PDF《PLC在锅炉风机控制中的应用》

1 欧姆龙征文集2007 OMRON PLC在锅炉风机控制中的应用 PLC is Applied to Control Breeze Machine of Boiler 宜宾学院 电子工程系 张雪平 Zhang Xueping 摘要: 根据燃气锅炉风机的控制要求,采用OMRON PLC与变频器组合构成自动控制系统实现对锅炉引风机和鼓风机的控制.

本文 给出控制系统的组成、控制原理、系统控制流程.实例证明,OMRON PLC与变频器调速控制的节能效果显著,提高了企业 的自动化水平. 关键词: PLC 锅炉 风机 控制 Abstract: According to gas-fired boiler fan control requirements, OMRON PLC and VVVF using a combination of automatic control system to achieve the boiler fan and blower control. This paper presents the composition control system, control theory, process control systems. Examples of proof, OMRON PLC and VVVF speed control of the energy saving effect of significantly improved level of automation businesses. Key words: PLC;

Boiler;

Blower;

Control 1.引言 锅炉蒸汽是企业的主要动力,对企业的生产及安全至关重 要.通常要求炉膛负压保持在某一基本负压范围内,如果炉 膛负压过大,既增加引风机的电耗,又会造成炉内燃料的浪 费;

如果炉膛负压过小,不但影响燃料的充分燃烧,进而影响 到锅炉蒸汽的质量,还会危及设备和操作人员的安全.近年 来, PLC的控制功能不断增强,特别是由PLC构成的系统具有 抗干扰能力强、对电源质量要求低、控制可靠及响应灵敏等优 点,使PLC在工业控制中的应用更加广泛.我们采用PLC与变 频器结合实施对锅炉引风机和鼓风机的控制,节能效果非常明 显,提高了工厂的自动化水平. 2.燃气锅炉控制要求 锅炉系统主要包括:蒸汽系统,软化水处理系统,给水系 统,燃烧系统,排污系统,凝结水系统,疏水系统等.天然气 由工艺系统送来,经过滤分离,调节压力降至0.03~0.05MPa, 送至燃烧器.空气由鼓风机从锅炉顶部吸入,经地下风道送至 炉前风箱,经调风与天然气混合,进入炉膛燃烧.烟气由引风 机经地下烟道引出,送进烟囱,排入大气.原来鼓风机和引风 机的风量分别由其出风口档板控制,人工操作.鼓风机、引风 机一旦启动均满负荷运行,操作不便,且风余量大,极大浪费 能源. 我们采用PLC和变频器构成自动控制系统,控制鼓风机和 引风机的转速,实现鼓风机、引风机的自动起停及紧急停机;

根据炉膛负压和烟气氧量实现鼓风机、引风机的变频调速运行;

实现锅炉本体排空阀、紧急疏水阀、出口蒸汽阀的自动控制;

能及时调节汽包水位、主蒸汽温度、炉膛负压、烟气含氧量. 3.控制方案 3.1 控制系统组成 根据控制要求,炉膛负压是一个重要的参数,负压过大, 则漏风严重,总的风量增加,烟气热量损失增大,同时引风机 的电耗增加,不利于经济燃烧;

负压偏正,炉膛要向外喷火, 不利安全生产.控制系统根据炉膛负压调节引风机和鼓风机转 速,控制进出炉膛的风量,使炉膛负压维持在-20~+10Pa之间. 控制系统由PLC和变频器组成闭环自动控制系统,保留 了挡板手动控制系统.我们选择欧姆龙公司的可编程控制器 CPM1A-30CDR-A,该产品抗干扰能力强,适用于工业现场 恶劣环境;

编程简单,易于使用;

扩展功能强,本身具有18路 输入和12路输出,最高可扩展到100点;

精度高,多量程的A/D 和D/A模块用于反馈控制.基本指令处理时间为0.72μs,平均 无故障时间达30万小时.与控制主机配套,我们采用两块欧姆 龙公司的CPM1A-MAD02-CH为模以量扩展模块,该模块有4路 输入和1路输出,一个模块用于炉膛负压模拟量控制的输入与输 出,另一个模块用于烟气氧量控制的输入与输出.控制系统框 图如图1所示. 给定值 连锁急停手动 自动 自动 手动 电位器 电动执行器 鼓风机挡板 鼓风机 鼓风机变频器 氧量变送器 电位器 电动执行器 引风机挡板 引风机 引风机变频器 负压变送器 PLC (OMRON) 蒸汽 锅炉 图1 控制系统框图4 3.2 系统控制原理

