【正文】 PLC 控制系統(tǒng)中，開發(fā)了融于 PLC 控制系統(tǒng) 的模糊控制軟件，并實際應(yīng)用于余熱鍋爐控制系統(tǒng)中，取得了良好的控制效果。 本論文緊密結(jié)合某銅熔煉生產(chǎn)系統(tǒng)余熱鍋爐的生產(chǎn)情況，以解決現(xiàn)場實際運行中存在的控制問題為出發(fā)點，從余熱鍋爐熱工系統(tǒng)普遍存在的大時滯、特性時變特點出發(fā)，力圖解決大滯后、大慣性對象控制系統(tǒng)品質(zhì)差，這一長期困擾生產(chǎn)企業(yè)的難題，并進行了一些探索工作，歸納如下： 對鍋筒水位和相關(guān)通道擾動特性的分析，提出了改進三沖量串級控制規(guī)律。 圖 10 并聯(lián) FUZZY/模糊自適應(yīng) PID 子程序 框圖 結(jié)論及展望 近年來，小型 PLC 控制系統(tǒng)在我國鍋爐控制領(lǐng)域得到廣泛使用，這為先進控制策略的應(yīng)用創(chuàng)造了良好外部條件。引入如下控制規(guī)則： IF |e（ k） |≤ em Then [uc=uF] Else [uC=uPID] 其巾 em 是根據(jù)實際工藝情況設(shè)定的閥值 ,uc 是控制器的實際輸出 ,upid 是 PID控制器的計算輸出 ,uF 是并聯(lián) FUZZY 控制器的輸出。 5. 框圖中的單回路都采用標準 PID— IND 算法，即比例增益不加在微分、積分增益上。本系統(tǒng)采用了浮動設(shè)定的辦法，其具體思路如下： （ 1）在升溫過程中，首先根據(jù)鍋筒的設(shè)計參數(shù)確定一個基準值 SPh，本文所述的 14 噸鍋爐的設(shè)計壓力是 30kg，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定 20kg 為升溫時蒸汽流量調(diào)節(jié)閥的開啟壓力，當(dāng)鍋筒壓力達到 20kg，調(diào)節(jié)閥開始動作，直至閥門全開，然后跳入 b 過程。如果不是啟動，則跳過初始化子程序循環(huán)執(zhí)行。 主程序框圖 圖 8 主程序框圖 主程序完成系統(tǒng)的啟動白檢、應(yīng)用程序初始化的功能。其中控制算法、控制規(guī)律、數(shù)據(jù)管理三個模塊最為重要，是保證鍋爐生產(chǎn)安全穩(wěn)定的前捉條件。 本論文的主要研究內(nèi)容是余熱鍋爐控制子站，包括 PLC 和工控機兩個部分。針對余熱鍋爐的實際運行情況和特點，控制系統(tǒng)采用了兩層結(jié)構(gòu)，即上位機監(jiān)控和 PLC 控制系統(tǒng)。 余熱鍋爐水位控制系統(tǒng)如果采用常規(guī)儀表進行控制，不僅系統(tǒng)所用的儀表沒備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實施及調(diào)試難度大，難以保證系統(tǒng)的可靠性，而且難與控制系統(tǒng)進行通訊，實時監(jiān)控和適時決策仍然未能實現(xiàn)。在分析內(nèi)回路時可認為主回路是開路，內(nèi)回路是一個隨動系統(tǒng)。 圖 6 三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 從方塊圖上可以看出，這個系統(tǒng)有兩個閉合回路； (1)是由給水流量 W、給水分流器α w、調(diào)節(jié)器 Gc、調(diào)節(jié)閥 Kv 組成的內(nèi)回路 .(2)由水位調(diào)節(jié)對象 Go1 和內(nèi)回路構(gòu)成 的主回路。 D、 W 引入 系統(tǒng)的符號，根據(jù)各自信號的增減對水位 H 的影響來定。當(dāng)某一臺鍋爐負荷和給水量改變時，引起 給水母管壓力波動，而使其它鍋爐的給水量受到擾動。 三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 近代鍋爐都向大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，一般講鍋爐容量越大，汽包的容水量相對就越小，允許波動的蓄水量就更少。 在加有前饋控制的系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)擾動，前饋調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)擾動的大小和方向，按照前饋調(diào)節(jié)規(guī)律，補償擾動對被控量的影響。因而大大減小了給水量和水位的波動，縮短了過渡過程的時間。 (2)從給水?dāng)_動下水位變化的動態(tài)特性可以估計到，當(dāng)水位已經(jīng)偏離給定值后再調(diào)節(jié)給水量，因給水量改變后要經(jīng)過一定遲延時間τ才能影響到水位，因此必將導(dǎo)致水位波動幅度大、調(diào)節(jié)時間長。它是汽包水位自動調(diào)節(jié)中最簡單、最基本的一種形式。而水位下汽泡容積與鍋爐的負荷、蒸汽壓力、爐膛熱負荷等有關(guān)。水位過低，則可能破壞自然循環(huán)鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)中某些薄弱環(huán)節(jié)，以致局部水冷管壁被燒壞，嚴重時會造成爆炸事故。 