基于plc的低氮燃烧控制方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种基于PLC的低氮燃烧控制方法和系统。其中可编程控制器PLC根据分布式控制系统DCS反馈的锅炉运行参数，在预先设置的低氮燃烧控制模型中获取相对应的二次风门开度指令和分离式燃尽风SOFA风门开度指令，以及相对应的氮氧化物排放目标值；以便DCS利用二次风门开度指令和SOFA风门开度指令对相应的二次风门和SOFA风门进行控制；PLC根据DCS反馈的氮氧化物实测值和当前氮氧化物排放目标值，确定SOFA风门偏置量；PLC将SOFA风门偏置量与当前从低氮燃烧控制模型中获取的SOFA风门开度指令叠加，以得到经校正的SOFA风门开度指令，以便DCS利用经校正的SOFA风门开度指令对SOFA风门进行控制。从而有效实现锅炉的低氮燃烧控制，实现锅炉的经济环保优化运行。
【专利说明】基于PLC的低氮燃烧控制方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及锅炉优化燃烧控制领域，特别涉及一种基于PLC的低氮燃烧控制方法和系统。
【背景技术】
[0002]2012年国家环保部出台了新的《火电厂大气污染物排放标准》，明确规定了燃煤电厂的氮氧化物(NOx)严格的排放标准，国内燃煤电厂相继进行了针对锅炉的低氮燃烧改造工程。低氮燃烧改造工程完成之后，要取得理想的低氮燃烧效果，既要考虑锅炉效率又要兼顾氮氧化物排放，这就要求必须同时处理好煤粉、二次风及分离式燃尽风(S^arate OverFire Air,简称:S0FA)的配比关系。
[0003]目前，在采用低氮燃烧技术的燃煤电厂锅炉上，一般采用通过负荷指令来调节主燃烧区域二次风及SOFA风的方法来调整燃烧，控制氮氧化物的排放，即通过负荷-风量(二次风及SOFA风风量)设定函数F(X)来控制各个风门的开度。这种控制方式的实现通过DCS (Distributed Control System,分布式控制系统)系统标准算法块的组态来实现。
[0004]上述基于DCS系统通过负荷-风量设定函数F(X)来控制配风的方式，考虑因素只有负荷，当负荷确定时，各个二次风及SOFA风配风方案也是确定的。在这种控制方式下，负荷不发生改变，但锅炉煤质、磨煤机运行方式、氮氧化物排放等因素发生改变时，锅炉燃烧特性也随之发生改变，原有二次风及SOFA风配风方案已不适用此时的燃烧特性，这种控制方式下二次风及SOFA风配风方案不能同步随锅炉燃烧特性调整，造成配风方案与燃烧特性需求不匹配，最终导致NOx值排放与锅炉燃烧效率都受到不利影响。这种控制方式相对来说是一种粗放式的控制方式，不具备在锅炉煤质、磨煤机运行方式、NOx排放等因素发生变动时低氮燃烧最优控制的能力。
【发明内容】
[0005]本发明实施例提供一种基于PLC的低氮燃烧控制方法和系统，可编程控制器PLC根据DCS反馈的锅炉运行参数确定相应的二次风门开度指令和SOFA风门指令，并根据氮氧化物实测值对SOFA风门指令进行修正，从而有效实现锅炉的低氮燃烧控制。
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种基于PLC的低氮燃烧控制方法，包括:
[0007]可编程控制器PLC根据分布式控制系统DCS反馈的锅炉运行参数，在预先设置的低氮燃烧控制模型中获取相对应的二次风门开度指令和分离式燃尽风SOFA风门开度指令，以及相对应的氮氧化物排放目标值；
[0008]PLC将二次风门开度指令和SOFA风门开度指令发送给DCS，以便DCS利用二次风门开度指令和SOFA风门开度指令分别对二次风门和SOFA风门进行控制；
[0009]PLC根据DCS反馈的氮氧化物实测值和当前的氮氧化物排放目标值，确定SOFA风门偏置量;
[0010]PLC将SOFA风门偏置量与当前从低氮燃烧控制模型中获取的SOFA风门开度指令叠加，以得到经校正的SOFA风门开度指令；
[0011]PLC将经校正的SOFA风门开度指令发送给DCS，以便DCS利用经校正的SOFA风门开度指令对SOFA风门进行控制。
[0012]在一个实施例中，PLC将DCS反馈的锅炉运行参数和氮氧化物实测值，以及相应的二次风门开度指令、SOFA风门开度指令及SOFA风门偏置量存储到低氮燃烧控制模型中，以便修正优化燃烧控制模型。
[0013]在一个实施例中，PLC根据DCS反馈的氮氧化物实测值和当前的氮氧化物排放目标值，确定SOFA风门偏置量的步骤包括:
