PLC在锅炉风机控制中的应用.pdf

中文核心期刊 ‘ 微计算机信息 测控自动化 2 0 0 5 年第2 1 卷第6 搠 P L C 在锅炉风机控制 中的应用 P L C l s i n Boi l e r B r e e z e M a c h i n e Co n t r o l of Ap pl i c a t i on 摘 要 P L C与 变频 器 组 合 构 成 自动 控 制 系 统 实现 对 锅 炉 风 机 的 控 制 本 文 根 据 燃 气锅 炉 风机 的 控 制 要 求 。 给 出控 制 系统 的 组 成 、 控 制 原 理 、 系统 控 制 流 程 ， 比 较 了风 机 挡 板 控 制 与 变 速 控 制 的 节能 效 果 。 关键 词 P LC； 锅炉 ； 风 机； 控 制 中 图分类 号 n 3 8 4 文献 标识 码 A 文章 编号 1 0 0 8 - 0 5 7 0 2 0 0 5 0 6 - 0 0 4 2 - 0 2 Ab s t r a c t P L C 【 h V V VF c o mb i n e t h e a u t o ma t i c c o n t r o l i n c o mp o s i n g s y s t e m r e a l i z e s t o t h e c o n t r o l o f t h e b o i l e r b r e e z e ma c h i n e ．T h i s t e x t r e q u e s t s a c c o r d i n g t o t h e c o n t rol o f t h e b o i l e r b r e e z e ma c h i n e ，g i v i n g t h e c o n t r o l t h e s y s t e m c o n s t i t u t e ，c o n t r o l p r i n c i p l e ， s y s t e m c o n t r o l p r o c e s s ， c o mp a r e t h e b r e e z e ma c h i n e b l ock s t h e p l a n k c o n t rol wi t h b e c o me s o o n t h e e c o n o my e n e r g y r e s u h t h a t c o n t r o 1 ． Ke y wo r d s PLC；Bo i l e r ；Br e e z e ma c h i n e ；Co n t r o l l引 言 锅炉蒸汽 是企业 的主要 动力 ． 对 企业 的生产及 安 全至关重要。通常要求炉膛负压保持在某一基本负压 范 围 内 。 如果 炉膛负 压过大 ， 既增加 引风机 的 电耗 ， 又 会造成炉内燃料的浪费 如果炉膛负压过小 ． 不但影 响燃料 的充 分燃 烧 ，进 而影 响到锅 炉蒸 汽的质 量 ， 还 会危及设备和操作人员的安全。近年来 ， P L C的控制 功能不断增强． 特别是由 P L C构成的系统具有抗干扰 能力强、 对电源质量要求低 、 控制可靠及响应灵敏等 优点 ， 使 P L C在工业控制中的应用更加广泛。我们采 用 P L C与 变频器 结 合 实施对 锅 炉 引风机 和鼓 风 机 的 控制 ， 节能效果非 常明显 ， 提高工厂的 自动化水平。 2燃气 锅炉 控 制要 求 锅炉 系统主要 包括 蒸 汽 系统 ， 软化 水处 理 系统 ． 给水系统 ， 燃烧系统 ， 排污系统 ， 凝结水系统 ， 疏水系 统等。天然气由工艺系统送来 ， 经过滤分离 ， 调节压力 降至 0 ；0 3 ～ 0 ．0 5 MP a ． 送至燃烧器 。空气由鼓风机从锅 炉顶 部 吸人 ， 经地 下风 道送 至 炉 前风 箱 ， 经 调风 与 天 然气混合 。 进入炉膛燃烧 。烟气由引风机经地下烟道 引 出 ， 送 进烟 囱 ， 排人大气 。原来鼓风机 和引风机 的风 量分别由其出风口档板控制 ， 人工操作。