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        AI儀表在鍋爐控制系統中的應用

        更新時(shí)間:2017-08-31      點(diǎn)擊次數:1798

        一、引言

        循環(huán)硫化床作為一種清潔燃燒技術(shù)在國被廣泛認可,循環(huán)流化床的燃燒是介于層燃和室燃之間的一種燃燒技術(shù),是采用流態(tài)化的燃燒,其具有燃燒適應性廣、燃燒效率高、燃燒強度大,溫度分布均勻、由于采用低溫分級燃燒,脫硫、氮氧化合物排量低、負荷調節范圍大、污染物排放低、灰渣綜合利用性能好等特點(diǎn),屬于環(huán)保型鍋爐,是國家大力推廣的新型鍋爐。其燃燒工藝如下:燃料由爐前給煤系統送入爐膛。送風(fēng)系統由一次風(fēng)(鼓風(fēng))和二次風(fēng)組成,一次風(fēng)由爐床下部送入爐膛,主要保證料層流化:二次風(fēng)沿燃燒室分級多點(diǎn)送入,主要增加爐膛的含氧量起到助燃作用。燃燒后的物料變成一些較小的顆粒隨煙氣一起進(jìn)入分離器,經(jīng)過(guò)固氣分離其中大部分顆粒由分離器下部的返料器重新送入爐膛,使爐膛內有足夠高的灰度,保證流化;煙氣經(jīng)過(guò)除塵器由引風(fēng)機抽出。鍋爐控制系統主要有汽包水位自動(dòng)控制、主汽壓力自動(dòng)控制、爐膛壓力自動(dòng)控制、給煤自動(dòng)控制,鍋爐聯(lián)鎖控制等。其中汽包水位和主汽壓力、爐膛壓力主要是控制風(fēng)機和水泵,而傳統的控制方式是采用檔板或閥門(mén)來(lái)調節風(fēng)量和流量,雖然方法簡(jiǎn)單,但實(shí)際上是通過(guò)人為增加阻力的辦法達到調節的目的,這種節流調節方法浪費大量電能。而采用變頻調速的特點(diǎn)是效率高,沒(méi)有因調速帶來(lái)的附加轉差損耗,調速的范圍大,精度高、無(wú)級調速。容易實(shí)現協(xié)調控制和閉環(huán)控制,由于可以利用原鼠籠式電動(dòng)機,所以特別適合于對舊設備的技術(shù)改造,它既保持了原電動(dòng)機結構簡(jiǎn)單、可靠耐用、維護方便的優(yōu)點(diǎn),又能達到節電的顯著(zhù)效果,是鍋爐風(fēng)機水泵節能的較理想的方法。

        二、系統介紹

        控制系統采用PLC、觸摸屏、 AI調節器、 變頻器等先進(jìn)的控制設備,對蒸汽鍋爐施行有效的聯(lián)動(dòng)控制,系統具有聯(lián)鎖/手動(dòng)切換功能,PLC 對鍋爐進(jìn)行可靠的聯(lián)鎖控制、 報警提示,確保鍋爐的安全運行,由于采用變頻器對電機進(jìn)行起??刂?,將節約大量電能,實(shí)現鍋爐的經(jīng)濟燃燒。下面以10噸流化床控制系統為例:

         

         

        2.主要監視參數:

          汽包水位:汽包水位是鍋爐控制系統中zui重要的參數之一。 采用單室平衡容器加差壓變送器的方法,可得到與汽包水位成正比的4—20mA的電流信號,測量?jì)x表將該電流信號轉換為水位信號,直接在儀表上顯示汽包水位的高低。 該水位信號同時(shí)作為自動(dòng)調節的汽包水位測量信號,參與系統的自動(dòng)調節。

        主汽壓力:用壓力變送器將主汽壓力轉換為420mA的電流信號,通過(guò)調節儀表將主汽壓力顯示出來(lái)。

        爐膛壓力:爐膛壓力采用微壓變送器將爐膛壓力轉換為420mA的電流信號,通過(guò)顯示儀表將爐膛壓力顯示出來(lái)。同時(shí)顯示儀表對爐膛壓力進(jìn)行判斷,當爐膛壓力越*報警、停爐。