2 OMRON 欧姆龙征文集2007 炉膛氧量变送器通过PLC输出(4~20mA)信号作为鼓风 机变频器模入信号,控制鼓风机转速范围4mA→0rpm;

20mA→ 全速rpm,变频器不作PID调节,只做速度控制.炉膛负压检测 量通过PLC输出信号作为引风机变频器的模入信号控制引风机 转速.当自动控制系统出现故障时,变频器模入信号通过电位 器手动给定,排除故障后恢复为自动控制方式.这种方式控制 简单,操作方便,可靠性高. 该控制系统考虑了连锁保护,一旦鼓风机或引风机停机, 或者变频器出现故障,既报综合故障信号, PLC立即实现连锁, 锅炉系统停炉,保证锅炉安全.如果因锅炉汽包液位低、炉膛 负压超高或超低、炉膛熄火等原因引起PLC连锁,PLC立即输 出信号使引风机和鼓风机停机. 为保证锅炉安全运行,要求PLC控制程序设计为先启动引 风机,2分钟后才能启动鼓风机;

停机时,必须先停鼓风机,5 分钟后才能停引风机;

引风机因故障而停机时,必须立即停止 鼓风机.若变频器有故障时,可以转入手动控制,工频运行, 故障排除后,恢复为变频运行,从而更有效地保证锅炉的安全 运行. 3.3 系统控制流程图如图2所示 Y N N Y N Y N Y Y N N Y Y N Y N 手动 自动 送电 自动/手动 急停、 故障, 停机? 引风机启动完成? 急停、 故障, 停机? 鼓风机启动完成? 急停、 故障, 停机? 引风机软启动 急停、 故障, 停机? 引风机断电 鼓风机软启急停、 故障, 停机? 鼓风机断电 引、鼓风机工频运行 急停、 故障, 停机? 停机 鼓风机断电 引风机变频启动 鼓风机变频启动 引、鼓风机变频运行 图2 系统控制流程图4 4.应用效果 该控制系统用于宜宾热电厂2#燃气锅炉,锅炉型号 SQZ20―25/400,蒸发量为20t/h,以前采用档板调节风量时, 大多数时间风门开度只有60%左右,节流、涡流损失很大,直 接反映为电动机能耗高,经济性差.采用PLC控制的变频调速 系统后,工作频率显示在35~40Hz,系统投运一个月的情况 统计显示,平均日节电200 kW?h 左右,节电率达40%,降耗 明显;

系统采用软启动方式,使电动机启动电流大幅下降,减 少了厂用电压的波动,减少了空气开关触头、操作机构的维修 费用;

变频器的应用使电动机长期处于低速运行状态,电动机、 风机的轴承磨损和机组振动大为减少.表1列出了档板控制与调 速控制综合效率对比. 表1 档板控制与调速控制综合效率对比表 风机 流量 (%) 电输入(%) 总损耗(%) 总效率(%) 挡板 调速 控制 控制 挡板 调速 控制 控制 挡板 调速 控制 控制

100 90

80 70

60 50

40 30

20 10 107.0 108.0 103.0 79.0 99.5 56.0 95.0 38.0 89.5 25.0 85.0 15.0 84.0 9.0 77.5 5.0 72.0 3.0 68.0 1.0 7.0 8.0 30.6 6.1 48.3 4.8 60.7 3.7 69.9 3.4 71.5 2.5 73.1 2.6 78.3 2.3 80.2 2.1 82.0 2.0 93.3 92.6 70.4 92.3 51.5 91.4 36.1 90.3 24.2 86.4 14.9 83.3 8.3 71.1 3.8 54.0 2.6 48.6 1.8 44.2 5.结束语 对于中小型热电厂,近年来受电网调控的限制,有的机组 经常处于低负荷运行,厂用电率普遍较高,采用PLC和变频器 组成自动控制系统对锅炉风机实施控制,能保证锅炉处于良好 的运行状态,节能降耗非常明显,控制可靠,操作方便,提高 了锅炉操作的安全性,且对原有系统的改造工作量不大,投资 小,回报高,经济效益明显. 参考文献 [1] 常斗南.可编程控制器原理及应用.北京: 机械工业出版 社,1996 [2] 廖常初.PLC编程及应用. 北京:机械工业出版社,2002 [3] OMRON可编程控制器操作手册.1999.9 [4] OMRON可编程控制器编程手册.1999.9 [5] 上海市经委节能办.风机水泵调速节能手册. 北京:机械工 业出版社,1987 [6] 曾毅.变频调速控制系统的设计与维护.济南:山东科学 出版社,2003