一、引言

燃燒管理系統(tǒng)(BurnerManagementSystem)，簡稱BMS，是現(xiàn)代大型鍋爐機組必須具備的一種監(jiān)控和聯(lián)鎖系統(tǒng)，是自動控制系統(tǒng)中對鍋爐及機組最為重要的安全管理控制系統(tǒng)。通過檢測燃料氣壓力、鍋爐汽包液位、火焰檢測等主要參數(shù)，實現(xiàn)自動點火和自動控制。確保鍋爐的安全運行。鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FurnaceSafeguardSupervisorySystem）簡稱FSSS,它包括燃燒器控制系統(tǒng)（BCS）和燃料安全系統(tǒng)（FSS）。FSSS在鍋爐的啟動、運行及停止過程中對鍋爐進(jìn)行智能化自動管理，并且在運行中對鍋爐運行的各種安全參數(shù)進(jìn)行連續(xù)的檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，系統(tǒng)會自動按照預(yù)先制定的控制邏輯對各種情況做出操作、告警或跳閘等必要的處理。避免了爆炸性的氣體燃料混合物在爐膛及煙道內(nèi)聚積，在危及鍋爐安全的工況時，迅速切斷進(jìn)入爐膛的所有燃料，有效地防止了鍋爐事故的發(fā)生。

二、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)

鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FurnaceSafeguardSupervisorySystem）簡稱FSSS，鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)是一個燃燒器管理和燃料安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，它能在鍋爐正常工作，啟動和停止等運行方式下，連續(xù)監(jiān)視燃燒系統(tǒng)的參數(shù)與狀態(tài)，并且進(jìn)行邏輯運算和判斷，通過聯(lián)鎖裝置，使燃燒設(shè)備中的有關(guān)部件按照規(guī)定的合理程序完成必要的操作或處理未遂性事故，以保證鍋爐爐膛及燃燒系統(tǒng)的安全，它在防止設(shè)備故障所引發(fā)鍋爐爐膛爆炸方面起著重要的作用。

2.1系統(tǒng)邏輯控制功能

由吹掃、預(yù)點火、油泄漏測試、自動點火、MFT、OFT、總閥控制、火焰檢測等幾部分組成，下面就幾個主要部作分別介紹。

2.1.1吹掃功能

吹掃功能的主要任務(wù)是：在鍋爐跳閘以后和重新啟動鍋爐時，燃料被送入爐膛之前，保證用風(fēng)徹底吹掃爐膛，消除任何可能引起爆燃的混合物，并且監(jiān)視影響這一清掃過程的設(shè)備狀態(tài)是否正確，此過程要保持5分鐘，以保證爐膛徹底換氣。吹掃邏輯如下圖所示：

圖1、控制邏輯

2.1.2預(yù)點火功能

吹掃完成之后，操作員復(fù)位MFT和OFT跳閘繼電器，并打開主油閥，系統(tǒng)將檢查投油允許條件是否滿足，并發(fā)出"允許點油"的指示。

2.1.3油泄漏測試功能

本系統(tǒng)可進(jìn)行燃油系統(tǒng)泄漏試驗，檢查主油閥及各個支路油閥是否嚴(yán)密，以保證當(dāng)主油閥或各個支路油閥關(guān)閉時，無油漏入爐膛.

2.1.4自動點火功能

自動點火功能的主要任務(wù)是：鍋爐吹掃和預(yù)點火完畢后，在集控室用BTG盤實現(xiàn)點火的方式。BTG盤上標(biāo)有“遠(yuǎn)方/就地”轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)打到就地檔時,系統(tǒng)則可進(jìn)行現(xiàn)場就地的點火方式；當(dāng)打到遠(yuǎn)方檔，則可在集控室自動點火。自動點火邏輯如下圖所示：

圖2控制流程

2.1.5燃料安全功能

系統(tǒng)將連續(xù)監(jiān)測鍋爐運行中的某些設(shè)備的運行狀況是否正確。如果這些條件中有一項超出了預(yù)先設(shè)定的極限值，送入爐膛的全部燃料即被切斷，同時給出一個首出跳閘原因指示。

在BTG盤上顯示有鍋爐吹掃信息，MFT首出原因信息，點火條件信息，油泄漏測試信息，OFT首出原因信息，火焰檢測信息，給粉機運行狀態(tài)信息，自動點火信息。

在BTG盤的底部，還有相應(yīng)的手動開關(guān)。“手動MFT”操作開關(guān)：為防止操作員的誤動作，“手動MFT”操作開關(guān)有連鎖按鈕，只有在按下鮮紅色按鈕的同時，將“手動MFT”開關(guān)打到跳閘檔，方可實現(xiàn)手動MFT。復(fù)位則只需單獨將“手動MFT”開關(guān)打到復(fù)位檔即可。“遠(yuǎn)方/就地”切換開關(guān)：對集控室自動點火操作和就地點火操作“遠(yuǎn)方/就地”切換。“手動OFT”開關(guān)：可實現(xiàn)手動OFT跳閘和復(fù)位。

