基于西门子S7-300 PLC的蓄热式燃烧控制系统 (1)

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摘要：由于西气东输等重大天然气输送工程的建设，采用天然气烧嘴进行加热的方式已经逐渐取代了传统的电加热方式，在热处理行业得到了越来越广泛的应用，而在现今环保节能的大趋势下，蓄热式天然气烧嘴由于其高效、节能的特点，应用也越来越广泛。文介绍的就是蓄热式天然本气烧嘴的燃烧控制系统。关键词：燃；烟；火；助排点火焰监测；向燃烧；燃比换空

l蓄热式烧嘴的基本工作原理如燃烧控制系统图所示，蓄热式烧嘴总是成对使用的，一对烧嘴周期性交替地燃烧 (向换 燃烧 )从而用烟气加热空气，,获得高温助燃空气。当一个烧嘴燃烧时，烟气通过另一个烧嘴， 加热其中的蓄热介质。当这种蓄热介质被加热后此烧嘴开始燃烧，原来燃烧的烧嘴开始抽吸并排放烟气。助燃空气流经高温的蓄热介质时而被加热，从此获得极高的加热效率。 蓄热体材质为 9%的氧化铝， 9清洗周期与生产工艺有关，果有废料、如加除渣剂，一般清洗周期为四周。关键看排烟温度和排烟量，如果发现排烟温度很低或者排烟量很小，检查是否蓄热箱堵塞。清洗方式：从蓄热箱取出放到一个容器内，用清水冲洗。晾干后旗回蓄热箱即可。 2燃烧控制系统 21控制系统硬件 .控制系统以西门子 s— 0P C为核心， 7 30 L此系列 P C在做 PD闭环控制及自整定参数方 L I面更为方便、活，透明性高理解性强的特灵具有图 l烧控制系统图燃点，又具有相当的稳定性，便于掌握和维护。采用西门子公司的 S E 7软件编写控制程序。 TP 表 1 P C主要硬件配置如表 l L所示。 燃烧系统中的助燃风机由西门子 MM 3 40变频器控制，变频器配有 Po B sDP通讯模 rf u— i块， P C进行通讯，与 L接受 P C的控制。 L H采用西门子公司的 MP 7 1 MI 2 7 0寸触摸屏，实现现场级的人机对话功能。通过 PoB sDP接口， P C进行通讯。运行窗口 rf u— i与 L均为彩色画面，中文显示，主要操作附有中文帮助说明，具有系统监

视、报警显示、参数设定等功能。画面为整个燃烧系统彩色全貌图，直观显示系统的实时运行状态、主要参数的测控值、各 报警情况等。主要实现的功能有：. a温度和压力的设定、显示、修改、警；.主要工艺参报 b各数、控制参数测控值的设定、修改 (带权限设定 ).|模拟工况图显示|.示和设定烧嘴的空 c d显燃比；报警列表包括： e .超温超压、低温低压热微压差变送器采集炉膛内压力信号，传给行设定。吹扫的目的是防止炉膛内残留可燃性电偶断路、嘴熄火报警等；障查询及辅助烧￡故 L P C程序采用 F 4功能块对炉膛压力进混合气体在点火时爆炸。吹扫结束后可进入下 B1诊断；. g其他必要的控制参数的设定与维护等 P C,L行 P调节，运算结果通过 P C模拟量输出 I将 L 步自动点火控制程序。 功能。 模块转换为 4 2 m A标准电流信号，传给排~ 0自动点火和火焰监测：吹扫结束后，系统进 22助燃风机的控制 _控改变入自动点火控制程序。每个蓄热式烧嘴配有一助燃风机采用西门子 MM4 0变频器控烟烟道的电动蝶阀，制电动蝶阀的开度， 3制。助燃风管道设有压力变送器，变送器将助燃排烟量的大小，从而实现对炉膛压力的精确控个点火小烧嘴，烧嘴点火就是将两个小烧嘴点保证生产的安全进行。排烟风机没有启动或燃(母焰燃烧 )然后蓄热式烧嘴再进行换向燃，风压力信号传给 P C,L L P C程序采用 PD闭环制， I 烧(主焰燃烧 )。烧嘴的火焰监测采用紫外线火控制功能块 F 4 B 1对助燃风压力进行 P调节，因故障停止时系统将自动停止烧嘴的工作。 I 24燃烧、 .温度控制焰探测器，安装在母焰和主焰上，并连接到同一将运算结果通过 Po B sD r u— P总线传给变频 i f 2 .嘴点火控制 . 1烧 4个火检继电器上。P C输出信号给点火电磁阀 L器。控制助燃风机的转速，使助燃风压始终稳燃烧系统点火前的炉膛吹扫：助燃风机开及点火变压器，火电磁阀打开，然气和助燃 点天定.从而保证烧嘴燃烧的稳定性。助燃风压力值启后，进入炉膛吹扫程序，助燃空气管路上的电空气的混合燃料进入点火小烧嘴，同时点火变可通过 H进行设定。 MI助燃风机没有启动或因动蝶阀接受 P