鼓风机、 引风 机一旦启动均满负荷运行 ， 操作不便 ， 且风余量大 ， 极 大浪费能源 张 雪平 副 教授 宜 宾学院 1 张雪 平 Z h a n g， Xu e p i n g 我们采用 P L C和变频器构 成 自动控制 系统 ， 控制 鼓 风机 和引风 机 的转 速 ， 实现 鼓 风机 、 引风机 的 自动 起停及紧急停机； 根据炉膛负压和烟气氧量实现鼓风 机 、 引风机的变频调速运行 ； 实现锅炉本体排空阀 、 紧 急疏水阀 、 出口蒸汽阀的 自动控制 ； 能及时调节汽包 水位、 主蒸汽温度 、 炉膛负压 、 烟气含氧量。 3控 制方 案 3 ． 1控制 系统组 成 根据控制要求 ，炉膛负压是一个重要的参数 ， 负 压过 大 ， 则漏 风严重 ， 总的风量 增加 ． 烟 气热 量损 失增 大 ， 同时引风机的电耗增加 ， 不利于经济燃烧 ； 负压偏 正 ． 炉膛要向外喷火， 不利安全生产。控制系统根据炉 膛负压调节引风机和鼓风机转速 ． 控制进出炉膛的风 量 ， 使炉膛负压维持在一 2 O ～ 1 0 P a 之间。 控 制 系统 由 P L C和 变频 器 组 成 闭环 自动控 制 系 统 ． 保留了挡板手动控制系统。我们选择欧姆龙公司 的可编程控制器 C P M1 A 一 3 0 C D R A， 该产品抗干扰能 力强 ， 适用 于工业现场恶劣环境 ； 编程简单 ， 易于使 用 ； 扩展功能强 ， 本身具有 l 8 路输入和 l 2 路输出， 最 高可扩展到 1 0 0点 ； 精度高 ， 多量程 的 A ／ D和 D ／ A模 块用于反馈控制。基本指令处理H ,-f Iq 为 0 ．7 2 p s ． 平均 无故障时间达 3 O 万小时。与控制主机配套。 我们采用 两 块 欧 姆 龙公 司 的 C P M1 A MAD 0 2 一 C H 为模 以量 扩 展模块 ， 该模块有 4路输入和 1 路输出 ， 一个模块用 于炉膛负压模拟量控制的输入与输 出， 另一个模块用 于烟气氧量控制的输入与输出。控制系统框图如图 1 所示 给定值 连锁 急停 图 1 控制系统框 图 3 ． 2系统控 制原 理 炉膛氧量变送器通过 P L C输 出 4 - 2 0 m A 信号作 为鼓风机 变频器模人信 号 。控 制鼓风 机转速 范围 中国自 控网 h t t p ／ ／ w w w ． a u t o c o n t r o 1 ． c o m． o l3 电话 o i 一 4 2 1 2 0元 ， 年 邮局订阅号 8 2 - 9 4 6 维普资讯 控制 系统 4 m A - - r p m 2 0 m A 一全速 r p m， 变频器不作 P I D调节 ， 只做速度控制。 炉膛负压检测量通过 P L C输出信号作 为引风机变频器的模入信号控制引风机转速。当自动 控制系统出现故障时 ， 变频器模入信号通过电位器手 动给定 ， 排除故障后恢复为自动控制方式。这种方式 控制简单 ， 操作方便 ， 可靠性高。 该 控制 系统 考 虑 了连锁 保护 ， 一旦 鼓风 机或 引 风 机停机 ，或者变频器出现故障，既报综合故障信号 ， P L C立 即实现连 锁 ， 锅 炉系统停炉 ， 保证锅 炉安全 。如 果 因锅 炉汽 包液 位 低 、 炉 膛 负 压超 高 或超 低 、 炉 膛熄 火等原因引起 P L C连锁 ， P L C立即输 出信号使引风机 和鼓 风机停 机 。 为保证锅炉安全运行， 要求 P L C控制程序设计为 先启动引风机 ， 2分钟后才能启动鼓风机；停机时 ， 必 须先停鼓风机， 5分钟后才能停引风机 ； 引风机因故障 而停机时 ， 必须立即停止鼓风机。若变频器有故障时 ， 可以转入手动控制 ， 工频运行 ， 故障排除后 ， 恢复为变 频 运行 ， 从 而更有 效地保 证锅 炉 的安 全运 行 。系统 控 制流程图如 图 2所示 。 图 2系统控制流程 图 4应 用 效 果 该控制 系统 用 于宜宾热 电厂 2 燃 气锅 炉 ，锅炉 型号 S Q Z 2 O - --2 5 ／ 4 O O ， 蒸 发 量 为 2 0 t ／ h ， 以前 采 用 档 板 调节 风量 时 ，大多数 时 间风 门开 度 只有 6 0 ％左 右 ， 节 流 、 涡流损失很大 ， 直接反映为电动机能耗高 ， 经济性 差。