锅炉新型PLC控制系统设计及应用.pdf

锅炉新型P L C 控制 系统设计及应用 袁 明权 贵州茅台酒股份有限公司 贵州仁怀， 5 6 4 5 0 1 摘 要为达到锅炉 自动燃烧， 经济运行 的 目的。 采用P L C新型控 制系统 ， 配合智能控制算法， 通过对现场参 数的优化 分析 ， 现 场设备 的远程控制， 实现 了锅炉的无人化运 行。 实践证明， 该控制系统具有优 良的控制效果和可 靠性 。 关键词S 7～3 0 0 PL C ；分布式系统；锅炉测量参数 Ab s t r a c t T o a c h i e v e t h e b o i l e r c o mb u s ti o n ， the p u r p o s e o f e c o n o mi c o p e r a t i o n ．Ad o p t i n g P LC n e w c o n t r o l s y s t e m, wi t h i n t e l l i g e n t c o n t r o l a l g o r i t h m， b a s e dO nt h e a n a l y s i so ftheo p t i mi z a t i o no f t h ep a r a me t e r s ，t he s c e n eo f r e mo t e c o n t r o l e q u i p me n t , r e a l i z et h eb o il e r u n ma n n ed o per a ti o n ． P r a c ti c e s p r o v etha t the c o n tro l s y s t e m h a sg o o d c o n tro l p e rfo r manc eand r e l i a b i l i t y ． Ke ywo r d s S 7 _3 0 0 P LC； Di s t r i b u te d s y s t e m ； Bo i l e r me a s u r i n gp a r a me t e r s 中图分类号T P 1 3 文献标识码；B 文章编号1 0 0 1 9 2 2 7 2 0 1 2 0 4 0 1 4 0 0 2 0 引言 本系 统应用于茅 台酒 厂新区锅炉房 2 号锅炉 ，已于 2 0 0 9年完成改造并投入使用 。 该锅炉为燃煤链条炉 ， 额定 蒸发量为2 0 T ／小时。 通过对本系统的使用 ， 达到了锅炉 自 动进水 、自动燃烧、经济运 行的功能。 1 系统结构及硬件配置 本系统采 用分层分 布式硬件架 构 ， 整个系统 由现场 控制层、 集中控制层和管理层三部分组成 。 现场控制层采 用西门子 E T 2 0 0分布式系统， 主要对现场信号进行采集 、 滤波和标准化输 出； 集中控制层采用西门子P L C 3 l 5 2 D P 作为主控元件， 通过现场总线P R O F I B U SD P ， 将现场层的数 据集 中传送到对应 的D B块 中，由系统主控程序统一调用 和运算；管理层 由工控计算机和管理软件构成 ， 主要完成 现场 参数 和运行状态的存储及显示 。 1 ． 1 系统拓扑结构图 见图1 现 场控制联 炉搬作埘 蚺 { r 印帆 【 i n 【 Ft h 【 I H I | I| 一 _ _ 订 oo l E1 【w】M 从 站 l E啦 00M 从 蚺 图 1 1 ． 2 锅炉测量参数说明 锅炉 有较多 的参数需要进行 采集控制 。各 个状态量 收稿 日期 2 0 1 2 0 4 3 0 1 4 0 环环相扣， 共同作用才 能保证锅炉的安全稳定 的运行 。 