本發(fā)明涉及一種工業(yè)煤粉鍋爐的多通道吹灰控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于PLC和DCS的工業(yè)煤粉鍋爐的多通道吹灰控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：工業(yè)煤粉鍋爐由于使用煤粉作為燃料,燃燒過程中，一方面煤粉中含有的灰分無法在燃燒中分解；另一方面煤粉在爐膛中燃燒時(shí)，未燃盡的煤粉也會在爐膛受熱面和省煤器等處積存，形成積焦和積炭,爐膛等受熱面的傳熱系數(shù)下降，造成排煙溫度升高和鍋爐效率下降。更為嚴(yán)重的是，甚至?xí)捎诜e焦積炭嚴(yán)重，導(dǎo)致排煙不暢，造成爐膛壓力失穩(wěn)，發(fā)生爐膛安全事故。為了解決這一問題，在煤粉工業(yè)鍋爐的爐膛區(qū)一般都設(shè)有以壓縮空氣為吹掃介質(zhì)的吹灰器；在對流區(qū)一般設(shè)有聲波吹灰器等。其主要功能包括爐底定時(shí)積灰吹掃、爐壁掛灰強(qiáng)力清掃。使用壓縮空氣和煙氣為介質(zhì)，通過控制吹掃閥和聲波吹灰器的工作時(shí)序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)清理?，F(xiàn)有的煤粉鍋爐控制系統(tǒng)大都采用單片機(jī)形式的噴吹控制器。噴吹的時(shí)序和吹灰持續(xù)時(shí)間和間隔時(shí)間調(diào)整受限于單片機(jī)程序的開放性和人機(jī)界面的友好程度，當(dāng)煤種或燃燒器的燃燒性能發(fā)生變化時(shí)，吹灰器的實(shí)際使用效果會因?yàn)檎{(diào)節(jié)困難而難以達(dá)到最佳的工況匹配性能。這一情況對于燃燒的穩(wěn)定會產(chǎn)生一定的影響，吹灰控制長期不能和燃燒工況匹配時(shí)，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種工業(yè)煤粉鍋爐的多通道吹灰控制系統(tǒng)，滿足工業(yè)煤粉鍋爐燃燒過程中存在的①負(fù)荷變動(dòng)頻繁、②吹灰點(diǎn)布置分散、③受爐膛容積等的因素影響，吹灰過程對爐膛壓力的穩(wěn)定性影響更為敏感的工藝特性。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種工業(yè)煤粉鍋爐的多通道吹灰控制系統(tǒng)，它包括人機(jī)界面、電源模塊、CPU模塊、DI/DO模塊和外部繼電器噴吹閥控制回路，其中人機(jī)界面用于顯示和設(shè)定工藝參數(shù)；電源模塊用于為CPU模塊和DI/DO模塊供電；CPU模塊實(shí)現(xiàn)起動(dòng)停止、周期控制、脈寬調(diào)制、通道分配和內(nèi)部繼電器開關(guān)控制的功能；DI/DO模塊用于輸入外部開關(guān)狀態(tài)和輸出控制系統(tǒng)的開關(guān)命令；外部繼電器噴吹閥控制回路根據(jù)DI/DO模塊發(fā)出的開關(guān)命令，通過繼電器的通斷電，驅(qū)動(dòng)噴吹閥的執(zhí)行繼電器，以控制噴吹閥的吹灰順序、吹灰持續(xù)時(shí)間和吹灰停止時(shí)間。優(yōu)選地，所述CPU模塊包括SG順序發(fā)生器，F(xiàn)(X)函數(shù)發(fā)生器，PWM方波發(fā)生器，CHS8選1輸出通道選擇器和CHO8選1多通道數(shù)字信號輸出單元，SG順序發(fā)生器接受人機(jī)界面的外部輸入，包括啟動(dòng)信號輸入、停止信號輸入、噴吹組數(shù)設(shè)定和噴吹延遲時(shí)間設(shè)定，按照設(shè)定的吹掃周期建立吹灰控制系統(tǒng)的工作順序，并按照設(shè)定的噴吹組數(shù)決定順序控制器使用的通道數(shù)量；F(X)函數(shù)發(fā)生器的輸入信號為當(dāng)前負(fù)荷和基準(zhǔn)占空比，通過乘法運(yùn)算將輸出控制占空比并傳遞給PWM方波發(fā)生器；PWM方波發(fā)生器用于對吹灰周期的吹灰工作時(shí)間和吹灰暫停時(shí)間進(jìn)行調(diào)整