[0014]PLC在到达第η个计算周期时,计算当前氮氧化物排放目标值SPn与当前氮氧化物实测值PVn的差值Errorn ；
[0015]确定Errorn所属的区间X以及Errorlri所属的区间Y ;
[0016]根据区间X和Y确定相对应的控制参数Ζ，其中控制参数Z包括比例系数CP，积分系数C1，微分系数Cd;
[0017]计算第η 个计算周期的 PID 输出 PIDOUTn，其中 PIDOUTn = MP；n+MI；n+MD；n = CP*Errorn+ (M^+C^ErroiVi) +CD* (PVn^1-PVn)，MP，n 为第 n 个计算周期中的 PID 比例输出量，M1,n 为第η个计算周期中的积分输出量，Md,η为第η个计算周期中的微分输出量；
[0018]将PIDOUTn转化为相应的SOFA风门偏置量。
[0019]在一个实施例中，根据区间X和Y确定相对应的控制参数Z的步骤之后，还包括:
[0020]判断控制参数Z是否为首次启用；
[0021]若控制参数Z不是首次启用，则执行计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn的步骤；
[0022]若控制参数Z为首次启用，则对第n-Ι个计算周期中的积分输出量M^1进行初始化，M^1 = PIDOUI^-Mb+Mb，然后执行计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn的步骤。
[0023]在一个实施例中，Errorn= a* (SPn-PVn) + (l_a) =I=Error^1 ；
[0024]其中a为滤波系数。
[0025]在一个实施例中，DCS在接收到PLC发送的指令后，判断当前自身是否处于低氮燃烧控制模式，其中DCS在判断与PLC的通信出现异常时退出低氮燃烧控制模式；
[0026]若当前自身处于低氮燃烧控制模式，则DCS进一步判断指令中的参数是否有效、参数变化速率是否在预定范围内；
[0027]若指令中的参数有效、且参数变化速率在预定范围内，则DCS利用指令对相应风门进行控制；
[0028]若指令中的参数无效,或参数变化速率超出预定范围，则DCS拒绝执行接收到的指令。
[0029]根据本发明的另一方面，提供一种基于PLC的低氮燃烧控制系统，包括可编程控制器PLC和分布式控制系统DCS，其中:
[0030]DCS，用于向PLC反馈锅炉运行参数和氮氧化物实测值，当接收到PLC发送的二次风门开度指令和分离式燃尽风SOFA风门开度指令时，利用二次风门开度指令和SOFA风门开度指令分别对二次风门和SOFA风门进行控制；当接收到PLC发送的经校正的SOFA风门开度指令时，利用经校正的SOFA风门开度指令对SOFA风门进行控制；
[0031]PLC，用于根据DCS反馈的锅炉运行参数，在预先设置的低氮燃烧控制模型中获取相对应的二次风门开度指令和SOFA风门开度指令，以及相对应的氮氧化物排放目标值；将二次风门开度指令和SOFA风门开度指令发送给DCS ;根据DCS反馈的氮氧化物实测值和当前的氮氧化物排放目标值，确定SOFA风门偏置量；将SOFA风门偏置量与当前从低氮燃烧控制模型中获取的SOFA风门开度指令叠加，以得到经校正的SOFA风门开度指令，将经校正的SOFA风门开度指令发送给DCS。
[0032]在一个实施例中，PLC还用于将DCS反馈的锅炉运行参数和氮氧化物实测值，以及相应的二次风门开度指令、SOFA风门开度指令及SOFA风门偏置量存储到低氮燃烧控制模型中，以便修正优化燃烧控制模型。
[0033]在一个实施例中，PLC具体在到达第η个计算周期时，计算当前氮氧化物排放目标值SPn与当前氮氧化物实测值PVn的差值Errorn ;确定Errorn所属的区间X以及Errorlri所属的区间Y ;根据区间X和Y确定相对应的控制参数Ζ，其中控制参数Z包括比例系数Cp,积分系数C1,微分系数Cd ;计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn，其中PIDOUTn =Mp,n+Mi,n+MD,n = Cp*Errorn+ (MI；^!+C^Error^i) +CD*(PVn^1-PVn), MP，n 为第 n 个计算周期中的PID比例输出量，Mlin为第η个计算周期中的积分输出量，MD，n为第η个计算周期中的微分输出量；将PIDOUTn转化为相应的SOFA风门偏置量。