余熱鍋爐的水位特性及控制 余熱鍋爐的水位特性 鍋爐汽包水位的特性 鍋爐汽包水位自動調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量，并維持汽包中的水位在工藝允許的范圍內(nèi)。 圖 3 余熱鍋爐工藝機構(gòu)圖 其中，鍋簡的給水來自除氧器，通過給水調(diào)節(jié)閥門來調(diào)整給水流量。最后旋風(fēng)吸塵器對余熱鍋爐出口煙氣（約 300 攝氏度）收塵。熔煉過程中，由空壓機房送來的壓縮空氣，通過風(fēng)眼向爐內(nèi)送風(fēng)用以氧化爐內(nèi)雜質(zhì)，形成爐渣。轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中產(chǎn)生的火量高溫?zé)煔猓捎酂徨仩t降溫后再經(jīng)除塵、脫硫后排至大氣中。此時進入蒸發(fā)器的水不是靠循環(huán)泵的動力，而是靠流 體的密度差而流動，這種余熱鍋爐稱為“自然循環(huán)余熱鍋爐”。直立管簇吸收煙氣的熱量。 圖 2 自然循環(huán)余熱鍋爐 上圖是一臺自然循環(huán)余熱鍋爐，全部受熱面組件的管子是垂直的。從汽包下部出來的水經(jīng)一臺循環(huán)泵后，進入蒸發(fā)器，是靠循環(huán)泵產(chǎn)生的動力使水循環(huán)的，稱為“強制循環(huán)余熱鍋爐”。為保證一定的存環(huán)量，汽包需有足夠的安裝高度。這種余熱鍋爐結(jié)構(gòu)簡單，因殼體承受蒸 汽壓力，適用于生產(chǎn)壓力不高的蒸汽。 根據(jù)高溫氣體通過管內(nèi)還是管外，余熱鍋爐分為火管余熱鍋爐和水管余熱鍋爐。熱量通過管壁傳遞給管外的水。 煙道式余熱鍋爐是水管鍋爐，水或蒸汽在受熱管的管內(nèi)流動，煙氣在受熱管管外的煙道中流動。 煙道式余熱鍋爐是一種用以回收利用各 種爐窯的排煙余熱的鍋爐。 因此其系統(tǒng)的壽命很高，便于收回成本。后者雖然精確較高可以消除余差，但其構(gòu)成復(fù)雜，成本過高。 在 控制規(guī)律方面 ， 有單沖量、雙沖量、及各種三沖量控制方案 ，這些方案 克服了傳統(tǒng) PID 控制器參數(shù)不可改變的缺點， 提高了系統(tǒng)的控制品質(zhì) ，在精準度上有了很高的提升。已投人運行的垃圾余熱發(fā)電站有 28 座，裝機容量已達到 1270MW。到目前為止，正在運行中的熱管式余熱鍋爐已有數(shù)十臺。至今已開發(fā)并制造了涉及 19 各類別、 92 各品種、129 各規(guī)格、用于冶金、化工、建材和輕紡等行業(yè)的余熱鍋爐。目前，已把如何利用中低溫的低品位余熱發(fā)電，作為開發(fā)節(jié)能新技術(shù)的重要課題。 為提高能源利用率和節(jié)約能源，除采用高能效的新設(shè)備和新工藝外，采用余熱鍋爐回收各類余熱也是提高能源利用率的重要手段。因此，設(shè)計出更精 確 、更靈活的水位控制系統(tǒng)是非常必要的。隨著鍋爐容量的增加，水位變化速度 越來越頻繁 ，人工操作 越來越 繁重，因此對汽包水位實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)提出了迫切的要求。 這 是保證鍋 爐 和汽輪機安全運行的必要條件，也是鍋爐正常運行的主要指標之一。 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................ 4 Abstract......................................................................................................................... 5 緒 論 ...................................................................................................................... 7 余熱鍋爐水位控制系統(tǒng)的意義 ..................................................................... 7 余熱鍋爐的現(xiàn)狀和發(fā)展 .................................................................................. 7 余熱鍋爐的現(xiàn)狀 .................................................................................. 7 余熱鍋爐的發(fā)展 .................................................................................. 8 余熱鍋爐水位控制的現(xiàn)狀和發(fā)展 .................................................................. 9 余熱鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ..................................................................................