李玲玲

(1.青島科技大學(xué),山東青島 266061;2.濟寧市技師學(xué)院,山東濟寧 272000)

一種燃油鍋爐的燃料油與霧化蒸汽的比值控制方案

李玲玲

(1.青島科技大學(xué),山東青島 266061;2.濟寧市技師學(xué)院,山東濟寧 272000)

高效清潔的燃油鍋爐作為重要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本文針對燃油鍋爐的燃料油與霧化蒸汽的比值控制進行系統(tǒng)設(shè)計,以求燃油鍋爐更好的節(jié)能減排。

燃料油 霧化蒸汽 比值控制 PLC MCGS

作為重要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，高效清潔的燃油鍋爐取代燃煤鍋爐成為工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備。由于燃料油的快速爆發(fā)性、負荷多變性，因此燃油鍋爐采用自動控制，主要控制鍋爐的溫度、壓力、水位、煙氣含氧量等參數(shù)在合理的范圍內(nèi)，并能自動適應(yīng)負荷的變化，從而使鍋爐安全可靠經(jīng)濟運行。

1 控制燃料油和霧化蒸汽比值的意義

用于燃油鍋爐的燃料油主要是石油的裂化殘渣油和直餾殘渣油，特點是粘度大、流動性差。燃燒時燃燒不充分、產(chǎn)生大量油煙、污染環(huán)境，同時大大降低利用率，浪費極大。因此在向燃油鍋爐加入燃料油的同時，加入霧化蒸汽對其進行霧化很有必要。加入的霧化蒸汽量多，會浪費霧化蒸汽，提高工業(yè)生產(chǎn)成本；少則不足以完全霧化燃料油，導(dǎo)致燃料油利用率降低，所以合理控制燃料油和霧化蒸汽的比值是非常有必要的。

2 控制燃料油與霧化蒸汽比值的要求

(1)安全性。燃油鍋爐屬于高溫高壓工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，安全性是首先必須保證的?？刂撇缓?，輕則影響工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，重則造成鍋爐爆炸甚至人員傷亡。(2)準確性，是指嚴格控制燃料油與霧化蒸汽的比值，這是燃油鍋爐節(jié)能減排的根本保障。(3)平穩(wěn)性，即系統(tǒng)的可靠性。要求部分設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下鍋爐仍能平穩(wěn)運行，不會因為細小故障導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

3 燃料油與霧化蒸汽比值控制方案設(shè)計

在化工、煉油及其他工業(yè)生產(chǎn)過程中，常需要將兩種及以上的物料保持一定的比例關(guān)系，一旦比例失調(diào)，將影響生產(chǎn)或造成事故。通常用比值控制系統(tǒng)實現(xiàn)，多為流量比值控制系統(tǒng)。

3.1 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理

工業(yè)生產(chǎn)過程控制一般都是定值控制。在燃油鍋爐燃料油與霧化蒸汽的比值控制系統(tǒng)中，為了保證燃油鍋爐控制中的其它過程變量(如爐膛溫度)一定，必須控制燃料油和霧化蒸汽都恒定，且兩者保持一定的比值，采用雙閉環(huán)比值控制方案。

一方面通過主流量控制器對霧化蒸汽流量的變化進行控制，另一方面通過比值控制器(可以是乘法器)乘以適當?shù)南禂?shù)作為燃料油流量控制器的給定值，使燃料油流量隨霧化蒸汽流量的變化而變化。在此用PLC編程代替模擬控制器，并加入與PLC通信的對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)視的上位機。

3.2 控制系統(tǒng)組成

PLC選用編程簡單、處理高速、可靠性高、可擴展特殊功能模塊的三菱FRFX2N-48MR作為核心控制設(shè)備。向上接受上位機的命令，并將燃料油與霧化蒸汽的比值情況如實傳送給上位機。向下接受各種模擬量、數(shù)字量和開關(guān)量信號，同時控制燃料控制系統(tǒng)、霧化蒸汽單元等。為實現(xiàn)比值控制功能，專門設(shè)計系統(tǒng)的軟硬件部分。硬件包括FX2N-48MR，F(xiàn)X2N-4AD，F(xiàn)X2N-4DA，計算機(MCGS組態(tài))及模擬試驗設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)選用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計完成控制程序。

