基于PLC锅炉燃烧控制系统设计

基于PLC的锅炉燃烧控制系统设计

【摘要】锅炉作为将一次能源转化成二次能源的重要设备之一，其控制和管理水平也日趋提高。燃烧器是锅炉燃烧系统的核心和最大能耗部件，有必要设计先进的燃烧控制系统实现锅炉在最优的空燃比下高效燃烧，从而实现节能环保。本文探讨了基于plc的锅炉燃烧控制系统设计，以期对相关人员有所借鉴意义。

【关键词】plc；锅炉；燃烧控制系统

一、plc的涵义与性能特点

plc是随着科学技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要而产生、发展起来的一种工业控制装置。其特点有：

1、抗干扰能力强

plc由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。此外，plc带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除plc以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2、功能完善，适用性强

plc不仅可以连接传统的编程与通用输输出设备，还可以通过总线构成网络系统，其应用范围涉及工业自动化的全部领域。除了逻辑处理功能以外，现代plc大多具有完善的数据运算能力，可用于

各种数字控制领域。近年来plc的功能单元大量涌现，使plc渗透到了位置控制、温度控制、cnc等各种工业控制中。加上plc通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用plc组成各种控制系统变得非常容易。

3、使用简单

plc是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4、维护方便，容易改造

plc技术因为其控制比较方便，也具有很强的灵活性，其采用内部编程进行对电路的控制，如果需要改进，只需要对其内部的程序重新写入就可以实现新的控制要求。大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

5、发展前景看好

随着微电子技术的进步，plc的功能日益增强。为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，plc的各种功能模块也在不断开发。在继续提高cpu运算速度、位数的同时，开发了适应于过程控制、运动控制的特殊功能模，网络与通信功能也得到迅速提高。

二、由 plc组成的锅炉控制系统

1、汽包水位控制

维持锅炉汽包水位在规定的范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多。水位过低，则可造成水的急速蒸发，汽水自然循环破坏，局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。工业锅炉汽包水位自动控制的任务是，使给水量跟踪锅炉的蒸发量并维持汽包水位在允许的范围内。三冲量锅炉汽包给水自动控制系统，是以汽包水位为主控制信号，给水流量为反馈控制信号组成的三冲量控制系统。三冲量汽包水位控制系统，采用蒸汽流量信号对给水流量进行前馈控制，当蒸汽负荷突然发生变化，给水量变化能及时跟踪蒸汽流量变化，使给水调节阀一开始就向正确方向移动，即蒸汽流量增加，给水调节阀开大，抵消了由于压力变化而引起的“虚假水位”造成的调节量反向动作，因而减小了水位和给水流量的波动幅度。当由于水压干扰使给水流量改变时，调节器能迅速消除干扰。如给水压力减小而造成给水流量减少时，调器立即根据给水流量减少的信号，开大给水阀门，使给水量保持不变另外，给水流量信号也是调节器动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，所以三冲量给水控制系统，响应速度快，还可以有效抑制超测量，减少波动，避免失控。

2、锅炉燃烧控制

锅炉燃烧自动控制系统的运行过程由plc来完成，锅炉生产燃烧

系统自动控制的基本任务，是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。锅炉在正常运行时，若进入炉膛的燃料量发生变化，则炉膛发热量立即改变，几乎没有延时和惯性，可以视为比例环节。而蒸发部分可以看作是一个储热的容积，反映储热量多少的主要参数是汽包压力，当炉膛发热量和蒸汽流量所带走的热量不相等时，汽包压力就要发生变化。蒸汽压力变化的动态特性与锅炉的供汽条件有关，如果用汽量不变，而燃料量改变产生内扰时，蒸汽压力成积分规律变化。如果用汽设备的调节阀开度不变，则随着汽压的升高，蒸汽流量也将增加，这时蒸汽压力成指数规律变化。当蒸汽流量多带走的热量等于燃料增加的热量时，蒸汽压力又在新的数值上稳定下来，系统达到新的平衡。如果负荷设备的蒸汽调节阀开度突然改变（产生外扰），锅炉的汽压也随即改变。当阀门突然开大，则从汽包中流向负荷设备的蒸汽流量立即增加，此时由于燃料量没有增加，因此汽包蒸汽压力逐渐下降，从汽包中流出的蒸汽量也逐渐减少，最后蒸汽流量只能恢复原值。也就是说燃料量不改变，在平衡状态时，锅炉供应的蒸汽流量也不会改变。至于阀门开度增大后，短时间增加的蒸汽量是依靠锅炉蒸发部分储热量减少（压力降低）放出来的。外扰的另一种情况。当负荷设备蒸汽用量突然增加时，汽包蒸汽压力随蒸汽流量的增加而下降。如果蒸汽流量继续保持增大后的数值，由于燃料量没有增加，热量不能平衡，所以蒸汽压力一直下降，直到改变燃料量使其产生的热量与蒸汽流量相平衡时，才能恢复保持锅炉

的蒸汽压力。

3、鼓风机控制系统

烟气氧含量是锅炉燃烧系统燃料量与鼓风量是否合适的一个指标。一般用空气过剩率，即风煤比来衡量燃烧效率。空气过剩率是通过分析烟气中的氧含量来设定的，锅炉烟气氧含量一般为4%0，相应的空气过剩率在1.02～1.10时，燃烧效率最高。当鼓风量或燃煤质量发生变化时，烟气中过剩空气量以及烟气中的氧含量要发生变化，那么锅炉的热效率也将会受到影响。为了使锅炉的热效率保持在最佳值，可以通过氧化锆传感器来测量烟气中的氧含量，将传感器的输出作为鼓风调节器的输入信号来校正鼓风量，以保证燃烧的经济性鼓风变频控制系统由氧化锆传感器、变频器、pid控制器、鼓风机组成的氧含量闭环回路自动控制鼓风机的转速，根据设定值和氧化锆传感器的输出值，通过plc内部pid模块计算出合适的控制量，通过变频器输出相应的频率电压来控制鼓风机的转速，使烟气中的氧含量保持在一个合理的范围内，这样既提高了控制精度，又节约了能源。

4、引风机控制系统

炉膛负压是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。在原锅炉控制系统中，如果烟囱挡板开度过大，则会使炉膛负压增加，造成空气大量进入炉内，热效率降低，同时也增加了引风机的功耗。而且负压过大容易使炉管氧化爆皮而减少炉管寿命。负压过小或者正压则是由于烟