PLC技術在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用

張強

【摘 要】本文以某廠兩臺10T/h鍋爐的PLC控制系統(tǒng)為例，理論結合實踐，闡述了集PLC技術，變頻器技術，通信技術于一體的先進控制技術在該鍋爐控制系統(tǒng)中的應用。該鍋爐控制系統(tǒng)經安裝、調試后控制效果良好，實現了預期的控制要求。

【關鍵詞】PLC；鍋爐；控制系統(tǒng)

目前在我國，鍋爐是工礦企業(yè)動力設備中重要的組成部分。除了一些大中型鍋爐采用了如DCS、FCS等先進的控制技術，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，需要過多的人為參與。工作人員的勞動強度大，工作條件差，而鍋爐的熱效率卻不高，資源浪費十分嚴重。目前的儀表已趨智能化，鍋爐上也實現了自動控制，但是，由于其價格高、缺乏管理功能等原因，使其還未被廣泛應用。

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

隨著能源短缺問題的突出，企業(yè)現代化管理水平和環(huán)保意識的提高，鍋爐高效安全運行，提高自動化程度，是鍋爐控制系統(tǒng)設計和改造的重點。

1.工業(yè)鍋爐控制的任務

工業(yè)鍋爐的功能是生產出有一定壓力或溫度的蒸汽或熱水以滿足外部對負荷的需求。為了滿足以上要求，并且保證鍋爐本體安全經濟運行，要求鍋爐的控制系統(tǒng)具有完善的自動檢測、自動控制和自動保護等功能。為了提供合格的蒸汽以滿足負荷的要求，其工作過程中的各主要工藝參數要嚴格進行控制。鍋爐的主要控制任務為：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；保持燃燒的經濟性和鍋爐的安全運行。

2.鍋爐控制系統(tǒng)的要求

本控制系統(tǒng)控制兩臺l0T/hDHLIO-1.25-AIII型鍋爐，結合鍋爐自帶的部分手動控制，主要實現如下功能：

鍋爐給煤系統(tǒng)：給煤自動調節(jié)；鍋爐送風系統(tǒng)：送風自動調節(jié)；鍋爐引風系統(tǒng)：引風自動調節(jié)；鍋爐燃燒控制系統(tǒng)：給煤、送風和引風系統(tǒng)一起實現鍋爐最佳經濟燃燒；水箱水位實時監(jiān)控：水位監(jiān)視與報警；循環(huán)水泵、補水泵運行狀態(tài)實時監(jiān)控：循環(huán)水泵、補水泵狀態(tài)監(jiān)視與報警：鍋爐各種連鎖保護：保證鍋的安全運行。

3.PLC控制系統(tǒng)

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC。隨著微電子技術、計算機通信技術的發(fā)展，PLC無論在功能上、速度上、智能化模塊和聯網通信上，都有很大的提高。其具備了模擬量控制、過程控制和遠程通信等強大功能。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)控制領域的裝置。具有高穩(wěn)定性、編程簡單、高可靠性和易于使用等特點。

工業(yè)控制計算機簡稱工控機，是工業(yè)計算機，與普通的PC機相比，具有更高的可靠性、穩(wěn)定性，同時結構上也便于擴展；另一方面，它與商業(yè)PC機一樣，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+PLC控制系統(tǒng)中，PLC主要負責數據采集、控制運算和控制輸出，可以接受開關接點等數字信號，還可以直接接收標準的過程量，如4-20mA電流、熱電偶、1-5V電壓、熱電阻等模擬信號。

隨著網絡通信功能的發(fā)展和增強，PLC與PLC以及計算機的互聯，能夠形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，實現組態(tài)和編程，監(jiān)控整個生產過程。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，且性價比較高。

4.PLC技術在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用

應用Siemens的S7-300PLC和研華工控機及Step7.WinCC組態(tài)軟件，實現了兩臺10T/h蒸汽鍋爐的控制，全部程序（包括PLC程序和工控機程序）均采用結構化設計思想，程序結構清晰，程序的注釋和文檔也比較充足，不僅在設計和調試時易于檢查和修改，而且為以后軟件的維護和改進提供了方便。

在PLC程序設計中，充分利用Step7軟件提供的PID調節(jié)功能，對鍋爐的給水、蒸汽壓力和爐膛負壓進行控制，結合變頻器的使用，實現了鍋爐的經濟燃燒，并能在線優(yōu)化PID參數。

在上位機軟件設計中，利用WinCC強大的組態(tài)功能設計了友好的用戶監(jiān)控界面，通過調用上位機中相應的功能可以實現操作、維護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，簡化了系統(tǒng)結構，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)聯網，通過全局數據通訊方式實現PLC間的數據共享，形式簡單，不需要另配專門的網絡通訊模塊。

在系統(tǒng)軟件設計過程中，運用Step7的PLC仿真軟件對PLC程序和winCC項目進行了模擬運行、測試，節(jié)約了現場調試的時間。

在系統(tǒng)安全和抗干擾方面，考慮了各種連鎖關系，對輸入輸出信號增加預處理和判斷，運用預計干擾處理、指令冗余和容錯等方法進行軟件抗干擾設計.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參數在線優(yōu)化功能僅限于固定設定值PID調節(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，還需要再次對相關PID控制器實行在線優(yōu)化。為達到在線實時優(yōu)化，還需要開發(fā)相應的PLC控制程序或基于上位機的控制程序。

5.結束語

通過本次工程的實踐證明，工控機和PLC的結合有非常利于小型自動化系統(tǒng)的實現，組態(tài)軟件和PLC編程軟件中的方便設計大大縮短了系統(tǒng)設計周期，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，對于國內眾多的中小鍋爐控制系統(tǒng)的改造很有用處。 [科]

【參考文獻】

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