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應(yīng)用領(lǐng)域： 節(jié)能 石油天然氣 冶金 電力 礦業(yè)開采 市政 鍋爐
1、系統(tǒng)介紹
由于控制器+變頻調(diào)速裝置在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載上的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有無沖擊啟動和軟停起的優(yōu)良控制特性，可極大地延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備的維護(hù)量，故隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的新型控制器應(yīng)用及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價(jià)格比也越來越高、體積越來越小、運(yùn)行可靠性越來越高，并且集成了實(shí)用的PI調(diào)節(jié)功能、簡易PLC、靈活的輸入/輸出端子、脈沖頻率給定、停電和停機(jī)參數(shù)存儲選擇等功能，
為變頻控制裝置納入自動控制系統(tǒng)、降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)可靠性具有極大價(jià)值。我公司的新型的STEC控制器+變頻器已廣泛地應(yīng)用于在冶金、電氣、石化、供熱和民用風(fēng)機(jī)水泵的控制領(lǐng)域。
鏈條爐是一種應(yīng)用最廣泛的火床爐，至今已有100余年的歷史。煤在火床—水平運(yùn)動的爐排上燃燒，空氣從爐排下方自下而上引入。煤從煤斗落到爐排上，經(jīng)過爐閘門時(shí)被刮成一定的厚度，隨后進(jìn)入爐膛，在爐排上分段燃燒成渣。目前在我國小型電廠及工、礦和供熱企業(yè)中使用很普遍，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也比較豐富。但目前國內(nèi)在鏈條爐運(yùn)行中風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載控制器+變頻調(diào)速裝置應(yīng)用程度不夠普遍，鍋爐運(yùn)行過程能源浪費(fèi)嚴(yán)重，出力不能隨著外界溫度的變化而及時(shí)變化，爐膛溫度低，排煙溫度較高，負(fù)煤比不能及時(shí)調(diào)整，爐膛換熱效率低，鍋爐鼓引崢嶸還采用閘板控制風(fēng)量，循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵采用工頻運(yùn)行，爐排機(jī)、刮煤器采用差速裝置等，因此用先進(jìn)的新型以太網(wǎng)控制器來設(shè)計(jì)出合理化的控制方法，不管是對舊有鍋爐的改造還是新爐的制造都具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
鏈條爐燃燒變頻控制的基本任務(wù)既要使用權(quán)供熱量適應(yīng)負(fù)荷需要，還要保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐運(yùn)行的安全性。因而燃燒控制要通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算來調(diào)節(jié)給煤量，保持鍋爐分配到的負(fù)荷，調(diào)節(jié)送風(fēng)量使其隨時(shí)與給煤量保持恰當(dāng)?shù)谋壤达L(fēng)煤比，以保證燃料完全的燃燒和最小的熱損失。調(diào)節(jié)引風(fēng)使其隨時(shí)與送風(fēng)相適應(yīng)，保持爐膛負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)，可保證鍋爐燃燒的安全性和燃煤燃燒的充分性。控制器采用的是碩人時(shí)代的STEC系列控制器，有以太網(wǎng)、RS232、RS485、MODBUS、遠(yuǎn)程電話通訊、GPRS、CDMA等豐富的通訊接口。并且STEC控制器采用32位高速CPU，可以滿足多線程運(yùn)行，數(shù)據(jù)存儲容量16M至256M，支持PID控制。
2、鏈條爐燃燒系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方案的控制方法
