基于PLC和觸摸屏的煙氣發(fā)生爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐文娟　姜明

摘要：根據(jù)煙氣發(fā)生爐系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和控制要求，本文采用西門子S7-300系列PLC和MP277觸摸屏相結(jié)合的方式，以STEP7 V5.4及WinCC flexible 2007軟件為工具完成了監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、模糊PID控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障報(bào)警、趨勢(shì)曲線顯示和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。

關(guān)鍵詞：PLC煙氣發(fā)生爐監(jiān)控系統(tǒng)WinCC模糊PID

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（c）-0116-02

可編程控制器（PLC）使用簡(jiǎn)單方便，可靠性高，故障率低，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求不高[1]。觸摸屏是人機(jī)界面（HMI）發(fā)展的主流方向，是操作人員與PLC之間雙向溝通的橋梁[2]。觸摸屏用工控組態(tài)軟件來(lái)完成工業(yè)流程及控制參數(shù)的顯示，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控和管理等功能。

本文設(shè)計(jì)的煙氣發(fā)生爐監(jiān)控系統(tǒng)涉及眾多參數(shù)的采集和控制，如溫度、壓力、流量、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等，根據(jù)系統(tǒng)要求，使用PLC作為核心控制器，采用了PLC和觸摸屏結(jié)合的控制方式，實(shí)現(xiàn)了分散控制和集中管理，完成對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、檢測(cè)、控制和存儲(chǔ)，具有運(yùn)行平穩(wěn)、操作容易、故障率低的優(yōu)點(diǎn)。

1 煙氣發(fā)生爐系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及控制要求

1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

煙氣發(fā)生爐主要由煙氣爐本體、燃燒器、點(diǎn)火裝置、燃油系統(tǒng)、燃?xì)庀到y(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)、觸摸屏及PLC電氣控制柜組成。

1.2 系統(tǒng)主要控制要求

1.2.1 閉環(huán)調(diào)節(jié)控制

調(diào)節(jié)控制分為兩部分，一是通過(guò)設(shè)在出口煙氣管道上的溫度傳感器檢測(cè)煙氣出口溫度，在調(diào)節(jié)顯示儀表上設(shè)置工藝要求的溫度，由天然氣管道上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)天然氣流量使之出口煙氣溫度自動(dòng)跟蹤設(shè)置溫度。二是出口煙氣流量的閉環(huán)調(diào)節(jié)，通過(guò)設(shè)定在煙氣出口管道上的流量計(jì)檢測(cè)煙氣出口流量，然后將信號(hào)傳送至PLC，再用PLC控制進(jìn)口煙氣電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)整進(jìn)口煙氣的流量，從而使出口流量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1.2.2 安全保護(hù)

安全保護(hù)內(nèi)容有熄火保護(hù)、斷電保護(hù)、壓力保護(hù)。熄火保護(hù)—由于系統(tǒng)波動(dòng)，燃燒器在燃燒過(guò)程中出現(xiàn)意外熄火時(shí)，火焰監(jiān)測(cè)裝置能通過(guò)PLC及時(shí)關(guān)斷燃?xì)獍踩妱?dòng)閥及油路電磁閥，防止意外發(fā)生；斷電保護(hù)—燃燒控制器出現(xiàn)突然斷電時(shí)，可自動(dòng)切斷燃料供應(yīng)，來(lái)電手動(dòng)復(fù)位后才可繼續(xù)運(yùn)行；壓力保護(hù)—天然氣管網(wǎng)出現(xiàn)。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

硬件選用西門子S7-300系列PLC作為控制器，觸摸屏用于顯示系統(tǒng)的工藝過(guò)程、運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)設(shè)定等。主要配置如下。

（1）中央處理單元CPU313C-2DP。它屬于緊湊型CPU集成有16輸入/16輸出數(shù)字量I/O、高速計(jì)數(shù)、頻率測(cè)量、脈沖輸出和閉環(huán)控制功能，可用于大規(guī)模的I/O配置和建立分布式I/O結(jié)構(gòu)。

（2）電源模塊PS307（AC230V，5A）。它為CPU模塊、信號(hào)輸入/輸出模塊、傳感器和執(zhí)行器供電，額定輸出電流為5A。

（3）模擬量輸入模塊SM331（AI8*12位） 用于將現(xiàn)場(chǎng)各種模擬量測(cè)量傳感器輸出的直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。

（4）模擬量輸出模塊SM332（AO8*12位） 模塊SM332用于將CPU傳送給它的數(shù)字轉(zhuǎn)換為成比例的電流信號(hào)或電壓信號(hào)，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。

（5）觸摸屏MP277 10" Touch。觸摸屏通過(guò)MPI通訊協(xié)議的RS-485接口與CPU連。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括兩部分：PLC的軟件程序設(shè)計(jì)和觸摸屏的組態(tài)軟件程序設(shè)。

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

S7-300PLC軟件程序設(shè)計(jì)編程軟件在西門子標(biāo)準(zhǔn)工具STEP7 V5.4環(huán)境下進(jìn)行，PLC程序包括主程序OB1、循環(huán)中斷組織塊OB35、暖啟動(dòng)組織塊OB100和處理模擬量數(shù)據(jù)的功能FC1～FC16、實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)功能塊FB41和系統(tǒng)功能塊SFB41及背景數(shù)據(jù)塊BD41。

主循環(huán)程序塊OB1實(shí)現(xiàn)對(duì)功能和功能塊的調(diào)用以及信號(hào)和數(shù)據(jù)的傳遞，含調(diào)用功能FC1～FC16的程序、數(shù)字量控制處理程序和數(shù)字量報(bào)警程序；循環(huán)中斷組織塊OB35中是PID控制程序，調(diào)用功能塊FB41，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的PID控制；暖啟動(dòng)組織塊OBl00存放初始化程序。