| 榮獲“2003年度工控及自動(dòng)化領(lǐng)域優(yōu)秀典型應(yīng)用”有獎(jiǎng)評(píng)選活動(dòng) 三等獎(jiǎng) |
 | 專家點(diǎn)評(píng)：采用選擇性調(diào)節(jié)，使燃料與空氣的比例控制克服傳統(tǒng)控制模式不完全燃燒的缺點(diǎn). 用PLC在加溫度時(shí)先加空氣后加燃料，在減溫度時(shí)先減燃料后減空氣。使燃料得到完全燃燒。 燃料和空氣比保持在1:5。本文介紹了燃?xì)饧訜釥t的燃燒計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。采用選擇性調(diào)節(jié)，通過燃料與空氣的比例控制克服傳統(tǒng)控制模式不完全燃燒的缺點(diǎn)，使燃?xì)庠跔t內(nèi)能充分燃燒，既比常規(guī)控制節(jié)省能源，又減少了大氣的污染、保護(hù)了環(huán)境?！?/span> |
 | 寫作心得：談到寫這篇文章的心得體會(huì)，我感覺也沒有什么，在大學(xué)我學(xué)的是自動(dòng)化儀表專業(yè)，參加工作后就一直做自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)或改造，同時(shí)還做過自動(dòng)控制系統(tǒng)的維護(hù)維修工作，后來到我現(xiàn)在的公司，雖是做技術(shù)支持，但仍然和自動(dòng)控制分不開。這套控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)自己參加作了，對(duì)控制和改進(jìn)提高的整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程很清楚，也很明了。至于開物組態(tài)軟件的應(yīng)用，我現(xiàn)在仍然是開物技術(shù)支持小組的一員，對(duì)其基本功能的應(yīng)用更是不用說。我覺得這套控制方案針對(duì)燃汽加熱爐的優(yōu)化控制、節(jié)能增效、降低污染保護(hù)環(huán)境等都有一定的推廣意義，又為了工作推廣我們開物軟件起見，就寫了這篇文章和大家分享。也算是大對(duì)國家人民、小到自己的公司都進(jìn)一些力。但愿對(duì)我們國家的環(huán)保事業(yè)有一定幫助，對(duì)我們公司產(chǎn)品的推廣和發(fā)展有一定促進(jìn)。 |
摘要：本文介紹燃?xì)饧訜釥t的燃燒計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。采用智能控制技術(shù)，合理優(yōu)化控制，使燃?xì)庠跔t內(nèi)能充分燃燒。事實(shí)證明：既比常規(guī)控制節(jié)省能源，又減少了大氣的污染、保護(hù)了環(huán)境。 關(guān)鍵字：加熱爐、煤氣、空氣、比例調(diào)節(jié)、串級(jí)調(diào)節(jié)、選擇調(diào)節(jié)、充分燃燒。 一、 前言 工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中都要普遍用到加熱設(shè)備。工業(yè)生產(chǎn)中利用加熱爐對(duì)生產(chǎn)原料或換熱介質(zhì)進(jìn)行加熱，人民生活中的熱水鍋爐、暖氣鍋爐等都離不開加熱爐的應(yīng)用。早期的加熱爐選用直接燃煤較多，由于燃煤對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，因此燃煤加熱系統(tǒng)逐漸被取締，代之以燃?xì)?。為了?jié)約能源和進(jìn)一步保護(hù)環(huán)境，controX2000通用監(jiān)控系統(tǒng)支撐軟件采用智能優(yōu)化控制、合理調(diào)節(jié)燃?xì)夂涂諝馀浔?，為燃?xì)饧訜釥t控制提出了典型的控制方案。 二、 軟硬件設(shè)置 本系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行controX2000通用監(jiān)控系統(tǒng)支撐軟件，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和處理能力、完善的事件和報(bào)警處理機(jī)制、友好的動(dòng)畫界面制作、開放的數(shù)據(jù)接口和網(wǎng)絡(luò)等功能。硬件采用西門子PLC，實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、體積小且堅(jiān)固耐用。計(jì)算機(jī)設(shè)定控制參數(shù)，處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲(chǔ)及查詢等功能，PLC內(nèi)運(yùn)行設(shè)定的控制邏輯程序，完成控制功能。二者完好結(jié)合實(shí)現(xiàn)燃燒加熱控制的整個(gè)工藝過程。 