高溫?zé)崴仩t自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王秀麗 李瑞福

摘要：為了解決當(dāng)前供熱中存在的供熱效率低、供熱不平衡、污染嚴(yán)重、能量浪費(fèi)等諸多問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了針對供熱行業(yè)的高溫?zé)崴仩t自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用德國西門子的可編程控制器（PLC）作為控制核心，操作員站采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控中心，既實(shí)現(xiàn)了分布式邏輯控制和過程控制，又實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)視、方便操作的功能。該套系統(tǒng)已成功運(yùn)用在很多熱電企業(yè)，達(dá)到了無人值守、節(jié)能減排的目的。安裝本系統(tǒng)，鍋爐運(yùn)行由人工手動(dòng)燒爐發(fā)展到自動(dòng)控制鍋爐運(yùn)行，大大提高鍋爐燃燒的熱效率，節(jié)省煤、水、電，改善鍋爐的燃燒工況，降低故障率，改善司爐人員工作條件，促進(jìn)安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：控制器；變送器；數(shù)據(jù)采集；PLC

一、系統(tǒng)概述

某工程有限公司的29MW鏈條爐排熱水鍋爐是一種中小型鍋爐，其燃燒特點(diǎn)是空氣在爐膛前后兩端過剩，在中部不足，手動(dòng)燒爐時(shí)升溫速度慢、易掉火、燃燒火床短。鏈條爐監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制算法，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和爐排電機(jī)轉(zhuǎn)速使其達(dá)到合理的配比，控制出水溫度、爐膛煙氣壓力、風(fēng)煤比三個(gè)主要參數(shù)，快速穩(wěn)定地跟隨給定值，改善了手動(dòng)燒爐時(shí)的缺陷。

監(jiān)控系統(tǒng)采用分層、分布式監(jiān)控方式，現(xiàn)場采用德國西門子的可編程控制器（PLC）作為控制核心，操作員站采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控中心，既實(shí)現(xiàn)了分布式邏輯控制和過程控制，又實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)視、方便操作的功能。監(jiān)控系統(tǒng)各種實(shí)時(shí)、分析、計(jì)算數(shù)據(jù)庫的建立，為檢修、發(fā)展計(jì)劃提供依據(jù)。

鍋爐監(jiān)控控制系統(tǒng)，具備自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)和就地手動(dòng)三種控制方式，并且可以實(shí)現(xiàn)一種方式向另一種方式的無擾切換。當(dāng)操作站發(fā)生故障時(shí)，可由控制單元無擾動(dòng)切換控制鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)，保障鍋爐的正常運(yùn)行。當(dāng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完全故障時(shí)，可在控制柜轉(zhuǎn)換到手動(dòng)操作，控制柜上有必要的信號指示。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制方案使系統(tǒng)操作簡單、安全、易于維護(hù)。監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行人員在操作站輸入的給定出水溫度值、風(fēng)煤比、爐膛煙氣壓力，控制給煤量及給風(fēng)量輔助設(shè)備自動(dòng)聯(lián)動(dòng)投入工作，系統(tǒng)并對該給定值的合法性進(jìn)行檢查。在事故、故障情況下能迅速反映，保證鍋爐輔助設(shè)備每一控制點(diǎn)能按需要進(jìn)行操作。

安裝本系統(tǒng)，鍋爐運(yùn)行由人工手動(dòng)燒爐發(fā)展到自動(dòng)控制鍋爐運(yùn)行，大大提高鍋爐燃燒的熱效率，節(jié)省煤、水、電，改善鍋爐的燃燒工況，降低故障率，改善司爐人員工作條件，促進(jìn)安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。為保證控制系統(tǒng)的高度可靠性，我們在硬件與軟件方面采取了多種保護(hù)措施。

二、系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)

鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了參數(shù)顯示、數(shù)據(jù)曲線、報(bào)表一覽等功能，主要完成控制鍋爐設(shè)備的起/停操作及電氣的聯(lián)鎖保護(hù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1：

系統(tǒng)包括以下三部分：

1、操作站軟件

操作站軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理、生成報(bào)表、繪制工藝流程圖，及控制鍋爐設(shè)備的起停和電氣聯(lián)動(dòng)保護(hù)功能，具體功能如下：（1）鍋爐實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測功能（2）工藝流程模擬功能（3）鍋爐設(shè)定功能（4）報(bào)警功能（5）記錄歷史曲線功能（6）多用戶登錄與事故追憶功能（7）報(bào)表和打印功能（8）生產(chǎn)過程的控制功能。

2、通訊系統(tǒng)

通訊系統(tǒng)把操作站與控制單元聯(lián)系起來，為了保證系統(tǒng)通訊的穩(wěn)定性，我們采用了標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS-MPI方式通訊。MPI是SIMATIC S7的PLC（可編程控制器）接口，它提供了PLC及其它SIMATIC系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的最簡單、最節(jié)省成本的方法。PROFIBUS-MPI方式通訊保證了整個(gè)系統(tǒng)通訊的可靠性和實(shí)時(shí)性。

3、控制單元

控制單元采用SIEMENS公司的S7-300系列可編程控制器（PLC）。S7-300是模塊化的小型PLC系統(tǒng)，但它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布、易于掌握等特點(diǎn)使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。

三、控制方式

控制單元系統(tǒng)具有三種控制方式：

就地手動(dòng)：操作人員可以通過控制柜上的按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制鍋爐運(yùn)行的操作，就地手動(dòng)控制方式作為操作站控制的備用方式，當(dāng)操作站發(fā)生故障時(shí)，在控制柜上的按鈕可直接控制各設(shè)備的起/停。

自動(dòng)控制：通過工作站計(jì)算機(jī)可以控制PLC完成各種控制功能。只需設(shè)定風(fēng)煤比和爐膛煙氣壓力，選擇以室外溫度（或用戶室內(nèi)溫度）控制還是自定出口溫度控制，控制單元就可以自動(dòng)完成所有操作，不需人工干預(yù)。

遠(yuǎn)程手動(dòng)：由操作站進(jìn)行控制，操作人員根據(jù)命令和指示信息在操作站上可以直接控制控制單元完成對鍋爐的各項(xiàng)操作。

四、控制方案

1、系統(tǒng)包括三個(gè)控制回路：鍋爐出水溫度控制、風(fēng)煤比控制、爐膛出口煙氣壓力控制。三個(gè)回路均可以手動(dòng)/自動(dòng)無擾切換，設(shè)定參數(shù)可以在線修改。

2、出水溫度與風(fēng)煤比控制回路如圖2所示：

3、電器系統(tǒng)控制包括：引風(fēng)機(jī)控制、鼓風(fēng)機(jī)控制、爐排電機(jī)控制、聲光報(bào)警控制、電氣連鎖控制。

遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2018年度學(xué)院課題成果（課題批準(zhǔn)號LSHYY1737，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：王秀麗）

作者簡介：

王秀麗（1964-）女，遼寧錦州人，碩士、教授，主要從事自動(dòng)化及控制工程等的研究；

李瑞福（1964-），男，遼寧錦州人，碩士、副教授，主要從事自動(dòng)化及控制工程等的研究。