3.3 編制PLC程序

PLC編程是實現(xiàn)控制要求的主要步驟。具體如下：

(1)燃料油與霧化蒸汽比值控制的實現(xiàn)：首先初始化FX2N-4AD：指定霧化蒸汽和燃料油流量檢測變送信號均為電流輸入(4-20mA)。分別將4寫入FX2N-4AD的BFM#1、#2，設(shè)CH1、CH2平均采樣數(shù)為4。定義霧化蒸汽、燃料油的流量模擬信號(存在PLC的D0、D1中)從CH1、CH2輸入。初始化FX2N-4DA：指定霧化蒸汽和燃料油流量檢測變送信號同前，霧化蒸汽、燃料油調(diào)節(jié)閥的控制信號(存在PLC的D7、D8中)從CH1、CH2輸出。再將控制器1、2(燃料油的流量控制器、比值控制器)的控制參數(shù)、控制器1的給定值置入指定的數(shù)據(jù)寄存器，根據(jù)兩流量比值K和燃料油的測量變送信號計算控制器2的給定值，之后分別進行PID運算，將運算結(jié)果分別置于數(shù)據(jù)寄存器D7、D8，通過FX2N-4DA的CH1、CH2轉(zhuǎn)換輸出并分別去控制調(diào)節(jié)閥1、2，實現(xiàn)雙閉環(huán)比值控制的要求。(2)手動/自動無擾動切換的實現(xiàn)：控制器1的手動/自動切換標志為M40 ，當M40=0時控制器1作PID運算，并把運算結(jié)果送到PLC的數(shù)據(jù)存儲器D7；當M40=1時D7的值保持不變。由上位機輸入來改變?？刂破?的自動/手動切換標志為M50，類同實現(xiàn)。由于數(shù)據(jù)存儲器D7、D8在手動/自動切換的過程中保持原值，所以切換是無擾動的。

3.4 模擬實驗

通過MCGS組態(tài)軟件建立用戶界面并進行動畫連接，在“工藝流程”界面中設(shè)置管道、開關(guān)、泵及關(guān)閉按鈕的屬性，并定義系統(tǒng)中各數(shù)據(jù)變量的名字、類型及注釋。

在“系統(tǒng)總貌數(shù)據(jù)監(jiān)視”界面中分別設(shè)置霧化蒸汽流量、燃料油流量的“顯示屬性”中“表達式”數(shù)據(jù)對象為D7、D8；兩物料流量之比的“顯示屬性”中“表達式”為D8/D7?？刂破?的“顯示屬性” “設(shè)定值”為SV1；“輸出值”為U1；“比例增益”為KP1；“積分時間”為TI1；“微分時間”為Td1；控制器2的設(shè)置類同。在“自動”按鈕的“腳本程序”中寫入M40=0；M50=0。在“手動”按鈕的“腳本程序”中寫入M40=1；M50=1。

在“手動操作窗口”界面中設(shè)置“霧化蒸汽流量”、“燃料油”標簽的“顯示屬性”數(shù)據(jù)對象分別為D7、D8，“兩物料流量之比”標簽的“顯示屬性”為D8/D7，滑動輸入器1、2“操作屬性”中的“對應(yīng)數(shù)據(jù)對象的名稱”為U1、U2。

在“控制參數(shù)整定”界面中設(shè)置控制器1、2“操作屬性”中數(shù)據(jù)對象的名稱分別為：KP1，TI1，Td1；KP2，TI2，Td2。

在“實時曲線”界面中設(shè)置實時曲線構(gòu)件的“標注屬性”、“畫筆屬性”中的“曲線”選擇數(shù)據(jù)對象及顏色。

實現(xiàn)MCGS與PLC的通信連接，主要通過設(shè)置串口通信上位機的基本屬性、FX-232的基本屬性、通道屬性以及通道連接屬性來實現(xiàn)。

成功連接MCGS組態(tài)與PLC后，能通過計算機方便的觀察系統(tǒng)所有重要數(shù)據(jù)，并能通過鍵盤輸入方便地修改兩控制器的控制參數(shù)，以及通過MCGS操作組態(tài)界面中的“手動”“自動”按鈕、滑動輸入器，實現(xiàn)手動/自動無擾動切換。

4 結(jié)語

進行模擬實驗后可知，PLC代替常規(guī)模擬控制器能夠很方便地實現(xiàn)燃料油與霧化蒸汽的比值控制。在系統(tǒng)運行中的實時曲線上可見，燃料油與霧化蒸汽雖不斷波動，但幅度不是很大，兩物料比值基本保持一定。