基于DCS系統(tǒng)的循環(huán)流化床鍋爐給煤機(jī)智能控制程序設(shè)計(jì)

李輝德

[摘? ? 要] 目前我國許多火電廠采用循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行產(chǎn)汽發(fā)電，鍋爐給煤機(jī)的給煤控制大多采用單純的PID閉環(huán)調(diào)節(jié)控制來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中會出現(xiàn)皮帶機(jī)運(yùn)行故障，或者煤濕結(jié)團(tuán)等原因?qū)е逻M(jìn)煤口堵煤，單純PID閉環(huán)調(diào)節(jié)就無法控制在設(shè)定給煤量，導(dǎo)致入爐煤總量減少，人工調(diào)整不及時就會造成鍋爐生產(chǎn)的負(fù)荷波動，影響鍋爐的產(chǎn)汽量，最終影響汽輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。通過在DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)給煤機(jī)智能控制程序，能夠?qū)崿F(xiàn)多臺給煤機(jī)之間相互監(jiān)督，出現(xiàn)異常能夠?qū)崟r相互彌補(bǔ)給煤的差量，從而保證整體入爐煤總量不變。實(shí)際運(yùn)行后表明，此設(shè)計(jì)可以避免鍋爐給煤機(jī)故障，或者堵煤等不暢帶來的負(fù)面影響，保證了循環(huán)流化床鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]給煤機(jī);DCS系統(tǒng);PID調(diào)節(jié);智能控制程序

[中圖分類號]TP23 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）02–000–04

Design of Intelligent Control Program for Coal Feeder of

Circulating Fluidized Bed Boiler Based on DCS System

Li Hui-de

[Abstract]At present， many thermal power plants in my country use circulating fluidized bed boilers to generate steam and generate electricity. Most of the coal feeding control of the coal feeder of the boiler is realized by simple PID closed-loop regulation control. In the actual production and operation process， there will be belt conveyor failures， or coal wet agglomeration， etc.， which may cause coal blockage at the coal inlet. Simple PID closed-loop adjustment cannot control the set coal feeding amount， resulting in a reduction in the total amount of coal fed into the furnace， and artificial If the adjustment is not timely， it will cause the load fluctuation of the boiler production， affect the steam production of the boiler， and ultimately affect the power generation efficiency of the turbine generator. By designing the intelligent control program of the coal feeder in the DCS system， it is possible to realize the mutual supervision of multiple coal feeders， and to make up for the difference in coal feeding in real time in case of abnormality， so as to ensure that the overall total amount of coal fed into the furnace remains unchanged. After the actual operation， it is shown that this design can avoid the negative impact of the failure of the coal feeder of the boiler or the blockage of coal， and effectively ensure the stable operation of the circulating fluidized bed boiler.

[Keywords]coal feeder; DCS system; PID adjustment; intelligent control program

某公司熱電裝置有兩臺130 t/h循環(huán)流化床鍋爐，設(shè)計(jì)一臺25 MW的抽背機(jī)組，是肩負(fù)著全公司生產(chǎn)集中供熱、供電的重要裝置。每臺循環(huán)流化床鍋爐有3臺給煤機(jī)同時為鍋爐給煤，在實(shí)際運(yùn)行過程中，難免會有部分給煤機(jī)電機(jī)等設(shè)備故障，或者雨季煤濕結(jié)團(tuán)等原因造成進(jìn)煤口堵煤情況的發(fā)生，發(fā)現(xiàn)和調(diào)整不及時就會影響汽輪機(jī)負(fù)荷波動以及下游生產(chǎn)裝置的用汽質(zhì)量。因此，給煤機(jī)智能程序設(shè)計(jì)，使給煤機(jī)之間具備相互監(jiān)督、相互彌補(bǔ)的功能，提高整個給煤機(jī)系統(tǒng)自身抗干擾能力，對于全公司生產(chǎn)具有重要的意義。

1 原系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及特點(diǎn)