[0034]在一个实施例中，PLC具体在根据区间X和Y确定相对应的控制参数Z后，还包括:判断控制参数Z是否为首次启用；若控制参数Z不是首次启用，则执行计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn的操作；若控制参数Z为首次启用，则对第n-Ι个计算周期中的积分输出量M^1进行初始化，M^1 = PIDOUI^-Mb+Mb，然后执行计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn的操作。
[0035]在一个实施例中， PLC具体利用公式
[0036]Errorn = a* (SPn-PVn) + (l~a) =I=Error^1
[0037]计算差值Errorn,其中a为滤波系数。
[0038]在一个实施例中，DCS还用于在接收到PLC发送的指令后，判断当前自身是否处于低氮燃烧控制模式，其中DCS在判断与PLC的通信出现异常时退出低氮燃烧控制模式；若当前自身处于低氮燃烧控制模式，则进一步判断指令中的参数是否有效、参数变化速率是否在预定范围内；若指令中的参数有效、且参数变化速率在预定范围内，则利用指令对相应风门进行控制；若指令中的参数无效，或参数变化速率超出预定范围，则拒绝执行接收到的指令。
[0039]本发明通过PLC根据DCS反馈的锅炉运行参数确定相应的二次风门开度指令和SOFA风门指令，并根据氮氧化物实测值对SOFA风门指令进行修正，从而有效实现锅炉的低氮燃烧控制，实现锅炉的经济环保优化运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]图1为本发明基于PLC的低氮燃烧控制方法一个实施例的示意图。
[0042]图2为本发明确定SOFA风门偏置量一个实施例的示意图。
[0043]图3为本发明确定SOFA风门偏置量另一实施例的示意图。
[0044]图4为本发明基于PLC的低氮燃烧控制系统一个实施例的示意图。
[0045]图5为本发明低氮燃烧控制系统配置一个实施例的示意图。
[0046]图6为本发明低氮燃烧控制系统配置另一实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0047]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0049]同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
[0050]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
[0051]在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0052]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0053]图1为本发明基于PLC的低氮燃烧控制方法一个实施例的示意图。如图1所示，本实施例的方法步骤如下:
[0054]步骤101，PLC根据DCS反馈的锅炉运行参数，在预先设置的低氮燃烧控制模型中获取相对应的二次风门开度指令和SOFA风门开度指令，以及相对应的氮氧化物排放目标值。
[0055]例如，锅炉运行参数可包括负荷、煤质、一次风量、总风量(氧量)、磨煤机组合方式、锅炉效率等。DCS可以预定的时间间隔反馈锅炉运行参数，也可实时进行反馈。
[0056]优选的，预先设置的低氮燃烧控制模型可通过大量精细的热态实验获得。例如，可综合考虑氮氧化物排放和锅炉效率，针对电厂常用的几种煤质和磨煤机组合方式，在多个典型负荷下进行热态实验，获得氮氧化物排放目标值和二次风及SOFA风最优配风格局，以通过实验所得到的数据为样本点建立典型工况库。以典型工况为基础，拟合控制曲线，确定不同工况下对应的二次风及SOFA风开度指令，以此来建立低氮燃烧控制模型。由此，PLC可从预先设置的低氮燃烧控制模型中，获取与DCS反馈参数相关的二次风门开度指令和SOFA风门开度指令。
[0057]步骤102，PLC将二次风门开度指令和SOFA风门开度指令发送给DCS，以便DCS利用二次风门开度指令和SOFA风门开度指令分别对二次风门和SOFA风门进行控制。
[0058]步骤103，PLC根据DCS反馈的氮氧化物实测值和当前的氮氧化物排放目标值，确定SOFA风门偏置量。
