一、引言

燃燒管理系統(tǒng)(BurnerManagementSystem)，簡(jiǎn)稱(chēng)BMS，是現(xiàn)代大型鍋爐機(jī)組必須具備的一種監(jiān)控和聯(lián)鎖系統(tǒng)，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中對(duì)鍋爐及機(jī)組最為重要的安全管理控制系統(tǒng)。通過(guò)檢測(cè)燃料氣壓力、鍋爐汽包液位、火焰檢測(cè)等主要參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火和自動(dòng)控制。確保鍋爐的安全運(yùn)行。鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FurnaceSafeguardSupervisorySystem）簡(jiǎn)稱(chēng)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(dòng)、運(yùn)行及停止過(guò)程中對(duì)鍋爐進(jìn)行智能化自動(dòng)管理，并且在運(yùn)行中對(duì)鍋爐運(yùn)行的各種安全參數(shù)進(jìn)行連續(xù)的檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)按照預(yù)先制定的控制邏輯對(duì)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(shí)，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(jiǎn)稱(chēng)FSSS，鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)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(dòng)和停止等運(yùn)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(yùn)算和判斷，通過(guò)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(diǎn)火、油泄漏測(cè)試、自動(dòng)點(diǎn)火、MFT、OFT、總閥控制、火焰檢測(cè)等幾部分組成，下面就幾個(gè)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(dòng)鍋爐時(shí)，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(guò)程的設(shè)備狀態(tài)是否正確，此過(guò)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(diǎn)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(kāi)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(diǎn)油"的指示。

2.1.3油泄漏測(cè)試功能

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

2.1.4自動(dòng)點(diǎn)火功能

自動(dòng)點(diǎn)火功能的主要任務(wù)是：鍋爐吹掃和預(yù)點(diǎn)火完畢后，在集控室用BTG盤(pán)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火的方式。BTG盤(pán)上標(biāo)有“遠(yuǎn)方/就地”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。當(dāng)打到就地檔時(shí),系統(tǒng)則可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)就地的點(diǎn)火方式；當(dāng)打到遠(yuǎn)方檔，則可在集控室自動(dòng)點(diǎn)火。自動(dòng)點(diǎn)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(cè)鍋爐運(yùn)行中的某些設(shè)備的運(yùn)行狀況是否正確。如果這些條件中有一項(xiàng)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(shí)給出一個(gè)首出跳閘原因指示。

在BTG盤(pán)上顯示有鍋爐吹掃信息，MFT首出原因信息，點(diǎn)火條件信息，油泄漏測(cè)試信息，OFT首出原因信息，火焰檢測(cè)信息，給粉機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息，自動(dòng)點(diǎn)火信息。

在BTG盤(pán)的底部，還有相應(yīng)的手動(dòng)開(kāi)關(guān)。“手動(dòng)MFT”操作開(kāi)關(guān)：為防止操作員的誤動(dòng)作，“手動(dòng)MFT”操作開(kāi)關(guān)有連鎖按鈕，只有在按下鮮紅色按鈕的同時(shí)，將“手動(dòng)MFT”開(kāi)關(guān)打到跳閘檔，方可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)MFT。復(fù)位則只需單獨(dú)將“手動(dòng)MFT”開(kāi)關(guān)打到復(fù)位檔即可。“遠(yuǎn)方/就地”切換開(kāi)關(guān)：對(duì)集控室自動(dòng)點(diǎn)火操作和就地點(diǎn)火操作“遠(yuǎn)方/就地”切換。“手動(dòng)OFT”開(kāi)關(guān)：可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)OFT跳閘和復(fù)位。

三、火焰檢測(cè)系統(tǒng)

對(duì)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(cè)器，型號(hào)為95IRS2-2。

FIREYE系列的INSIGHT型火焰檢測(cè)器基于微處理器設(shè)計(jì)原理；火焰檢測(cè)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(wú)火焰的判斷門(mén)檻值，因此無(wú)需傳統(tǒng)的火焰放大器，可以用于檢測(cè)多個(gè)燃燒器工況下的火焰；火焰檢測(cè)器實(shí)時(shí)在線檢測(cè)目標(biāo)火焰產(chǎn)生的閃爍頻率信號(hào)強(qiáng)度，選擇最佳火焰的調(diào)制特性，并可手動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)制頻率和放大增益；火焰檢測(cè)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(diǎn)、4-20mA火焰閃爍頻率信號(hào)強(qiáng)度輸出、干接點(diǎn)輸出故障信號(hào)；火焰檢測(cè)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(jī)械快門(mén)），INSIGHT火焰檢測(cè)器自身帶有一個(gè)顯示/調(diào)節(jié)面板，便于觀察火焰檢測(cè)器的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)設(shè)定。

