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130T/H燃气锅炉自动控制系统的设计与实现
发布时间：2013-08-19 09:05 来源：未知
1、概述
莱钢银山型钢热电厂130T/H锅炉为大H型钢生产线的主要配套项目之一，锅炉主体计算机控制系统主要完成数据采集，汽包水位控制调节、炉膛负压控制调节、锅炉送风自动控制调节、减温水自动调节控制、减温减压器出口蒸汽压力调节控制、减温减压器出口蒸汽温度调节控制热风烧嘴和煤气烧嘴调节控制以及报警，画面显示操作、实时趋势、历史趋势、报警记录和报表打印等功能。
系统采用Sclmeider TSX Qu:uuum系列PLC硬件组成基础自动化系统，监控软件为Mp7.0，编程软件为Concept 2.6，Windows 2000作为系统平台界面，组成计算机操作系统，实现人机通讯。网络系统采用了“透明工厂”设计思想，实现了设备维护及生产操作人员的远距离访问和监视。‘透明工厂”是建立在信息技术和通讯技术的基础上，这些技术包括OPC开放软件标准和WEB技术等，主要包含三方面的内容：基于TCP/IP的通讯、WEB模式的网络应用和面向对象的编程。其核心是ETHERNET和TCP/iP。
2、系统介绍
2.1工艺描述
莱钢银山型钢热电厂130T/H锅炉自动控制系统由煤气（高炉煤气、焦炉煤气）系统、炉体部分、对流受热面（汽包及冷却壁，I、II省煤气，I、Ⅱ空气预热器），点火器，送／引风机等设备，按照各部风的功能可大致分为汽水系统，风烟系统、燃烧系统、减温减压及公用系统几个子系统。为提高蒸汽品质，锅炉采用了自制冷凝水，对蒸汽进行减温，冷凝水主要来自汽包，来自汽包的汽水混合液与给水换热后，作为冷凝水进入减温器，对蒸汽进行减温。利用摄像装置、监视器、火焰探头实现炉顶红外成像，监视炉顶汽包液位、炉内火焰状况，富通新能源专业销售生物质锅炉，同时我们还大量销售木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
2.2硬件使用
2.2.1硬件性能
Quamum系统是具有数字量处理能力的专用计算机系统，具有强大的信号处理和逻辑运算能力，具有模板化、可扩充的体系结构，适用于工业实时控制和制造过程控制。它包括Quamum系列CPU. I/O模板（以及采用远程的800系列），I，0接口、通讯模板、电源和底板。典型的Quantum系统组成框图如图I所示．
Quantum系列硬件具有良好的使用性能：
(1)高吞吐量，使得更多的程序运行时间更短．
(2)附加的数学协处理器能满足更多的控制要求，提供更多的可能性及更高的产品质量；
(3)不使用DIP开关，全部地址用转换开关设定，Quantum控制器提供了所有下装模块的配置特征；
(4)十进制地址方式排除了在编程，检查系统时记忆转换的繁琐过程，
(5)所有的I/O模板使用同样的1/0接线端子，无需考虑板子与接线端子的对应关系．
(6)运行时每块模板都有正常信息显示，使用户维护更容易，
(7)扩展总线的LED组，能够减少诊断故障时间。
(8)所有模板均可插入底板的任一槽中，对于除了电源模板外的所有模板，没有对所在槽位的配置限制-
(9)所有模板均有LED显示灯指示操作状态I
(10)允许模板带电插拔．
(11)用于现场接线的端子排插于模板前部。
2.2,2TCPflP网络
TCP/IP网络是一种开放式的网络结构，使不同硬件环境，不同网络协议的网可以互连，真正达到资源共享，数据通信和分布处理的目标。它具有高速、高可靠和高安全性，传输速度快，成本低，是连接HMI与PLC．PLC与PLC，PLC和I/O的通用和有效的传输媒介。TCP/IP协议适用于所有计算机需求的垒球化网络标准，适用于多种平台，并能作为HTTP、MODBUS. vrP和许多其它协议的载体。