和控制，在每個(gè)周期過程中，控制多通道選擇器選擇的工作通道，對該通道的接通和關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)；8選一輸出通道選擇器接受來自順序發(fā)生器的周期為T的方波序列和PWM方波發(fā)生器產(chǎn)生的占空比可調(diào)節(jié)的方波，并輸出一個(gè)通道選擇方波給CHO8選1多通道數(shù)字信號輸出單元；多通道數(shù)字輸出單元為吹灰控制系統(tǒng)的外部輸出通道，根據(jù)8選一輸出通道選擇器的輸出結(jié)果來控制與其相連的外部吹灰閥控制繼電器的開啟和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)與吹灰閥控制繼電器相連的爐內(nèi)吹灰閥的開啟和關(guān)閉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）由于采用PLC或DCS作為控制器核心部件，除了外部輸出繼電器和狀態(tài)輸入檢測繼電器對吹灰器進(jìn)行控制和檢測外,不使用過多的電氣元件(如電阻,電感,電容,單片機(jī),數(shù)字顯示器等)，因此具有外部電器元件少，結(jié)構(gòu)簡單，外部電氣回路簡單的特點(diǎn)，便于吹灰系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)。（2）吹灰控制系統(tǒng)的脈寬調(diào)制和分組控制由軟件實(shí)現(xiàn)；吹灰系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性是由PLC和DCS硬件的可靠性和穩(wěn)定性保證的。根據(jù)本發(fā)明所組成的吹灰控制器，采用軟件編程實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化的脈寬調(diào)制和分組控制及順序控制系統(tǒng)，所以控制精度和可靠性均優(yōu)于單片機(jī)形式的控制器。（3）本發(fā)明在PLC系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)均可以實(shí)現(xiàn)，具有適用范圍廣泛的優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1為本發(fā)明中多通道吹灰控制系統(tǒng)的外部接線示意圖。圖2為本發(fā)明中多通道吹灰控制系統(tǒng)的內(nèi)部原理示意圖。圖3為本發(fā)明中各單元輸出波形圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1,2所示，本實(shí)施例中的一種工業(yè)煤粉鍋爐的多通道吹灰控制系統(tǒng)，該吹灰控制系統(tǒng)的輸出通道為8個(gè)，控制8路吹灰器的起停順序和吹灰持續(xù)時(shí)間及吹灰間段時(shí)間，是一種占空比可調(diào)的脈寬調(diào)制式的多通道吹灰控制系統(tǒng)可以根據(jù)需要選擇3-8個(gè)通道參與控制，硬件部分主要包括人機(jī)界面、電源模塊、CPU模塊、DI/DO模塊和外部繼電器噴吹閥控制回路，其中人機(jī)界面用于顯示和設(shè)定工藝參數(shù)；電源模塊用于為PLC或DCS的CPU和DI/DO模塊供電；CPU模塊是本發(fā)明的載體，根據(jù)本發(fā)明提出的軟件結(jié)構(gòu)的吹灰控制器執(zhí)行相關(guān)程序，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)停止、周期控制、脈寬調(diào)制、通道分配，PLC或DCS數(shù)字量輸出DO模塊內(nèi)部繼電器開關(guān)控制的功能；DI/DO模塊用于輸入外部開關(guān)狀態(tài)和輸出控制系統(tǒng)的開關(guān)命令；外部繼電器噴吹閥控制回路根據(jù)DI/DO模塊發(fā)出的開關(guān)命令，通過繼電器的通斷電，驅(qū)動(dòng)噴吹閥的執(zhí)行繼電器，以控制噴吹閥的吹灰順序、吹灰持續(xù)時(shí)間和吹灰停止時(shí)間。