鍋爐控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)為滿足客戶容易操作、界面友好、**運(yùn)行等要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)核心功能可分為模擬量控制、據(jù)采集與監(jiān)視、順序控制幾個(gè)要素，因此本章作重點(diǎn)論述。

一、數(shù)據(jù)采集監(jiān)視功能

  DAS功能為：快速準(zhǔn)確地采集參數(shù)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)報(bào)警、性能指示，為操作人員提供操作依據(jù)。

1、模擬圖-------工業(yè)流程模擬圖分為系統(tǒng)總覽圖、燃燒系統(tǒng)圖、汽水系統(tǒng)圖、煙氣系統(tǒng)圖等，模擬圖顯示鍋爐運(yùn)行狀態(tài)、各種變量數(shù)值、設(shè)備狀態(tài)，處于報(bào)警的變量以變色、閃爍等方式顯示。

2、成組顯示------成組顯示系統(tǒng)中的主參數(shù) 、副參數(shù)，為操作人員提供相關(guān)部分更加詳細(xì)的信息。

3、趨勢分析-----通過趨勢分析畫筆組態(tài)和數(shù)據(jù)動態(tài)鏈接，創(chuàng)建實(shí)時(shí)趨勢和歷史趨勢圖，對相關(guān)量進(jìn)行趨勢分析，使操作人員及時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行變化趨勢，并作出判斷。

4、事件報(bào)警和系統(tǒng)響應(yīng)------整個(gè)系統(tǒng)中隨機(jī)發(fā)生的事件處理都?xì)w在報(bào)警處理中，這些事件包括模擬量越限、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身的故障報(bào)警、操作員的重要操作等，由程序設(shè)置決定報(bào)警的形式。

5、報(bào)表------系統(tǒng)可以按照用戶的管理要求，創(chuàng)建基于EXCEL文件格式的各類報(bào)表，便于運(yùn)行狀況記錄和生產(chǎn)管理分析。

6、記錄和打印-----可以隨機(jī)或周期性打印報(bào)警記錄、操作記錄、報(bào)表以及系統(tǒng)分析曲線、過去歷史數(shù)據(jù)等。

7、歷史數(shù)據(jù)記錄和調(diào)用-----系統(tǒng)可以將各個(gè)輸入輸出點(diǎn)的采集值按照秒級時(shí)間段存入硬盤，以備在將來調(diào)用分析。

二、模擬量控制

   模擬量控制主要應(yīng)用的技術(shù)有：燃燒控制(主汽壓力控制)、汽包水位三沖量控制、爐膛負(fù)壓控制、減溫控制。

循環(huán)流化床鍋爐是一個(gè)多變量輸入、多變量輸出工藝參數(shù)強(qiáng)耦合的復(fù)雜熱工控制對象，系統(tǒng)控制效果好壞，集中反映在控制系統(tǒng)對各個(gè)模擬量處理

方式上（即平常所說的MCS系統(tǒng)），從各個(gè)模擬量采集，到調(diào)節(jié)參數(shù)的控制輸出，幾乎運(yùn)用了現(xiàn)代熱工控制*為前沿的技術(shù)、*復(fù)雜的手段,并揉合

了眾多來自現(xiàn)場的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

循環(huán)流化床鍋爐控制以系統(tǒng)穩(wěn)定、負(fù)荷自我調(diào)節(jié)適應(yīng)性能好、床溫控制偏差小作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，針對目前國內(nèi)外循環(huán)流化床鍋爐大都采用魯齊

式Π布置、高溫旋風(fēng)分離器、無外置換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合循環(huán)硫化床鍋爐時(shí)間常數(shù)小、控制參數(shù)耦合嚴(yán)重、難以解耦實(shí)現(xiàn)經(jīng)典PID調(diào)節(jié)的控制難

點(diǎn)，我們在采用自適應(yīng)分負(fù)荷段控制、參數(shù)區(qū)間設(shè)定與PID調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方法，*大限度地發(fā)揮計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算處理能力。

首先，按照在不同負(fù)荷條件下鍋爐運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍和耦合關(guān)系，將鍋爐工況分為若干調(diào)節(jié)區(qū)間。在各個(gè)區(qū)間分別建立各個(gè)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，例

如在40%負(fù)荷一下關(guān)別二次風(fēng)，有一次風(fēng)在煙道含氧量的約束下，通過和主汽壓力構(gòu)建PID調(diào)節(jié)回路，完成配風(fēng)調(diào)節(jié)；而在40%以上的各個(gè)負(fù)荷段就

必須在煙道含氧量、一次風(fēng)、二次風(fēng)數(shù)學(xué)模型約束下共同完成配風(fēng)調(diào)節(jié)，采取常規(guī)PID調(diào)節(jié)原理的回路比例帶、積分、微分等參數(shù)也相應(yīng)由系統(tǒng)自
動調(diào)整。