相 关 的参数如下 1 汽包水位 查看汽包水位情 况， 通过对水泵 的控 制 ， 保持汽 包水 位， 保证蒸汽 的稳定输 出， 防止 安全 事故 的发生； 2 蒸汽压力保证蒸汽的稳定输 出， 随时查看， 且放入了 自动联锁保护 ， 防止蒸汽压力过高造成安全事故 的发生； 3 烟气含氧量查看燃烧情况， 合理使用可 以节 约能源； 4 炉膛负压 保证负压燃烧能保证火焰不会外 窜， 保证人身安全； 5 给水压力决定进水量大小； 6 蒸 汽流量观察蒸汽产量，保证汽量的稳定输出； 7 给水流 量决定进水量大小； 8 省煤器进 口烟温燃烧后的烟气 进入省煤器对水进行预加热； 9 省煤器出 口烟温查看 预加热的效果 1 0 省煤器 出口水温预加热水 的情况； 1 1 空予器出口风、温． 对空气进行预加热 1 2 蒸汽温度 保证蒸汽质量； 1 3 排烟温度 燃烧后的烟气温度； 1 4 鼓风 电流鼓风 电机 的运行情况； 1 5引风 电流引风 电 机 的运行情况； 1 6 水泵电流 给水泵运行情况； 1 7 电 源 电压系统 的电压 1 8 鼓风变频反馈鼓风电机 的运 行情况； 1 9 引风变频反馈引风电机的运行情况； 2 0 给水调节 阀反馈查看进水调节情况； 2 1 给煤变频反 馈进煤情况； 2 2 炉膛温度锅炉加热情况； 2 3 减温 水调节阀反馈防止锅炉温度过高； 2 4 主烟道执行器反 馈； 2 5 旁通烟道执行器 反馈； 2 6 炉膛 出口温度。 通过 以上 锅炉参数可 以从这 些数据 中看 出锅 炉的运 行情况 ，并能从 中加 以控制 ，从而保证锅炉 自动运 行 。 2 P L C 配置清单 为完成系统功能和系统参数的采集， 需要的P L C主要 设备清单如表 1。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表2 01 2年第 4期 总第 1 6 2期 表 1 名称 数幢 J {j 途 CP U 3 1 5 2 DP 6 E S 7 3 1 5 - 2 AG1 O _0 A 8 O 1 科I 运算和处理 lM1 5 3 1 6 E S 7 1 5 3 - 1 A A 0 3 -O X B O 2 集中现场控制屡柏教据 Cp 3 4 0 6 E S 7 3 4 0 - l CH 0 0 -O AE 0 l R S - 4 8 5通讯、对变蒯器进行控制 lU 源 6 E S 7 3 0 7 1 E A 0 0 - 0 AA 0 3 供{Ⅱ 3 3 1 模块 6 E S 73 3 l 一 1 K F 0 2 0 A5 0 4 采雄1f} 拟雠 液托、压力霹 3 2 1 模块 6 E S 7 3 2 1 - I 8 L 0 0 - 0 A A 0 1 采箍数字嫩 电机榭r J 状态替 3 2 2 模块 6 E 5 7 3 2 2 - { B L 0 0 A A 0 1 启停也机和开荚脚等 3 系统软件功能的实现 锅炉燃烧控制系统的软件主要有两部分P L C监控软 件和上位机人机操作 界面软件。 3 ． 1 P L C 监控软件的实现 P L C 监控软件主要使用S I M A T I C M a n a g e r S T E P 7 V 5 ． 4版编程软件来实现 ， 通过语句表、 梯形图、 功能块三种编 程方式相结合来完成。 根据系统要 求． 我们运用 了以下几 种模块 ●F B 功能块 模 主要用以完成常规PI D计算和给 水控制的PI D计算 ●F C 功能 模块 用 以实现数据通信、 数据采集 、 调 用P I D计算、 手动程序 、 无扰动切换 、 下传数据处理、 模拟 量输 出等功 能。 ●D B 背景数据块 模 若干D B 背景数据块 ， 被 F B 功能块 调用 。 ●0 B 组织块 模块 用 以调用 以上各功能模块 。 通过对各 种功能模块 的调用 ，和 多种 编程语 言的结 合 ， 我们 实现 了系统以下软件功能 。 1 水位控制 由于锅炉汽包水位对蒸 汽流量和给水流量变 化的响 应呈积极特性 。 但是在 负荷 蒸汽流量 急剧增加 时， 表 现却 为“ 逆响应特性” ， 即所谓的“ 虚假水位 ” ， 为此我们采 用了智能P I D 三冲量调节 ， 有效地抑制了当生产 的负载 突然 变化 时， 蒸汽流量的扰 动对汽包水位的影响，并能有 效地克服锅炉汽包 的虚假 水位现象 。 