基于PLC控制的燃煤锅炉自动化改造

摘要：针对目前燃煤锅炉燃烧效能并不高的现状，设计一种基于PLC控制的燃煤锅炉控制系统，将锅炉的自动化水平进行改造。该系统选用热电偶式温度传感器检测温度，用PLC内部的PID控制器来处理参数，将处理后的信号通过执行元件来控制炉温，使系统的自动化程度得到提升，到达最优控制。

关键词：温度传感器 PLC PID运算

中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0006-01

随着我国经济的高速发展，燃煤锅炉作为一种重要的动力设备，在工业生产、供暖、供热等领域有较为广泛的应用。但是，随着人们的环保意识日渐加强，燃煤锅炉的污染问题也渐渐的引起了人们的关注。由于锅炉的燃烧会产生大量的气体和有害烟尘，那么，如何减少二氧化硫、二氧化碳气体的排放就成了要解决的问题，其中之一就是要提高锅炉的运行效率，对其进行提升和改造，从而减少污染气体的排放。

由于我国在使用中的锅炉控制水平并不高，其能效比普遍低于国家标准，操作人员大多依靠经验而非量化的值去操作，导致锅炉长期处在高能耗、高污染的生产状态。所以在本文中我们将使用PLC，即可编程控制器来对其生产运行过程进行控制。

1 PLC温度控制的原理

在这里采用PLC中的PID算法对过程进行控制。原理如图1所示。

系统中目标设定值为生产运行时炉膛内需要的温度，闭环中PID控制器的温度由温度传感器获得，通过模数转换变成数字量，设定值与传感器输送的值进行运算，将结果放入PID控制器，通过比例、积分、微分运算得到了一个数字量，然后经过控制上限和控制下限限位处理后，在进行数模转化，将一个电压信号传送到固态继电器，在控制炉排进而控制锅炉的温度。温度传感器有热电偶和热电阻两类，由于燃煤锅炉的炉膛内温度较高，所以采用热电偶作为系统中的温度传感器。热电偶分为K和J型。其中K型为镍铬-镍硅，按偶丝直径不同，使用温度-200到1300度， J型为铁-康铜，按偶丝直径不同，使用温度-200到750度。分辨率分别为0.4度和0.3度，可根据具体的要求选择。系统中的固态继电器由输入电路、隔离和输出电路构成，固态继电器的输入端、输出端采用光电隔离技术，将强电和弱电分开，弱电设备输出的信号可以加在固态继电器控制端上，无需添加保护电路。目标设定值、PID控制器、模数、数模系统构成PLC主控系统。PLC我们采用三菱的FX2N-48MR作为PLC主机，其输入输出点数较多，性价比较好。该系统的PID控制器（比例、积分、微分）一般采用专用的模块FX2N-4AD-TC（采用4通道）来实现温度的PID控制，本系统中模数、数模都由PLC实现，炉膛的反馈信号直接进入PLC以方便采样，控制固态继电器的电压信号由PLC送出，从而控制炉排来确定炉内温度。

2 锅炉的自动调节控制

由于锅炉的工作是由负荷确定，产生一定压力的蒸汽和水，在既要完成工作的前提下，又要实现锅炉的安全、可靠经济，必须实现下列调节控制

汽包水位控制：作为本系统一个非常重要的控制变量、同时也是锅炉运行的主要指标，控制的水位要求是20cm±10cm之间。如果水位过低，则包内水量少，而供热负荷未变，在水的汽化效率未变的前提下，会使汽包内水量急剧变化，如未加以控制，水会全部汽化，最终导致锅炉损毁。如果水位过高会对水汽分离的过程产生影响，会产生蒸汽带液的情况，同时会使过热器管壁发生结垢问题而无法使用，水位的过高或过低都会产生严重的后果，要对其进行严密的控制。

炉排转速控制：炉排的转速由PLC经过PID运算后控制，系统中由温控传送的信号决定了炉排的转速，如反馈的信号比设定值SV小，则炉排要提高转速，增大给煤量，加大燃烧。如反馈的信号比设定值SV大，则炉排要降低转速，减小给煤量。由于系统中温度是一个时变量，给煤量要跟随运算后的大小来变化，正是在该控制中加入PID控制，使得燃煤的用量得到了定量的消耗。

出水温度控制：出水温度控制本质上就是炉排调节控制，通过调节炉排转速即给煤量的多少来调节锅炉的出水温度。作为锅炉的一项参数，采用电脑控制可有效避免人工控制的缺陷，电脑内要预设室外温度下标准供水温度和标准供水、回水温度差的曲线，电脑首先应根据外界的温度及一段时间内外界温度的变化，模拟出外界温度变化的曲线，在根据标准供水曲线，对比本系统出水温度的标准值来反馈出水温度的给定值。电脑根据出水的温度值与给定值的偏差大小，通过其内部的算法来控制炉排的转动速度，要使得出水温度逐渐达到标准值。

3 结语

本文的设计是基于PLC控制的锅炉控制系统的改造，能够通过PLC实时控制锅炉的运行，加装温度传感器和FX2N-4AD-TC采样能够良好的反馈锅炉的相关参数，实现该燃煤锅炉系统的最优控制。采用PLC作为其核心，系统编程灵活，操作方便。

参考文献

[1]赵钦新.工业锅炉安全经济运行.北京：中国标准出版社，2003.2.

[2]高秦.可编程控制的应用技术及设计实例.北京：人民邮电出版社，2004.

[3]陈韦明.电气控制及PLC控制技术.北京：北京交通大学出版社，2010.