        溫度系統測量:溫度監視點(diǎn)包括爐膛溫度、給水溫度、排煙溫度、空預器后溫度、冷風(fēng)溫度、除塵器后溫度、返料溫度等,測溫元件所測信號送至溫度顯示儀表顯示,并對溫度進(jìn)行異常判斷,異常時(shí)將異常信號送至PLC報警。

        流量測量:蒸汽流量測量采用渦街流量計,將蒸汽流量轉換為頻率信號,送至流量記錄儀顯示出來(lái)。

          還有一次風(fēng)壓、二次風(fēng)壓、引風(fēng)電機/鼓風(fēng)電機轉速等。這些參數可以接到數顯儀表上顯示也可以接到PLC模擬量輸入模塊并可在觸摸屏上顯示。

        3.主要控制回路

        汽包水位自動(dòng)控制:汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數,水位過(guò)高,會(huì )破壞汽水分離裝置的正常工作,嚴重時(shí)會(huì )導致蒸汽帶水增多,增加在管壁上的結垢和影響蒸汽質(zhì)量。水位過(guò)低,則會(huì )破壞水循環(huán),引起水冷壁管的破裂,嚴重時(shí)會(huì )造成干鍋,損壞汽包。所以其值過(guò)高過(guò)低都可能造成重大事故。它的被調量是汽包水位,而調節量則是給水流量,通過(guò)對給水流量的調節, 使汽包內部的物料達到動(dòng)態(tài)平衡,變化在允許范圍之內。AI調節器根據差壓變送器測得的水位信號,經(jīng)運算后直接控制變頻器的頻率,水位高時(shí)轉速降低,水位低時(shí)轉速升高,確保汽包水位恒定在設定水位。用切換開(kāi)關(guān)選擇#1、#2水泵運行或備用。

         

        爐膛負壓自動(dòng)控制: 爐膛負壓的大小受引風(fēng)量、鼓風(fēng)量的影響。爐膛負壓太小,爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣,危及設備與運行人員的安全。負壓太大,爐膛漏風(fēng)量增加,排煙損失增加,引風(fēng)機電耗增加。

         

        蒸汽壓力自動(dòng)控制:對蒸汽壓力穩定有要求的場(chǎng)合需要對它進(jìn)行控制,通過(guò)控制鼓風(fēng)的轉速來(lái)保持蒸汽壓力的穩定。如果要求不高的情況下在聯(lián)鎖控制時(shí)可以讓鼓風(fēng)跟隨引風(fēng)的大小進(jìn)行調整。

         

         

        在這幾個(gè)控制回路中都采用AI人工智能工業(yè)調節器進(jìn)行調節,AI儀表具有模糊邏輯PID調節及參數自整定功能的先進(jìn)控制算法。在誤差大時(shí),運用模糊法進(jìn)行調節,以消除PID飽和積分現象;當誤差減小時(shí),采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調節,并能在調節中自動(dòng)學(xué)習和記憶被控對象的部分特征以使效果*化。其具有無(wú)超調、高精度、參數確定簡(jiǎn)單,對復雜對象也能獲得較好控制效果等特點(diǎn),其整體調節效果比一般的PID算法更明顯。儀表的型號為AI-719EI4X3L2L2,儀表的主要設置參數有:

