10t／h燃气锅炉的液位和压力控制系统的设计.pdf

自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 4 年 第3 3 卷 第1 0 期 工 业 控 制 与 应 用 n du s t r y Con t r o l a n d App l ic a t ion s 1 O T ／ h燃气锅炉的液位和压力控制系统的设计 王列 渤海装备辽河 热采机 械公司 ， 辽宁盘锦 l 2 4 2 0 9 摘要 以AB公司生产的 mi c l o g i x1 4 0 0 小型P L C为控制核心， 通过对P I D控制器的反复校验， 寻找出适合 i O T ／ h燃气蒸汽锅炉的比 例 P 和积分 I 的参数， 设计出i O T ／ h 燃气蒸汽锅炉的汽包液位和蒸汽出口压力控制系统。使锅炉的液位平稳， 压力输H { 稳定， 满足用户需求， 保障了锅炉的安全运行。 关键词 汽包液位； P L C； 蒸汽出口压力； P I D控制 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 4 1 0 0 0 2 6 0 3 De s i g n o f t h e 1 0 T ／ h Ga s B o i l e r L e v e l a n d Pr e s s u r e Co n t r o l Sy s t e m W ANG Li e L i a o h e Oi l F i e l d G e n e r a l Ma c h i n e C o m p a n y ， p a n j i n1 2 4 2 0 9 C h i n a Ab s t r a c t T a k i n g t h e s m a l l m i c l o g i x 1 4 0 0 P LC o f t h e AB p r o d u c e d a s t h e c o n t r o l c o r e ，t h r o u g h r e p e a t e d v a l i d a t i on o f t h e PI D c o n t r o l l e r ， t h e b e s t p r o p o r t i o n P a n d i n t e g r a l I p a r a me t e r mr t h e l 0 T ／ h g a s s t r e a m b o i l m‘ i s f o u n d o u t t h e 1 0 “ I ’ ／ h。o a s b o i l e r l e v e l a n d p r e s s u r e c o n t r o l s y s t e m i s d e s i g n e d ． Th e b o i l e r l i q u i d l e v e l i s s mo o t h e d ， p r e s s u r e o u t p u t i s s t a b e ， S O a s t o m e e t u s e r n e e d s ， a n d p r o t e c t t h e s a f e o p e r a t i o n o f t h e b o i l e r ． Ke y wo r d s d r u m l e v e l ； P LC s t e a m o u t l e t p r e s s u r e ； PI D c o n t r o l 1 引言 蒸汽锅炉是冬季 民用取暖和工厂工艺用热的主要 设备。近年来随着蒸汽锅炉科技水平的不断发展 ， 节能 环保 意识 的深人人心 ， 以前老 旧的燃煤 蒸汽锅 炉逐步被 燃气锅炉所替代。燃气蒸汽锅炉具有热效率高 ， 安全可 靠 ， 使用 寿命 长 ， 维护 简 便等特 点 。燃气锅 炉 可实现 全 自动 控制 ， 操 作简便 ，自动 化控 制程 度高 。并且 燃气 锅 炉使 用清洁 能源 ， 对环境 污染小 。本 文是针对 辽河油 田 总机械 厂生产 的 l 0 T 燃气蒸 汽锅炉为控 制对象 ， 以 AB 公司生产 mi c l o g i x 1 4 0 0 小型 P LC为控制核心， 以AB公 司的Rs l o g i x 5 0 0为编程软件 ， 设计出一套控制方案， 来 完成对燃气锅炉的液位以及蒸汽出口压力的控制 ， 保证 锅炉连续正常的生产运行。 2 蒸汽锅炉的汽包液位控制 收稿 日期 2 01 3 1 2 3 0 2 6 I T e e d - i c es o f A u l u r r e fJ m 影响锅炉汽包液位变化的参数主要有 3个 1 锅炉 负荷的变化， 当锅炉负荷发生变化时不仅会对锅炉蒸汽 出口压力产生影响， 还会引起锅炉水状态的变化从而引 起锅炉汽包液位的变化 ； 2 炉内燃烧的工况对锅炉汽包 液位的影响也很大 ； 3 给水压力变化对汽包液位的影响。 