三、火焰檢測系統(tǒng)

對火檢的改造，繼續(xù)使用FIREYE公司IDD－II型火檢的更新替代產(chǎn)品，為該公司最新的INSIGHT系列帶有內(nèi)部火焰繼電器的智能一體化火焰檢測器，型號為95IRS2-2。

FIREYE系列的INSIGHT型火焰檢測器基于微處理器設(shè)計原理；火焰檢測器自身帶有火焰繼電器輸出，并且可以人工調(diào)整有火焰和無火焰的判斷門檻值，因此無需傳統(tǒng)的火焰放大器，可以用于檢測多個燃燒器工況下的火焰；火焰檢測器實時在線檢測目標(biāo)火焰產(chǎn)生的閃爍頻率信號強度，選擇最佳火焰的調(diào)制特性，并可手動調(diào)節(jié)調(diào)制頻率和放大增益；火焰檢測器有3種火焰頻率可選擇、可調(diào)放大增益、有火焰繼電器輸出干接點、4-20mA火焰閃爍頻率信號強度輸出、干接點輸出故障信號；火焰檢測器需要24VDC電源，配有快裝接頭，具有故障自檢功能（不再需要機械快門），INSIGHT火焰檢測器自身帶有一個顯示/調(diào)節(jié)面板，便于觀察火焰檢測器的運行狀態(tài)和參數(shù)設(shè)定。

95IRS2-2的工作特性為：內(nèi)含一個紅外火焰傳感器，響應(yīng)紅外光譜為700-1700納米波長，這種傳感器適合于油和煤燃料的情況；檢測器測量目標(biāo)火焰產(chǎn)生的閃爍頻率，在檢測器的設(shè)定過程中，選擇產(chǎn)生最佳有火火焰的分辨頻，并可手動調(diào)節(jié)合適的頻率和傳感器增益；選定了火焰頻率后，輸入火焰繼電器的有火/無火門檻值，在4—20mA的火焰實時閃爍頻率信號強度輸出中，最小值（4mA）代表信號強度為“0”，最大值（20mA）代表信號強度為“100”；當(dāng)信號強度達(dá)到或超過已設(shè)定的火焰“有火”的門檻值時，火焰繼電器接點閉合，當(dāng)信號強度等于或低于已設(shè)定的“無火”門檻值時，火焰繼電器接點打開；當(dāng)檢測器正常供電（24VDC）和檢測器內(nèi)部內(nèi)部自檢回路時，故障繼電器得電，如果檢測器有電壓干擾或檢測到內(nèi)部故障時，故障繼電器閉合用于報警指示。

火焰檢測系統(tǒng)使用引進(jìn)的美國FORNEY公司技術(shù)生產(chǎn)的IDD-Ⅱ型火焰檢測裝置，由光纖探頭，放大器及相應(yīng)的冷風(fēng)系統(tǒng)等部分組成。該火焰檢測裝置具有很高的探測靈敏度，可靠的工作線路和更強的信號輸出能力。同時，在外形結(jié)構(gòu)上也采用了高防護(hù)等級的插頭和插座，可以做到防水和防塵，以確保探測器在惡劣的環(huán)境條件下能夠穩(wěn)定而可靠的工作。該產(chǎn)品適用于燃油及燃煤的各種火焰信號，長期工作，穩(wěn)定可靠。可廣泛應(yīng)用于火電、化工及冶金等行業(yè)的大中小型鍋爐的燃燒器中。

火檢系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示：

圖3火檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

四、PLC控制系統(tǒng)

PLC硬件采用了SIEMENS公司的帶硬件控制器的S7-400系列模塊化自動化系統(tǒng)（AS414-4-2H控制器），為雙CPU硬件冗余配置。同時增加了冗余的IO卡件，達(dá)到IO通道級別的冗余，提高了系統(tǒng)的安全級別。

可編程序邏輯控制器(PLC)主要由處理器、I/O系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、電源、安裝附件等構(gòu)成。為保證系統(tǒng)的可靠性，PLC的處理器（包括各控制子系統(tǒng)的處理器）采用雙機熱備系統(tǒng)，采用了全硬件的冗余控制器，完全實現(xiàn)無擾切換。

PLC所選用的的模板均具有自診斷功能。PLC系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足所需的熱備冗余配置要求。對硬件的地址分配設(shè)置、I/O的量化等均可采用組態(tài)的方式完成。