1.1 給煤機(jī)的工作原理

給煤機(jī)系統(tǒng)主要由儲煤倉、進(jìn)口閘閥、皮帶輸送機(jī)、稱重傳感器、出口閘閥等組成。現(xiàn)場布置了電氣控制柜，柜內(nèi)設(shè)置了皮帶秤控制儀、變頻器等電氣設(shè)備。儲煤倉中的煤通過進(jìn)口閘閥進(jìn)入給煤機(jī)皮帶，皮帶秤對皮帶上的煤進(jìn)行稱重，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率可以控制皮帶機(jī)的運(yùn)行速度，進(jìn)入鍋爐內(nèi)部的瞬時煤量與進(jìn)入皮帶上的實(shí)際煤量和皮帶機(jī)的速度成正比，即皮帶上的煤越多，皮帶轉(zhuǎn)速越快，進(jìn)入鍋爐內(nèi)部的煤就越多。通過稱重傳感器把給煤瞬時稱重量實(shí)時上傳到DCS系統(tǒng)，操作人員可以根據(jù)負(fù)荷要求調(diào)節(jié)不同的給煤量。525B1428-FFEF-4C7E-A6AE-0DA00EFC1391

1.2 傳統(tǒng)給煤機(jī)控制程序的缺陷

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)鍋爐現(xiàn)場每臺給煤機(jī)都配置一臺變頻器，一般通過手動調(diào)整變頻器的頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)整皮帶轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到所需要的給煤量?；蛘邌渭冏鲆粋€PID控制，通過DCS系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程設(shè)定生產(chǎn)所需要的給定值，PID控制根據(jù)實(shí)際給煤量與設(shè)定給煤量進(jìn)行比較，通過連續(xù)閉環(huán)控制系統(tǒng)的不斷調(diào)整，使得實(shí)際給煤量維持在設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)鍋爐負(fù)荷的穩(wěn)定，控制原理如圖1所示。

當(dāng)被控制對象也就是給煤機(jī)出現(xiàn)故障或者堵煤時，實(shí)際給煤量會逐漸減少，與設(shè)定給煤量差值會逐增大，原有的閉環(huán)連續(xù)控制將被打破，通過PID控制無法完成調(diào)節(jié)，最終輸出的給煤量也無法維持，隨之鍋爐負(fù)荷也就出現(xiàn)波動。

2 智能程序設(shè)計(jì)

某公司擁有的兩臺循環(huán)流化床鍋爐，每臺鍋爐分別由3臺皮帶式給煤機(jī)為鍋爐爐膛輸送燃煤。DCS系統(tǒng)采用ABB公司提供的AC800F系統(tǒng)，現(xiàn)場與DCS系統(tǒng)之間重要參數(shù)變量主要有給煤機(jī)電機(jī)運(yùn)行信號、煤的瞬時重量、控制變頻器轉(zhuǎn)速的輸出信號等。每臺給煤機(jī)有獨(dú)立的皮帶秤進(jìn)行稱重，有獨(dú)立的變頻器控制皮帶轉(zhuǎn)速，主要通過對給煤機(jī)運(yùn)行狀況和給煤機(jī)入口的堵煤狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，從而把任意運(yùn)行故障的給煤機(jī)或者堵煤的給煤機(jī)引起的給煤差量平均分配到運(yùn)行正常的給煤機(jī)。

2.1 DCS程序設(shè)計(jì)流程

程序的設(shè)計(jì)是建立在PID控制程序的基礎(chǔ)上，主要是對給煤機(jī)現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)的異常因素進(jìn)行分析，并從程序設(shè)計(jì)上對這些異常因素進(jìn)行規(guī)避，實(shí)現(xiàn)給煤機(jī)之間相互監(jiān)督、相互補(bǔ)償?shù)墓δ?，最終使得進(jìn)入鍋爐爐膛的煤總量不受影響，即當(dāng)其中某臺給煤機(jī)出現(xiàn)了設(shè)備故障，或者堵煤無法正常下料，這臺給煤機(jī)原本的輸煤量就會下降，此時控制系統(tǒng)將向操作人員進(jìn)行故障報(bào)警，并把該臺給煤機(jī)的實(shí)際給煤差量迅速由正常運(yùn)行的給煤機(jī)承擔(dān)，保證鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行所需要的設(shè)定給煤量。設(shè)計(jì)程序流程如圖2所示。