鏈條爐變頻控制包括鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置、引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置、爐排機(jī)變頻調(diào)速裝置、分層給煤礦變頻調(diào)速裝置、循環(huán)水變頻調(diào)速裝置及補(bǔ)水變頻調(diào)速裝置等。
根據(jù)鏈條爐燃燒過程自動控制的任務(wù)和目的，燃燒變頻控制系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)，即負(fù)荷 控制系統(tǒng)（給煤調(diào)節(jié)、煙氣含氧量控制、爐膛溫度調(diào)節(jié)）、送風(fēng)系統(tǒng)和引風(fēng)系統(tǒng)。
（1）給煤調(diào)節(jié)系統(tǒng)
給煤調(diào)節(jié)的任務(wù)在于通過調(diào)節(jié)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速改變進(jìn)入鍋爐的燃料量的大小。這一任務(wù)由給煤變頻調(diào)節(jié)來完成。考慮到燃煤鍋爐運(yùn)行中經(jīng)常產(chǎn)生煤量的自發(fā)性擾動（煤的阻塞和自流），因此調(diào)節(jié)器中引入鍋爐出口水溫作為鍋爐的反饋信號，以盡快消除由于設(shè)備結(jié)構(gòu)造成的給煤量自發(fā)擾動的情況，同時(shí)，還引入煙氣含氧量作為給煤量的修正。
（2）爐膛負(fù)壓控制
爐膛負(fù)壓是一個快過程，只要PID參數(shù)整定合適，一般單回路即可達(dá)到目的。但其控制的品質(zhì)受鼓風(fēng)量的影響較大，于是把鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速作為前饋，提高響應(yīng)速度。
考慮到引風(fēng)電動機(jī)的抗沖擊性，負(fù)壓控制也引入一調(diào)節(jié)死區(qū)，在該負(fù)壓范圍內(nèi)保持上次的輸出，調(diào)節(jié)死區(qū)設(shè)為控制目標(biāo)的±5Pa。
（3）送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
送風(fēng)調(diào)節(jié)的根本任務(wù)在于保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性，使鍋爐燃燒熱效率最高，使鍋爐運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)下，即送風(fēng)量與給煤量的比例最佳。送風(fēng)調(diào)節(jié)由送風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)來完成，采用以燃燒經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)為被調(diào)量的單回路結(jié)構(gòu)。為了使送風(fēng)量迅速跟上給煤量B的變化，送風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)中引入給煤量B的變化量dB作為前饋信號，通過前饋補(bǔ)償系數(shù)f(Db)來確保送風(fēng)量快速跟上給煤量的變化。
爐負(fù)荷 擾動停止時(shí)，同樣從給煤變頻調(diào)節(jié)引入給煤量的變化量作為前饋信號送至送風(fēng)變頻控制器。實(shí)驗(yàn)證明，這是時(shí)f(Db)近似為常值，用K1近似表示。燃燒的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是煙氣中最佳含氧量O2%。最佳含氧量O2%同樣也是負(fù)荷的函數(shù)。其函數(shù)關(guān)系通過鍋爐熱效率試驗(yàn)確定。
送風(fēng)機(jī)控制原理：采集爐膛溫度或煙氣含氧量信號，通過變送器反饋至變頻器，通過變頻器內(nèi)置的PID參數(shù)調(diào)整，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。執(zhí)行元件為鼓風(fēng)機(jī)，控制參數(shù)為爐膛溫度。控制回路是根據(jù)實(shí)際的爐膛溫度數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)的。其目的是保持合適的爐膛溫度。當(dāng)爐膛溫度發(fā)生變化時(shí)，裝置通過變送器將測出的爐膛溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，以過PID控制算法計(jì)算后輸出給變頻器。變頻器再通過輸出不同的電壓及頻率來控制鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。
