【導讀】工業(yè)鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的動力設備。蒸汽鍋爐主要作用是向各生。產(chǎn)裝置或設備提供所需的合格蒸汽。其控制質量的優(yōu)劣不僅關系到鍋爐自身運。本文敘述了工業(yè)蒸汽鍋爐系統(tǒng)的結構和工作原理，介紹了其控制系?；芈返膭討B(tài)運行特點以及與之對應的控制算法。充分利用可編程控制器豐富的。穩(wěn)定性和可靠性得到很大提高。

　　

【正文】 與鼓風量相配合，以保證爐膛壓力不變。燃燒調節(jié)系統(tǒng)有三個被調參數(shù)，汽壓 p、煙氣含氧量 a 和爐膛負壓 pt。并有 3 個調節(jié)量，它們是燃料量 M，送風量 F 和引風量 Y。燃燒調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)對象是燃料量，是通過給煤變頻器控制爐排電機轉速實現(xiàn)的。對于送風量和引風量由送風和引風變頻器控制鼓風機和引風機實現(xiàn)的。燃燒調節(jié)系統(tǒng)是一個多參數(shù)變量調節(jié)系統(tǒng)。這種調節(jié)系統(tǒng)通常把它簡化成互相聯(lián)系，密切配合但又相對獨立的 3 個單變量系統(tǒng)來實現(xiàn)。為便于分析，下面我們按 3 個系統(tǒng)來分別分析。這三個系統(tǒng)分別是以燃料量維持鍋爐壓力恒定的蒸汽壓力調節(jié)系統(tǒng)，以送風量維持鍋爐經(jīng)濟燃燒的送風調節(jié)系統(tǒng)，以引風量維持爐膛負壓穩(wěn)定的爐膛負壓調節(jié)系統(tǒng)。(1) 蒸汽壓力調節(jié)對象的特性引起蒸汽壓力變化的主要原因是燃料量和用汽負荷發(fā)生變化。燃料量擾動16下的汽壓變化特性在用汽負荷不變的情況下，如鍋爐燃料量(B)發(fā)生△B 的階躍擾動，此時汽壓的飛升曲線如圖 10(a)所示。此時對象沒有自平衡能力，具有較大的遲滯和慣性。但如果鍋爐出口的用汽閥門開度不變，那么由于汽壓因燃料量擾動而發(fā)生變化時，蒸汽流量也將發(fā)生變化。由于汽壓變化時，蒸汽流量增大自發(fā)地限制了汽壓的變化，因此對象有平衡能力。此時汽壓的飛升曲線如圖10(b)所示。用汽負荷擾動下的汽壓變化特性負荷階躍擾動下，汽壓變化的動態(tài)特性也有下列兩種情況：當用汽閥門階躍擾動時，對象表現(xiàn)出具有自平衡能力，沒有延遲，但有較大的慣性，并有一個與閥門變化成比例的啟始飛躍，飛升曲線如圖 10(c)所示。當用汽量階躍擾動時，其飛升曲線如圖 10(d)所示，此時對象沒有自平衡能力，如果不及時增加進入鍋爐的燃料量，汽壓將一直下降。（a）用汽負荷小變 （b）用汽閥門開度小 （c）用汽閥門階躍 （d）用汽量階躍時燃料擾動飛升曲線 時燃料擾動飛升曲線 擾動時飛升曲線 擾動時飛升曲線圖 10 汽壓調節(jié)對象的特性圖（2）送風自動調節(jié)對象的特性送風調節(jié)系統(tǒng)的工作好壞，直接影響爐膛的空氣過剩系數(shù)的變化也就是排出煙氣的含氧量。引起空氣過剩系數(shù)變化的主要擾動是燃料量和送風量配比。風量擾動下對象的動態(tài)特性具有較大的自平衡能力，幾乎沒有延遲和慣性，可視為一比例環(huán)節(jié)。而燃料量擾動時，需經(jīng)過輸送和燃燒過程而略有延遲。由于送風系統(tǒng)幾乎沒有延遲和慣性， 所以在燃料充足的情況下送風量的大小將比較直接的反應在鍋爐的蒸汽壓力上。送風量和燃料量最佳比例由風煤比確定。風煤比就是在當前風量下所能燃燒的煤的最大值 [6]。在控制作用中風煤比主要是根據(jù)當前風量來限制爐排的轉速，防止由于風量不夠導致煤不能充分燃燒。該參數(shù)對節(jié)煤和環(huán)保都有很大意義。因為如果不能充分燃燒將會導致煤渣的含炭量增高，這樣比較浪費煤，同時還會造成煙氣含炭量增高影響排放。（3）爐膛負壓自動調節(jié)對象的特性 17爐膛負壓自動調節(jié)對象的動態(tài)特性較好，但擾動通道的飛升時間很短，飛升速度很快。根據(jù)以上對燃燒系統(tǒng)調節(jié)對象的分析，下面我們針對燃燒自動控制系統(tǒng)三個任務對控制采用的方案進行分析。燃燒過程控制系統(tǒng)一般采用的控制流程圖如圖 11（a）所示，先通過蒸汽壓力變送器經(jīng)濾波后取得信號，與設定蒸汽壓力進行比較，判斷出鼓風 PI 調節(jié)器調節(jié)的方向和大小，通過鼓風 PI 調節(jié)單元計算 出鼓風變頻器的輸出大小。同時把該信號輸出給風煤比計算單元，相應的算出在當時的風量下爐排的最大輸出值。再把蒸汽壓力的差值信號送給爐排 PI 調節(jié)器，通過爐排 PI 調節(jié)單元計算出爐排變頻器的輸出大小，經(jīng)過風煤比限位，輸出給爐排變頻器。