[0059]步骤104，PLC将SOFA风门偏置量与当前从低氮燃烧控制模型中获取的SOFA风门开度指令叠加，以得到经校正的SOFA风门开度指令。
[0060]步骤105，PLC将经校正的SOFA风门开度指令发送给DCS，以便DCS利用经校正的SOFA风门开度指令对SOFA风门进行控制。
[0061]优选的，PLC可利用Modbus协议与DCS进行双向通行，DCS可通过硬接线控制主燃烧区二次风门和SOFA风门。
[0062]基于本发明上述实施例提供的基于PLC的低氮燃烧控制方法，通过PLC根据DCS反馈的锅炉运行参数确定相应的二次风门开度指令和SOFA风门指令，并根据氮氧化物实测值对SOFA风门指令进行修正，从而有效实现锅炉的低氮燃烧控制，实现锅炉的经济环保优化运行。
[0063]在一个实施例中，PLC将DCS反馈的锅炉运行参数和氮氧化物实测值，以及相应的二次风门开度指令、SOFA风门开度指令及SOFA风门偏置量存储到低氮燃烧控制模型中。
[0064]从而，将控制方案实际运行时的能够作为典型工况的过程数据历史样本，添加到典型工况库，进一步丰富典型工况库，并进一步修正优化燃烧控制模型。
[0065]例如，以60(MW发电机组的低氮燃烧控制系统为例，在优化燃烧控制模型中，500MW-600MW负荷区间，只包括500兆瓦和600兆瓦两个典型工况，而对于500兆瓦和600兆瓦之间的工况，例如对于550兆瓦的工况，则需要以500兆瓦和600兆瓦这两个典型工况为基础，通过拟合控制曲线加以确定。由于拟合曲线和实际工况之间存在着一定的差距，因此并不能有效实现锅炉的低氮燃烧控制。若在实际运行中出现能够代表550兆瓦工况的典型过程数据，可将该过程数据历史样本添加到典型工况库中。由于实际运行数据的精度要优于拟合曲线得到的结果，因此通过丰富典型工况库，可进一步修正优化燃烧控制模型，从而有效实现锅炉的低氮燃烧控制。
[0066]需要注意的是:负荷、煤质、磨煤机组合方式、氧量、一次风量、锅炉效率等数据通过Modbus方式从DCS系统采集，对于没有煤质在线监测的机组，煤质数据来源电厂的煤质工业分析。对于DCS中没有表征锅炉效率的机组，可以通过其它能够表征锅炉经济性的参数代替。
[0067]当主燃烧区二次风配风不变，SOFA风配风增加时，NOx排放会下降，反之亦然。因此低氮燃烧控制系统用调节SOFA风的方法来调节NOx反馈值与目标值差值。由于SOFA风门调整，最终反应到NOx排放变化是一个燃烧过程，属于大延时系统，如果按照常规PID (Proport1n、Integrat1n、Differentiat1n,比例、积分和微分)调节，很难达到系统的稳定。为了取得良好的控制效果，使PID控制输出比较平稳，减少SOFA风风门的动作频率，这里选用变参数的PID控制来调节SOFA风门。因此上述PLC根据DCS反馈的氮氧化物实测值和当前的氮氧化物排放目标值，确定SOFA风门偏置量的步骤可如图2所示:
[0068]步骤201, PLC在到达第η个计算周期时,计算当前氮氧化物排放目标值SPn与当前氮氧化物实测值PVn的差值Errorn。
[0069]优选的，Errorn= a* (SPn-PVn) + (l_a) +Erroiv1,其中 a 为滤波系数。
[0070]步骤202,确定Errorn所属的区间X以及Errorlri所属的区间Y。
[0071]步骤203，根据区间X和Y确定相对应的控制参数Z，其中控制参数Z包括比例系数Cp，积分系数C1，微分系数Cd。
[0072]步骤204，计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn，其中PIDOUTn = MP；n+MI；n+MD；n=CP*Errorn+(M1,^+(^ErroiVi)+CD* (PVlr1-PVn), Mp n 为第 n 个计算周期中的 PID 比例输出量，M1^n为第η个计算周期中的积分输出量，Md,η为第η个计算周期中的微分输出量。
[0073]步骤205，将PIDOUTn转化为相应的SOFA风门偏置量。
[0074]变参数的PID控制以NOx排放浓度的目标值与反馈值的差值为输入，通过比例和积分计算以及数据转化得到SOFA风门的偏置量，这个偏置量最终叠加到由低氮燃烧控制模型计算输出的SOFA风门开度指令上。即能够根据NOx排放浓度的目标值与反馈值的差值的大小及变化率，对PID控制进行在线整定，使PID控制输出比较平稳，能够减少SOFA风门的动作频率，延长风门的使用寿命。
