燃气蒸汽锅炉燃烧器控制系统
燃气蒸汽锅炉燃烧器控制系统
燃气蒸汽锅炉燃烧器
控制系统方案
一、方案设计
1、方案设计思路
冗余，指重复配置系统的一些部件,当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间,自动备援,即当某一设备发生损坏时,它能够自动作为后备式设备替代该设备
冗余系统配件主要有:
电源:高端服务器产品中普遍采用双电源系统,这两个电源是负载均衡的,即在系统工作时它们都为系统提供电力,当一个电源出现故障时,另一个电源就承担所有的负载。实现了AC、DC的全冗余。存储子系统:存储子系统是整个服务器系统中最容易发生故障的地方。以下几种方法能够实现该系统的冗余。磁盘镜像:将相同的数据分别写入两个磁盘中:
磁盘双联:为镜像磁盘增加了一个I/O控制器,就形成了磁盘双联,使总线争用情况得到改进。顾名思义,它由几个磁盘组成,经过一个控制器协调运动机制使单个数据流依次写入这几个磁盘中。RAID3系统由5个磁盘构成,其中4 个磁盘存储数据,1个磁盘存储校验信息。如果一个磁盘发生故障,能够在线更换故障盘,并经过另3个磁盘和校验盘重新创立新盘上的数据。RAID5将校验信息分布在5个磁盘上,这样可更换任一磁盘,其余与RAID3相同。
I/O卡:对服务器来说,主要指网卡和硬盘控制卡的冗余。网卡冗余是在服务器中插上双网卡。冗余网卡技术原为大型机及中型机上的技术,现在也逐渐被PC服务器所拥有。PC服务器如Micron公司的NetFRAME9200最多实现4个网卡的冗余,这4个网卡各承担25％的网络流量。康柏公司的所有ProSignia/Proliant服务器都具有容错冗余双网卡。
PCI总线:代表Micron公司最高技术水平的产品NetFRAME 9200采用三重对等PCI技术,优化PCI总线的带宽,提升硬盘、网卡等高速设备的数据传输速度。 CPU:系统中主处理器并不会经常出现故障,但对称多处理器（SMP）能让多个CPU分担工作以提供某种程度的容错。
ABB AC500高可靠性冗余方案
性能为关键要素
多数的停工是人为的错误或者设备的故障所导致的，如果采用正确的解决办法，能够避免这些错误和故障的发生。经过使用冗余配置能够消除整个系统故障的风险，从而提高了系统的可靠性。
该冗余方案做到了电源冗余、CPU冗余、总线冗余，从而使系统达到了最大可能的可靠性。
高可靠性冗余解决方案能够向您提供什么？
更高的资源利用率，经过使用双CPU和冗余的CS31通讯总线，能够减少因硬件或软件故障所引起的停机时间。
更高的可靠性，为您降低因自动化系统故障而引起的次品风险。更高的成本效益和系统的易维护性。因使用专门的冗余接口模块CI590-CS31-HA和专用冗余功能库，实现双CPU切换。
冗余方案系统结构图示意如下：
2、实现途径
AC500高可靠性冗余方案什么情况下能够实现冗余？
供电单元故障
CPU硬件故障
CPU硬件停止运行
CPU底板故障
CS31主站接口故障
硬件配置或软件错误引起的CPU故障
连接冗余接口模块CI590-CS31-HA总线的电缆短路或断路故障Redunda
LINE -
LINE - Ether
CPU
CPU Redund
Synchronou CI590-
冗余接口模块CI590-CS31-HA硬件故障
