张广利 高青宝
（1.内蒙古华电乌达热电有限公司；2.华电内蒙古能源有限公司土默特发电分公司）
摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，工业技术在不断发展与演进，大大推动了工业发展与进步的，其中，PLC变频技术在锅炉自动化控制中使用的频率非常高，在使用当中能够将各种变频技术、调频技术以及其他一些智能控制系统结合起来，完成对自动化的控制与操作，使锅炉的温度、压强等符合风煤配合比，能够控制在计算范围以内。本文主要对PLC以及变频技术在锅炉自动化控制中的应用进行了分析，从而表现了该技术在工业发展中的重要性。
关键词：PLC变频技术；锅炉自动化；控制系统应用；工业生产
PLC变频技术能够将计算机以及其他智能技术紧密结合起来，将工业锅炉的输水、配给水、給煤、送风、引风等参数进行自动化的控制，实现了锅炉的温度、压力以及风速的可控，使各项参数的计算更加准确，实现了燃烧的自动化控制与操作，实现了自寻优控，使锅炉能够始终保持在最优的状态下工作，实现了经济性与安全性，减少了工作人员的工作压力，避免产生较大的安全事故。下面就对PLC变频技术在锅炉自动化控制中的具体应用进行介绍。
一、PLC的控制原理
斯达机电公司冬季采暖主要是两台SZF10-13型沸腾锅炉各车间用户供暖。由于锅炉是1979年生产的，出现许多控制点失灵，造成锅炉热效率低、煤耗、电耗浪费严重，更重要的是安全隐患大。经过分析论证，决定对原有锅炉系统进行改造，引进了PLC及变频技术，用计算机控制锅炉的控制系统，改造方案如下：
安装二台MM43、20变频器用于控制30KW鼓风电动机，安装二台M430变频器分别用于控制1.2KW给煤电动机。安装BYD系列差压变送器、威力巴流量计、一体化温变等信号采集及传输装置，用于测量密相区压差、密相区温度、炉膛压力、排烟温度、进出口水温、水压等。采用西门子PLC，进行逻辑控制。采用WinCV6.0智能化运行软件，WinCC是SIMATICPCS7通过过程控制系统及其它西门子控制系统中的人机界面组件，进行算术法则运算，模拟量处理和通讯联网等，实现与计算机连接，更好的实现了人机对话，为操作人员提供相应诊断自动完成）提示，使锅炉处于正常运行和较高效率下运行。
PLC是一种可编程的控制调节器，在工业生产中的应用率非常高，其核心部件非常多，具有诸多的优点，比如，实现较为方便、体积非常轻、可控程度高、各项功耗非常低。PLC还具有的优点是使用过程中非常安全、控制过程中非常高效，可靠性非常高；控制程序能够及时改变与调整；容易与计算机接口相连；在维修上较为简单和方便，总之，PLC具有诸多高品质，真正实现了人——机对话与协调工作，更具有方便管理、便于控制、参数能够实现及时修改等优势，各项历史数据非常容易保存，并且打印、保管非常方便。
PLC能够采用总线以及工业互联网技术、西门子技术S7_200系列的控制组件以及产品，并且还使用了能够集中管理与监督的综合监控模式，使锅炉能够在最优的状态下运行，监控非常清晰，网络结构非常鲜明。
此外，变频器是该系统的另一关键器件，变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。其基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=50f（1－ｓ）/P式中n、f、ｓ、ｐ———分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数。通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。在节能的同时，变频器对电机进行节能调速的同时还具备电机保护功能，可以针对电机过流、缺相、过热等故障进行报警和保护，使电机的使用寿命大大延长了，减少了系统的维护与管理费用。变频器还具备软启动功能，这将减少电机启动时对电网的冲击，大大将用电的品质提高了。
