基于PID調(diào)節(jié)功能控制變頻器在燃煤導(dǎo)熱油鍋爐控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

一、引言

本文以江陰香山印染燃煤導(dǎo)熱油鍋爐為對象，對其控制系統(tǒng)進行改造，采用永宏PLC的PID調(diào)節(jié)功能控制變頻器，PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。比例（P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。代替了原來系統(tǒng)中鼓風(fēng)機和引風(fēng)機通過頻繁啟停來控制油溫的方式，實現(xiàn)了輸出點數(shù)以及繼電器數(shù)量的減少，溫度控制準確，節(jié)約燃煤的作用。同時通過觸摸屏的可交互式的優(yōu)點，實現(xiàn)了溫度的自由設(shè)定以及油溫和爐內(nèi)負壓的實時監(jiān)控。

二、系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)是一個燃煤鍋爐，需要加熱的介質(zhì)是導(dǎo)熱油，鍋爐油油電機6臺，其中油泵和送煤電機和出渣電機保持在工頻運行，需要變頻控制的電機有3臺：引風(fēng)機，鼓風(fēng)機，鼓風(fēng)機主要由下列六部分組成：電機、空氣過濾器、鼓風(fēng)機本體、空氣室、底座（兼油箱）、滴油嘴。鼓風(fēng)機靠汽缸內(nèi)偏置的轉(zhuǎn)子偏心運轉(zhuǎn)，并使轉(zhuǎn)子槽中的葉片之間的容積變化將空氣吸入、壓縮、吐出。在運轉(zhuǎn)中利用鼓風(fēng)機的壓力差自動將潤滑送到滴油嘴，滴入汽缸內(nèi)以減少摩擦及噪聲，同時可保持汽缸內(nèi)氣體不回流，此類鼓風(fēng)機又稱為滑片式鼓風(fēng)機。鼓風(fēng)機輸送介質(zhì)以清潔空氣、清潔煤氣、二氧化硫及其他惰性氣體為主。也可按需生產(chǎn)輸送其他易燃、易爆、易蝕、有毒及特殊氣體。因而能廣泛適用于冶金、化工、化肥、石化、食品、建材、石油、礦井、紡織、煤氣站、氣力輸送、污水處理等各工業(yè)部門向鍋爐送煤的煤排電機。有兩路模擬量信號需要檢測，一路是壓力檢測，一路是出油溫度檢測。

三、工藝要求

設(shè)備的開機順序是先啟動引風(fēng)機，再啟動鼓風(fēng)機，最后啟動爐排。關(guān)機的順序是先停止鼓風(fēng)機，再停止引風(fēng)機，最后停止爐排。循環(huán)油泵是一直運行的，不可以停止，往煤斗送煤的電機和出渣電機的啟動停止由手動控制。鼓風(fēng)機主要控制爐內(nèi)溫度，間接控制出油溫度，影響爐內(nèi)壓力，引風(fēng)機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，它是一種從動的流體機械。 引風(fēng)機廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風(fēng)、排塵和冷卻；鍋爐和工業(yè)爐窯的通風(fēng)和引風(fēng)；空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和家用電器設(shè)備中的冷卻和通風(fēng)；谷物的烘干和選送；風(fēng)洞風(fēng)源和氣墊船的充氣和推進等。 引風(fēng)機的工作原理與透平壓縮機基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。系統(tǒng)要求出油溫度保持在270度，正負誤差5度。爐內(nèi)壓力保持在-10Pa.

四、系統(tǒng)的硬件配置

本系統(tǒng)的PLC主機是永宏公司的FBs-20MA一臺，模擬量輸入模塊FBs-2DA一個，模擬量模板FBs-B2A1D一個，上位機是威倫觸摸屏，變頻器的三臺。

PLC的I/O點和寄存器配置

五、軟件的設(shè)計：

5.1方案選擇：

鍋爐系統(tǒng)是一個要保持恒溫和恒壓的系統(tǒng)，由于壓力溫度各個要素之間都有影響，所以在系統(tǒng)設(shè)計初期制定了多種方案。

鍋爐的原系統(tǒng)方案是通過溫控表控制引風(fēng)機和鼓風(fēng)機電機的啟停，頻繁的電機啟停對電能的浪費特別嚴重，經(jīng)過分析，用變頻器控制電機代替繼電器控制電機，通過PLC的PID功能控制溫度和壓力。

方案一：單PID控制方案，通過采集到的溫度信號通過PID運算后，控制鼓風(fēng)機的頻率，再通過鼓風(fēng)機的頻率控制引風(fēng)機的頻率，他們之間的對應(yīng)關(guān)系就是保持爐內(nèi)壓力為-10Pa。

方案二：雙PID控制方案，通過采集到的溫度信號進行PID運算后，控制鼓風(fēng)機的頻率。

再通過采集到的壓力信號進行PID運算后，控制引風(fēng)機的頻率。使兩個頻率值穩(wěn)定在平衡狀態(tài)，使爐內(nèi)溫度保持270度的同時，壓力也保持在-10Pa。

通過方案一和二的調(diào)試結(jié)果顯示，方案一的結(jié)果不是很理想，溫度和壓力的波動都大，而方案的效果很好，兩個頻率值保持在動態(tài)平衡的狀態(tài)，溫度和壓力都滿足了控制要求。

六、 結(jié)束語：

對于日益突出的能源緊張和日益增長的成本支出，鍋爐的節(jié)電和節(jié)煤問題，越來越引起業(yè)界的高度重視。鍋爐的燃燒情況可通過鼓、引風(fēng)電機、爐排電機的調(diào)速實現(xiàn)控制，其改造成本也被用戶所接受。所以自動控制系統(tǒng)的鍋爐改造系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。