熱備系統(tǒng)由兩套配置完全相同的獨立CPU單元（即雙CPU模塊、雙電源模塊、雙通訊模塊、雙底板等）通過熱備網(wǎng)絡(luò)來通訊，其中一臺作為控制主機，另一臺作為后備機同步掃描。

系統(tǒng)選用S7-400H系列模塊化容錯式可編程控制系統(tǒng)，其多個選定部件被組合到一起（模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計；強大的擴展能力和堅固的結(jié)構(gòu)；單一或冗余設(shè)計；全面的通訊功能；集成的系統(tǒng)功能；集成安全功能(SafetyIntegrated)；簡單連接集中式或分布式I/O）。

使用高可用性的可編程控制器的目的是為了減少生產(chǎn)損失，停工的成本越高，越需要容錯系統(tǒng)。在很多的實際應(yīng)用中，對冗余質(zhì)量的要求或者對冗余PLC必備系統(tǒng)各部分的數(shù)目的要求，都不能確保專業(yè)容錯系統(tǒng)的使用。通常，簡單的軟件機制就足以允許當(dāng)錯誤事件發(fā)生時，在一個替代系統(tǒng)中繼續(xù)運行沒能正常執(zhí)行的控制任務(wù)。“SIMATICS7SoftwareRedundancy”可選軟件可以在S7-400標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)上運行，去控制生產(chǎn)過程。出現(xiàn)故障時，可在幾秒內(nèi)轉(zhuǎn)換到替代系統(tǒng)。

4.1容錯式可編程控制系統(tǒng)

S7-400H可編程控制器滿足高可用性的需要，是一種智能化和分布性達(dá)到了最新技術(shù)水平的可編程控制器。進(jìn)一步講，該系統(tǒng)在控制、調(diào)節(jié)與監(jiān)視單元和系統(tǒng)的全部功能以及獲取和準(zhǔn)備過程數(shù)據(jù)的全部功能中都起著重要的作用，并且能保證最高的系統(tǒng)性能。

S7-400H是按冗余方式設(shè)計的，可以在任何事件發(fā)生后繼續(xù)使用。這表明它所有的主要器件都是雙重的。按照方案設(shè)計成雙重器件的有中央處理器（CPU）、電源模板以及連接兩個中央處理器的硬件。用戶可以自行決定在即將使用的自動化系統(tǒng)中是否需要更多的雙重器件以增強設(shè)備的可用性。

冗余節(jié)點代表了帶有容錯器件的系統(tǒng)的容錯性。節(jié)點內(nèi)的一個原件發(fā)生故障時不會影響和它相聯(lián)的其它節(jié)點或整個系統(tǒng)的可靠性，這就是冗余節(jié)點的獨立性。冗余節(jié)點鏈接中最薄弱的環(huán)節(jié)決定了整個系統(tǒng)的可用性。對于2002系統(tǒng)如果有一個冗余節(jié)點的部件故障，不會對整個系統(tǒng)的可操作性造成影響。冗余節(jié)點鏈中的最弱鏈路決定了整個系統(tǒng)的可用性。

4.2容錯式系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

容錯式系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)由構(gòu)成容錯式控制系統(tǒng)的必備硬件單元組成，主要由下面幾個基本部分組成：

4.2.1中央處理單元：S7-400H的核心是兩個中央處理單元（CPU）。須將同步化子模板插到CPU內(nèi)，對其進(jìn)行設(shè)置，并決定機架的號碼。

4.2.2S7-400H的安裝機架：建議使用UR2-H機架安裝S7-400H。此機架可以安裝2個獨立的子系統(tǒng)，每個系統(tǒng)含有9個槽，適合安裝到19英寸寬的機柜中。另外還可以在兩個獨立的安裝機架中配置S7-400H，為此提供有兩個安裝機架。

4.2.3電源：可從S7-400標(biāo)準(zhǔn)系列單元中選擇電源模板。每個容錯CPU需要一個電源模板。更準(zhǔn)確地說，S7-400H雙子系統(tǒng)中的每個子系統(tǒng)都需要一個電源模板。

4.2.4同步子模板：用同步化子模板連接兩個中央處理器。它們已放置在中央處理器內(nèi)部，并由光纜完成互連任務(wù)。

4.2.5光纖電纜：光纜用在同步子模板內(nèi)。用它完成2個中央處理器之間的物理連接（冗余鏈接方式）。

圖4改造后整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

五、結(jié)束語

采用西門子PLC作為過濾系統(tǒng)控制，不僅簡化了系統(tǒng)，提高了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，同時也大幅地提高了燃燒能的熱效率。保證了鍋爐的安全平穩(wěn)運行。