本方 案 中锅 炉 的负荷 稳定 ， 汽包 的 容积较 大 ， 所 以采用 单冲量 闭环控制系统 ， 即 采用差压变送器来测定锅炉 汽包的液位， 在锅炉进水管线中设置一个气动调节阀， 可接受标准的4 -2 0 mA信号， 通过控制气动调节阀的开 度大小来调节液位 ， 当实际液位与我们设定的液位出现 了偏差时 ， 通过控制气动调节阀开大或者关小 ， 使液位 恢复到给定值。控制原理见 图 1 。 气动调节阀的开度由P I D控制器给定。P I D控制器 的控制参数主要有 3个 1 比例 P 输出变化量与偏差成 正 比例 比例系数 越大 ， 反应速 度越快 ， 稳 定性变差 。 比 例系数越小， 反应速度越慢 ， 稳定性变好 ； 2 积分时间 T 用积分 时间表示积分 作用 ， 用 以修正 上升 或下 降 偏差 。 工 业 丰 空韦U 与 ,FE 用 n du s t r y Con t r ol an d Ap pl ic a t ion s 自动化技术 与应 用2 0 1 4年第 3 3卷第 1 0期 图 1 液位控制原理图 Ti 越大系统的稳态误差消除的越快 ， 但 Ti 也不能过大， 否则在响应过程的初期会产生积分饱和现象 。若 Ti 过 小， 系统的稳态误差将难以消除， 影响系统的调节精度； 3 微分作用 Td 是改善系统的动态性能， 其主要作用是 在 响应过 程 中抑制偏 差 向任何 方 向的变化 ， 对偏 差变化 进行提前预报。但 Td不能过大， 否则会使响应过程提 前 制动 ， 延 长调 节时 间 ， 并且 会降低 系统 的抗 干扰性 能。 它 主 要 适 用于 特 性滞 后较 大 的广 义 对 象 ， 如 温 度对 象 等。这里我 们需要对 P I D控制器进行参数设 定。依据现 场 经验 先进行 P调节 ， 使 I 无效 ， 观察液位 变化 曲线 ， 若 曲线多 次出现 波形 则应该 放大 比例 P参数 ， 若 曲线变化 非常平缓 ， 则应缩小 比例 P参数 。 比例 P参数设 定好后 ， 设 定积分 I 的参 数 ， 积分 I 正好与 比例 P参数相 反 ， 睦线 平 缓应放 大积 分 I ， 出现 多 次波 形则需调 小积分 I ， 经现 场 反复调 试我们将 P设 为 0 ． 1 5 ， I 设为 0 ． 9 5 ， 取得 了 良好 的控制效果。在 mi c l o g i x l 4 0 0 P LC程序实现见 图2 。 图 2 液位 P I D参数设定图 3 专 呙 白 蒸汽 ．毫[ I 压 的 空 i 蒸 汽锅 炉 的 出 口压 力 主要 受 负荷 和 锅 炉 蒸 发量决 定 的。在这 里 ， 锅炉 的蒸汽 出 口压力 控制是 通过调 节锅 炉 燃烧 器 的输 出功率 来 实现 的 。辽 河 油 田总 机械 厂生 产 的 l O T／ h燃气 蒸汽锅炉 采用压力变送 器来检 测出锅 炉 的蒸汽 出 口压 力 。燃烧器 采用奥林 C - P7 0 O M 型燃烧 器 ， 其燃气和助燃空气的配 比采用的是机械 比调的方式 即燃气风门与助燃空气风门通过机械连杆固定连接 ， 这 就 使助 燃 空气 的风 门开度 随 着燃 气 风 门开度 的变 化 而 成比例的变化 。这里我们采用带 PI D控制器的闭环控 制系统， 通过控制调节调节燃烧器燃气风门的开度就可 以调 节燃烧器 的 输出功率 ， 从而达 到控制锅 炉蒸 汽出 口 压力 的 目的。其控制 原理见 图 3 。 薹 D 蓝女 一 ●●● - - ， 图3 蒸汽出口压力控制原理图 燃烧器 风 门开度 值 由 P I D控制 器给定 ， 在这里我 们 需要 对 PI D 控制器进行 参数设置 。依据现 场经验 ， 先将 锅炉进 水管 路的 气动调节 阀开度 设为横 定值 ， 保 持锅炉 液位 不变 ， 待其稳定后 ， 分 别设 定 P比例调节 参数和 l 积 分调节参数。经现场反复实验将 P比例调节参数设定为 0 ． 0 1 ， I 积分调节参数设定为 3 ． 0 0时， 锅炉蒸汽出口压力 曲线平稳， 满足生产运行要求。其在 mi c l o g i x l 4 0 0 P L C 上 的程 序实现如 图 4 。 控 带 嚣 比 铡 增 益 叵 面]姑 铡 设 定 点s s 匝 受 口 蕾鲞 粳努 增 益 叵 面 ] 设 定 最 大 壤 匝 口 馓 势 率 二 设 定 囊 小 值嚣 F- - q 圆 豁 校 芷 ； 过 程 值 Ng- q 控 制 橇 式 匡墨 囹 输 出 } z 酵 空 制 垂 口 按 捌 鞴 糍 曩 。 