三、 控制系統(tǒng)難點(diǎn)分析與設(shè)計(jì) 以燃燒煤氣對(duì)熱油加熱為例。 煤氣和空氣配比是控制系統(tǒng)的難點(diǎn)。煤氣燃燒需有足夠的空氣助燃。否則，煤氣燃燒不充分，就會(huì)積碳,有損爐子壽命;生成一氧化碳等有害氣體，放空會(huì)給大氣造成污染；煤氣燃燒利用效率低，則會(huì)造成煤氣浪費(fèi)，造成經(jīng)濟(jì)損失。但空氣進(jìn)爐量也不是越大越好，因?yàn)榭諝膺M(jìn)爐是由鼓風(fēng)機(jī)做動(dòng)力的，空氣進(jìn)爐量越大，鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷就越大，損耗設(shè)備壽命;過剩的空氣形成的尾氣會(huì)帶走大量的熱,降低熱利用率;還可能吹滅小的燃燒火焰，煤氣燃燒也不穩(wěn)定。這就要求有一個(gè)合理配比。 由于煤氣的組份基本穩(wěn)定，以干氣計(jì)，其主要組份體積含量為：H2（55.60%）、CH4（34.56%）、CO2（2.14%）、CO（6.26%）、N2（8.74%）、O2（0.56%）、H2O（0.40%）、C2-C4烴類（2.34%），此外還有微量成分如C5以上烴類、H2S、萘、有機(jī)S、NH3、焦油、苯等，而空氣含氧量大約為30%，由煤氣主要組份算出單位體積煤氣完全燃燒需空氣(55.6%/2+34.56%*2+6.26%/2+2.34%*3-0.56%)/30%，約為3.3，考慮到其微量組份，所以單位體積煤氣完全燃燒需空氣至少為4倍。為使空氣稍有過剩，根據(jù)化驗(yàn)室燃燒實(shí)驗(yàn)，我們把此比例定為1：5。 根據(jù)以往傳統(tǒng)的控制方法，一般將溫度和煤氣做串級(jí)調(diào)節(jié)，再將煤氣和空氣做比例調(diào)節(jié)。我們最初分別試用了兩套方案，其控制原理框圖如下。這兩種控制方案雖然實(shí)現(xiàn)了控制油溫和煤氣空氣配比進(jìn)爐燃燒的要求，但第一種方案當(dāng)熱油溫度小于給定值時(shí)，空氣流量增加在煤氣之后，第二種方案當(dāng)熱油溫度大于給定值時(shí)，空氣流量減小在煤氣之前。在調(diào)節(jié)過程中，這顯然都會(huì)造成煤氣的不完全燃燒。因此，這兩種傳統(tǒng)的控制方案都不能滿足實(shí)際要求。
如何才能確保進(jìn)爐煤氣在任何情況下均能充分燃燒呢？我們?cè)诰C合原有兩套方案的基礎(chǔ)上引入了選擇性調(diào)節(jié)。如下所示原理框圖：
穩(wěn)定情況下，熱油溫度被控制在給定值。當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)，溫度測(cè)量值低于給定值時(shí)，溫度調(diào)節(jié)器的輸出開始增大，通過最大值選擇模塊選擇最大值Ｘ２輸出，乘上比例常數(shù)Ｋ，使空氣流量調(diào)節(jié)器的給定值增大，在調(diào)節(jié)器的作用下，空氣流量就先開始增大，同時(shí)，在最小值選擇模塊的作用下選擇Ｘ１輸出，除以比例常數(shù)Ｋ，空氣流量信號(hào)就變?yōu)橄鄬?duì)煤氣流量的給定值，隨著空氣流量的增大，也即增大了煤氣給定值，在煤氣調(diào)節(jié)器的作用下，使煤氣流量隨著空氣流量增大之后增大，直到三量均衡，測(cè)量值回到給定值。而當(dāng)溫度測(cè)量值高于給定值時(shí)，溫度調(diào)節(jié)器的輸出開始減小，通過最小值選擇模塊選擇最小值Ｘ２輸出，作為煤氣流量調(diào)節(jié)器的給定值，在調(diào)節(jié)器的作用下，煤氣流量就先開始減小，同時(shí)，在最大值選擇模塊的作用下選擇最大值Ｘ１輸出，煤氣流量信號(hào)就變?yōu)橄鄬?duì)空氣流量的給定值，隨著煤氣流量的減小，也即減小了空氣給定值，在空氣調(diào)節(jié)器的作用下，使空氣流量隨著煤氣流量減小之后減小，直到三量均衡，測(cè)量值回到給定值。 四、 控制系統(tǒng)的軟件功能 1、 數(shù)據(jù)采集和操作控制 加熱爐的各項(xiàng)數(shù)據(jù)輸入PLC，參與PLC程序的運(yùn)算處理和控制，實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)回路調(diào)節(jié)控制和運(yùn)算、聯(lián)鎖邏輯。計(jì)算機(jī)上應(yīng)用controX2000通用監(jiān)控系統(tǒng)支撐軟件，設(shè)置形象逼真的動(dòng)態(tài)畫面，以數(shù)值和曲線等方式顯示PLC的采集數(shù)據(jù)和控制效果、工藝流程，并通過設(shè)定界面調(diào)整PID設(shè)置參數(shù)和控制給定值。在實(shí)際控制中，必須調(diào)整好空氣及煤氣調(diào)節(jié)的ＰＩＤ參數(shù)，以便對(duì)被控量能夠及時(shí)穩(wěn)定的進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免超調(diào)停爐。
