基于組態(tài)技術(shù)的蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)

論述了組態(tài)控制技術(shù)在蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，詳細地介紹了蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)的組成、控制要求和控制功能。并通過燃燒器主畫面實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和遠程控制功能;通過實時趨勢曲線完成數(shù)據(jù)的查詢和分析。

蒸汽鍋爐提供的蒸汽主要用于民用采暖和工廠工藝用熱。目前使用較廣的蒸汽鍋爐分電蒸汽鍋爐、燃油蒸汽鍋爐、燃氣蒸汽鍋爐和燃油一燃氣蒸汽鍋爐4類。傳統(tǒng)的蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)是一種基于繼電接觸器和人工手動方式的半自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計較為繁瑣，不易維護，故障率高;操作時需要工作人員親臨現(xiàn)場，存在嚴重損害操作人員身體健康的風險。組態(tài)(Configuration)控制技術(shù)以其編程簡單、運行安全可靠、故障率低、可維護性強等諸多優(yōu)點，逐步在蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)中得到廣泛采用。組態(tài)控制技術(shù)構(gòu)成的計算機系統(tǒng)在硬件設(shè)計上除采用工業(yè)PC機外，系統(tǒng)大量采用各種成熟通用的I/O接口設(shè)備和現(xiàn)場設(shè)備，基本上不再需要單獨進行具體電路設(shè)計，不僅節(jié)約了硬件開發(fā)時間，更提高了工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。

本控制系統(tǒng)硬件采用西門子S7—200作為核心控制部件，上位機軟件采用北京亞控公司的“組態(tài)王”。軟硬件采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計合理，操作簡單，智能化程度高，采用高性能的電源，具有較強的抗干擾能力。可對鍋爐的當前工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并對故障進行自動識別及處理，使系統(tǒng)能夠更安全、可靠地運行。

1 蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)的控制要求及構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)的控制要求

根據(jù)蒸汽鍋爐的工作過程，要求蒸汽壓力、鍋爐水液位和燃燒器達到以下控制要求：

1)蒸汽壓力控制

爐內(nèi)壓力要求控制在0.010 MPa≤P≤0.10 MPa。當蒸汽壓力P0.01 MPa時，燃燒器先啟動小火，延時0～180s(可調(diào))。當延時時間到，啟動大火;當蒸汽壓力0.01MPa

2)鍋爐水液位控制

當爐水液位到達上上限時，關(guān)停補水泵和燃燒器并報警;當爐水液位到達上限時，關(guān)停補水泵;當爐水液位到達下限時，啟動補水泵;當爐水液位到達下下限時，關(guān)停補水泵和燃燒器并報警;當補水泵出現(xiàn)故障時，關(guān)停小火、大火和補油泵并報警。

3)燃燒器控制

燃燒器自動控制是由給煤量、送風量和爐膛負壓部分組成。在正常情況下，主蒸汽壓力偏離給定值時，系統(tǒng)將按著規(guī)定的控制算法調(diào)節(jié)爐排的轉(zhuǎn)速，以滿足靜態(tài)控制精度的要求。在調(diào)節(jié)給煤量時，為了保持合理的煤層厚度，還必須調(diào)整給煤閘板的高度;在調(diào)節(jié)送風的同時，為了使爐膛負壓相對穩(wěn)定，保證在任何情況下不出現(xiàn)正壓或超越爐膛負壓下限值，負壓控制可將送風量作為前饋信號，以獲得最佳燃燒效果，當蒸汽壓力P≤0.01 MPa時，燃燒器處于大、小火自動切換工作模式;當P>0.1 MPa時，燃燒器處于停機工作模式;當燃燒器出現(xiàn)故障時，關(guān)停小火、大火、補水泵和補油泵并報警。

1.2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)主要有鍋爐本體和燃燒器兩大部分組成：

1)鍋爐本體：配有蒸汽壓力變送器、爐水液位計、溫度傳感器、蒸汽壓力高保護壓力控制器和蒸汽壓力超高保護壓力控制器。蒸汽壓力超高保護壓力控制器的作用是在壓力超高時切斷燃燒器的電源。

2)燃燒器：配有小火電磁閥、大火電磁閥、火焰監(jiān)視探頭(電眼)和程序控制器。

蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，溫度、壓力和液位等模擬信號經(jīng)過變送器將非電信號轉(zhuǎn)換成1—5 V的標準電信號，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字信號為8位，其中7位數(shù)值位，1位停止位。8位數(shù)字信號經(jīng)RS232/RS485轉(zhuǎn)換接口傳送到計算機進行數(shù)據(jù)處理、顯示。開關(guān)量直接進入PLC模塊，首先由PLC完成對開關(guān)量的控制，再經(jīng)RS232/RS485轉(zhuǎn)換接口將其傳送到計算機進行處理，實現(xiàn)雙重控制。