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應用領域： 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)速裝置在風機和泵類負載上的應用具有顯著的節(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，可極大地延長機械設備的使用壽命，減少設備的維護量，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用及控制技術的發(fā)展，變頻器的性能價格比也越來越高、體積越來越小、運行可靠性越來越高，并且集成了實用的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)可靠性具有極大價值。我公司的新型的STEC控制器+變頻器已廣泛地應用于在冶金、電氣、石化、供熱和民用風機水泵的控制領域。
鏈條爐是一種應用最廣泛的火床爐，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)過爐閘門時被刮成一定的厚度，隨后進入爐膛，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，運行經(jīng)驗也比較豐富。但目前國內(nèi)在鏈條爐運行中風機和泵類負載控制器+變頻調(diào)速裝置應用程度不夠普遍，鍋爐運行過程能源浪費嚴重，出力不能隨著外界溫度的變化而及時變化，爐膛溫度低，排煙溫度較高，負煤比不能及時調(diào)整，爐膛換熱效率低，鍋爐鼓引崢嶸還采用閘板控制風量，循環(huán)水泵、補水泵采用工頻運行，爐排機、刮煤器采用差速裝置等，因此用先進的新型以太網(wǎng)控制器來設計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)實意義。
鏈條爐燃燒變頻控制的基本任務既要使用權供熱量適應負荷需要，還要保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐運行的安全性。因而燃燒控制要通過復雜的數(shù)學運算來調(diào)節(jié)給煤量，保持鍋爐分配到的負荷，調(diào)節(jié)送風量使其隨時與給煤量保持恰當?shù)谋壤达L煤比，以保證燃料完全的燃燒和最小的熱損失。調(diào)節(jié)引風使其隨時與送風相適應，保持爐膛負壓在一定的范圍內(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代的STEC系列控制器，有以太網(wǎng)、RS232、RS485、MODBUS、遠程電話通訊、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機變頻調(diào)速裝置、引風機變頻調(diào)速裝置、爐排機變頻調(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和目的，燃燒變頻控制系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)，即負荷 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)）、送風系統(tǒng)和引風系統(tǒng)。
（1）給煤調(diào)節(jié)系統(tǒng)
給煤調(diào)節(jié)的任務在于通過調(diào)節(jié)給煤機的轉(zhuǎn)速改變進入鍋爐的燃料量的大小。這一任務由給煤變頻調(diào)節(jié)來完成。考慮到燃煤鍋爐運行中經(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，以盡快消除由于設備結(jié)構造成的給煤量自發(fā)擾動的情況，同時，還引入煙氣含氧量作為給煤量的修正。
（2）爐膛負壓控制
爐膛負壓是一個快過程，只要PID參數(shù)整定合適，一般單回路即可達到目的。但其控制的品質(zhì)受鼓風量的影響較大，于是把鼓風機的轉(zhuǎn)速作為前饋，提高響應速度。
考慮到引風電動機的抗沖擊性，負壓控制也引入一調(diào)節(jié)死區(qū)，在該負壓范圍內(nèi)保持上次的輸出，調(diào)節(jié)死區(qū)設為控制目標的±5Pa。
（3）送風調(diào)節(jié)系統(tǒng)
送風調(diào)節(jié)的根本任務在于保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟性，使鍋爐燃燒熱效率最高，使鍋爐運行在最佳工作狀態(tài)下，即送風量與給煤量的比例最佳。送風調(diào)節(jié)由送風機變頻調(diào)節(jié)來完成，采用以燃燒經(jīng)濟性能指標為被調(diào)量的單回路結(jié)構。為了使送風量迅速跟上給煤量B的變化，送風機變頻調(diào)節(jié)中引入給煤量B的變化量dB作為前饋信號，通過前饋補償系數(shù)f(Db)來確保送風量快速跟上給煤量的變化。
爐負荷 擾動停止時，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變頻控制器。實驗證明，這是時f(Db)近似為常值，用K1近似表示。燃燒的經(jīng)濟性指標是煙氣中最佳含氧量O2%。最佳含氧量O2%同樣也是負荷的函數(shù)。其函數(shù)關系通過鍋爐熱效率試驗確定。
送風機控制原理：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)鼓風機轉(zhuǎn)速。執(zhí)行元件為鼓風機，控制參數(shù)為爐膛溫度。控制回路是根據(jù)實際的爐膛溫度數(shù)值進行調(diào)節(jié)的。其目的是保持合適的爐膛溫度。當爐膛溫度發(fā)生變化時，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機的轉(zhuǎn)速，從而改變鼓風機的風量。