（4）引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)是保證爐膛負(fù)壓維持在一定的范圍內(nèi)。爐膛負(fù)壓過大會降低爐膛溫度，耗費(fèi)燃煤，嚴(yán)重時(shí)會造成爐膛滅火等事件；負(fù)壓達(dá)小則危及人員和設(shè)備的安全。由于引風(fēng)調(diào)節(jié)對象的動態(tài)響應(yīng)快，易于測量，所以引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要以爐膛負(fù)壓作為一個被調(diào)量。在實(shí)際控制中，保持引風(fēng)量與送風(fēng)量的比例關(guān)系，引入送風(fēng)量的大小的標(biāo)志——送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化dK作為前饋信號。
這樣，當(dāng)鍋爐負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，給煤量改變時(shí)，給煤量改變導(dǎo)致送風(fēng)量的相液壓變化，引風(fēng)環(huán)節(jié)隨著前兩個環(huán)節(jié)的改變而先行改變風(fēng)量，既抑制了強(qiáng)干擾的影響，又保證爐膛負(fù)壓維持在一定的范圍內(nèi)變化。
采集爐膛負(fù)壓信號，通過變送器反饋至變頻器，通過變頻器風(fēng)置的PID參數(shù)調(diào)整，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
以上各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案形成總的控制系統(tǒng),為了使給煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)動作，以克服耦合的影響，必須采用多變量輸入、多變量輸出的協(xié)調(diào)控制方式控制燃煤鍋爐的燃燒過程。
（5）除氧補(bǔ)水調(diào)節(jié)系統(tǒng)
補(bǔ)水泵采用變頻調(diào)節(jié)的作用：
① 補(bǔ)充水量；
② 維持鍋爐入口水壓。
補(bǔ)水泵變頻調(diào)節(jié)采用簡單的PID調(diào)節(jié)，可調(diào)節(jié)被控鍋爐入口水壓。
3、控制器介紹
STEC2000嵌入式控制器主要由兩部分組成：主控制器、彩色液晶顯示操作終端。其中主控制器在調(diào)試完畢投入運(yùn)行后，禁止運(yùn)行人員進(jìn)行任何操作，出現(xiàn)故障時(shí)必須由我公司技術(shù)人員或經(jīng)過我公司培訓(xùn)的系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行故障排除。換熱站或換熱機(jī)組的運(yùn)行人員對STEC2000控制器的所有操作只能通過液晶顯示操作終端進(jìn)行。其主要功能是對熱網(wǎng)各運(yùn)行參數(shù)（溫度、壓力、流量等）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及采集，并根據(jù)氣象環(huán)境和負(fù)荷的變化按預(yù)先設(shè)定的控制策略對網(wǎng)中的泵和調(diào)節(jié)閥進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，來實(shí)現(xiàn)換熱機(jī)組或熱力站的完全自動控制，同時(shí)通過VPDN、PSTN、ADSL等多種通訊方式與監(jiān)控中心進(jìn)行通訊。
STEC2000控制器以嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ)，采用Motorola 32位高速CPU和嵌入式實(shí)時(shí)LINUX操作系統(tǒng)，集現(xiàn)場采集、顯示操作、控制、通訊為一體，可廣泛用于市政管網(wǎng)監(jiān)控（如熱網(wǎng)、水網(wǎng)、氣網(wǎng)等）、樓宇自控、工業(yè)自動化、電力自動化、化工、環(huán)境測控、水處理、交通、電信、物流、園林、環(huán)保、養(yǎng)殖等領(lǐng)域。STEC2000控制器采用模塊化體系結(jié)構(gòu)，根據(jù)控制規(guī)模選配相應(yīng)的I/O模塊，可以組建幾個點(diǎn)到上百個點(diǎn)的現(xiàn)場控制設(shè)備，主要技術(shù)性能如下：
