò)偏差控制算法，通過(guò)求出蒸汽壓力和實(shí)際最佳蒸汽壓力需求偏差值，對(duì)偏差進(jìn)行處理，獲得相應(yīng)控制信號(hào)進(jìn)行鍋爐燃燒系統(tǒng)噴燃器步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速。從而有效調(diào)節(jié)鍋爐爐膛燃燒煤量;將蒸汽量轉(zhuǎn)換成蒸汽壓力控制。同時(shí)，噴燃器通過(guò)輸送空氣和煤粉，讓噴燃器中央電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，單位時(shí)間噴入爐壁煤粉越多，從而保障良好混合、迅速燃燒以及均勻爐壁。例如：蝸殼式噴燃器具有良好的導(dǎo)向作用，讓氣流形成渦流，由蝸殼式噴燃器氣流進(jìn)行螺旋前進(jìn)，保證煤粉穩(wěn)定燃燒。
3.鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)采用PLC為主要控制元件，對(duì)鍋爐生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的控制，從而達(dá)到節(jié)省人力、物力，提高鍋爐熱效率和節(jié)省能源的目的。
三、結(jié)語(yǔ)
基于PLC的鍋爐蒸汽壓力控制作為鍋爐控制的重要環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)階段必須對(duì)鍋爐進(jìn)行詳細(xì)了解。通過(guò)傳統(tǒng)蒸汽壓力控制方法分析，將PLD算法準(zhǔn)確的運(yùn)用到蒸汽壓力控制中。根據(jù)蒸汽壓力控制難等特點(diǎn)，重點(diǎn)考慮燃料量，從根本上簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)和使用效益。
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(責(zé)任編輯：王蘭爽)
收稿日期：2014-03-14
作者簡(jiǎn)介：王雋(1974-)，男，寧夏中衛(wèi)人，本科，工程師。研究方向：鍋爐自控系統(tǒng)。