        CHYS:回差(死區、滯環(huán)),用于避免因測量輸入值波動(dòng)而產(chǎn)生報警頻繁動(dòng)作。

        Ctrl:控制方式,采用AI人工智能調節/PID調節,Ctrl=APID。

        P:比例系數,定義APID調節比例帶,單位與測量值相同。

        I積分時(shí)間,主要決定調節算法中的積分作用,I越小,系統積分作用越強。

            D微分時(shí)間,主要是改善系統的滯后,D越大,超前調節作用越強。

        Ctl:輸出周期,反映儀表運算調節的快慢。

        InP:輸入反饋信號類(lèi)型,設置為15,信號為4-20mA。

        Opt:輸出方式,Opt=4-20,輸出為4-20mA。

        Act:系統正反功能選擇,可以選擇系統的調節方向。汽包水位和主汽壓力采用反作用調節方式,爐膛負壓采用正作用調節方式。

        4、控制回路儀表的調試

           AI儀表是這個(gè)系統的核心控制設備,它的控制效果直接影響整個(gè)系統的正常運行。在調試的時(shí)候鍋爐是帶壓狀態(tài),因為帶壓情況下水泵、風(fēng)機的負荷要比平時(shí)大的多,調試的結果也更理想。在沒(méi)有經(jīng)驗控制參數的時(shí)候,為了達到的控制效果,儀表要進(jìn)行PID自整定,但一般的調節儀表在自整定時(shí)的調節狀態(tài)是位式控制,輸出量要么zui大要么zui小,在鍋爐系統中調節輸出大幅變化是不允許的。AI-719調節器具有手動(dòng)自整定模式可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題,完整操作是:把儀表切換到手動(dòng)輸出狀態(tài),通過(guò)儀表的 鍵調整輸出量,使測量值盡量和設定值保持一致,然后在這個(gè)狀態(tài)下啟動(dòng)自整定,這樣儀表的輸出值將限制在當前手動(dòng)輸出值的±10%范圍內,從而避免出現輸出值的大幅變化。在多數情況下,自整定一次就可以使獲得滿(mǎn)意的控制效果。如果控制有偏差時(shí),可以通過(guò)微調P、I、D參數來(lái)修正。

        5、鍋爐聯(lián)鎖

        鍋爐聯(lián)鎖對確保鍋爐的安全運行起著(zhù)重要的作用。在本例中,考慮以下聯(lián)鎖條件:

         

         

         

         

        其他聯(lián)鎖條件還有:(1)鼓風(fēng)機運行時(shí),出現停引風(fēng)機,發(fā)出報警,同時(shí)停鼓風(fēng)機,(2)鼓風(fēng)機運行時(shí),且極低水位時(shí),發(fā)出報警,同時(shí)停鼓風(fēng)機,停給煤。(3)二次風(fēng)機變頻故障時(shí),發(fā)出報警,停給煤,停鼓風(fēng)和引風(fēng)機。

        三、運行和操作

        1、引風(fēng)機控制

        啟動(dòng)條件:引風(fēng)機啟動(dòng)時(shí)應滿(mǎn)足以下條件

        未按“引風(fēng)機停止”按鈕,未按“緊急停爐”按鈕,引風(fēng)機變頻器*信號發(fā)出,引風(fēng)機處于停運狀態(tài)。此時(shí),按下“引風(fēng)機啟動(dòng)”按鈕,引風(fēng)機將啟動(dòng)運行,“引風(fēng)機運行指示燈”亮。調節儀表控制引風(fēng)機轉速

        停止條件:當以下任一條件滿(mǎn)足時(shí),引風(fēng)機停止運行

        “緊急停爐”按鈕按下,引風(fēng)機變頻故障,“引風(fēng)機停止”按鈕按下。

        轉速調節:

        Ⅰ、手動(dòng)調節:當“爐膛負壓”智能調節儀表AI-719顯示為輸出狀態(tài)時(shí),按菜單鍵,“MAN”指示燈亮,此時(shí)按 鍵可調節儀表的輸出電流,通過(guò)變頻器即可改變引風(fēng)機轉速。

        Ⅱ、自動(dòng)調節:儀表自動(dòng)調節輸出電流,通過(guò)變頻器改變引風(fēng)機轉速,自動(dòng)控制爐膛負壓。自動(dòng)調節時(shí),當儀表顯示為測量值、設定值狀態(tài)時(shí),按△▽鍵可調節儀表的設定壓力,從而改變爐膛負壓的大小。

        2、鼓風(fēng)機控制

        啟動(dòng)條件:鼓風(fēng)機啟動(dòng)時(shí)應滿(mǎn)足以下條件

        未按“鼓風(fēng)機停止”按鈕,未按“緊急停爐”按鈕,鼓風(fēng)機變頻器*信號發(fā)出,鼓風(fēng)機處于停運狀態(tài)。無(wú)“蒸汽壓力高”信號,引風(fēng)機運行,給水泵運行。此時(shí),按下“鼓風(fēng)機啟動(dòng)”按鈕,鼓風(fēng)機將啟動(dòng)運行,“鼓風(fēng)機運行指示燈”亮。調節儀表控制鼓風(fēng)機轉速

