鍋爐儀表自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司洛陽(yáng)卷煙廠 河南 洛陽(yáng) 471000

1 總體設(shè)計(jì)思路

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其使用的設(shè)備包含鍋爐給水泵、鍋爐給水調(diào)節(jié)閥、鍋爐、控制器S7-1500。鍋爐中的水位情況是與其鍋爐蒸汽產(chǎn)汽量相關(guān)的，若是現(xiàn)場(chǎng)蒸汽用量減少，水位就會(huì)不斷上升；若是現(xiàn)場(chǎng)蒸汽用量增加，水位就會(huì)下降；若是蒸汽用量保持在一個(gè)平衡狀態(tài)，那么水位將會(huì)一直保持在一個(gè)狀態(tài)。通過(guò)監(jiān)控主機(jī)，完成對(duì)水位、溫度以及壓力情況的監(jiān)管，鍋爐給水泵、鍋爐給水調(diào)節(jié)閥狀態(tài)的也能夠通過(guò)監(jiān)控主機(jī)的管控操作完成切換任務(wù)，而且可以通過(guò)人工或者自動(dòng)兩種模式完成。

2 系統(tǒng)控制器與電路的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在文章中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是進(jìn)行集中管控，可以分成三個(gè)層次，具體情況如下所述。

管理層：在系統(tǒng)內(nèi)部中，通過(guò)兩臺(tái)工控機(jī)相互合作的方式，完成對(duì)系統(tǒng)的管控，其主要是通過(guò)主控與輔助，即冗余控制系統(tǒng)。通訊的設(shè)計(jì)就是通過(guò)多點(diǎn)接口實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)而能夠達(dá)成遠(yuǎn)程操控集中監(jiān)控、調(diào)度的目標(biāo)。

現(xiàn)場(chǎng)控制層：此次主要選擇的是德國(guó)西門(mén)的相關(guān)產(chǎn)品，并且通過(guò)多點(diǎn)接口以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，達(dá)成有效通訊的目的，進(jìn)而能夠接受上一層及發(fā)布的各種控制指令。

場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與傳輸層：此部分的控制模式是分布模式，這種方式能夠針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行有效搜集，并且準(zhǔn)備好所有傳送任務(wù)的基礎(chǔ)工作，主要包含的是鍋爐出口以及內(nèi)部的壓力、溫度情況。

2.2 控制器選項(xiàng) 在鍋爐的現(xiàn)場(chǎng)中，有很多的實(shí)際需求，通過(guò)分析，再加上各種PLC展現(xiàn)的運(yùn)算情況，最終選擇的是德國(guó)西門(mén)子公司的S7-1500系列的PLC，并且使用的CPU模塊是選擇。S7-1500系列的PLC能夠完成模塊化的基本設(shè)計(jì)，并且按照需求的基本模式完成模塊延展以及時(shí)效內(nèi)兼容性功能的設(shè)計(jì)。

2.3 系統(tǒng)控制電路的S7-1500設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)控制電路的時(shí)候，最主要的就是研究分析電流以及功率的隔離問(wèn)題。因此，在電機(jī)的所有動(dòng)作模式和接觸器的觸動(dòng)模式都可以通過(guò)邏輯編程完成。但是，工控機(jī)的價(jià)格很高，因此需要制定明確的維護(hù)措施，并且其輸出口以及交流接觸器都需要完成接通工作，所以會(huì)使用到中間繼電器完成銜接。通過(guò)利用中間繼電器的功能，進(jìn)而能夠有效管控強(qiáng)電與弱電的隔離，在一定程度上，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效保護(hù)，而且也能夠提升系統(tǒng)的使用時(shí)間，以及增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通過(guò)展現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，進(jìn)而完成對(duì)控制電路各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，主要是通過(guò)指示燈的提示。通過(guò)此種模式能夠有效控制對(duì)輸出端中間繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)的通斷，實(shí)際上就是有效管控指示燈。進(jìn)而能夠展現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并且在此基礎(chǔ)上，降低輸出口的占用率。