[0075]图3为本发明确定SOFA风门偏置量另一实施例的示意图。其中:
[0076]步骤301, PLC在到达第η个计算周期时,计算当前氮氧化物排放目标值SPn与当前氮氧化物实测值PVn的差值Errorn。
[0077]优选的，Errorn= a* (SPn-PVn) + (l_a)+Erroiv1,其中 a 为滤波系数。
[0078]步骤302,确定Errorn所属的区间X以及Errorlri所属的区间Y。
[0079]步骤303，根据区间X和Y确定相对应的控制参数Z，其中控制参数Z包括比例系数Cp，积分系数C1，微分系数Cd。
[0080]步骤304，判断控制参数Z是否为首次启用。若控制参数Z为首次启用，则执行步骤305 ;若控制参数Z不是首次启用，则执行步骤306。
[0081 ] 步骤305,对第n-Ι个计算周期中的积分输出量M1^进行初始化，M1^1 =PID0UTn_「MP’n+MD’n。
[0082]步骤306，计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn，其中PIDOUTn = MP；n+MI；n+MD；n=CP*Errorn+(M1,^+(^ErroiVi)+CD* (PVlr1-PVn), Mp n 为第 n 个计算周期中的 PID 比例输出量，M1^n为第η个计算周期中的积分输出量，Md,η为第η个计算周期中的微分输出量。
[0083]步骤307，将PIDOUTn转化为相应的SOFA风门偏置量。
[0084]在本实施例中，当控制参数Z为首次启用时，通过对积分输出量进行初始化，可确保控制方案在进行切换时，PID输出没有扰动，以便保证系统的稳定性。
[0085]优选的，为了提高系统安全性，可进一步增加通信安全保护逻辑。例如，DCS和PLC可分别通过监听心跳信号来判断DCS和PLC之间的通信是否正常。
[0086]在一个实施例中，DCS在接收到PLC发送的指令后，判断当前自身是否处于低氮燃烧控制模式，其中DCS在判断与PLC的通信出现异常时退出低氮燃烧控制模式。若当前自身处于低氮燃烧控制模式，则DCS进一步判断指令中的参数是否有效、参数变化速率是否在预定范围内。若指令中的参数有效、且参数变化速率在预定范围内，则DCS利用指令对相应风门进行控制；若指令中的参数无效，或参数变化速率超出预定范围，则DCS拒绝执行接收到的指令。若连续出现指令中的参数无效，或参数变化速率超出预定范围的情况，则也可退出低氮燃烧控制模式。
[0087]在另一实施例中，PLC也可根据DCS反馈的数据的有效性和变化速率来判断是否予以采用。
[0088]图4为本发明基于PLC的低氮燃烧控制系统一个实施例的示意图。如图4所示，基于PLC的低氮燃烧控制系统可包括PLC401和DCS402。其中:
[0089]DCS402，用于向PLC401反馈锅炉运行参数和氮氧化物实测值，当接收到PLC401发送的二次风门开度指令和SOFA风门开度指令时，利用二次风门开度指令和SOFA风门开度指令分别对二次风门和SOFA风门进行控制；当接收到PLC401发送的经校正的SOFA风门开度指令时，利用经校正的SOFA风门开度指令对SOFA风门进行控制。
[0090]PLC401，用于根据DCS402反馈的锅炉运行参数，在预先设置的低氮燃烧控制模型中获取相对应的二次风门开度指令和SOFA风门开度指令，以及相对应的氮氧化物排放目标值；将二次风门开度指令和SOFA风门开度指令发送给DCS402 ;根据DCS402反馈的氮氧化物实测值和当前的氮氧化物排放目标值，确定SOFA风门偏置量；将SOFA风门偏置量与当前从低氮燃烧控制模型中获取的SOFA风门开度指令叠加，以得到经校正的SOFA风门开度指令，将经校正的SOFA风门开度指令发送给DCS402。
[0091 ] 其中，预先设置的低氮燃烧控制模型可通过大量精细的热态实验获得。例如，可综合考虑氮氧化物排放和锅炉效率，针对电厂常用的几种煤质和磨煤机组合方式，在多个典型负荷下进行热态实验，获得氮氧化物排放目标值和二次风及SOFA风最优配风格局，以通过实验所得到的数据为样本点建立典型工况库。由此，PLC可从预先设置的低氮燃烧控制模型中，获取与DCS反馈参数相关的二次风门开度指令和SOFA风门开度指令。
[0092]基于本发明上述实施例提供的基于PLC的低氮燃烧控制系统，通过PLC根据DCS反馈的锅炉运行参数确定相应的二次风门开度指令和SOFA风门指令，并根据氮氧化物实测值对SOFA风门指令进行修正，从而有效实现锅炉的低氮燃烧控制，实现锅炉的经济环保优化运行。
