張強(qiáng)

【摘 要】本文以某廠兩臺(tái)10T/h鍋爐的PLC控制系統(tǒng)為例，理論結(jié)合實(shí)踐，闡述了集PLC技術(shù)，變頻器技術(shù)，通信技術(shù)于一體的先進(jìn)控制技術(shù)在該鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。該鍋爐控制系統(tǒng)經(jīng)安裝、調(diào)試后控制效果良好，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的控制要求。

【關(guān)鍵詞】PLC；鍋爐；控制系統(tǒng)

目前在我國(guó)，鍋爐是工礦企業(yè)動(dòng)力設(shè)備中重要的組成部分。除了一些大中型鍋爐采用了如DCS、FCS等先進(jìn)的控制技術(shù)，一般小型鍋爐的控制仍比較落后，依然在使用儀表、繼電器等作為主要的控制手段，需要過(guò)多的人為參與。工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作條件差，而鍋爐的熱效率卻不高，資源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。目前的儀表已趨智能化，鍋爐上也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，但是，由于其價(jià)格高、缺乏管理功能等原因，使其還未被廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)在大部分的中小企業(yè)使用的鍋爐容量大多在20T/h以下，鍋爐數(shù)量較少只有兩三臺(tái)。企業(yè)從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，通常不選用價(jià)格較高的大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。這直接導(dǎo)致了小型鍋爐的控制技術(shù)水平不高。

隨著能源短缺問(wèn)題的突出，企業(yè)現(xiàn)代化管理水平和環(huán)保意識(shí)的提高，鍋爐高效安全運(yùn)行，提高自動(dòng)化程度，是鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改造的重點(diǎn)。

1.工業(yè)鍋爐控制的任務(wù)

工業(yè)鍋爐的功能是生產(chǎn)出有一定壓力或溫度的蒸汽或熱水以滿足外部對(duì)負(fù)荷的需求。為了滿足以上要求，并且保證鍋爐本體安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，要求鍋爐的控制系統(tǒng)具有完善的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)等功能。為了提供合格的蒸汽以滿足負(fù)荷的要求，其工作過(guò)程中的各主要工藝參數(shù)要嚴(yán)格進(jìn)行控制。鍋爐的主要控制任務(wù)為：保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍及給水穩(wěn)定；保持爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍；穩(wěn)定蒸汽溫度、壓力和蒸發(fā)量；保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐的安全運(yùn)行。

2.鍋爐控制系統(tǒng)的要求

本控制系統(tǒng)控制兩臺(tái)l0T/hDHLIO-1.25-AIII型鍋爐，結(jié)合鍋爐自帶的部分手動(dòng)控制，主要實(shí)現(xiàn)如下功能：

鍋爐給煤系統(tǒng)：給煤自動(dòng)調(diào)節(jié)；鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)：送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)；鍋爐引風(fēng)系統(tǒng)：引風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)；鍋爐燃燒控制系統(tǒng)：給煤、送風(fēng)和引風(fēng)系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)鍋爐最佳經(jīng)濟(jì)燃燒；水箱水位實(shí)時(shí)監(jiān)控：水位監(jiān)視與報(bào)警；循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控：循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵狀態(tài)監(jiān)視與報(bào)警：鍋爐各種連鎖保護(hù)：保證鍋的安全運(yùn)行。

3.PLC控制系統(tǒng)

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱PLC。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，PLC無(wú)論在功能上、速度上、智能化模塊和聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高。其具備了模擬量控制、過(guò)程控制和遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。PLC以嵌入式CPU為核心，配以輸入、輸出及通訊等模塊，方便地用于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。具有高穩(wěn)定性、編程簡(jiǎn)單、高可靠性和易于使用等特點(diǎn)。