2.2 智能程序使用的變量

3臺給煤機(jī)的運(yùn)行反饋信號為bool型變量，分別為YL1、YL2、YL3，當(dāng)YL1、YL2、YL3為bool值0時表示給煤機(jī)為故障狀態(tài)，當(dāng)YL1、YL2、YL3為bool值1時表示給煤機(jī)為正常運(yùn)行狀態(tài)。Set為float變量，是3臺給煤機(jī)PID控制下運(yùn)行時的設(shè)定值，入爐給煤總量為3Set。FI1、FI2、FI3為float變量，分別為3臺給煤機(jī)PID控制運(yùn)行下的實(shí)際給煤量。Δt1、Δt2、Δt3為浮點(diǎn)型變量，分別為3臺給煤機(jī)在PID控制下運(yùn)行過程中設(shè)定值與實(shí)際給煤機(jī)之間的差值，Δt1=Set-FI1、Δt2=Set-FI2、Δt3=Set-FI3、當(dāng)給煤機(jī)沒有故障或堵煤時，Δt1≈Δt2≈Δt3≈0。OP1、OP2、OP3為，3臺給煤機(jī)變頻器實(shí)際輸出頻。BJ1、BJ2、BJ3為bool型變量，分別為3臺給煤機(jī)的故障或堵煤標(biāo)記，標(biāo)記值為0表示給煤機(jī)正常運(yùn)行，標(biāo)記值1為給煤機(jī)出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)堵煤，且在PID控制運(yùn)行無法達(dá)到設(shè)定給煤量。

2.3 標(biāo)記故障或堵煤的給煤機(jī)

設(shè)定3臺給煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中的異常觸發(fā)條件，當(dāng)給煤機(jī)出現(xiàn)故障而停止，或者實(shí)際給煤量與設(shè)定值差量達(dá)0.5 t/h，并且變頻器輸出頻率達(dá)到了50 Hz時，判定正常進(jìn)行PID控制運(yùn)行無法滿足設(shè)定給煤量，通過邏輯運(yùn)算進(jìn)行標(biāo)記。標(biāo)記程序如圖3所示。

2.4 統(tǒng)計(jì)故障或堵煤給煤機(jī)的數(shù)量

SEL是一種二進(jìn)制開關(guān)功能塊，第一個引腳輸入的二進(jìn)制信號控制了隨后兩個輸入引腳的值傳遞給輸出值。通過標(biāo)記信號可以對故障或堵煤給煤機(jī)進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，數(shù)量統(tǒng)計(jì)程序，如圖4所示。

當(dāng)BJ1、BJ2、BJ3值為bool型0時，把第二個輸入引腳值0.0傳遞給GZ1、GZ2、GZ3。當(dāng)BJ1、BJ2、BJ3值為bool型1時，把第二個輸入引腳值1.0傳遞給GZ1、GZ2、GZ3，從而鑒別了給煤機(jī)異常的數(shù)量。因此通過標(biāo)記變量就可以得出故障或堵煤給煤機(jī)的數(shù)量為GZ4=GZ1+GZ2+GZ3。

2.5 故障或堵煤造成的實(shí)際給煤差量

設(shè)定3臺給煤機(jī)的給煤差量之和為Δt4，Δt4=Δt1+Δt2+Δt3，正常運(yùn)行狀態(tài)的給煤差量Δt1≈Δt2≈Δt3≈0。

當(dāng)任意一臺給煤機(jī)出現(xiàn)故障或堵煤時，其余兩臺給煤機(jī)正常運(yùn)行，實(shí)際的給煤差量為Δt4，分配到兩臺正常給煤機(jī)的差量為Δt4/2=Δt5，并把賦值于Δt7，賦值程序如圖5所示。

當(dāng)任意兩臺給煤機(jī)出現(xiàn)故障或堵煤時，其余一臺給煤機(jī)正常運(yùn)行，實(shí)際的給煤差量為Δt4，分配到一臺正常給煤機(jī)的差量為Δt4=Δt6，并把賦值于Δt8，賦值程序，如圖6所示。

