鍋爐自動(dòng)控制統(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 自動(dòng)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

搭建模糊控制器的方法有兩種，分別為硬件配置和軟件編程兩種。硬件配置是采用特殊的模糊芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊化、模糊推理、解模糊化整個(gè)控制過(guò)程，其具有響應(yīng)速度快、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，但是由于其芯片的特定性，導(dǎo)致其通用性較低而且造價(jià)成本較高，不適合大眾用戶；而基于軟件編程的方法，由于所編程序可以根據(jù)不同的情況進(jìn)行更改，因此其通用靈活性強(qiáng)于硬件配置方法，其本身又大致可以分為查表法和推理法，推理法的控制精度要高于查表法，但是其投入復(fù)雜導(dǎo)致響應(yīng)速度不如查表法，最終選擇PLC在線查表來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊控制器的設(shè)計(jì)。

2 PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 PLC系統(tǒng)簡(jiǎn)介 在工業(yè)控制中，PLC系統(tǒng)一般主要用來(lái)完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行內(nèi)部處理、控制算法的實(shí)現(xiàn)、動(dòng)作指令的表達(dá)等功能，除此之外還具有監(jiān)視控制實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、打印與記錄生成的數(shù)據(jù)報(bào)表、提示故障報(bào)警等功能。其輸入輸出端口可以接收數(shù)字量信號(hào)或模擬量信號(hào)，所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)部處理通過(guò)輸出端輸出給接觸器、繼電器、電磁閥、變頻器等執(zhí)行元件。

2.2 PLC系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) PLC實(shí)質(zhì)上是一種專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)研發(fā)的一種微型計(jì)算機(jī)，其在硬件組成方面與普通計(jì)算機(jī)并無(wú)太大差異。其主要包括以下五部分：

(1) 中央處理單元 中央處理單元簡(jiǎn)稱為CPU，其是PLC系統(tǒng)的核心所在，它能夠接收并儲(chǔ)存用戶所輸入的程序和數(shù)據(jù)并且能自動(dòng)診斷用戶所鍵入的程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤并提示，所掃描到的現(xiàn)場(chǎng)輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)其內(nèi)部處理運(yùn)算傳送至響應(yīng)的輸出裝置。近年來(lái)一些比較大型的PLC系統(tǒng)都被設(shè)置為雙CPU的冗余形式，防止突發(fā)狀況導(dǎo)致工業(yè)過(guò)程中斷，進(jìn)一步增加了單CPU形式的穩(wěn)定性。

(2)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器相當(dāng)于一個(gè)“倉(cāng)庫(kù)”，它主要用來(lái)存放系統(tǒng)程序和用戶所鍵入的程序。同時(shí)它還可以暫時(shí)存放被處理數(shù)據(jù)。

(3) 電源 一個(gè)性能良好的電源是PLC系統(tǒng)正常工作的基本保障，制造商非常重視電源的設(shè)計(jì)，一般交流電的波動(dòng)對(duì)其沒(méi)有影響，可靠性極強(qiáng)。

(4) 輸入輸出端口 其主要用來(lái)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行連接，其可以接收數(shù)字量和模擬量?jī)煞N信號(hào)。

(5) 通訊端口 主要用來(lái)與上位機(jī)或其他設(shè)備進(jìn)行通訊。

2.3 PLC應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)在本燃?xì)忮仩t系統(tǒng)中不單單是用來(lái)控制鍋爐液位穩(wěn)定的，它同時(shí)還附帶著控制該鍋爐系統(tǒng)的燃燒機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含大量的數(shù)字量、模擬量輸入輸出信號(hào)。本系統(tǒng)主要的工作內(nèi)容為系統(tǒng)硬件的配置、PLC軟件程序的編寫(xiě)調(diào)試及整個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試運(yùn)行，其中硬件配置主要包括整個(gè)控制柜的控制電氣圖設(shè)計(jì)、相關(guān)電機(jī)的變頻器選型及安裝、PLC的選型及模塊配置等；PLC軟件程序主要根據(jù)控制要求來(lái)編寫(xiě)。