采用 P L C控制的变频调速系统后 ， 工作频率显示 在 3 5 ～ 4 0 Hz ， 系统投运一 个月 的情 况统计 显示 ， 平均 日 节 电 2 0 0 k W h左右 ， 节电率达 4 0 ％， 降耗明显 ； 系统 采用软启动方式 ， 使 电动机启动电流大幅下降 ， 减少 了厂用电压 的波动 ， 减少了空气开关触头 、 操作机构 的维修费用 ； 变频器 的应用使电动机长期处于低速运 行状态 ， 电动机 、 风机的轴承磨损和机组振动大为减 少。表 1 列出了档板控制与调速控制综合效率对比。 表 1 档板控制 与 调速控制综合效率对 比表 风机 电输入 ％ 总损耗 ％ 总效率 流量 挡板 调速 挡板 调速 挡板 调速 ％ 控制 控制 控制 控制 控制 控制 l 0o l 0 7 ． 0 1 0 8．0 7 ． 0 8． 0 9 3． 3 9 2．6 9 0 l 0 3．0 7 9 ． 0 3 0 ． 6 6． 1 7 0．4 9 2_ 3 8 0 9 9．5 5 6 ． 0 48 ． 3 4． 8 51 ． 5 91 ．4 7 0 9 5．0 3 8 ． 0 6 0 ． 7 3． 7 3 6． 1 9 0． 3 6 0 8 9．5 2 5 ． 0 6 9 ． 9 3．4 2 4． 2 8 6．4 5 0 8 5．0 l 5 ． 0 71 ． 5 2 ． 5 l 4． 9 8 3_ 3 4 0 8 4 ．0 9 ． 0 7 3 ． 1 2 ． 6 8 ． 3 71 ． 1 3 0 7 7 ． 5 5 ．0 7 8 ．3 2 ． 3 3 ． 8 5 4 ．0 20 7 2．0 3 ． 0 8 0 ． 2 2 l 2 ． 6 48 ． 6 1 0 6 8．0 1 ． 0 8 2 ． 0 2． 0 1 ． 8 4 4． 2 5结 束语 对 于 中小型 热 电厂 ，近年来 受 电 网调 控 的限 制 ， 有的机组经常处于低负荷运行 ，厂用电率普遍较高 ， 采用 P L C和变频器组成 自动控制系统对锅炉风机实 施控制 ， 能保证锅炉处于 良好的运行状态 ， 节能降耗 非常明显 ， 控制可靠 ， 操作方便 ， 提高了锅炉操作 的安 全性 ， 且对原有系统的改造工作量不大 ， 投资小 ， 回报 高 ， 经济效益 明显 。 参考文献 【 1 ] 常斗南， 可编程控制器原理及应用， 机械工业 出版社， 1 9 9 6 ． 6 [ 2 】 廖常初，P L C编程及应用， 机械工业出版社， 2 0 0 2 ． 9 [ 3 ] O M R O N可编程控制器操作手册， 1 9 9 9 ． 9 [ 4 ] O MR O N可编程控制器编程手册， 1 9 9 9 ． 9 【 5 ] 上海市经委节能办， 风机水泵调速节能手册， 机械 T 业 出版社． 1 9 8 7 【 6 】 曾毅， 变频调速控制系统的设计与维护， 山东科学出版社，2 0 0 3 ． 作者简介 张雪平 1 9 5 6 ， 男 ， 宜宾学院电子信息系副 教授 ， 长期从事工业 自动控制的教学与科研工作 。E ma i l z x u e p i n g 21 c n ． C O B 6 4 4 0 0 7 四川宜宾宜宾学 院电子信 息系 张雪平 E l e c t r i c I n f o r ma t i o n De p a r t me n t ， Yi b i n Un i v e r s i t y 。 Y i b i n 6 4 4 0 0 7 ， Ch i n a Z h a n g ， Xu e p i n g 通讯地 址 6 4 4 0 0 7 四川省 宜宾 市 育 才 路 9号 宜 宾 学 院 电子 信 息 系张雪平 投稿 日期 2 0 0 4 ． 1 1 ． 2 3 修稿 日期 2 0 0 4 ． 1 2 ． t 2 电话 0 1 0 - 6 2 1 3 2 4 3 6 ， 6 2 1 9 2 6 1 6 T ， F l‘ 嵌 入 式 系 统 应 甩 ■ 选 2 O O 例 I ⋯一 裟 n n_ 维普资讯