楊 潔

（太原鍋爐集團，山西 太原 030021）

可編程序控制器（Programmable logic contoroller）簡稱PLC，是以微處理器為核心，用于工業(yè)控制的計算機。PLC不僅具有邏輯控制功能，而且還具有運算、數(shù)據處理和數(shù)據傳送等功能。采用可編程控制器（PLC）設計的控制系統(tǒng)實現(xiàn)了鍋爐的系統(tǒng)自動控制，既經濟又環(huán)保。

1 系統(tǒng)硬件構成

系統(tǒng)采用兩臺戴爾微機作為上位機，其中一臺作為主機，另一臺為輔機，構成雙機冗余系統(tǒng)。通過MPI多點接口與下位機PLC進行通信，對現(xiàn)場鍋爐的運行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調度，實現(xiàn)對鍋爐的遠程控制。操作人員也可以隨時通過計算機了解鍋爐的工況，并對風機和水泵等進行控制和參數(shù)設定。此外，鍋爐運行及網管系統(tǒng)的各種數(shù)據可存儲在計算機的數(shù)據庫中，可顯示或打印。

2 新系統(tǒng)配置

2.1 軟件部分

微軟Windows 2000操作系統(tǒng)、西門子Wince V5.1組態(tài)軟件、西門子提供的Soft－net－S7軟件、西門子S7－300編程軟件 SETUP7v5.2＋spl。

2.2 硬件配置

P4 1.8 G CPU，256 M DDR內存，32 M顯卡，40 G硬盤，4個USB2.0接口，17英寸戴爾CRT顯示器，觸摸式工業(yè)鍵盤，鼠標套裝。

2.3 可編程控制器PLC

采用德國西門子的S7－300系列，CPU選用S7－315－DP可編程控制器，內置PID模塊，48 k存儲器，I/O能擴展到2 048點，西門子CP5611通信卡。

3 PLC調節(jié)控制功能

3.1 鍋爐水位控制系統(tǒng)

汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數(shù)，水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，影響蒸汽質量。水位過低，則會破壞水循環(huán)，造成干鍋，損壞汽包。因而，水位要控制好。它的被調量是汽包水位，而調節(jié)量則是給水流量，通過對給水流量的調節(jié)，使汽包內部的物料達到動態(tài)平衡，變化在允許范圍之內。一般鍋爐汽包水位對蒸氣流量和給水流量變化的響應呈積極特性，但是在負荷（蒸氣流量）急劇增加時，表現(xiàn)卻為“逆響應特性”，即所謂的“虛假水位”，造成這一現(xiàn)象的原因是負荷增加時，導致汽包壓力下降，使汽包內水的沸點溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系統(tǒng)實質上是維持鍋爐進出水量平衡的系統(tǒng)，它是以水位作為水量平衡與否的控制指標，通過調整進水量的多少來達到進出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產安全。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設有自平衡能力的被控對象，運行中存在虛假水位現(xiàn)象，實際應用中可根據情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙重量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。

3.2 變頻技術控制鍋爐調速系統(tǒng)

變頻器在工業(yè)鍋爐調速控制系統(tǒng)中主要應用于鼓風機、引風機、供水系統(tǒng)及除渣系統(tǒng)。其最主要的目的在于節(jié)約能源。采用變頻調速方法節(jié)能的原理是基于流量、壓力、轉速、轉矩之間的關系。鼓、引風機采用變頻控制是鍋爐系統(tǒng)中變頻應用的重頭戲，既是節(jié)電最顯著的部分，同時也是變頻投資最大的部分。這主要是由于鼓、引風機調節(jié)的幅度相對較大。用變頻器對電機進行調速還具備對電機的保護功能，如當過流、缺相、過熱等情況出現(xiàn)時可及時報警和停機，大大延長了電機的使用壽命。變頻器還具備軟啟動功能，可減少對電網的沖擊，提高企業(yè)的用電質量。

3.3 監(jiān)控功能

系統(tǒng)在運行過程中，上位機將下位機采集上來的鍋爐運行數(shù)據和熱力站傳送上來的運行參數(shù)進行實時處理，通過上位機的分析、判斷，實現(xiàn)對現(xiàn)場溫度、壓力、液位、流量、煙氣含氧量等工藝過程參數(shù)的模擬動態(tài)顯示，通過下位機反饋至上位機的信號實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表、風機、水泵及上煤系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控。用戶通過上位機手動和自動切換，實現(xiàn)風機、水泵的啟、?？刂?。系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表、電氣設備配合可實現(xiàn)多變量閉環(huán)調節(jié)（如送風變頻控制、引風機變頻控制、給煤機變頻控制）和聯(lián)鎖控制（如上煤聯(lián)鎖控制）。

