基于PID调节功能控制变频器在燃煤导热油锅炉控制系统改造中的应用

一、引言

本文以江阴香山印染燃煤导热油锅炉为对象，对其控制系统进行改造，采用永宏PLC的PID调节功能控制变频器，PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。代替了原来系统中鼓风机和引风机通过频繁启停来控制油温的方式，实现了输出点数以及继电器数量的减少，温度控制准确，节约燃煤的作用。同时通过触摸屏的可交互式的优点，实现了温度的自由设定以及油温和炉内负压的实时监控。

二、系统介绍

本系统是一个燃煤锅炉，需要加热的介质是导热油，锅炉油油电机6台，其中油泵和送煤电机和出渣电机保持在工频运行，需要变频控制的电机有3台：引风机，鼓风机，鼓风机主要由下列六部分组成：电机、空气过滤器、鼓风机本体、空气室、底座（兼油箱）、滴油嘴。鼓风机靠汽缸内偏置的转子偏心运转，并使转子槽中的叶片之间的容积变化将空气吸入、压缩、吐出。在运转中利用鼓风机的压力差自动将润滑送到滴油嘴，滴入汽缸内以减少摩擦及噪声，同时可保持汽缸内气体不回流，此类鼓风机又称为滑片式鼓风机。鼓风机输送介质以清洁空气、清洁煤气、二氧化硫及其他惰性气体为主。也可按需生产输送其他易燃、易爆、易蚀、有毒及特殊气体。因而能广泛适用于冶金、化工、化肥、石化、食品、建材、石油、矿井、纺织、煤气站、气力输送、污水处理等各工业部门向锅炉送煤的煤排电机。有两路模拟量信号需要检测，一路是压力检测，一路是出油温度检测。

三、工艺要求

设备的开机顺序是先启动引风机，再启动鼓风机，最后启动炉排。关机的顺序是先停止鼓风机，再停止引风机，最后停止炉排。循环油泵是一直运行的，不可以停止，往煤斗送煤的电机和出渣电机的启动停止由手动控制。鼓风机主要控制炉内温度，间接控制出油温度，影响炉内压力，引风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。 引风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。 引风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。系统要求出油温度保持在270度，正负误差5度。炉内压力保持在-10Pa.

四、系统的硬件配置

本系统的PLC主机是永宏公司的FBs-20MA一台，模拟量输入模块FBs-2DA一个，模拟量模板FBs-B2A1D一个，上位机是威伦触摸屏，变频器的三台。

PLC的I/O点和寄存器配置

五、软件的设计：

5.1方案选择：

锅炉系统是一个要保持恒温和恒压的系统，由于压力温度各个要素之间都有影响，所以在系统设计初期制定了多种方案。

锅炉的原系统方案是通过温控表控制引风机和鼓风机电机的启停，频繁的电机启停对电能的浪费特别严重，经过分析，用变频器控制电机代替继电器控制电机，通过PLC的PID功能控制温度和压力。

方案一：单PID控制方案，通过采集到的温度信号通过PID运算后，控制鼓风机的频率，再通过鼓风机的频率控制引风机的频率，他们之间的对应关系就是保持炉内压力为-10Pa。

方案二：双PID控制方案，通过采集到的温度信号进行PID运算后，控制鼓风机的频率。

再通过采集到的压力信号进行PID运算后，控制引风机的频率。使两个频率值稳定在平衡状态，使炉内温度保持270度的同时，压力也保持在-10Pa。

通过方案一和二的调试结果显示，方案一的结果不是很理想，温度和压力的波动都大，而方案的效果很好，两个频率值保持在动态平衡的状态，温度和压力都满足了控制要求。

六、 结束语：

对于日益突出的能源紧张和日益增长的成本支出，锅炉的节电和节煤问题，越来越引起业界的高度重视。锅炉的燃烧情况可通过鼓、引风电机、炉排电机的调速实现控制，其改造成本也被用户所接受。所以自动控制系统的锅炉改造系统得到越来越广泛的应用。