所述CPU模塊包括SG順序發(fā)生器，F(xiàn)(X)函數(shù)發(fā)生器，PWM方波發(fā)生器，CHS8選1輸出通道選擇器和CHO8選1多通道數(shù)字信號輸出單元。（1）SG順序發(fā)生器,就是一個(gè)通過給內(nèi)部指定的一個(gè)專用存儲器,根據(jù)時(shí)間周期要求和工作順序要求,對順序發(fā)生器的輸出位按照規(guī)定時(shí)序逐位啟動(dòng)停止,周期運(yùn)行,進(jìn)行控制的軟件功能塊。輸入包括①啟動(dòng)信號輸入②停止信號輸入③噴吹組數(shù)設(shè)定④噴吹延遲時(shí)間設(shè)定。輸出是一個(gè)按位輸出的八位2進(jìn)制的字,該字的每個(gè)位按照周期的輪流依次工作,為外設(shè)各路吹灰器提供規(guī)定的時(shí)序。噴吹組數(shù)設(shè)定是一個(gè)整數(shù)值，順序發(fā)生器根據(jù)噴吹組數(shù)的設(shè)定數(shù)值，確定移位的位數(shù)，也就是確定輸出通道數(shù)。當(dāng)噴吹組數(shù)設(shè)定的數(shù)字變化時(shí)，在下一個(gè)周期將按照最新設(shè)定的組數(shù)，來控制輸出通道的數(shù)量的多少。假設(shè)設(shè)定碰吹組數(shù)為5，則順序發(fā)生器的工作為就是從Bit0~Bit4，反復(fù)循環(huán)，直到接受到停止吹掃的命令。SG順序發(fā)生器由一個(gè)8位寄存器逐位左移位實(shí)現(xiàn)通道控制。SG順序發(fā)生器的輸出信號為S1（見附圖2波形圖），可以看出輸出信號為一個(gè)逐位順序輸出的脈沖寬度為T的序列方波。Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0順序發(fā)生器MW_SG上表SG順序發(fā)生器MW_SG的輸出自bit0~bit7是按照時(shí)間周期順序由“0”變“1”，再由“1”變“0”。最顯著的特征是就是要保證每次只有一位處于“1”也就是每個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)通道被選中。每一位處于“1”狀態(tài)的時(shí)間稱為通道選中時(shí)間，是由輸入信號⑤吹灰周期設(shè)定值決定的。當(dāng)SG順序發(fā)生器檢測到來自外部的啟動(dòng)信號上升沿信號，延遲時(shí)間Td秒后，首先給MW_SG賦值二進(jìn)制數(shù)2#00000001。選擇通道0（MW_SGBIT0）,則此時(shí)順序發(fā)生器MW_SGBIT0=1,其它各位為0。SG順序發(fā)生器根據(jù)噴吹組數(shù)輸入信號③的設(shè)定（最多為8）確定其自身各個(gè)位的參與工作與否由決定。當(dāng)該值為8時(shí)，參與控制的順序發(fā)生器MW_SG的工作位為8位。按照輸入信號⑤吹灰周期的時(shí)間設(shè)定從bit0到bit7輪流循環(huán)按照周期時(shí)間工作。依次類推，當(dāng)輸入信號③為7時(shí)，參與控制的順序發(fā)生器MW_SG的工作位為7位。按照輸入信號⑤吹灰周期的時(shí)間設(shè)定從bit0到bit6輪流循環(huán)按照周期時(shí)間工作。吹灰控制器啟動(dòng)后，經(jīng)過延遲時(shí)間Td秒，當(dāng)bit0進(jìn)入工作模式時(shí)，順序發(fā)生器內(nèi)步計(jì)時(shí)器T開始計(jì)時(shí)，當(dāng)工作時(shí)間到達(dá)信號⑤設(shè)定的數(shù)值時(shí)，T_MW_SG發(fā)出跳變脈沖，通過賦值，順序發(fā)生器MW_SG的數(shù)值變?yōu)?#00000010，選擇通道1（MW_SGBIT1）工作,則此時(shí)順序發(fā)生器MW_SGBIT0=1,其它各位為0。依次，根據(jù)輸入信號③為噴吹分組設(shè)定值來決定改變賦值的次數(shù)和數(shù)值。