2.4 通信網(wǎng)絡(luò)配置 在網(wǎng)絡(luò)配置的過(guò)程中，其需要的上位機(jī)可以選擇使用聯(lián)想P318操作員站，完成冗余控制的相關(guān)操作，該設(shè)備主要也需要每部機(jī)器上都安裝一個(gè)西門(mén)子公司生產(chǎn)多點(diǎn)控制卡，通過(guò)該設(shè)備完成通訊。使用的下位機(jī)，主要選擇使用的是德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，該模塊上設(shè)置了接口，可以連接通訊模塊，利用PROFINET總線(xiàn)完成和西門(mén)子G120C系列變頻器進(jìn)行通訊。

本篇文章主要研究的是控制系統(tǒng)，其使用逆變器完成通信，而且利用通信協(xié)議完成協(xié)議的制定，按照此逆變器中設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，使數(shù)據(jù)消息直接錄入到PLC程序中，并且將逆變器頻率完成設(shè)定，設(shè)置的內(nèi)容主要包含一些參數(shù)數(shù)據(jù)，舉例說(shuō)明電壓、頻率等，這些參數(shù)數(shù)據(jù)能夠直接被讀取。

3 鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序結(jié)構(gòu) 循環(huán)組織塊是管控鍋爐系統(tǒng)的重要手段，組成該模塊的為電機(jī)啟/停、模擬量等模塊。通過(guò)鍋爐系統(tǒng)可以明確管控所有電機(jī)的逆變器頻率，并且能夠?qū)⒛M量中存在的錯(cuò)誤浮點(diǎn)數(shù)完成轉(zhuǎn)化處理。在進(jìn)行控制循環(huán)泵的時(shí)候，最先需要完成設(shè)計(jì)的就是對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)或者停止的管控，而且也需要完成對(duì)循環(huán)泵系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置。通信處理執(zhí)行PLC以及變頻器需要完成相應(yīng)的通訊工作，以及設(shè)置完善頻率配置，和相關(guān)參數(shù)的搜集整理。

3.2 組態(tài)軟件設(shè)計(jì) 西門(mén)子WINCC V7.4組態(tài)軟件主要包含開(kāi)放性能、適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)成本低以、周期短、擴(kuò)展便捷。通常情況來(lái)講，控制系統(tǒng)主要包含三層，分別為控制層、監(jiān)控層、管理層。監(jiān)控層主要負(fù)責(zé)的是監(jiān)控任務(wù)，以及完成上下銜接，在組態(tài)中處于核心的位置。實(shí)時(shí)監(jiān)控的有效性以及功能需求的研究解析，使得WINCC能夠通過(guò)可視化畫(huà)面，將各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接繪制成圖表。此外，組態(tài)方式以及數(shù)據(jù)銜接的方式需要更加的靈活。

3.3 界面設(shè)計(jì) 通過(guò)設(shè)計(jì)解析，能夠知曉：若是想要達(dá)成對(duì)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)需求，那么界面中的元素主要包含鍋爐、出水閥、供水水泵、管道、水泵的擋位選擇開(kāi)關(guān)以及泵的啟停按鈕，而且還需要保障將鍋爐中的液位情況通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)出來(lái)。在進(jìn)入到組態(tài)軟件研發(fā)系統(tǒng)之后，界面中會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)系統(tǒng)的運(yùn)行變化情況。

結(jié)論

此次的設(shè)計(jì)主要是在西門(mén)子公司生產(chǎn)的相關(guān)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，完成對(duì)鍋爐控制自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本篇文章主要運(yùn)用到的控制模式是通過(guò)級(jí)聯(lián)控制，在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)微調(diào)、粗調(diào)的手段，將控制系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)完成響應(yīng)以及精準(zhǔn)度的管控。自動(dòng)控制在日常生活中，和我們也是密切相關(guān)的，在出現(xiàn)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)之后，工業(yè)鍋爐的安全性以及實(shí)用性會(huì)有大幅度的提升。