2 蒸汽压力控制 锅 炉参数 中，蒸汽压 力是衡量 蒸汽量与外 界负荷 是 否适应 的标志 ， 在负荷变动 时调节燃料的供给 ， 保证蒸汽 压力或流量稳定；在燃料量发生变化时调节送风量 ，保证 足够 的氧气 使燃料充 分有效地燃烧 ，为此 采取专 家模糊 P I D控制算法根据负载的变动调节给煤量。 保证 了蒸汽压 力的稳定 。 3 燃煤经济燃烧控制 影响锅炉热效率的因素很 多，风煤 比 入炉空气与煤 粉的比例是其 中最重要的一个参数，只有当入炉空气与 煤粉 以最佳 比例混合 时， 锅 炉才能实现最大热效率值 ， 本 系统采用基于人工智能的模糊 自寻最优控制算法 ， 实现锅 炉燃烧过程 的最优 风煤 比控制， 达 到节省燃煤， 减少大气 污染的效果 。 4 炉膛负压控制 合适 的炉膛 负压是锅炉 安全燃烧 的保 证 ，炉膛 负压 的控制 是锅炉燃烧 控制 的一 部分 ， 但 其具有相对 的独立 性， 可以从燃烧控制 中分散出来作为一个回路来实现 。 炉 膛负压控制是一个快过程 ， 只要P I D参数整定合适， 一般 单回路 即可 以达到 目的。 其控制的品质受鼓风量的影响较 大 ， 取鼓风 电机转速作为前馈量的前馈 P I D控制算法。 5 锅炉 安全联 锁保护 锅炉安全联 锁保护主要考虑两个 因素 汽 包水位的安全保护锅炉汽包水位低于极 限值 时， 应停鼓风机 、 引风机 、 给烘机 。 蒸汽压力 的安全保 护当蒸汽压力超 过设定 安全值 时 ， 均应 联锁 停止工作 。 3 ．2 上位机人机界面软件功能的实现 人机接口软件选用国际知名的组态王K i n g Vi e w软件， 组态王功能强大 ， 操作简便 ， 利用它可 以开发 出颇具人性 化的人机操作界面 。 只需一个 鼠标就可完成所有操作， 可 设置密码 ， 限制用户操 作级 别。 根据系统要求 ， 并考虑到 操作 员的习惯 ，我们设计 了以下几个主要界面 1 弹出式主菜单 包括锅炉P I D 参数设定， 实时趋势， 历 史趋势 ， 报警设 定， 报警记录 ， 参数表 ， 帮助 等功能选 项 。 用 鼠标点击不 同的选项按钮 ，就会 弹 出相应 的画面 。 各个画面之 间可 以自由切换。 并都具有屏幕拷 贝和打印输 出功能 。 2 总貌画面用 ． 以实时、 动态地显示各个锅炉的工 艺流程 。 工艺参数和现场 设备 的运行状态 。 生动 、 直观 。 3 P I D设定画面 可根据实际情况， 调整设定给水、 鼓风、 引风 、 炉排等的给定值和P、 I 、 D值， 实现分程控制 、 三冲量控制 ， 使风煤 比达 到最优 ． 可进行上位机手 、自动 切换 。 4 趋势画面实时趋势 画面可动态显示参数 的变化 曲线。 历史趋势画面可保 留3 0天的参数变化 曲线 。 并都可 打 印输 出。 5 报警画面 在语首报警同时， 弹出报警框 。 提示故 障位置 ，并做 历史记录 。 6 参数表画面 用 以总览所有参数实值及蒸汽流量 等 的累计值 。 7 帮助画面以图 艾并茂 的形式为用户提供在线帮 助 。 4 结束语 本系统正式投运至今 ， 运行状况 良好 。 采用P L C主控 模式 ， 使系统免受病毒入侵 ， 增加了系统稳定性；系统采 用分层分布式架构 ， 使系统扩 展性 更加灵活；另外 ， 利用 PRO FI B US D P的高速通讦。功能， 使系统维护非常方便。 实践 证明，由P L C组成的锅炉控制系统能有效保证锅炉安全 、 稳定、 经济运行 。 参考文献 [ 1 ] 徐传诏． 我国工业锅炉的现状、 差距与展望． [ 2 ] 陈新华． 链条式锅炉蒸汽压力模糊控制系统的分析和研究 [ 3 ] 谢 涛． 锅炉生产过程的计算机控制． 1 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m