[0093]优选的，PLC401可利用Modbus协议与DCS402进行双向通行，DCS402可通过硬接线控制主燃烧区二次风门和SOFA风门。
[0094]在一个实施例中，PLC401还用于将DCS402反馈的锅炉运行参数以及相应的二次风门开度指令、SOFA风门开度指令及SOFA风门偏置量存储到低氮燃烧控制模型中。
[0095]从而，通过将控制方案实际运行时的能够作为典型工况的过程数据历史样本，添加到典型工况库，进一步丰富典型工况库，并进一步修正优化燃烧控制模型。
[0096]在一个实施例中，PLC401具体在到达第η个计算周期时，计算当前氮氧化物排放目标值SPn与当前氮氧化物实测值PVn的差值Errorn ;确定Errorn所属的区间X以及Errorn^1所属的区间Y ;根据区间X和Y确定相对应的控制参数Ζ，其中控制参数Z包括比例系数CP，积分系数C1，微分系数Cd ;计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn，其中PIDOUTn=MP；n+MI；n+MD；n = CP*Errorn+(M1,m+CdErroiVi)+CD*(PVlr1-PVn), MP’n 为第 n 个计算周期中的PID比例输出量，Mlin为第η个计算周期中的积分输出量，MD，n为第η个计算周期中的微分输出量；将PIDOUTn转化为相应的SOFA风门偏置量。
[0097]优选的，PLC401具体利用公式
[0098]Errorn = a* (SPn-PVn) + (l~a) =I=Error^1
[0099]计算差值Errorn,其中a为滤波系数。
[0100]优选的，PLC401具体在根据区间X和Y确定相对应的控制参数Z后，还包括:判断控制参数Z是否为首次启用；若控制参数Z不是首次启用，则执行计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn的操作；若控制参数Z为首次启用，则对第n-Ι个计算周期中的积分输出量M^1进行初始化，M^1 = PIDOUI^-Mb+Mb，然后执行计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn的操作。
[0101]其中，当控制参数Z为首次启用时，通过对积分输出量进行初始化，可确保控制方案在进行切换时，PID输出没有扰动，以便保证系统的稳定性。
[0102]此外，为了提高系统安全性，可进一步增加通信安全保护逻辑。例如，DCS402和PLC401可分别通过监听心跳信号来判断DCS402和PLC401之间的通信是否正常。
[0103]在一个实施例中，DCS402还用于在接收到PLC401发送的指令后，判断当前自身是否处于低氮燃烧控制模式，其中DCS402在判断与PLC的通信出现异常时退出低氮燃烧控制模式。若当前自身处于低氮燃烧控制模式，则进一步判断指令中的参数是否有效、参数变化速率是否在预定范围内；若指令中的参数有效、且参数变化速率在预定范围内，则利用指令对相应风门进行控制；若指令中的参数无效，或参数变化速率超出预定范围，则拒绝执行接收到的指令。若连续出现指令中的参数无效，或参数变化速率超出预定范围的情况，则也可退出低氮燃烧控制模式。
[0104]在另一实施例中，PLC401也可根据DCS402反馈的数据的有效性和变化速率来判断是否予以采用。
[0105]图5为本发明低氮燃烧控制系统配置一个实施例的示意图。如图5所示，PLC与DCS通过Modbus协议进行通信。DCS按照预定的时间间隔或实时将负荷、一次风压等锅炉运行参数以及氮氧化物实测值反馈给PLC。PLC根据DCS反馈的信息，利用预先设置的低氮燃烧控制模型获取相应的二次风门开度指令和SOFA风门开度指令，其中SOFA风门开度指令可以是通过低氮燃烧控制模型直接获得的，也可以是经基于氮氧化物实测值和氮氧化物目标值之间的差值所确定的SOFA风门偏置量校正后的SOFA风门开度指令。PLC将二次风门开度指令和SOFA风门开度指令发送给DCS，以便DCS利用二次风门开度指令和SOFA风门开度指令对相应的二次风门和SOFA风门进行控制。二次风门和SOFA风门还会将风门开度状态反馈给DCS，以便于DCS进行风门控制。
[0106]其中，PLC的控制算法可采用符合IEC61131-3标准的结构化文本编程语言编程，它类似于计算机高级编程语言，能够实现复杂的控制运算，从而不受DCS的影响。