? 32位CPU，主頻66M，嵌入式實(shí)時(shí)LINUX操作系統(tǒng)
? 8M FLASH 內(nèi)存，16M 外存DOC，512K EEPROM
? 一個10M以太網(wǎng)接口（RJ45），支持DDN、ADSL連接
? 一個嵌入式MODEM接口，可接電話線
? 一個RS232/485接口，可接GPRS通訊模塊
? 支持彩色液晶和鍵盤的復(fù)合接口
? 8路16位分辨率差分模擬量輸入模塊
? 4路16位分辨率模擬量輸出模塊
? 12路數(shù)字量輸入模塊，含3路16位計(jì)數(shù)器輸入
? 8路繼電器輸出模塊
? I/O模塊隔離電壓2500V
STEC2000控制器基本控制功能如下：
采集功能
STEC2000控制器采集溫度、壓力、熱量等一次儀表參數(shù)并進(jìn)行壞數(shù)過濾。本控制器支持按用戶定義的方式將采集的電流電壓數(shù)據(jù)變換為相應(yīng)物理量。數(shù)據(jù)掃描周期可以在0.05-2秒之間進(jìn)行設(shè)定。
存儲功能
物理量數(shù)據(jù)每隔一段時(shí)間如1分鐘（存儲時(shí)間間隔可組態(tài)設(shè)定）保存一次，掉電后不會丟失。具有不小于8M的存儲空間，可以保存長達(dá)一個采暖季的運(yùn)行參數(shù)。
顯示功能
STEC2000控制器支持一個5寸的彩色液晶屏。用戶可以其對顯示畫面和參數(shù)進(jìn)行自由組態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行需要完成參數(shù)的設(shè)定。
通訊功能
STEC2000控制器內(nèi)置Socket Server, 標(biāo)準(zhǔn)串口（9針）、RJ45以太網(wǎng)接口、RJ11電話接口等硬件設(shè)施。控制器支持TCP/IP、ModBus、PPP等協(xié)議，Soket連接，232/485通訊，以太網(wǎng)通訊，電話撥號通訊及無線通訊連接（GSM、GPRS、CDMA等）。
自檢功能
STEC2000控制器上電后，自動檢查主板、外圍設(shè)備和I/O設(shè)備是否正常，如有異常給出報(bào)警。
控制功能
STEC2000控制器支持PID控制、邏輯控制、模糊控制等多種控制方式，可通過簡單的組態(tài)進(jìn)行選擇。控制器還支持用戶以腳本語言方式進(jìn)行二次開發(fā)。
控制掃描周期小于200ms（可定義掃描周期）。
故障報(bào)警
發(fā)生報(bào)警事件時(shí)，STEC2000控制器會通過相應(yīng)的通訊方式向上位機(jī)報(bào)警直至收到上位機(jī)的確認(rèn)信息，報(bào)警內(nèi)容包括：故障發(fā)生時(shí)間、故障內(nèi)容、故障參數(shù)值（或狀態(tài)）等信息。同時(shí)會在液晶的報(bào)警信息欄顯示此故障信息，當(dāng)多個報(bào)警存在時(shí)，報(bào)警信息會滾動顯示。
人機(jī)交互
用戶可以通過STEC2000控制器的鍵盤進(jìn)行人機(jī)交互：選擇控制方式，設(shè)定參數(shù)值，取消報(bào)警等。
Web訪問
STEC2000控制器內(nèi)置Web Server對控制器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行網(wǎng)頁發(fā)布，用戶可從任何地方通過電話線或以太網(wǎng)等方式登陸瀏瀏覽網(wǎng)頁以了解控制器運(yùn)行情況。本功能受用戶密碼保護(hù)。
遠(yuǎn)程配置
STEC2000控制器支持遠(yuǎn)程配置更新和程序控制。例如，用戶可以通過電話、以太網(wǎng)等方式與控制器建立連接，然后就如同本地一樣對控制器進(jìn)行組態(tài)。本功能受用戶密碼保護(hù)。
靈活配置
1個CPU主控模塊最多可以支持8個擴(kuò)展模塊。用戶可以根據(jù)所要采集數(shù)據(jù)的類型自由配置I/O模塊。
完善的組態(tài)功能
STEC2000控制器提供Windows操作平臺下運(yùn)行的可視化圖形組態(tài)環(huán)境以支持?jǐn)?shù)據(jù)、控制程序、顯示操作、報(bào)警、通訊管理、數(shù)據(jù)存儲等各種功能的組態(tài)。
時(shí)鐘功能
STEC2000控制器內(nèi)置日歷和時(shí)鐘，且不會受系統(tǒng)停電影響。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號