當(dāng)3臺給煤機(jī)同時出現(xiàn)故障或者堵煤時，智能程序退出，并做聲光報(bào)警提醒由人工介入停爐。

實(shí)際的給煤差量為Δt9，因?yàn)镚Z4=1與GZ4=2為不同時出現(xiàn)的兩種情況，所以Δt9=Δt7、Δt8=0、或Δt9=Δt8、Δt7=0，即Δt9=Δt7+Δt8。

2.6 把故障或堵煤的給煤差量分配到正常的給煤機(jī)

在PID控制運(yùn)行中3臺給煤機(jī)的設(shè)定值分別為Set+ΔSet1、Set+ΔSet2、Set+ΔSet3，3臺給煤機(jī)同時正常運(yùn)行狀態(tài)下ΔSet1、ΔSet2、ΔSet3均為0。當(dāng)出現(xiàn)故障或者堵煤時，只有正常運(yùn)行的給煤機(jī)會增加給煤差量，這樣就把任意故障給煤機(jī)的給煤差量Δt9實(shí)時均分給了正常運(yùn)行的給煤機(jī)，差量分配程序如圖7所示。

3 運(yùn)行結(jié)果與分析

在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，操作人員可以根據(jù)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷來設(shè)定給煤機(jī)的總給煤量，設(shè)定給煤量平均分配到鍋爐3臺給煤機(jī)，作為智能程序控制的目標(biāo)給定值，生產(chǎn)負(fù)荷相對穩(wěn)定時投入智能控制程序，3臺給煤機(jī)總?cè)霠t煤維持在設(shè)定值。當(dāng)任意一臺或者兩臺給煤機(jī)出現(xiàn)故障，或者單臺實(shí)際給煤量與設(shè)定值大于0.5 t/h，同時變頻器頻率已升高至50 Hz，判定該臺給煤機(jī)出現(xiàn)了異常，同時把給煤的差量平均分配到其他正常的給煤機(jī)，增加正常給煤機(jī)的設(shè)定值，最終保證了入爐煤的總量不變，運(yùn)行畫面如圖8所示。運(yùn)行結(jié)果表明，智能控制程序運(yùn)行穩(wěn)定，出現(xiàn)異常時能迅速作出調(diào)節(jié)反應(yīng)，保證鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期。

4 結(jié)束語

隨著時代的發(fā)展，火電廠生產(chǎn)控制要求也會越來越高，需要其運(yùn)行穩(wěn)定性的要求也越來越高。給煤機(jī)智能控制程序的設(shè)計(jì)，克服了傳統(tǒng)給煤機(jī)控制程序單純使用PID控制的弊端，這種建立給煤機(jī)之間彼此相互監(jiān)督相互補(bǔ)充的機(jī)制為鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮顯著的作用，為下游化工裝置供電、供熱提供了有力的保障。同時在專業(yè)的火力發(fā)電廠給煤機(jī)控制系統(tǒng)或其他類似給料環(huán)節(jié)的設(shè)備也具有一定的借鑒意義，通過在控制程序上去解決根本的問題，可以有效提高了生產(chǎn)設(shè)備的服務(wù)水平，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉玉芒.鍋爐給煤機(jī)變頻控制系統(tǒng)的改進(jìn)[J].電世界，2013，54（2）：14-16.

[2] 陳詩慧，楊雁南.基于模糊PID控制的伺服電機(jī)系統(tǒng)仿真[J].電子設(shè)計(jì)工程，2019，27（19）：174-179.

[3] 張安發(fā)，張瑋，童鑫，等.基于人類學(xué)習(xí)優(yōu)化算法的變論域模糊PID控制研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2017，30（7）：45-47.

[4] 李紅斌，王嘉偉，張晶晶，等.提高能效的自主供電系統(tǒng)智能控制算法模型建立與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2019，42（24）：183-186.

[5] 管紅梅.智能控制算法在電機(jī)控制中的應(yīng)用[J].信息記錄材料，2019，20（12）：85-86.

[6] 李振明.熱電廠鍋爐給煤機(jī)堵煤信號跳閘事故分析[J].安徽電力，2015，32（4）：17-18.

[7] 張景.鍋爐給煤機(jī)G5型變頻器跳閘原因分析與對策[J].山西焦煤科技，2014（S1）：70-72，75.525B1428-FFEF-4C7E-A6AE-0DA00EFC1391