本控制系统采用控制分散、管理集中的控制方式，符合现代控制系统安全可靠、信息管理方便的原则；采用西门子CPU226作为下位控制模块，能够将燃烧器负荷调节器和程序控制器有机地结合在一起，所有信号都能够集中到CPU226上来，并能够接受锅炉DCS控制系统的指令，管理上非常方便，而实际的控制又是由燃烧器负荷调节器和程序控制器来完成的，不会影响正常的控制功能；同时，CPU226又能够作为与上位监控计算机的数据通讯通道，实现人机界面的集中管理，整个控制系统的结构设计合理、安全、可靠、经济。
就地控制柜的操作方式简洁明了，状态信息和报警信息全面，能够使操作人员对出现的异常情况迅速作出反应，而两层设计的控制系统能够充分保证系统的安全可靠，不论操作人员是在控制室内或是在控制现场，都能够迅速发现和解决问题，提高了整个燃烧系统的应急能力。另外，我们在系统设计过程中，充分考虑了重要过程参数的I/O冗余，基本保持在10%左右，这样，一旦发生下位控制系统的I/O点位故障，也能够迅速解决问题，保证系统的正常运行，从而提高了系统的安全可靠性。
触摸式的人机交互界面，操作简洁明了，而且功能齐全，使操作人员轻松掌握燃烧器的运行状态；控制柜中的下位控制模块采用ABB-500系列PLC作为控制模块和数据通道，实现与上位计算机和DCS的数据交互。
系统原理图
3、单台锅炉单台燃烧器过程数据表（接入ABB-500PLC的数据信号表）
序号数据内容信号类型数量信号来源
1 点火信号开关量输入 1 DCS
2 正常停炉信号开关量输入 1 DCS
3 紧急停炉信号开关量输入 1 DCS
4 燃烧负荷调节信号模拟量输入 1 DCS 4-20mA
5 氧化锆氧量信号模拟量输入 1 DCS 4-20mA
6 炉膛压力信号模拟量输入 1 DCS 4-20mA
7 停炉信号开关量输出 1 DCS
8 燃烧器控制柜报警信号开关量输出 1 DCS
9 燃气压力高/低开关量输入 1 就地
10 空气压力高/低开关量输入 1 就地
11 风机运行信号开关量输入 1 就地
12 火焰检测信号模拟量输入 1 就地 4-20mA
13 燃烧器点火信号开关量输入 1 就地
14 燃烧器吹扫信号开关量输入 1 就地
15 燃烧器复位信号开关量输入 1 就地
16 风量信号模拟量输出 1 风门调节机构4-20mA
17 燃料气量信号模拟量输出 1 风门调节机构4-20mA
18 手/自动切换开关量输出 1 就地
19 负荷反馈信号模拟量输入 1 4~20mA
20 合计模拟量输入：6个；模拟量输出：4个
二、燃烧系统
1、比例调节运行：比例调节燃烧器用于因锅炉负荷经常波动的特殊要求下热功率必须不断变化的场合，这种运行方式经过装配带自动热功调节器）的ＤＳＰＧ（渐进两级）而实现，后者藉助传感器（温度或压力）和现场匹配器（调节器中）控制调节伺服电动机达到增加或减少热功率输出的目的。调节器是ＰＩＤ（比例、积分、微分）型。热功率水平只能在燃烧器的"最大"和"最小"限定值内变化。比例调节是使用伺服电动机，允许在整个比例调节范围内随时教正空气／燃料的比例而实现。
2、燃烧器是比例调节燃烧器，调节比1：4。
该燃烧器程控器、风门执行器、火焰检测器等均采用国际著名品牌，确保燃烧器性能优良，安全性能确保，运转可靠。
本燃烧器经过程序控制器的控制具有自动控制，炉膛自动吹扫，自动点火，负荷自动调节。
3、控制系统原理：
在满足燃烧的必要条件时，按开机键：
A、当锅炉蒸汽压力低于设定的压力下限值时，控制系统开启燃烧器电源，燃烧器启动点火程序：检漏，前吹扫，点火，点火成功后，燃烧负荷比例调节仪根据当前压力和设定压力控制燃烧机的大、小火，此时由蒸汽压力直接调节燃烧负荷量。
B、锅炉蒸汽压力高于或等于设定的压力上限值时，控制系统输出
