锅炉风机变频与PLC控制系统设计.pdf

垂 两 嘲I l 瞧瞄 锅炉风机 变频 与 P L C控制系统设计 De s i g n o f I n v er t e r a n d PL C Co n t r ol S y s t e m o f Bo i l e r F a n l 引言 我国每年风机 的电能消耗 占总消 耗的 1 0％以上 ，因此对风机 的节能 研 究具有十分重要 的实际意义 。随 着 生 产 的发展 ，锅 炉 日益 广泛 的用 于工 业生 产 的各个 领域 ，成 为发展 国民经 济 的重 要热 工设 备 之一 。所 以提 高锅 炉的 热效 率 ，有 这极 为重 要 的实 际意 义 。锅 炉风 机变 频控 制 采 用单 回路 控 制系统 ，即满 足 了控 制 要求 又保 证 了较 高的 风机工 作效 率 。测 量蒸 汽 出 口温 度 与设定 值 构 成一个差值 P I D控制系统 ，通过变频 调节 鼓 风机 速度 来改 变送 风量 ，进 而改变炉膛温度即调整蒸汽温度。 测量炉膛负压与其炉膛负压设定值构 成一个差值 P I D控 制系统 ，来调节 引 风机 改变 引风 量 ，使 炉膛维 持 在微 负压 状 态 。 2 工艺原理分析 对于煤粉 炉来说 ，对它的送 风分 52 PLC ＆FA r一 山东轻工业学院张 科 Zh an g Ke 【 摘 要】本设计是以炉膛负压及其出口温度控制为控制对象，利用闭环控制系统 的原理 ， 对锅炉风机工作过程进行自动控制。 【 关键词】锅炉风机P L C 变频器 Abs t r a c t This s ys t e m u s e c l o s e d l o op c o n t r ol t o c o n t r o l t h e v a c u um f u r n a c e an d t e rn- p e r a t u r e t o a c hiev e t h e au t o c o nt r ol of b o i l e r f a n． Ke y wor d sBoil e r f an PLC I n v e r t e r [ 中图分类号]K 2 2 3 [ 文献标识码]B 文章编号 1 6 0 6 - 5 1 2 3 2 0 0 8 0 2 - 0 0 5 2 - 0 2 为 一次 风 、二 次风和 三 次风 。一 次风 的作 用主要是输送煤粉通过燃烧 器 送 人炉膛 ，并 能供给 煤 粉 中的挥 发 分 着火燃 烧 所 需的氧 气 ，采用 热 风 送粉 的一 次风 ， 同时 还 具有 对煤 粉 预热 的 作用 。 二次风 的 作 用是供 给燃 料 完全 燃烧 所 需的 氧量 ，并能 使 空气和 燃 料充 分 混合 ，通 过 二次 风 的扰动 ，使燃 烧迅 速 、强 烈 、 完 全 。三次 风 是制 粉 系统 排出 的千 燥 风 ，俗称 乏 气 ，它作 为输 送 煤粉 的 介质 ，送 粉 时叫 一次 风 ，只 有在 以 单独 喷 口送人 炉膛 时 叫三 次风 。三 次风 含 有 少 量 的 细煤 粉 ，风 速 高 ， 对煤 粉燃烧过程 又强烈 的混合作 用 ， 并补 充 燃 尽阶 段所 需 的氧 气 ，由于 其风 温 低 、含水 蒸 汽 多 ，有 降低 炉 温 的 影 响 。 锅炉总风量的控制是通过调节送 风机进口的导向挡板 实现的。组织 锅炉 燃烧 ，就是 要使 一 、二 次风 的 风压 、风 量配 合好 。一 次风 量 的调 节应满 足其所携带进入炉膛 的煤粉挥 发分 着 火所 需的 氧量 ，并保 持一 定 的风 速 ，不使 煤粉 管堵 塞 和 喷出 的 射 流 具有 一定 的 刚性 。一 次风 量 的 过 大 和 过 小 ，风 速 的过 高 和 过 低 ， 都 应避 免 。二 次风 的调 节 除应 保证 焦 炭 的燃烧 所 需氧量 外 ，必须保 持 一 定的风速并掌握好与一次风混入的 时 间 ，应具 有较 强 的搅拌 混 合作 用 和 穿透 焦炭“ 灰衣 ” 的动 能 ，这 就 需要 根据 具体 情 况 ，调节 各 层二 次 风 的风量 ，以 实现燃 烧稳 定和 烟 气 中过量 氧量 适 当的 目的。 运行中炉膛 内压 力变正时 ，炉膛 高温烟 气和火苗从一些孔 门和不严密 处 外 喷 ，不仅 影 响环境 卫 生 ，危机 人 身 安全 ，还 可 能造成 炉膛 和 燃料 器 结 焦 ，燃烧 器 、刚性 梁和 炉 墙等 过 热而 变形 损坏 ，还会 造成 燃 烧不 稳定及燃烧不 安全 ，降低热效率。 所 以应 保持 炉膛 负压 运行 ，但 负压 过 大 时 ，将 增 加 炉 膛 和 烟 道 的 漏 维普资讯 风 ，不但 降 低炉 膛温 度 ，造 成燃 烧 不稳 ，而且 使烟 气量 增 加 ，加剧 尾 部 受热 面磨损 和 增加 风机 电耗 ，降 低锅 炉效 率 。 