叵 二 ] 时 间 橇 式 匣 三二 ] 输 出 蠢 曩 太e y 匝叵 二 ] 鞴如 缀 常 薯 c V [ ] 输 出 曩 最 小 鹅 叵 ] 躯 匠 ] ’髓 耀黯 圆 莉 馈 填 麓叵 二 二 二 ] 谵 潢 代 硒叵 二 ] l 塞 ； i 图4 蒸汽出口压力 P I D参数设定图 下转第 3 2页 自 动 化 技术 与 应 用 2 0 l 4 年 第3 3 卷 第1 0 期 H- 算 机 应 用 Co m p u t e r Ap pli c a t ion s 查询的信息种类”中进行选择。系统提供 了三个条件进 行组合查询， 对于数据表中的全部字段 ， 都列在“ 查询 项 目”下 ， 运算符提供 了 “ ” 、“ ” 、“ ” 、“ 类 似” 、“ 介于”共六种操作， 所有的字段和值 ， 用户只需 选择。用户通过此模块， 可以非常方便地满足绝大部分 的查询需要。同时， 对于查询出的数据 ， 用户可以导出 到E x c e l 文件中， 方便进一步编辑和操作。 图5 系统流程图 兰 舌 束 诸 本文利用 E x c e l 的VB E开发平台， 成功联接 Ac c e s s 数据库， 实现了合同发票的 日常 台帐管理。在本部 门的 使用过程中， 多用户可同时进行增加、修改、删除、查 询等操作。通过近二年时间的实际运行和不断完善 ， 合 同发票方信息管理系统方便了 日常统计工作 ， 提高了工 作效率 ， 是公司 ERP系统的有益补充。 参 芍 又 献 [ 1 】C o n r a d C a r l b e r g 著． 王军等译 ． 巧学巧用E XC E L 2 0 0 3 数据管理 中文版 【 M】 ． 北京 电子工业出版社， 2 0 0 5 ． 9 【 2 ]罗刚君编著． 程序开发 自学宝典I N】 ． 北京 电子工业出 版社 2 0 1 1 ． 8 【 3 】基于E XC E L的会计信息系统的设计与实现[ D 】 ． 岳中心 电子科技大学硕士学位论文． 2 0 1 1 ． 4 【 4 】吕政 ， 张 贝壳 ． 基于 E XC E L的 ACC E S S数据库报表程 序的实现 ． 信息技术， 2 0 0 8 ， 8 2 3 - 6 ． 【 5 】韩小 良编著． E x c e l VB A整合数据库应用从基础到实 践f M】 ． 北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 7 ． 6 【 6 】虞飞， 皮佑国． 通用机打商业发票识别系统研究与实现 ⋯． 信息技术， 2 0 1 3 6 3 6 4 0 ． 作 者 简介唐 果 1 9 7 8一，男，工程 师，硕 士研 究生 ， 研 究 方 向 计算机 网络与通信 ， E R P系统建设。 上接第 2 7页 结束语 本控制方案已成功应用在辽河油田总机械厂生产的 1 0 T／ h燃气蒸汽锅炉上 ， 目前已平稳运行 1 年时间， 该方 案结 构简单 ， 投资少 ， 容易实 现 ， 可 以满足 了企业 生产要 求， 实现了锅炉安全可靠运行， 不仅降低了工人的劳动强 度， 而且降低了设备的维护成本， 得到用户的好评。 芍 _又 献 [ 1 】卓娜， 李素华， 魏永捷等． 油田燃油注汽锅炉自动控制系 统的设计与实现⋯． 制造业 自动化， 2 0 0 9 ， 7 1 2 4 -1 2 7 ． [ 2 】 P AR T S， M． E ff e c t o f s t e a m i n j e c ti o n i n t o t wo n e a r b y l a y e r s [ J 】 ． J o u r n a l O f P e t r o l e u m S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g， 2 0 0 3 1 l 7 一l 2 4． [ 3 】刘继和， 孙素凤． 注汽锅炉【 M】 ． 北京 石油工业出版社 ， 2 0 0 7 1 1 3 一l 2 2 ． 【 4 ]宋伯生． P L C编程理论、算法与技巧[ M] ． 北京 机械工 业出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 5 ]杨公源． 可编程控制器 P L C 原理与应用【 M】 ． 北京 电子 工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 6 】陈在平． 可编程控制器技术 P L C 系统设计I N】 ． 北京 电 子工业出版社 ， 2 0 0 7 ． f 7 】纪舂萌． 模糊控制在燃煤注汽锅炉控制系统中的应用 f D 】 ． 大连 大连海事大学， 2 0 0 8 ． 作者简介 王列 1 9 8 2 一 ， 男， _ I 2 程师， 硕士研究生， 从事油田 注 汽锅 炉 自动 控 制 系统 ，及 其 配 套 水 处理 自动 控 制 系统 的研 究 。