3.4 調節(jié)控制功能

供暖燃煤鍋爐是一種多變量系統(tǒng)，被控量之間的關系耦合程度高，因此本套系統(tǒng)應配以優(yōu)化的控制軟件，該套軟件以供水溫度、煙氣氧量、爐膛負壓等為控制指標，室外溫度為補償量，同時具有PID控制，通過配置風煤比、前饋系統(tǒng)，來加大或解除給煤調節(jié)，送風機調節(jié)和引風機調節(jié)輸出間的前饋聯(lián)鎖，以求取給煤量，送風量和引風量的最佳控制參數(shù)，從而實現(xiàn)燃燒控制?？紤]到鍋爐此三環(huán)節(jié)的對象為電機，所以PID手/自動切換時，加有無擾動切換。

3.5 報警功能

系統(tǒng)具有故障報警（風機、水泵、上煤系統(tǒng)等的啟停故障等）和超限報警（高、低液位、壓力、流量、溫度報警及用戶指定的其他參數(shù)報警）。

3.6 數(shù)據報表記錄功能

可根據用戶的要求，對熱網的供、回水流量、溫度、壓力、爐膛負壓等工藝參數(shù)及電機負載情況，報警記錄形成報表匯總。

3.7 冗余功能

為保障系統(tǒng)運行的可靠性，下位機控制器也采用雙冗余控制器，以保障系統(tǒng)不間斷地進行數(shù)據的實時采集，對現(xiàn)場儀表和控制器外圍供電電源也采用雙冗余方式，并有完備的手動控制功能，從而實現(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定可靠的運行。

3.8 密碼功能

為防止非專業(yè)人員隨意改動參數(shù)，造成對鍋爐操作的錯誤動作，該系統(tǒng)可配制幾個操作員密碼，操作員可以鍵入唯一的標識符和口令進入較高級的系統(tǒng)修改參數(shù)。

4 控制系統(tǒng)的安全措施

4.1 通訊網絡冗余

為保障系統(tǒng)運行的可靠，計算機測控通訊網采用雙冗余光纖環(huán)網，當一條網絡線出現(xiàn)故障時不會影響系統(tǒng)正常工作。

4.2 PLC冗余

2套SIEMENS S7－300PLC實現(xiàn)冗余控制，每套SIEMENS S7－300PLC都由相同的模塊組成S7－300PLC，實現(xiàn)了冗余配置。輸入信號通過信號端子同時進入 PLC的輸入模塊，經過CPU運算處理后，運算結果送到對應的輸出模塊，兩塊輸出模塊的輸出同時接到一個輸出端子上。主控的PLC輸出結果起控制作用，另一個PLC的輸出結果則處于等待狀態(tài)，只有主控PLC在故障狀態(tài)時，另一個輸出信號才起控制作用。

4.3 電源冗余

西門子S7－300系列PLC各模塊采用DC24 V供電方式?，F(xiàn)場提供兩路獨立的A C220 V電源，分別給兩個西門子SITOP電源（20 A）輸入端供電。兩個SITOP電源輸出端經二級管隔離后并聯(lián)到一起，共同給系統(tǒng)提供DC24 V電源。這樣當任何一路交流電掉電或任一個SITOP電源損壞時，不影響系統(tǒng)的持續(xù)供電，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的電源冗余。

總之，由于鍋爐采用了PLC技術，始終處于經濟燃燒狀態(tài)，節(jié)能效果顯著，煙氣含氧量和爐渣含碳量明顯降低。采用變頻技術后，當設備啟動時減少了對電網的沖擊，提高了電機的機械特性，延長了電機的使用壽命，減少了大量的設備維護費與人工費。由于鍋爐燃燒達到最佳狀態(tài)，大大減少了煙氣、塵埃等污染，鍋爐房的環(huán)境大大改善，工人勞動強度減輕，節(jié)省了資源。

［1］李友善.自動控制原理（第三版）［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［2］蔡建軍等.基于 PLC和變頻調速的供暖鍋爐控制系統(tǒng)設計［J］.儀器儀表用戶，2004（2）.

［3］馮俊凱，沈幼庭，楊瑞昌.鍋爐原理及計算（第三版）［M］.北京：科學出版社，2003.