（4）引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)
引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務是保證爐膛負壓維持在一定的范圍內(nèi)。爐膛負壓過大會降低爐膛溫度，耗費燃煤，嚴重時會造成爐膛滅火等事件；負壓達小則危及人員和設備的安全。由于引風調(diào)節(jié)對象的動態(tài)響應快，易于測量，所以引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要以爐膛負壓作為一個被調(diào)量。在實際控制中，保持引風量與送風量的比例關系，引入送風量的大小的標志——送風機轉(zhuǎn)速的變化dK作為前饋信號。
這樣，當鍋爐負荷發(fā)生變化時，給煤量改變時，給煤量改變導致送風量的相液壓變化，引風環(huán)節(jié)隨著前兩個環(huán)節(jié)的改變而先行改變風量，既抑制了強干擾的影響，又保證爐膛負壓維持在一定的范圍內(nèi)變化。
采集爐膛負壓信號，通過變送器反饋至變頻器，通過變頻器風置的PID參數(shù)調(diào)整，調(diào)節(jié)引風機轉(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、送風機、引風機協(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）除氧補水調(diào)節(jié)系統(tǒng)
補水泵采用變頻調(diào)節(jié)的作用：
① 補充水量；
② 維持鍋爐入口水壓。
補水泵變頻調(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)試完畢投入運行后，禁止運行人員進行任何操作，出現(xiàn)故障時必須由我公司技術人員或經(jīng)過我公司培訓的系統(tǒng)維護人員進行故障排除。換熱站或換熱機組的運行人員對STEC2000控制器的所有操作只能通過液晶顯示操作終端進行。其主要功能是對熱網(wǎng)各運行參數(shù)（溫度、壓力、流量等）進行實時監(jiān)控及采集，并根據(jù)氣象環(huán)境和負荷的變化按預先設定的控制策略對網(wǎng)中的泵和調(diào)節(jié)閥進行自動調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)換熱機組或熱力站的完全自動控制，同時通過VPDN、PSTN、ADSL等多種通訊方式與監(jiān)控中心進行通訊。
STEC2000控制器以嵌入式技術為基礎，采用Motorola 32位高速CPU和嵌入式實時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)殖等領域。STEC2000控制器采用模塊化體系結(jié)構，根據(jù)控制規(guī)模選配相應的I/O模塊，可以組建幾個點到上百個點的現(xiàn)場控制設備，主要技術性能如下：
? 32位CPU，主頻66M，嵌入式實時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)變換為相應物理量。數(shù)據(jù)掃描周期可以在0.05-2秒之間進行設定。
存儲功能
物理量數(shù)據(jù)每隔一段時間如1分鐘（存儲時間間隔可組態(tài)設定）保存一次，掉電后不會丟失。具有不小于8M的存儲空間，可以保存長達一個采暖季的運行參數(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)進行自由組態(tài)，并根據(jù)運行需要完成參數(shù)的設定。
通訊功能
STEC2000控制器內(nèi)置Socket Server, 標準串口（9針）、RJ45以太網(wǎng)接口、RJ11電話接口等硬件設施。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、外圍設備和I/O設備是否正常，如有異常給出報警。
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)進行選擇。控制器還支持用戶以腳本語言方式進行二次開發(fā)。
控制掃描周期小于200ms（可定義掃描周期）。
故障報警
發(fā)生報警事件時，STEC2000控制器會通過相應的通訊方式向上位機報警直至收到上位機的確認信息，報警內(nèi)容包括：故障發(fā)生時間、故障內(nèi)容、故障參數(shù)值（或狀態(tài)）等信息。同時會在液晶的報警信息欄顯示此故障信息，當多個報警存在時，報警信息會滾動顯示。
人機交互
用戶可以通過STEC2000控制器的鍵盤進行人機交互：選擇控制方式，設定參數(shù)值，取消報警等。
Web訪問
STEC2000控制器內(nèi)置Web Server對控制器運行狀態(tài)進行網(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)頁以了解控制器運行情況。本功能受用戶密碼保護。
遠程配置
STEC2000控制器支持遠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行組態(tài)。本功能受用戶密碼保護。
靈活配置
1個CPU主控模塊最多可以支持8個擴展模塊。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操作平臺下運行的可視化圖形組態(tài)環(huán)境以支持數(shù)據(jù)、控制程序、顯示操作、報警、通訊管理、數(shù)據(jù)存儲等各種功能的組態(tài)。
時鐘功能
STEC2000控制器內(nèi)置日歷和時鐘，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