锅炉安全运行的重要参数采用PLD控制。通过使用PLD控制规律对许多工业过程进行控制时，均可得到满意的结果。这种PLD调节器能够将产生的静态误差全部消除，使系统的静态特征得到充分体现，可加快过渡过程，大大增强了系统稳定性与安全性，使其动态特性得到了改善，是一种比较完善的调节规律。
二、PLC变频技术在锅炉自动化控制应用中的具体过程
（一）炉膛的负压控制
这种控制系统能够对变频器进行充分调节，通过对引风量的调节能够对炉膛负压进行有效控制。与此同时，炉内压力变化是个快速环节，因此在设计负压控制器时（见图1），采用前馈PLD控制器。一旦鼓风量发生变化，控制器可以迅速地调整引风机的转速，从而将炉膛负压控制在设定值附近。
图1 炉膛负压控制过程
（二）汽压－燃烧调节方法
主汽压力通过调节给煤、配风及循环灰量等参数实现控制要求，但给煤量是影响床温的关键因素，所以在构建主汽压力－燃烧控制方案时，对检测值和设定值进行比较，并将偏差作为比例完成了处理后，同作函数处理后的蒸汽流一起作为前馈信号纳入到给煤调节回路上，操纵给煤执行器。稳定运行时，总风量调节采用以主汽压力为反馈量的PLD进行控制，在固定区间作为定值进行处理。一般，在30%负荷以下，其二次风输出量为1。因为一次风变化对床温有一定影响，在构建配风控制方案时，床温偏差信号经过运算后将和PLD输出进行累加，以此来对一次风执行机构进行控制；二次风按照总风量比例完成输出。
（三）气泡水位三冲量控制
锅炉的气泡水位能够进行调节，可以通过对水位的调节对频调速系统进行调节，实现转速的改变，能够通过水量实现，使用水位负压反馈系统能够将既定的水位偏差控制在可控范围内，能够将全部信号都输入到闭合的系统中。为了减少虚假水位带来的影响，克服其滞后性就要将调速量调小，将调整时间缩短，应用蒸汽流量方法对前馈与给水量反馈输出的偏差进行比较，这样能够将系统的副调节器中输入的信号转变为副循环系统。此外，副调节器还能够将信号全部输出来，通过对水流量的调节能够确定锅炉的准确水位。
三、节能效果分析
（一）变频节能分析
由流体力学原理可知，风机的风量Q与转速n成正比，风压H与转速n的平方成正比，所消耗的功率P等于风量Q与风压H之积（功率与转速的立方成正比），即：
Q=K1n；H=K2n2；P=Q×H=K1 K2n3=k3n3
在公式中，K1、K2、K3是比例系数，按照变频器调节风机的转速能够了解到，风机所消耗的功率将大大减少，如果对变频进行控制，则锅炉能够运行一天，可以实现节能。
（二）燃煤节约分析
该系统满足工艺要求，设计合理，充分发挥PLC和变频技术的可靠性和抗干扰性等特点，实现了工业锅炉自动化。在变频器节能的同时，通过对循环流化床锅炉和原运行锅炉进行比较测算，年可节约标煤6534.3，极大地减少了烟气、尘埃等污染，具有明显的经济和社会效益。
结束语
本文主要对PLC变频技术在锅炉自动化中的应用进行了分析，可见，采用变频调速技术能够真正实现节能运行，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》文件就将其列为通用技术加以推广。采用计算机控制系统对锅炉进行改造，不仅能充分利用变频器调速范围宽、调速精度高、确保功能完善、运行稳定安全、节能效果明显的特点，而且能够通过自动化控制技术实现安全生产、节煤、节电，并能使排放更环保，锅炉的计算机自动化控制是锅炉行业发展的大势所趋，能够提高各项生产效率。
参考文献：
[1]黄原瑞.浅谈PLC及变频技术在燃气储罐保温自动控制中的应用[J].黑龙江科技信息，2012（1）：40-40.
[2]梁海顺，李军宁，王贯超等.基于PLC及变频技术的高速喷水织机电子送经系统[J].纺织器材，2010，36（5）：8-11.
论文作者:张广利,高青宝
论文发表刊物:《电力设备》第02期供稿
论文发表时间:2015/9/21
标签：锅炉论文; 技术论文; 变频器论文; 转速论文; 水位论文; 系统论文; 炉膛论文; 《电力设备》第02期供稿论文;