因此 ，炉膛 负 压值 一 般维持在 3 0 - 5 0 P a为宜 。锅炉运行 时 ，炉膛 负压 表 上 的指 针经 常在 控 制值 左右 轻微 晃 动 ，有 时甚 至 出现 大 幅 度 的剧 烈晃 动 ，可 见炉 膛 负压 总是 波动 的 。 3 P L C和变频器在锅炉风机 变频 中的应 用 3． 1控制工艺 通常 ，在选择 锅炉 配套风 机时 ， 要 考 虑短 期 的超 负荷 能 力 ，并加 以 适 当裕 量 来确 定机 型 。 而在 选定 锅 炉 时 ，又 要根 据 工 艺最大 负 荷和 适 当裕 量来 确定 锅 炉容 量 。鉴 于上 述 两个环节的选定又受到产品规格分档 的限 制 ， 因此 最 后的 风机 容 量往 往 偏大 ，加 之对 锅 炉鼓 、 引风 机 的调 节 ，是靠 调节 闸板 完 成 的 ，所 以 当 风 量 变化 时 ，就风 机 系统 而 言 。这 实际上是通过 人为增加 阻力 的方式 ， 并 以浪 费电能和金钱为代价来 满足工 艺和工 况 对气 体 、液 体 流量 调节 的 要 求 。这 种落 后 的调 节 方式 ，不 仅 浪费 了宝 贵 的能源 ，而且 调 节精 度 差 ，要 想 改变 这种 情 况 ，最好 是 采 用变 频调 速技 术 。 3 ． 2 控制方式 原 引风机 运行 方 式是降 压启 动、 工频运行， 其风量大小采用调节风 门的 方 法来 调 节风 量 。这 种控 制方 式的 缺点 是电能浪 费大 ， 调节 实时性差， 噪 声 大， 工人 的劳动 强度大 。故 对其进 行变频改造 ， 引风机 闭环控制原理如框 图 1所示 ，采 用微差 变 送器 、 变频 器 、控 制 器 、 引风 机 组成 的压 力闭 环 回路 自动控制 引风机 的转速， 使炉膛 保持一稳定 的微负压， 这样既提高了控 制精 度， 又节约 了能源， 使 引风 机控制 具 有一 定 的合理 性 。 鼓风机 变频改造 闭环 控制原理框 图如 图 2所示 ，采用温度变送器、变 频器 、控制器、鼓风机组成的温度闭 环 回路 自动控制鼓风机的转速 ，使锅 炉蒸汽 出口的温度保持一稳定值 ，同 样也既提高 了控制精度 ，又节约 了能 源 电能和 燃料 ，使鼓 风机控 制具 有 一定 的合理 性 。 3 ． 3 控制算法与 P L C 项 目选用西门子 7 - 2 0 0 系列 P L C 组成自动化平台。西门子 S 7 - 2 0 0系 列 P L C能够进行 P I D控 制 ，其 CPU 最多可支持8个P I D控制 回路 。P I D控 制功 能是通 过 P J D 指令功 能块 实现 的 。在 S 7 2 0 0中 ，P J D回路指令运 用 回路 表 中的输 入信息 和组态信 息 ， 进行 PI D运算 ，交换数据 ，编程极其 图 1 闭环 控制系统 图 图 2闭环控 制系统 图 简便 ，该指令影响特殊存储器标 志位 S M1 ． 1 溢出 。只有在逻辑堆栈栈顶 值 为 1时 ，才能进行 P I D运算 。本指 令有两个操作数 T B L 和 L OOP ， 其 中 T BL是回路 表的起始地址 。限用 VB 区，数据类型 是 B Y T E型 ；L OOP是 回路号可以是 0到 7的整数 ，因此在 程序 中最多可以用 8条 P I D指令。如 果有两个或两个以上的 P I D指令用 了 同一个 回路号 ，即使这些指令的回路 表不同 ，那么这些 P I D运算之 间也会 产生不可预料的结果。所以在直接使 用 P I D 指令功能块之前 ，必须把增益 K c 、采样 时 间 T 8 、积 分 时 间 Ti 、微分 时 间 Td等等这 些实数全部转换成 0 ． 0 ～ 1 ． 0之 间的实 数 ，以便 P I D 指令功能块 接受 ，也就 是说把外界实际物理量转换成 P I D 指 令可以接收的数据 ，即输入／ 输 出的转 换与标 准 化处理 。 4 结束语 本文对对锅炉风机 的变频控 制系 统 进行 了比较 全面 的叙 述 ，作 为锅 炉风 机 控 制装 置 ，其 主要 任务 是保 证 锅炉 风机 的 安全 、稳 定 、经 济运 行 ，减 轻操 作 人员 的 劳动 强度 。对 于锅 炉风 机 的变频 采 用 PL C 控 制 ， 能够完成对锅炉风机 变频进行过程的 自动检 测 、 自动控 制 等 多项 功能 。 作者 简介 张科 1 9 8 2 一 男在 读 硕士研 究方向 T业过程智能检测 与 仪 器 。 参考 文献 [ 1 】 廖常初． 大中型P L C应用教程． 北京 机械工 业出版社 ，2 0 0 5 [ 2 】 李道霖． 电器控制与 P L C原理 应用 西 门子 系列 ． 北京 电子 工业 出版社， 2 0 0 4 维普资讯