在實際調試過程中我們往往把鼓風 PI 調節(jié)中的比例系數(shù)設的比爐排 PI 單元的大，這樣可以很好的保證鼓風系統(tǒng)對蒸汽壓力的敏感度要高于爐排。實踐證明通過該方法控制下鍋爐的蒸汽壓力穩(wěn)定性好，在蒸汽負荷變化時相應程度高，灰渣含碳量低。爐膛負壓的大小對于節(jié)能影響很大。負壓大，被煙氣帶走的熱量大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運行狀態(tài)應在微負壓狀態(tài)。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內的滯留時間，增加沉降，減少飛灰，使煤充分燃燒提高熱效率。但由于負荷變化，需要改變給煤量和送風量，隨之也要改變引風量，以保證爐膛負壓的穩(wěn)定，但由于系統(tǒng)有一定的滯后時間，為避免鼓風變化而引起爐膛負壓的波動，系統(tǒng)中引入鼓風信號作為前饋信號對引風機進行超前調節(jié)。爐膛負壓控制系統(tǒng)一般采用的控制流程圖如圖 11（b）所示，調節(jié)原理比較簡單屬于單閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，它的輸入量是爐膛負壓，輸出量是引風變頻器，同時引入鼓風量作為前饋信號。燃燒過程控制回路子程序梯形圖見附錄 2。爐排 PI 單元 煤風比 爐排變頻器 鍋爐系統(tǒng)引風 PI 調節(jié)單元 引風機變頻器抗干擾濾波 蒸汽壓力信號設定蒸汽壓力（a）18（b ）圖 11 燃燒過程和爐膛負壓控制流程圖6 結束語綜上所述，本系統(tǒng)對鍋爐控制系統(tǒng)進行了硬件和軟件設計，硬件介紹的較詳細，軟件設計偏重于給水控制回路和燃燒過程控制回路的控制算法的實現(xiàn)和PID 的應用，具體的執(zhí)行程序還需要進一步設計和優(yōu)化，另外沒有具體考慮控制系統(tǒng)的抗干擾問題，PLC 與上位機的通訊也沒有介紹，這些不足是我繼續(xù)要做的工作。PLC 能夠很好的直接控制鍋爐，又能方便的與上位機進行通訊，有很好的市場發(fā)展空間和投資收益前景，值得廣泛地推廣。謝辭本論文是在劉法治老師的悉心指導下完成的，劉老師淵博的知識、豐富的實踐經(jīng)驗和誨人不倦的作風深深影響了我。從劉老師身上，除了學到許多專業(yè)知識外，我還學到了如何做人和做事。在此，我要衷心的感謝劉法治老師，感謝他在指導我做學士學位論文期間對我無私的關懷和耐心細致的指導，并向劉老師致以崇高的敬意！在攻讀學士學位期間，我還得到了院系領導、其他老師和同學們的真切的幫助，沒有他們的幫助，我不可能按期完成學士學位論文。在這里真誠的表示感謝！PI 調節(jié)單元 引風機變頻器 鍋爐系統(tǒng)抗干擾濾波 爐膛負壓信號引風微分信號設定爐膛負壓19參考文獻[1] [J].電 工 技 術 ， 2020 年 5 期[2] 模擬量輸入模塊選擇與配置[J].電工技術，2020 年 9 期[3] 張冬梅，[J].青島理工大學通信與電子工程學院學報[4] 在全自動臥式蒸汽鍋爐中的應用[J].天津職業(yè)大學學報VOL14，[5] 吳偉，鄔冠華，夏平先. 基于 PLC 和變頻器的串級 PID 速度控制系統(tǒng)[J].電工技術，2020 年 7 期[6] 汪曉光，王艷丹，孫曉英. 可編程控制器原理及應用 (上冊)[M].北京：機械工業(yè)出版社，[7] 李國厚 .PLC 原理與應用（松下 FP0 系列）[M].北京：清華大學出版社，2020[8] 陳杰，[M].北京：高等教育出版社， 2020 年 5 月[9] 李英華 .PLC 在 75t/h 鍋爐自動控制系統(tǒng)中的應用[J].冶金動力 2020 年第 2期，總第 78 期[10] 楊 國 祥 ， 王 作 新 .PLC 及 變 頻 器 在 鍋 爐 自 動 供 水 中 的 應 用 [J].電 工 技 術 ，2020 年 5 期[11] 田芮， LC 與變頻器在自動給水系統(tǒng)中的應用[J].山東輕工業(yè)學院學報，1998 第 12 卷（2）：21 ～15[12] [J].2020 年 12 期[13] 模擬量輸入模塊的使用方法[J].電工技術，2020 年 10 期[14] [M] 北京：清華大學出版社，[15] 汪曉光，王艷丹，孫曉英 .可編程控制器原理及應用 (下冊)[M].北京：機械工業(yè)出版社，20附錄 1擴充響應曲線整定計算公式表附錄 2 控制度 控制規(guī)律 T KpiTdPI Tm/τ PID Tm/τ PI Tm/τ PID Tm/τ PI Tm/τ PID Tm/τ PI Tm/τ PID 21程序清單