[0107]图6为本发明低氮燃烧控制系统配置另一实施例的示意图。与图5所示实施例相t匕，在图6所示实施例中，还可进一步设置工控机。其中工控机通过TCP/IP协议与PLC进行通信。PLC可将系统计算结果提供给工控机。在工控机上可运行一套组态软件以作为低氮燃烧控制系统的人机界面，用户可通过人机界面完成系统参数配置、数据在线展示和历史数据查询分析。工控机可将用户设置的系统参数发送给PLC，以便对系统进行控制。
[0108]通过实施本发明，可根据负荷、煤质、氧量、风量、磨煤机组合方式等因素，选取相应燃烧状态下的配风方案，并且能够根据氮氧化物反馈值实时修正SOFA风的配风方案，从而有效实现锅炉的低氮燃烧控制，同时实现锅炉的经济环保优化运行。
[0109]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0110]本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
【权利要求】
1.一种基于PLC的低氮燃烧控制方法，其特征在于，包括: 可编程控制器PLC根据分布式控制系统DCS反馈的锅炉运行参数，在预先设置的低氮燃烧控制模型中获取相对应的二次风门开度指令和分离式燃尽风SOFA风门开度指令，以及相对应的氮氧化物排放目标值； PLC将二次风门开度指令和SOFA风门开度指令发送给DCS，以便DCS利用二次风门开度指令和SOFA风门开度指令分别对二次风门和SOFA风门进行控制； PLC根据DCS反馈的氮氧化物实测值和当前的氮氧化物排放目标值，确定SOFA风门偏直里； PLC将SOFA风门偏置量与当前从低氮燃烧控制模型中获取的SOFA风门开度指令叠加，以得到经校正的SOFA风门开度指令； PLC将经校正的SOFA风门开度指令发送给DCS，以便DCS利用经校正的SOFA风门开度指令对SOFA风门进行控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， PLC将DCS反馈的锅炉运行参数和氮氧化物实测值，以及相应的二次风门开度指令、SOFA风门开度指令及SOFA风门偏置量存储到低氮燃烧控制模型中，以便修正优化燃烧控制模型。
3.根据权利要求1所 述的方法，其特征在于， PLC根据DCS反馈的氮氧化物实测值和当前的氮氧化物排放目标值，确定SOFA风门偏置量的步骤包括: PLC在到达第η个计算周期时，计算当前氮氧化物排放目标值SPn与当前氮氧化物实测值PVn的差值Errorn ； 确定Errorn所属的区间X以及Erroiv1所属的区间Y ; 根据区间X和Y确定相对应的控制参数Ζ，其中控制参数Z包括比例系数CP，积分系数C1，微分系数Cd; 计算第 η 个计算周期的 PID 输出 PIDOUTn，其中 PIDOUTn = MP；n+MI；n+MD；n = CP*Errorn+(Mm+CfErroiVi) +CD* (PVn_rPVn)，MP’n为第n个计算周期中的PID比例输出量，MI；n为第η个计算周期中的积分输出量，Md,η为第η个计算周期中的微分输出量； 将PIDOUTn转化为相应的SOFA风门偏置量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于， 根据区间X和Y确定相对应的控制参数Z的步骤之后，还包括: 判断控制参数Z是否为首次启用； 若控制参数Z不是首次启用，则执行计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn的步骤；若控制参数Z为首次启用，则对第n-Ι个计算周期中的积分输出量M^1进行初始化，M^1 = PIDOUTM-Mu+Mb，然后执行计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn的步骤。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
Errorn = a* (SPn-PVn) + (l~a) =I=Error^1 ； 其中a为滤波系数。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法,其特征在于， DCS在接收到PLC发送的指令后，判断当前自身是否处于低氮燃烧控制模式，其中DCS在判断与PLC的通信出现异常时退出低氮燃烧控制模式； 若当前自身处于低氮燃烧控制模式，则DCS进一步判断指令中的参数是否有效、参数变化速率是否在预定范围内； 若指令中的参数有效、且参数变化速率在预定范围内，则DCS利用指令对相应风门进行控制； 若指令中的参数无效，或参数变化速率超出预定范围，则DCS拒绝执行接收到的指令。