1、汽壓—燃燒調(diào)節(jié)

主汽壓力通過調(diào)節(jié)給煤、配風(fēng)、循環(huán)灰量等參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制要求，但給煤量是影響床溫的關(guān)鍵因素，所以在構(gòu)建主汽壓力-燃燒控制方案時(shí)，將檢測值和設(shè)定值經(jīng)過比較，并將偏差作比例處理后同作函數(shù)處理后的蒸汽流量一起作為前饋信號納入到給煤調(diào)節(jié)回路上，操縱給煤執(zhí)行器。床溫低就加大給煤量，高則減少給煤量。由于循環(huán)流化床鍋爐的床溫可以在一定范圍內(nèi)波動，所以床溫偏差只有在超過設(shè)區(qū)間（未越限報(bào)警）才會對給煤量直接起作用。

穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，總風(fēng)量調(diào)節(jié)采用以主汽壓力為反饋量的PID控制，引入煙道含氧量矯正函數(shù)與經(jīng)過比例處理后的給煤信號作為PID回路前饋，如有必要引入風(fēng)溫、風(fēng)壓補(bǔ)償，一次風(fēng)、二次風(fēng)的比例，按照分段控制方法，在固定區(qū)間作為定值處理（40%負(fù)荷以下，二次風(fēng)輸出為0），因?yàn)橐淮物L(fēng)變化對床溫有一定影響，在構(gòu)建配風(fēng)控制方案時(shí)，床溫偏差信號經(jīng)過運(yùn)算后將和PID輸出累加，去控制一次風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；二次風(fēng)按照總風(fēng)量比例輸出，控制原理如下圖：

蒸汽壓力和燃燒控制原理框圖

實(shí)際蒸汽壓力控制曲線

 蒸汽壓力實(shí)時(shí)曲線

2、汽包水位三沖量控制

汽包水位的穩(wěn)定影響到鍋爐**、高效、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)方面，所以必須采取行之有效的方法來控制汽包水位的穩(wěn)定。鍋爐汽包水位控制一般有：單沖量控制、雙沖量控制、和三沖量控制，控制算法復(fù)雜程度不同，控制效果也有較大差別，在控制參數(shù)設(shè)置都處于*優(yōu)情況下單沖量控制*差，三沖量控制*好。汽包水位三沖量控制又稱給水控制，它反映給水量與供汽量的動態(tài)平衡，屬于典型的串級加前饋控制方式。給水流量作為副調(diào)回路，克服給水流量變化擾動；汽包水位作為主調(diào)回路；蒸汽流量作為前饋量克服虛假水位現(xiàn)象，使水位達(dá)到很高的控制精度。本系統(tǒng)應(yīng)用串級前饋三沖量控制算法，正常情況下控制穩(wěn)態(tài)誤差≤±5mm。

汽包水

汽包水位控制原理圖

實(shí)際汽包水位曲線

 汽包水位實(shí)時(shí)曲線

3、爐膛壓力控制

為減少熱損，提高燃燒經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)加強(qiáng)操作**性，必須將鍋爐爐膛負(fù)壓控制在一個(gè)很穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)。在引風(fēng)調(diào)節(jié)方案中，爐膛負(fù)壓測量值經(jīng)和設(shè)定值一起送入PID調(diào)節(jié)回路中進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果控制引風(fēng)風(fēng)門擋板動作，滿足鍋爐運(yùn)行要求。由于總風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，需要經(jīng)過一段時(shí)間后才會在負(fù)壓測量值上反映出來，所以在引風(fēng)控制方案中，直接把總風(fēng)量作為前饋信號納入到回路，使系統(tǒng)對總風(fēng)量的變化快速反應(yīng)。

爐膛負(fù)壓控制原理圖

現(xiàn)場控制曲線

 爐膛壓力實(shí)時(shí)曲線

4、流化床床溫（密相區(qū)溫度）控制

循環(huán)流化床鍋爐與其它類型鍋爐相比，爐膛溫度即流化床床溫須控制，通常控制在850℃～950℃，溫度過高則會產(chǎn)生高溫結(jié)焦，影響鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行，若此時(shí)風(fēng)量不足，甚至引發(fā)大范圍結(jié)焦事故，造成長時(shí)間停爐。溫度過低易產(chǎn)生低溫結(jié)焦和熄火事故。而在850℃～950℃時(shí)石灰石脫硫效果*好，并且氮氧化物排放量也較低，有較高環(huán)保價(jià)值。

國內(nèi)中小型循環(huán)流化床鍋爐一般不設(shè)冷渣器，床溫控制通常由給媒量（配合鼓風(fēng)風(fēng)量）進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方法必然造成蒸汽壓力控制與流化床床溫控制產(chǎn)生極強(qiáng)的耦合作用，即兩回路間互相影響。CXB2OOO軟件體系中的ACMP 控制軟件針對此特點(diǎn)，采用帶“模糊算法”的數(shù)字PID調(diào)節(jié)，并通過一定條件下的比例解耦，降低床溫和汽壓控制回路間的耦合作用。在實(shí)際應(yīng)用中取得成功，使得難于閉環(huán)運(yùn)行的床溫和汽壓控制可在50％以上負(fù)荷時(shí)投入閉環(huán)自動控制。