C发出的模拟量信号打开，炉压器通过点火电极高压放电， L对将烧嘴母焰点燃， 故障停止时，系统将自动停止烧嘴的工作。 火焰稳 (下转 1 7页) 膛内的残气进行吹扫，吹扫时问可通过 HMI进然后进入火焰检测程序。 23炉膛压力的控制 _一

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通过卡诺图化简得到等式并不是唯一的， 前面的式子只是多种实现中的一种。由以上表达式可以画出相应的电路如图 3,此电路图已经通过 E A仿真验证了其正确性。 (&” D“代表与门， l表或门。 )“代 r3结论

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通过数字电路的设计方法，将应用比较少的单极性不归零码转化为应用广泛的 HD 3 B码。由于 HD 3码无直流分量， B占用频带窄，解决了 AMI长连零位同步的提取问题，码同时具有内在检错能力，一是一种优良码，目前广泛应是用于基带传输的接口码。参考文献

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【阎石.字电子技术基础【】 3 J数 M.北京：高等教育出版社 99 . 1 81 1

把表 l转换成对应的真值表，如表 2:+ 5 Q1版￣,0 6 8 2 0,. 由以真值表可以得到相应的诺图，并 Q+= 0 3 o 3q q q Qi 2 l+ Q 0 0 0 0 O O l l I j 0 0作者简介：允娥 ( 92,,东淄博胡 1 8~)女山 Q偶偶僵儡偶偶哿奇奇矸鸺偶由卡诺图化简呵得到以下表达式： q+=Q 4 Q …3 3— 0= 5Q+ 5Q ( 0 0 o 2一l人， q助教，本科(双学位 )研究方向：,应用电子技 Q+:Q 4 Q Q ) 3 (5 Q+ 5 4 g g q 3 2 i f Q+= O5 f 5 g Q l 9 Q : l+54 q术。 q+:Q 4 Q 4 0 O" 2 q《3q3 q )5 4 1 3 (5 Q+ 5 Q )— 3一 q— -一 l Q++ 1 Q 0S}

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反馈绐火榆继电器一个火焰信号，点火成功。当烧嘴母焰没有形成稳定火焰或熄火时，火检继电器不能接受到火焰信号，此时进入故障状态， 输出…个故障信号，自动切断点火电磁阀。根据欧洲燃气标准点火控制器只有在手动复位后烧嘴才能进入第二次点火程序，井 E直接点火 L时的功率不可大于 30 W,火成功前气 5K点燃和助燃风电动蝶阎都处于关闭状态，点火时先点燃母焰的目的便是存小功率下点火，同时防止点火时爆鸣及点火不成功时大量燃料进入炉膛内形成可燃性混合气体而引发爆炸的危险。 2. . 2换向控制 4母焰点火成功后，主焰燃气、助燃风电动蝶阀打开，主焰进入燃烧状态。每个烧嘴配有一个助燃砒管路阀门和-一 -个排娴阀门，均采用气动驱动方式，P C可根据烟气温度或时间 ( L可调)切换这些阀r, J实现两烧嘴交替燃烧、蓄热时，助燃风和排烟的