Quamum以太网TCP/IP模板使得Quantum控制器与采用TCP/IP事实上的标准协议以太网上的设备进行通讯成为可能。以太网模板可以插入现有的Quanrum系统并通过光纤或双绞线电缆与现有的以太网络相连。
2.2.3硬件结构
型钢热电厂130T/H锅炉即采用TCPfIP网络通讯协议标准进行网络互连，实现远程监控。具体就是在锅炉的主控制机架上安装一块以太网模板140 NOE771 01，各上位机监控站上插一块IOOM以太网卡，通过专用的五类双绞线分别连接到网络交换机上，实现上位机与PLC监控的网络互连。主机架和各从机架之间的连接，则是通过远程通讯模板CRP和本地通讯模板CRA之间用Tap分支器连接实现的。对各控制点的处理，Quantum模板将其分为模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出等几类，每种信号接到专用的模板上进行信号采集，通过程序进行信号处理。
2.2.4软件设计
系统编程采用Schneider公司Concept 2.6，运用梯形逻辑(LD)和控制功能块(FBD)相结合的方式实现对锅炉汽包水位、炉膛负压、锅炉送风、减温水、减温减压器出口蒸汽压力、减温减压器出口蒸汽温度、热风烧嘴和煤气烧嘴等的自动调节控制。
硬件组态可以在程序创建之前，之中或之后进行。配置任务可以以在线（连接到PLC上）和本地（只在PC上）两种方式进行。配置接受Concept检测，并且只使用有效的组合，这样就避免了配置错误。在在线模式中，配置好的硬件会立即测试有效性，而输入错误将被排除。在将编程设备和PLC连接后，有效性测试将以实际使用的硬件资源的配置值为基础进行测试，如果有错误将显示错误信息。
上位机采用Schneider公司Monitor Pro V7上位监控软件的Server-CJient结构，完成对数据的采集、处理和远程操作监控。
3、主要控制回路设计
3.1电动调节执行器的无扰切换控制
锅炉燃烧的过程是一个将燃料的化学能转变为热能的过程，燃烧自动调节的任务是使燃料所提供的热量适应蒸汽负荷的需要，同时保证锅炉经济、安全运行。为了保证锅炉的稳定运行，就要保证锅炉燃烧所需的高炉煤气，焦炉煤气和热风都有合适的供应量。锅炉采用电动调节执行器控制阀门开度完成对各量的合适配比。对各调节阀的控制均分为层操和角操两种控制方式。层操时，输入层操阀门开度，则在同一层上的高炉煤气阀门、焦炉煤气阀门或者热风阀门同时动作，达到设定值，角操时，可以单独对其中一个阀门进行操作。层操和角操可以进行无扰切换，保证在进行操作切换时，燃烧的稳定性。
3.2汽包水位PID自动调节
控制汽包水位的稳定，是保证锅炉安全运行的重要条件之一。汽包水位大范围的波动会造成汽包内空水或水满造成危险，影响生产。因此，维持汽包水位的稳定是极关键的。影响汽包水位的主要因素有：蒸汽流量（即蒸汽负荷）和给水流量。蒸汽流量的增加、减少，汽包水位就要减少、增加，给水流量也要增加、减少，这样才能保证锅炉的正常运行。因此，采用三冲量调节，前馈一反馈串级调节回路，即根据给水流量、汽包液位和蒸汽流量调节给水阀，保证锅炉汽包水位的稳定，如图2所示。
3.3模拟量处理
现场采集的模拟量信号采用了滤波和小信号切除，进行工程量转换如图3所示。
4、结论
型钢热电厂现有130T/H锅炉3座，系统均采用SchneiderTSX Quantum系列PLC，很好的完成了各项控制功能，系统自运行以来，运行状况稳定，人机界面清晰简便，操作灵活，便于操作人员掌握。
其他作者：王猛（1982 -），本科，工程师，计算机科学与技术专业，现就职于莱钢自动化部银山铁区车间工作，从事自动控制方向的研究与维护工作。