        停止條件:當以下任一條件滿(mǎn)足時(shí),鼓風(fēng)機停止運行

        “緊急停爐”按鈕按下,鼓風(fēng)機變頻器故障,引風(fēng)機停止運行,給水泵停止,蒸汽壓力高報警,爐膛負壓高報警,汽包水位低報警,“鼓風(fēng)機停止”按鈕按下。

        轉速調節:

        Ⅰ、手動(dòng)調節:當AI-719顯示為輸出狀態(tài)時(shí),按菜單鍵,“MAN”指示燈亮,此時(shí)按△▽鍵可調節儀表的輸出電流,通過(guò)變頻器即可改變鼓風(fēng)機轉速。

        Ⅱ、自動(dòng)調節:儀表自動(dòng)調節輸出電流,通過(guò)變頻器改變鼓風(fēng)機轉速,自動(dòng)控制蒸汽壓力。自動(dòng)調節時(shí),在儀表顯示為測量值、設定值狀態(tài)時(shí),按△▽鍵可調節儀表的設定壓力,從而改變蒸汽壓力的大小。

        3、給煤機控制

        啟動(dòng)條件:給煤機啟動(dòng)時(shí)應滿(mǎn)足以下條件

        未按“給煤機停止”按鈕,未按“緊急停爐”按鈕,給煤機變頻器*信號發(fā)出,給煤機處于停運狀態(tài)。鼓風(fēng)機運行,此時(shí),按下“給煤機啟動(dòng)”按鈕,給煤機將啟動(dòng)運行。“給煤機運行指示燈”亮,調節轉速設定器可改變給煤機轉速

        停止條件:當以下任一條件滿(mǎn)足時(shí),給煤機停止運行

        “緊急停爐”按鈕按下,給煤機變頻器故障,鼓風(fēng)機停止運行, “給煤機停止”按鈕按下。

        轉速調節:

        給煤機啟動(dòng)運行后,轉動(dòng)給煤機轉速調節器,可調節給煤機轉速。順時(shí)針調節轉速增大,逆時(shí)針調節轉速降低。同時(shí),若鼓風(fēng)機轉速低于設定轉速時(shí),給煤機轉速為 0,鼓風(fēng)機轉速大于設定轉速時(shí),給煤機轉速升為設定轉速。

        4、給水泵控制

        #1給水泵啟動(dòng)條件:#1 給水泵啟動(dòng)時(shí)應滿(mǎn)足以下條件

        未按“給水泵停止”按鈕,未按“緊急停爐”按鈕,給水泵變頻器*信號發(fā)出,給水泵處于停運狀態(tài),#1/#2水泵切換開(kāi)關(guān)切至#1。此時(shí),按下“給水泵啟動(dòng)”按鈕,給水泵將啟動(dòng)運行。調節儀表控制#1給水泵轉速

        停止條件:當以下任一條件滿(mǎn)足時(shí),#1給水泵停止運行

        “緊急停爐”按鈕按下,給水泵變頻器故障,#1/#2水泵切換開(kāi)關(guān)切至#2, “給水泵停止”按鈕按下。

        轉速調節:

        Ⅰ、手動(dòng)調節:當“汽包水位”調節儀表顯示為輸出狀態(tài)時(shí),按菜單鍵,“MAN”指示燈亮,此時(shí)按△▽鍵可調節儀表的輸出電流,通過(guò)變頻器即可改變給水泵轉速。

        Ⅱ、自動(dòng)調節:儀表自動(dòng)調節輸出電流,通過(guò)變頻器改變給水泵轉速,自動(dòng)控制汽包水位。自動(dòng)調節時(shí),在儀表顯示為測量值、設定值狀態(tài)時(shí),按△▽鍵可調節儀表的設定液位,從而改變汽包水位的大小。

