一、引言

燃燒管理系統(BurnerManagementSystem)，簡稱BMS，是現代大型鍋爐機組必須具備的一種監控和聯鎖系統，是自動控制系統中對鍋爐及機組最為重要的安全管理控制系統。通過檢測燃料氣壓力、鍋爐汽包液位、火焰檢測等主要參數，實現自動點火和自動控制。確保鍋爐的安全運行。鍋爐爐膛安全監控系統（FurnaceSafeguardSupervisorySystem）簡稱FSSS,它包括燃燒器控制系統（BCS）和燃料安全系統（FSS）。FSSS在鍋爐的啟動、運行及停止過程中對鍋爐進行智能化自動管理，并且在運行中對鍋爐運行的各種安全參數進行連續的檢測，根據檢測結果，系統會自動按照預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聚積，在危及鍋爐安全的工況時，迅速切斷進入爐膛的所有燃料，有效地防止了鍋爐事故的發生。

二、鍋爐爐膛安全監控系統

鍋爐爐膛安全監控系統（FurnaceSafeguardSupervisorySystem）簡稱FSSS，鍋爐安全監控系統是一個燃燒器管理和燃料安全聯鎖系統，它能在鍋爐正常工作，啟動和停止等運行方式下，連續監視燃燒系統的參數與狀態，并且進行邏輯運算和判斷，通過聯鎖裝置，使燃燒設備中的有關部件按照規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的安全，它在防止設備故障所引發鍋爐爐膛爆炸方面起著重要的作用。

2.1系統邏輯控制功能

由吹掃、預點火、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，保證用風徹底吹掃爐膛，消除任何可能引起爆燃的混合物，并且監視影響這一清掃過程的設備狀態是否正確，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預點火功能

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

2.1.3油泄漏測試功能

本系統可進行燃油系統泄漏試驗，檢查主油閥及各個支路油閥是否嚴密，以保證當主油閥或各個支路油閥關閉時，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是：鍋爐吹掃和預點火完畢后，在集控室用BTG盤實現點火的方式。BTG盤上標有“遠方/就地”轉換開關。當打到就地檔時,系統則可進行現場就地的點火方式；當打到遠方檔，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

系統將連續監測鍋爐運行中的某些設備的運行狀況是否正確。如果這些條件中有一項超出了預先設定的極限值，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，給粉機運行狀態信息，自動點火信息。

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

三、火焰檢測系統

對火檢的改造，繼續使用FIREYE公司IDD－II型火檢的更新替代產品，為該公司最新的INSIGHT系列帶有內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，并且可以人工調整有火焰和無火焰的判斷門檻值，因此無需傳統的火焰放大器，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火焰產生的閃爍頻率信號強度，選擇最佳火焰的調制特性，并可手動調節調制頻率和放大增益；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/調節面板，便于觀察火焰檢測器的運行狀態和參數設定。

95IRS2-2的工作特性為：內含一個紅外火焰傳感器，響應紅外光譜為700-1700納米波長，這種傳感器適合于油和煤燃料的情況；檢測器測量目標火焰產生的閃爍頻率，在檢測器的設定過程中，選擇產生最佳有火火焰的分辨頻，并可手動調節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”；當信號強度達到或超過已設定的火焰“有火”的門檻值時，火焰繼電器接點閉合，當信號強度等于或低于已設定的“無火”門檻值時，火焰繼電器接點打開；當檢測器正常供電（24VDC）和檢測器內部內部自檢回路時，故障繼電器得電，如果檢測器有電壓干擾或檢測到內部故障時，故障繼電器閉合用于報警指示。

火焰檢測系統使用引進的美國FORNEY公司技術生產的IDD-Ⅱ型火焰檢測裝置，由光纖探頭，放大器及相應的冷風系統等部分組成。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，在外形結構上也采用了高防護等級的插頭和插座，可以做到防水和防塵，以確保探測器在惡劣的環境條件下能夠穩定而可靠的工作。該產品適用于燃油及燃煤的各種火焰信號，長期工作，穩定可靠。可廣泛應用于火電、化工及冶金等行業的大中小型鍋爐的燃燒器中。

火檢系統構成如下圖所示：

圖3火檢系統結構簡圖

四、PLC控制系統

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（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，達到IO通道級別的冗余，提高了系統的安全級別。

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

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

熱備系統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）通過熱備網絡來通訊，其中一臺作為控制主機，另一臺作為后備機同步掃描。

系統選用S7-400H系列模塊化容錯式可編程控制系統，其多個選定部件被組合到一起（模塊化無風扇的設計；強大的擴展能力和堅固的結構；單一或冗余設計；全面的通訊功能；集成的系統功能；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損失，停工的成本越高，越需要容錯系統。在很多的實際應用中，對冗余質量的要求或者對冗余PLC必備系統各部分的數目的要求，都不能確保專業容錯系統的使用。通常，簡單的軟件機制就足以允許當錯誤事件發生時，在一個替代系統中繼續運行沒能正常執行的控制任務。“SIMATICS7SoftwareRedundancy”可選軟件可以在S7-400標準系統上運行，去控制生產過程。出現故障時，可在幾秒內轉換到替代系統。

4.1容錯式可編程控制系統

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到了最新技術水平的可編程控制器。進一步講，該系統在控制、調節與監視單元和系統的全部功能以及獲取和準備過程數據的全部功能中都起著重要的作用，并且能保證最高的系統性能。

S7-400H是按冗余方式設計的，可以在任何事件發生后繼續使用。這表明它所有的主要器件都是雙重的。按照方案設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中是否需要更多的雙重器件以增強設備的可用性。

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

4.2容錯式系統基本結構

容錯式系統基本結構由構成容錯式控制系統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，對其進行設置，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，每個系統含有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標準系列單元中選擇電源模板。每個容錯CPU需要一個電源模板。更準確地說，S7-400H雙子系統中的每個子系統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部，并由光纜完成互連任務。

4.2.5光纖電纜：光纜用在同步子模板內。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改造后整個系統的結構圖

五、結束語

采用西門子PLC作為過濾系統控制，不僅簡化了系統，提高了設備的可靠性和穩定性，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運行。