切换，并对阀门的开关工作状念进行监控。每个烧嘴的蓄热室出口处没有支热电偶，用于检测排烟温度，燃烧的换向周期和换向温度可通过 H设定， M|换向周期范围般在 3 10秒，换向温度一般不大于 0 2 2 0C,一个烧嘴燃烧的时间达到换向周期或 5￣另一烧嘴排烟温度达到换向温度时，L P C自动。控制阀 r进行换向。 j在换向过程中，关闭烧嘴时应先关闭燃气阈『再关闭助燃风阀门，点燃烧 J嘴时应先打开助燃风阀门再打开燃气阀门，换向时间一般在 1秒钟左右。 系统运行过程巾，如果出现换向阀¨开关到位时 .系统进行声光报警 .操作人员通过故障指示及时找到故障阀，并采取相应的处理措一一

定后，经紫外线火焰探测器施，可避免在换向过程中因阀位不到位引起的各类安全问题。当排烟温度超过设定值时，进行声光报警，并强制换向。操作人员也可以根据丁况随时改变控制方式。 2 3温度的控制■I采用流量配比调节方式。 系统设有热电偶，对炉艟和炉料温度进可行连续测量，温度信号传给 P C当炉料温并将 L。度较低时，炉膛温度作为控温对象，炉膛采用使温度保持在最高点高加热速度，提当炉料温度接近设定点时 .切换至炉料温度为控温对象以保证对炉料温度的控制。现场配有~块炉膛温 度显示屏 (红色 L D)…块炉料温度数字显示 E、屏(绿色 L D)方便操作人员随时观察 E,在助燃风、燃气主管路分别配有一个流量计和电动蝶阀。点火成功前，燃气和助燃风电动蝶阀都处于关闭状态，烧嘴正常燃烧后，P C L将温度信号(炉膛或铝液 )经冷端补偿和线性化处理后，和设定温度值对比，经 PD运算输出 I 4~ 0 A标准电流信号给助燃空气电动蝶阀， 2m 调节助燃空气的流量，时 P C根据助燃风流 同 L量的大小输出信号给燃气电动蝶阔，控制燃气流量，使助燃空气和燃气的流量始终保持在一 -个固定的空燃比例 m进行燃烧，主焰火焰大使小变化，这样就实现了对温度的自动控制，保证燃烧的充分和稳定。P C程序对燃气和助燃风 L的流量控制均采厢 F,1功能块进行 P调节。 P 4 I 25系统发出以下报警信号 251任何_一嘴故障、 . -个烧熄火，系统都能发

出相应的声光报警，醒操作人员。提 25 .. 2出现超温情况，系统都能发出相应的声光报警，提醒操作人员并立即切断加热回

路。

253天然气、 ..助燃风压力异常，系统发出声光报警，提醒操作人员采取相应措施。 254换向阈开不至位时， .. 系统发出声光报警，醒操作人员采取相应措施。提 2 .当排烟温度超过设定值时， .5 5系统发出声光报警，提醒操作人员采取相应措施。 256热电偶断路，系统发出声光报警， ..提醒操作人员采取棚应措施。参考文献

f1 1柴瑞娟，承志，书芳西门子 P C高级培训孙孙 L教程I .京：民邮电出版社， M1北人 『1仲华 .— 0/0/0 L 2龚 s 2 03 04 0 P C应用技术一用 7通篇 l .京：民邮电出版社 . M1北人

f1 3龚仲华.7 2 03 04 0 P C应用技术一高 S— 0/0/0 L提篇『 -京：民邮电出版社 . M1 b人|

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