        #2給水泵啟動(dòng)條件:#2給水泵啟動(dòng)時(shí)應滿(mǎn)足以下條件

        未按“給水泵停止”按鈕,未按“緊急停爐”按鈕,給水泵變頻器*信號發(fā)出,給水泵處于停運狀態(tài),另未將泵切換開(kāi)關(guān)切至#1水泵。此時(shí),按下“給水泵啟動(dòng)”按鈕,給水泵將啟動(dòng)運行。調節儀表控制#2給水泵轉速

        停止條件:當以下任一條件滿(mǎn)足時(shí),#2給水泵停止運行

        “緊急停爐”按鈕按下,給水泵變頻器故障,水泵切換開(kāi)關(guān)切至#1,“給水泵停止”按鈕按下。

        轉速調節:與#1水泵調節方式一樣。

        當所有設備啟動(dòng)完成后,且*發(fā)生,就可以切換到聯(lián)鎖控制狀態(tài)。

        5、聯(lián)鎖報警控制

        系統應具有可靠的報警裝置,當出現以下情況時(shí),蜂鳴器將發(fā)出聲訊報警,同時(shí),相應報警指示燈閃爍:

        爐膛負壓高、蒸汽壓力高、汽包水位高、汽包水位低、爐膛溫度高、排煙溫度高、空預器后溫度高、給水溫度低、引風(fēng)機變頻器故障、鼓風(fēng)機變頻器故障、給煤機變頻器故障、給水泵變頻器故障等。

        出現以上異常后,PLC將根據聯(lián)鎖條件決定停下相應的設備。按下“消音”按鈕后,蜂鳴器停發(fā)聲訊,報警指示燈常亮,直到報警信號消除為止。

        四、結語(yǔ)

           系統采用智能儀表進(jìn)行自動(dòng)調節,PLC聯(lián)鎖保護,控制精度和穩定性大大提高,是一個(gè)比較理想的控制方案,且鍋爐變頻改造后有以下優(yōu)點(diǎn)

            1、變頻起動(dòng)對電網(wǎng)任何沖擊。由于有變頻調節,對于風(fēng)機可以實(shí)現變頻軟起動(dòng),風(fēng)機在低頻下啟動(dòng),啟動(dòng)電流很小,啟動(dòng)時(shí)間延長(cháng),避免了原來(lái)在較大慣性負荷情況下,數倍的額定起動(dòng)電流對電網(wǎng)和機械設備的沖擊,有效延長(cháng)了電機壽命。而且變頻還可以隨時(shí)起動(dòng)或停止;

            2、按需調節風(fēng)量,避免浪費。由于變頻器通過(guò)變頻調節風(fēng)機的轉速來(lái)控制風(fēng)機的送風(fēng)量而不再需要由風(fēng)門(mén)來(lái)調節,其調節范圍可以從0%—*;因而可以根據生產(chǎn)工藝要求隨意調節風(fēng)量,減少了不必要的浪費;

            3、變頻節能運行,節約了大量能源。采用變頻使用后,不再使風(fēng)機一直處于滿(mǎn)負荷工作狀態(tài),另外風(fēng)機閥門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài),其節能效率顯著(zhù);

            4、降低風(fēng)機工作強度,延長(cháng)使用壽命。采用變頻使用后,風(fēng)機的大部分工作時(shí)間都在較低的速度下運行,因而大大降低了風(fēng)機工作的機械強度和電氣沖擊,將會(huì )大大延長(cháng)風(fēng)機的使用壽命,降低維修強度;

            5、使用變頻后,由于啟動(dòng)和停止時(shí)間都可以設定,減少了對煙道、風(fēng)道和風(fēng)門(mén)擋板的沖擊腐蝕,相應的延長(cháng)了很多零件的使用壽命,有效的提高了相應設備的檢修周期,節約了大量維護費用。

              6、可使電動(dòng)機與風(fēng)機直接相連接,減少傳動(dòng)環(huán)節的費用;

            7、電機和風(fēng)機運轉速度下降,潤滑條件改善,傳動(dòng)裝置的故障下降;

            8、系統壓力降低,對管道的壓力和密封等條件緩解,延長(cháng)使用壽命等。

         

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