7.一种基于PLC的低氮燃烧控制系统,其特征在于，包括可编程控制器PLC和分布式控制系统DCS，其中: DCS，用于向PLC反馈锅炉运行参数和氮氧化物实测值，当接收到PLC发送的二次风门开度指令和分离式燃尽风SOFA风门开度指令时，利用二次风门开度指令和SOFA风门开度指令分别对二次风门和SOFA风门进行控制；当接收到PLC发送的经校正的SOFA风门开度指令时，利用经校正的SOFA风门开度指令对SOFA风门进行控制； PLC，用于根据DCS反馈的锅炉运行参数，在预先设置的低氮燃烧控制模型中获取相对应的二次风门开度指令和SOFA风门开度指令，以及相对应的氮氧化物排放目标值；将二次风门开度指令和SOFA风门开度指令发送给DCS ;根据DCS反馈的氮氧化物实测值和当前的氮氧化物排放目标值，确定SOFA风门偏置量；将SOFA风门偏置量与当前从低氮燃烧控制模型中获取的SOFA风门开度指令叠加，以得到经校正的SOFA风门开度指令，将经校正的SOFA风门开度指令发送给DCS。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于， PLC还用于将DCS反馈的锅炉运行参数和氮氧化物实测值，以及相应的二次风门开度指令、SOFA风门开度指令及SOFA风门偏置量存储到低氮燃烧控制模型中，以便修正优化燃烧控制模型。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于， PLC具体在到达第η个计算周期时，计算当前氮氧化物排放目标值SPn与当前氮氧化物实测值PVn的差值Errorn ;确定Errorn所属的区间X以及Errorlri所属的区间Y ;根据区间X和Y确定相对应的控制参数Ζ，其中控制参数Z包括比例系数CP，积分系数C1,微分系数Cd ;计算第 η 个计算周期的 PID 输出 PIDOUTn，其中 PIDOUTn = MP；n+MI；n+MD；n = CP*Errorn+(Μ^^+C^Error^!) +CD*(PVn_rPVn)，MP，n为第n个计算周期中的PID比例输出量，M1,η为第η个计算周期中的积分输出量，MD，n为第η个计算周期中的微分输出量JfPIDOUTn转化为相应的SOFA风门偏置量。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于， PLC具体在根据区间X和Y确定相对应的控制参数Z后，还包括:判断控制参数Z是否为首次启用；若控制参数Z不是首次启用，则执行计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn的操作；若控制参数Z为首次启用，则对第n-Ι个计算周期中的积分输出量M1^进行初始化，M1^ = PIDOUTlr1-MP，n+MD，n，然后执行计算第η个计算周期的PID输出PIDOUTn的操作。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于， PLC具体利用公式
Errorn = a* (SPn-PVn) + (l~a) =I=Error^1 计算差值Errorn,其中a为滤波系数。
12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于， DCS还用于在接收到PLC发送的指令后，判断当前自身是否处于低氮燃烧控制模式，其中DCS在判断与PLC的通信出现异常时退出低氮燃烧控制模式；若当前自身处于低氮燃烧控制模式，则进一步判断指令中的参数是否有效、参数变化速率是否在预定范围内；若指令中的参数有效、且参数变化速率在预定范围内，则利用指令对相应风门进行控制；若指令中的参数无效，或 参数变化速率超出预定范围，则拒绝执行接收到的指令。
【文档编号】F23N3/00GK104075340SQ201410341338
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】王海鹏, 喻玫, 蔡芃, 张巍, 赵超, 范国朝, 任旻 申请人:烟台龙源电力技术股份有限公司