當(dāng)循環(huán)賦值次數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，在當(dāng)前通道的工作時(shí)間達(dá)到輸入信號⑤規(guī)定的周期時(shí)間后，將轉(zhuǎn)到bit0,根據(jù)上述時(shí)序開始再一輪新的循環(huán)。SG順序選擇器的輸出波形見附圖2序列波形圖S1。從以上不難看出，SG順序控制器的功能是按照設(shè)定的吹掃周期建立多通道吹灰控制器的工作順序，并按照設(shè)定的吹灰控制器的組數(shù)，決定了順序控制器使用的通道數(shù)量。（2）函數(shù)發(fā)生器F(X)，其輸入信號為當(dāng)前負(fù)荷和基準(zhǔn)占空比，進(jìn)過乘法運(yùn)算將輸出控制占空比傳遞方波發(fā)生器。PWM脈寬調(diào)制的開關(guān)時(shí)間控制值Ton和Toff由外部輸入信號信號：基準(zhǔn)占空比和當(dāng)前負(fù)荷通過乘法運(yùn)算器運(yùn)算結(jié)果決定。（3）PWM方波發(fā)生器該功能塊是用于對吹灰周期的吹灰工作時(shí)間和吹灰暫停時(shí)間進(jìn)行調(diào)整和控制的單元。其周期就是吹灰周期T。運(yùn)用PWM將吹灰周期T分割為Ton和Toff。輸出波形S2如附圖3所示。本發(fā)明是應(yīng)用PWM脈寬調(diào)制器的輸出信號（附圖2序列波形圖S2）對順序控制器的輸出進(jìn)行與運(yùn)算進(jìn)行載波，實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期內(nèi)工作時(shí)間和暫停時(shí)間的控制的。PWM脈寬調(diào)制的周期由外部輸入吹灰工作周期確定（附圖2輸入信號⑤）決定。為便于說明假定基準(zhǔn)占空比為50%，當(dāng)前鍋爐運(yùn)行負(fù)荷為80%，則控制占空比為50%*80%=40%。這樣也就確定了一個(gè)吹灰周期T秒內(nèi)，通道選擇器選定的工作通道在40%T秒內(nèi)處于工作狀態(tài)，向（附圖2（五））所示對應(yīng)的輸出單元發(fā)出相應(yīng)的開關(guān)信號，驅(qū)動(dòng)外部對應(yīng)的繼電器（見附圖2外部輸出單元所示），實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)的脈沖電磁閥的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吹灰控制。PWM脈寬調(diào)制器的作用是在每個(gè)周期過程中，控制多通道選擇器選擇的工作通道，對該通道的接通和關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。（4）8選一輸出通道選擇器本選擇器的輸入信號時(shí)來自順序發(fā)生器（圖2(一)SG順序發(fā)生器）的周期為T的方波序列（如圖2s1）和PWM產(chǎn)生的占空比可調(diào)節(jié)的方波（圖2S3)。兩者相與其邏輯輸出即為該通道選擇器的輸出。如圖2所示，其與多通道輸出單元（圖2(五)）的外部輸出通道是一一對應(yīng)的。本選擇器最終的選擇結(jié)果是通過多通道數(shù)字輸出單元實(shí)現(xiàn)外部輸出的。（五）多通道數(shù)字輸出單元多通道數(shù)字輸出單元，是本發(fā)明所描述的吹灰控制器的外部輸出通道，通過該單元建立內(nèi)部控制輸出結(jié)果與外部設(shè)備的聯(lián)系。在硬件上就是由基于PLC和DCS的吹灰控制器的外部接線示意圖（圖1）所示的DO模塊。由于輸出通道選擇器（如圖2（四）所示）chO通道與多通道數(shù)字信號輸出單元一一對應(yīng)。所以它們之間存在以下邏輯關(guān)系：M0.0的工作狀態(tài)與輸出通道選擇器（如圖2（四）所示）Bit0同步。M0.1的工作狀態(tài)與輸出通道選擇器（如圖2（四）所示）Bit1同步。M0.2的工作狀態(tài)與輸出通道選擇器（如圖2（四）所示）Bit2同步。M0.3的工作狀態(tài)與輸出通道選擇器（如圖2（四）所示）Bit3同步。依此類推：M0.7的工作狀態(tài)與輸出通道選擇器（如圖2（四）所示）Bit7同步。