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱工控機(jī)，是工業(yè)計(jì)算機(jī)，與普通的PC機(jī)相比，具有更高的可靠性、穩(wěn)定性，同時(shí)結(jié)構(gòu)上也便于擴(kuò)展；另一方面，它與商業(yè)PC機(jī)一樣，有豐富的軟件支持，可以開發(fā)出適合用戶的方便、直觀的圖形操作界面。目前，工業(yè)控制中所采用的工控機(jī)+PLC控制系統(tǒng)中，PLC主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算和控制輸出，可以接受開關(guān)接點(diǎn)等數(shù)字信號(hào)，還可以直接接收標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程量，如4-20mA電流、熱電偶、1-5V電壓、熱電阻等模擬信號(hào)。

隨著網(wǎng)絡(luò)通信功能的發(fā)展和增強(qiáng)，PLC與PLC以及計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，能夠形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)組態(tài)和編程，監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。隨著PLC性能的提高和成本的下降，普通PLC已能滿足小型鍋爐的控制要求，且性價(jià)比較高。

4.PLC技術(shù)在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

應(yīng)用Siemens的S7-300PLC和研華工控機(jī)及Step7.WinCC組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)10T/h蒸汽鍋爐的控制，全部程序（包括PLC程序和工控機(jī)程序）均采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想，程序結(jié)構(gòu)清晰，程序的注釋和文檔也比較充足，不僅在設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)易于檢查和修改，而且為以后軟件的維護(hù)和改進(jìn)提供了方便。

在PLC程序設(shè)計(jì)中，充分利用Step7軟件提供的PID調(diào)節(jié)功能，對(duì)鍋爐的給水、蒸汽壓力和爐膛負(fù)壓進(jìn)行控制，結(jié)合變頻器的使用，實(shí)現(xiàn)了鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒，并能在線優(yōu)化PID參數(shù)。

在上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)中，利用WinCC強(qiáng)大的組態(tài)功能設(shè)計(jì)了友好的用戶監(jiān)控界面，通過(guò)調(diào)用上位機(jī)中相應(yīng)的功能可以實(shí)現(xiàn)操作、維護(hù)與管理的各方面的需求，一改以往DCS中操作站與工程師站相分離的形式，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本。

利用S7-300自身集成的MPI接口將2套鍋爐控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊方式實(shí)現(xiàn)PLC間的數(shù)據(jù)共享，形式簡(jiǎn)單，不需要另配專門的網(wǎng)絡(luò)通訊模塊。

在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用Step7的PLC仿真軟件對(duì)PLC程序和winCC項(xiàng)目進(jìn)行了模擬運(yùn)行、測(cè)試，節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)間。

在系統(tǒng)安全和抗干擾方面，考慮了各種連鎖關(guān)系，對(duì)輸入輸出信號(hào)增加預(yù)處理和判斷，運(yùn)用預(yù)計(jì)干擾處理、指令冗余和容錯(cuò)等方法進(jìn)行軟件抗干擾設(shè)計(jì).增加系統(tǒng)的抗干擾性能，盡可能消除各種可能存在的事故隱患。

系統(tǒng)中的PID參數(shù)在線優(yōu)化功能僅限于固定設(shè)定值PID調(diào)節(jié)回路，雖然已能滿足系統(tǒng)的要求，但在系統(tǒng)狀態(tài)有較大改變時(shí)，還需要再次對(duì)相關(guān)PID控制器實(shí)行在線優(yōu)化。為達(dá)到在線實(shí)時(shí)優(yōu)化，還需要開發(fā)相應(yīng)的PLC控制程序或基于上位機(jī)的控制程序。

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次工程的實(shí)踐證明，工控機(jī)和PLC的結(jié)合有非常利于小型自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，組態(tài)軟件和PLC編程軟件中的方便設(shè)計(jì)大大縮短了系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期，系統(tǒng)繼承性較好。該種形式在中小鍋爐的控制中完全可行，對(duì)于國(guó)內(nèi)眾多的中小鍋爐控制系統(tǒng)的改造很有用處。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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