流化床溫度控制流程圖

    床溫控制回路中加入蒸汽流量前饋，降低了負(fù)荷增加對爐溫的影響，而且增強(qiáng)了系統(tǒng)對負(fù)荷變化的響應(yīng)速度，提高了控制穩(wěn)定性，改善了控制性能。

5、 蒸汽減溫控制

減溫控制采用經(jīng)典PID控制，采集出口蒸汽溫度，和系統(tǒng)設(shè)定值比較，差值e（t）進(jìn)行PID運(yùn)算，控制輸出驅(qū)動減溫水調(diào)節(jié)閥門開度，控制減溫水流量。響應(yīng)性能較差時(shí)，引進(jìn)負(fù)荷作為前饋，控制原理圖如下：
以上MCS模擬量調(diào)節(jié)控制方案，均通過軟件編程，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中處理輸入輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)控制策略。

三、順序控制系統(tǒng)(SCS)

1、基本要求

1)     SCS用于啟動/停止鍋爐機(jī)組系統(tǒng)中的子組項(xiàng)。一個(gè)子組項(xiàng)被定義為鍋爐的某個(gè)設(shè)備組，一臺送風(fēng)機(jī)等。

2)     設(shè)備的聯(lián)鎖、保護(hù)指令具有*高優(yōu)先級；手動指令比自動指令優(yōu)先。被控設(shè)備的“啟動”、“停止”或“開”、“關(guān)”指令將互相閉鎖，且使被控設(shè)備向**方向動作。

3)     通過聯(lián)鎖、聯(lián)跳和保持跳閘功能來保證被控對象的**。機(jī)組的聯(lián)鎖及保護(hù)跳閘功能，包括緊急跳閘均采取硬接線連接。

4)     保護(hù)和閉鎖功能設(shè)計(jì)成經(jīng)常有效的。

2、下面列出的順序控制子組項(xiàng)包括在SCS中。

1)     鼓風(fēng)風(fēng)機(jī)子功能組

滿足下列條件時(shí)啟動鼓風(fēng)機(jī)：

A、未按下停鼓風(fēng)機(jī)按鈕或計(jì)算機(jī)CRT觸動按鈕

B、無鼓風(fēng)機(jī)啟動失敗信號

C、按下啟動按鈕計(jì)算機(jī)CRT觸動按鈕

當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，滿足下列條件之一則停止：

A、按下停鼓風(fēng)機(jī)按鈕或計(jì)算機(jī)CRT觸動按鈕

B、無引風(fēng)機(jī)在運(yùn)行，鼓風(fēng)機(jī)啟動失敗，鼓風(fēng)機(jī)跳閘

2)     引風(fēng)機(jī)子功能組

滿足下列條件時(shí)啟動引風(fēng)機(jī)：

A、按下啟動引風(fēng)機(jī)按鈕或CRT觸動按鈕

B、未按下停引風(fēng)機(jī)按鈕計(jì)算機(jī)CRT觸動按鈕

C、無引風(fēng)機(jī)跳閘信號

D、未按下引風(fēng)機(jī)停止按鈕

當(dāng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，滿足下列條件之一則停止引風(fēng)機(jī)：

A、按下停引風(fēng)機(jī)按鈕

B、次風(fēng)機(jī)啟動失敗

C、引風(fēng)機(jī)跳閘

3)  給煤電機(jī)子功能組

滿足下列條件時(shí)啟動給煤電機(jī)：

A、按下給煤電機(jī)啟動按鈕

B、無給煤電機(jī)啟動失敗信號

C、無給煤電機(jī)跳閘信號

滿足下列條件之一時(shí)停止給煤電機(jī)：

A、按下給煤電機(jī)停止按鈕

B、給煤電機(jī)啟動失敗

C、給煤電機(jī)跳閘

4) 給水泵子功能組

滿足下列條件可以啟動給水泵

A、按下給水泵啟動按鈕

B、無給水泵啟動失敗信號

C、無給水泵跳閘信號

滿足下列條件之一時(shí)停止給水泵運(yùn)行

A、按下給水泵停止按鈕

B、給水泵啟動失敗信號

C、給水泵跳閘信號

各個(gè)動力設(shè)備順序控制均通過開關(guān)狀態(tài)輸入輸出點(diǎn)設(shè)定完成，操作盤臺的主令開關(guān)操作和計(jì)算機(jī)操作站鼠標(biāo)點(diǎn)擊軟手操同樣有效，但手操具有更高優(yōu)先等級。