停止燃烧信号。燃烧器进入燃烧负荷比例调节关闭状态，直到停止燃烧。
无故障存在按开机启动鼓风机1.5分钟后启动燃烧点火程序
蒸汽压力变送器燃烧负荷比例调节停燃烧机
按关机或有故障存在停止燃烧程序
三、锅炉的自动保护系统
锅炉的保护系统是锅炉控制系统的重要组成部分。其保护内容取决于锅炉设备本身的结构、容量、技术特性和运行方式。一般设有汽压保护、汽包水位保护、锅炉灭火保护、连锁保护和紧急停炉保护等。
1、锅炉保护联锁停炉
锅炉设紧急停炉按钮。停炉保护包括：汽包水位超高和超低；炉膛压力超高；汽包压力超高；煤气压力超低；炉膛熄火。
当火焰检测器开关闭合时，紧急关闭煤气切断阀。
锅炉安全联锁功能锅炉安全保护系统，以高精度的数据采集和逻辑判断，进行锅炉和辅机的联锁保护和紧急停机，确保锅炉运行的安全。
具体保护程序：
a)锅炉内水温过高、水压过高超过规定值，自动切断燃料。
b)循环泵停止自动切断燃料。
c)燃气压力过低自动切断燃料。
d)点火过程中点火失败停机保护。
e)运行过程中燃烧机熄火停机保护。
f)燃烧过程中空气量不足、缺氧停机保护。
g)燃烧过程中排烟温度超温停机保护。
h)电机的过载、欠压、缺相等停机保护。
i)风压保护。
j)停电保护。
2、报警联锁：
A、汽包水位极低报警联锁停炉（停燃烧机、送风机）
B、汽包压力超高报警联锁停炉（停燃烧机、送风机）
C、燃气压力高、低报警联锁停炉（停燃烧机、送风机）
D、炉膛熄火报警联锁停炉（停燃烧机、送风机）
E、燃气泄漏报警联锁停炉（停燃烧机、送风机）
F、燃烧机故障报警联锁停炉（停燃烧机、送风机）
G、给水母管压力低报警联锁停炉（停燃烧机、送风机）
H、送风机、故障报警联锁停炉（停燃烧机、送风机）
I、排烟温度过高报警联锁停炉（停燃烧机、送风机）
J、汽包水位高报警
K、汽包水位低报警
L、蒸汽压力高报警
3、显示及控制模式：
采用PLC可编程控制器作为控制核心，彩色触摸屏作为人机操作界面，构成锅炉房控制系统；经过RS485通讯接口，将每台锅炉运行信号、故障信号传送到触摸屏，进行实时监控和启停。
显示方式：彩色触摸屏，全中文显示；
中央控制器：ABBPLC；
蒸气压力控制：压力控制器及负荷比例调节仪控制；
水位调节：平衡容器+智能差压变送器+变频器；
给水方式：变频连续自动给水；
控制方式：自动和手动；
操作方式：彩色触摸屏上触摸操作。
控制系统结构图：
4、主要功能
控制系统具有自动、手动、信息及故障处理几大功能。
自动控制：
燃烧自控
根据要求，在系统调试时，首先要进行参数设置。经过工作压力及报警压力参数的设置。
在满足燃烧的必要条件时，按开机键：
A、当汽包压力低于设定的压力下限时，控制系统开启燃烧器，燃
烧器启动控制程序，点火成功后，进入燃烧负荷比例调节状态，此时由汽包压力直接调节燃烧负荷量。
B、汽包压力高于或等于设定的压力上限时，控制系统输出停止燃烧信号。燃烧器进入燃烧负荷比例调节关闭状态，直到停止燃烧。
水位自控：
水位自动调节：当锅炉水位低于设定水位时，变频器频率增加，给水泵转速增加，加大给水流量；当锅炉水位高于设定水位时，关小频率，降低锅炉水位。
5、手动控制：
在触摸屏上，燃烧器启停、水泵启停、燃烧器负荷调节及锅筒水位调节滚有手动控制功能。
信息显示：
A、报警：蒸气压力高、锅筒水位高、锅筒水位低。以上故障均具有声
光报警。
B、保护：蒸气超压停炉、水位极低停炉、极高水位停炉、排烟温度超高停炉、燃气压力超低停炉、燃气阀泄漏不启动、风压低停炉、风机故障停炉、熄火停炉、燃烧器故障停炉等。以上故障均具有声光报警。