2、 遠(yuǎn)程監(jiān)控 PLC可以安裝到現(xiàn)場(chǎng)，計(jì)算機(jī)可以放置到現(xiàn)場(chǎng)或中控室或調(diào)度室的任意廠區(qū)。PLC與計(jì)算機(jī)間通過Modem撥號(hào)通訊，完成加熱爐數(shù)據(jù)的采集傳輸與控制通訊。這種通訊方式不受距離和布線的約束，通過電話線撥號(hào)和
交換機(jī)就很方便的實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)通訊監(jiān)控。為滿足更遠(yuǎn)距離的監(jiān)控，另設(shè)一臺(tái)服務(wù)器，利用controX2000通用監(jiān)控系統(tǒng)支撐軟件的網(wǎng)絡(luò)功能和Web組件，將工程圖頁和數(shù)據(jù)發(fā)布到服務(wù)器網(wǎng)站，作為Web服務(wù)器站點(diǎn)，供遠(yuǎn)程的客戶端進(jìn)行基于internet的網(wǎng)絡(luò)瀏覽，無論走到哪里，只要通過ie瀏覽器，輸入Web服務(wù)器的ip地址，就可以不限客戶端的登陸到Web服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的瀏覽訪問。 3、 聯(lián)鎖控制 當(dāng)不利情況引起空氣不足時(shí)，應(yīng)使?fàn)t子自動(dòng)滅火，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中增加了兩個(gè)運(yùn)算模塊，將測(cè)量的空氣流量和煤氣流量做除法得出比例常數(shù)，與預(yù)定的最小比例常數(shù)（我們定為4）相比較，當(dāng)該得出的比例常數(shù)小于4值時(shí)，由控制站輸出相應(yīng)的聯(lián)鎖信號(hào)，控制煤氣
電磁閥關(guān)閉，從而使燃燒爐滅火。 當(dāng)停著爐時(shí)，由于煤氣流量為零，我們?cè)O(shè)計(jì)中空氣流量除以煤氣流量就會(huì)引起計(jì)算機(jī)的除零錯(cuò)誤。我們通過組態(tài)把煤氣測(cè)量值的量程下限設(shè)置為一個(gè)非零小數(shù)，以避免因機(jī)器的除零錯(cuò)誤而引起系統(tǒng)的報(bào)警聯(lián)鎖。 4、數(shù)據(jù)記錄與報(bào)表 將生產(chǎn)的重要數(shù)據(jù)如溫度、煤氣流量、用量累積、報(bào)警聯(lián)鎖信息等重要數(shù)據(jù)按照一定的周期保存到歷史數(shù)據(jù)庫。用戶在計(jì)算機(jī)操作界面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意時(shí)段歷史數(shù)據(jù)的查詢和手自動(dòng)報(bào)表打印。通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢，可分析生產(chǎn)的運(yùn)行控制效果，實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)，可以分析系統(tǒng)聯(lián)鎖原因和生產(chǎn)重大故障。 5、系統(tǒng)安全 為保證開發(fā)的工程，用戶可以自定義密碼、加密鎖序列號(hào)、指紋三種方式加密，避免工程組態(tài)的任意修改和泄密；為保證安全生產(chǎn)和操作系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性，可通過不同權(quán)限的操作用戶登陸，鎖定操作運(yùn)行環(huán)境不被隨意退出，重要生產(chǎn)設(shè)定參數(shù)不被隨意改動(dòng)；為保證Web瀏覽的安全和數(shù)據(jù)保密，可通過基于windows操作系統(tǒng)的用戶管理機(jī)制限定登陸Web服務(wù)器的客戶。 6、雙機(jī)熱備冗余 為進(jìn)一步保證生產(chǎn)監(jiān)控的連續(xù)性和數(shù)據(jù)的完整，并處于故障維護(hù)的考慮，controX2000監(jiān)控系統(tǒng)提供雙機(jī)熱備的功能。controX2000的雙機(jī)熱備包括兩部分功能：數(shù)據(jù)采集的冗余與數(shù)據(jù)記錄的冗余。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)連接設(shè)備，正常時(shí)只有一臺(tái)作為主站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)記錄，另一臺(tái)作為從站通過網(wǎng)絡(luò)獲得采集數(shù)據(jù)并備份記錄，兩臺(tái)機(jī)器都能監(jiān)控操作。當(dāng)主站故障時(shí)，系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)采集和記錄
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