由于M0.1~M0.7對應(yīng)的控制外部輸出繼電器KA101~KA107。外部輸出繼電器的開啟和關(guān)閉控制著脈沖電磁閥線圈的通斷。這樣就實(shí)現(xiàn)了本文說明的吹灰控制流程。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，50%負(fù)荷時(shí)，吹灰周期（附圖2輸入5）為300S，基準(zhǔn)占空比為20%，(基準(zhǔn)占空比根據(jù)最大負(fù)荷工況下,粉煤灰單位小時(shí)的產(chǎn)量而定和噴吹閥的攜帶能力而定)根據(jù)函數(shù)關(guān)系f(x)=20%*50%=10%即實(shí)際控制占空比為10%。則每路吹灰器的工作時(shí)間為Ton=300sx10%=30s,暫停時(shí)間Toff=300*90%=270s。其中基準(zhǔn)占空比按照煤種和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定。由于是8路吹灰系統(tǒng)，則設(shè)定圖2輸入信號3的設(shè)定值為8。則此時(shí)本發(fā)明的控制器將根據(jù)分組數(shù)自動(dòng)調(diào)用8路吹灰控制的子程序。按下啟動(dòng)按鈕，則外部輸入信號為正邏輯，觸發(fā)順序控制器（附圖2件二）工作。吹灰控制器啟動(dòng)后，經(jīng)過延遲時(shí)間Td秒，當(dāng)bit0進(jìn)入工作模式，順序發(fā)生器同時(shí)開始計(jì)時(shí)。順序發(fā)生器（SG）(圖2（一）所示)通過內(nèi)部邏輯關(guān)系選擇通道選擇器CHS(圖2（四）所示)的ch0通道使之進(jìn)入工作狀態(tài)，其工作狀態(tài)的開和關(guān)根據(jù)（圖2（三）所示）方波發(fā)生器的輸出狀態(tài)決定。在周期T=300S內(nèi)，已確定脈寬調(diào)制的Ton=30S,Toff=270s。所以此時(shí)通道cho將在啟動(dòng)之初的30s內(nèi)輸出正邏輯，驅(qū)動(dòng)與之對應(yīng)的多通道外部輸出繼電器單元（圖2（五）所示）M0.0進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)PWM調(diào)制器的輸出信號S3在Ton=30S內(nèi)輸出正邏輯信號時(shí),M0.0則處于開啟狀態(tài)，外部對應(yīng)的繼電器KA101吸合，相應(yīng)的脈沖電磁閥打開，執(zhí)行吹灰動(dòng)作。當(dāng)吹灰動(dòng)作持續(xù)30S時(shí)間滿足后，PWM的輸出信號S3轉(zhuǎn)為低電平，則最終控制KA101處于失電狀態(tài)，吹灰器處于停止工作狀態(tài)。當(dāng)持續(xù)停止時(shí)間達(dá)到Toff=270s時(shí)。通道0的工作任務(wù)結(jié)束，順序發(fā)生器SG（圖2（一）所示）將根據(jù)本周期T的下降沿信號，切換到BIT1，使之處于工作狀態(tài)。隨之相應(yīng)的通道選擇器CHS(圖2（四）所示)和多通道外部輸出繼電器單元（圖2（五）所示）也將切換到相應(yīng)的通道，最終控制KA102繼電器，驅(qū)動(dòng)與之對應(yīng)的脈沖電磁閥工作，根據(jù)PWM的通斷時(shí)間要求執(zhí)行吹灰和暫停、通道切換。依次類推當(dāng)8路吹灰工作全部完成后，在周期的下降沿，SG順序控制器將再次由BIT0開始，再次重復(fù)上述過程，在外部信號命令停止吹灰之前，循環(huán)往復(fù)。直至鍋爐停止運(yùn)行，或停止吹灰命令的出現(xiàn)。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還包括有其他實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效替換方式形成的技術(shù)方案，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3