95IRS2-2的工作特性為：內(nèi)含一個(gè)紅外火焰傳感器，響應(yīng)紅外光譜為700-1700納米波長(zhǎng)，這種傳感器適合于油和煤燃料的情況；檢測(cè)器測(cè)量目標(biāo)火焰產(chǎn)生的閃爍頻率，在檢測(cè)器的設(shè)定過(guò)程中，選擇產(chǎn)生最佳有火火焰的分辨頻，并可手動(dòng)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(wú)火門(mén)檻值，在4—20mA的火焰實(shí)時(shí)閃爍頻率信號(hào)強(qiáng)度輸出中，最小值（4mA）代表信號(hào)強(qiáng)度為“0”，最大值（20mA）代表信號(hào)強(qiáng)度為“100”；當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到或超過(guò)已設(shè)定的火焰“有火”的門(mén)檻值時(shí)，火焰繼電器接點(diǎn)閉合，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度等于或低于已設(shè)定的“無(wú)火”門(mén)檻值時(shí)，火焰繼電器接點(diǎn)打開(kāi)；當(dāng)檢測(cè)器正常供電（24VDC）和檢測(cè)器內(nèi)部?jī)?nèi)部自檢回路時(shí)，故障繼電器得電，如果檢測(cè)器有電壓干擾或檢測(cè)到內(nèi)部故障時(shí)，故障繼電器閉合用于報(bào)警指示。

火焰檢測(cè)系統(tǒng)使用引進(jìn)的美國(guó)FORNEY公司技術(shù)生產(chǎn)的IDD-Ⅱ型火焰檢測(cè)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(cè)裝置具有很高的探測(cè)靈敏度，可靠的工作線路和更強(qiáng)的信號(hào)輸出能力。同時(shí)，在外形結(jié)構(gòu)上也采用了高防護(hù)等級(jí)的插頭和插座，可以做到防水和防塵，以確保探測(cè)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(hào)，長(zhǎng)期工作，穩(wěn)定可靠?？蓮V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(jiǎn)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(dòng)化系統(tǒng)（AS414-4-2H控制器），為雙CPU硬件冗余配置。同時(shí)增加了冗余的IO卡件，達(dá)到IO通道級(jí)別的冗余，提高了系統(tǒng)的安全級(jí)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(jī)熱備系統(tǒng)，采用了全硬件的冗余控制器，完全實(shí)現(xiàn)無(wú)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(duì)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(dú)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(guò)熱備網(wǎng)絡(luò)來(lái)通訊，其中一臺(tái)作為控制主機(jī)，另一臺(tái)作為后備機(jī)同步掃描。

系統(tǒng)選用S7-400H系列模塊化容錯(cuò)式可編程控制系統(tǒng)，其多個(gè)選定部件被組合到一起（模塊化無(wú)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)；強(qiáng)大的擴(kuò)展能力和堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)；單一或冗余設(shè)計(jì)；全面的通訊功能；集成的系統(tǒng)功能；集成安全功能(SafetyIntegrated)；簡(jiǎn)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(cuò)系統(tǒng)。在很多的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)冗余質(zhì)量的要求或者對(duì)冗余PLC必備系統(tǒng)各部分的數(shù)目的要求，都不能確保專(zhuān)業(yè)容錯(cuò)系統(tǒng)的使用。通常，簡(jiǎn)單的軟件機(jī)制就足以允許當(dāng)錯(cuò)誤事件發(fā)生時(shí)，在一個(gè)替代系統(tǒng)中繼續(xù)運(yùn)行沒(méi)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(yùn)行，去控制生產(chǎn)過(guò)程。出現(xiàn)故障時(shí)，可在幾秒內(nèi)轉(zhuǎn)換到替代系統(tǒng)。

4.1容錯(cuò)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(guò)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(jì)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(jì)成雙重器件的有中央處理器（CPU）、電源模板以及連接兩個(gè)中央處理器的硬件。用戶可以自行決定在即將使用的自動(dòng)化系統(tǒng)中是否需要更多的雙重器件以增強(qiáng)設(shè)備的可用性。

冗余節(jié)點(diǎn)代表了帶有容錯(cuò)器件的系統(tǒng)的容錯(cuò)性。節(jié)點(diǎn)內(nèi)的一個(gè)原件發(fā)生故障時(shí)不會(huì)影響和它相聯(lián)的其它節(jié)點(diǎn)或整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，這就是冗余節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立性。冗余節(jié)點(diǎn)鏈接中最薄弱的環(huán)節(jié)決定了整個(gè)系統(tǒng)的可用性。對(duì)于2002系統(tǒng)如果有一個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)的部件故障，不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可操作性造成影響。冗余節(jié)點(diǎn)鏈中的最弱鏈路決定了整個(gè)系統(tǒng)的可用性。

4.2容錯(cuò)式系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

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

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

4.2.2S7-400H的安裝機(jī)架：建議使用UR2-H機(jī)架安裝S7-400H。此機(jī)架可以安裝2個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)含有9個(gè)槽，適合安裝到19英寸寬的機(jī)柜中。另外還可以在兩個(gè)獨(dú)立的安裝機(jī)架中配置S7-400H，為此提供有兩個(gè)安裝機(jī)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(gè)容錯(cuò)CPU需要一個(gè)電源模板。更準(zhǔn)確地說(shuō)，S7-400H雙子系統(tǒng)中的每個(gè)子系統(tǒng)都需要一個(gè)電源模板。

4.2.4同步子模板：用同步化子模板連接兩個(gè)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(gè)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(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

五、結(jié)束語(yǔ)

采用西門(mén)子PLC作為過(guò)濾系統(tǒng)控制，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，提高了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)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(yùn)行。