3 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)方案的確定 在工業(yè)應(yīng)用中，上位機(jī)一般采用穩(wěn)定性較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱工控機(jī)，在工控機(jī)上安裝組態(tài)軟件并開(kāi)發(fā)適合系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控界面，由上位機(jī)加組態(tài)構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)價(jià)格較為昂貴；而觸摸屏則在生活中經(jīng)常見(jiàn)到，應(yīng)用更加廣泛，其操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)，最重要的是其價(jià)格較為低廉，維修保養(yǎng)方便、簡(jiǎn)單。本監(jiān)控系統(tǒng)是提供給司爐工人來(lái)監(jiān)控、操作的，由于鍋爐房?jī)?nèi)的司爐工人普遍專(zhuān)業(yè)素質(zhì)不高，對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件均不熟悉，因此設(shè)計(jì)組建一個(gè)簡(jiǎn)單、易懂、易操作的監(jiān)控系統(tǒng)就顯得更為必要。根據(jù)企業(yè)自身情況綜合考慮，本監(jiān)控系統(tǒng)采用觸摸屏來(lái)構(gòu)建。

3.2 觸摸屏設(shè)計(jì) 按照單個(gè)變量創(chuàng)建的過(guò)程，我們可以根據(jù)燃?xì)忮仩t實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)創(chuàng)建主監(jiān)控界面，包括多個(gè)變量，如設(shè)定溫度、實(shí)際鼓風(fēng)、燃燒機(jī)進(jìn)氣量等，同時(shí)也將相應(yīng)的報(bào)警變量創(chuàng)建完成，選擇連接方式為PRIFNET總 線。進(jìn)入PORTAL軟件主界面，彈出選擇創(chuàng)建新文件或打開(kāi)舊文件的窗口，選擇創(chuàng)建新文件，即新文件創(chuàng)建成功。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行 由于該監(jiān)控系統(tǒng)與PLC實(shí)時(shí)連接，數(shù)據(jù)共享，因此該監(jiān)控系統(tǒng)主界面上所顯示的參數(shù)數(shù)值是根據(jù)其傳感器所采集數(shù)值的不同而實(shí)時(shí)變化的，司爐工人通過(guò)該監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鍋爐運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)主要參數(shù)的變化；在該監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控主界面主要顯示有設(shè)定溫度、當(dāng)前溫度、實(shí)際鼓風(fēng)頻率、燃燒機(jī)效率、天然氣流量、鍋爐液位、鍋爐電導(dǎo)率等主要顯示參數(shù)值，同時(shí)還設(shè)計(jì)有登錄、調(diào)試、報(bào)警功能、趨勢(shì)圖等二級(jí)功能按鈕，其中設(shè)定溫度、鍋爐液位等幾個(gè)可調(diào)參數(shù)在構(gòu)建組態(tài)時(shí)其屬性設(shè)置為可點(diǎn)擊更改，司爐工人可以根據(jù)車(chē)間要求隨時(shí)通過(guò)該監(jiān)控系統(tǒng)更改可調(diào)參數(shù)的數(shù)值。

結(jié)論

本文結(jié)合現(xiàn)代控制理論對(duì)該鍋爐的自控系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。在對(duì)當(dāng)前控制方法的各項(xiàng)特性進(jìn)行對(duì)比后，根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況最終選擇了采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)鍋爐進(jìn)行自動(dòng)控制。本文取得的成果及結(jié)論如下：對(duì)燃?xì)忮仩t的工作流程進(jìn)行了分析，確定了鍋爐自控系統(tǒng)的總體方案以及模糊自整定PID的控制方法。提出了控制系統(tǒng)硬件組成方案，設(shè)計(jì)了電氣控制系統(tǒng)，并完成了設(shè)備的安裝調(diào)試。開(kāi)發(fā)了溫度控制軟件，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)忮仩t溫度、液位的自動(dòng)控制，且人機(jī)界面友好，操作便捷。