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(xì)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(guò)燃燒器主畫(huà)面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和遠(yuǎn)程控制功能;通過(guò)實(shí)時(shí)趨勢(shì)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?xì)庹羝仩t和燃油一燃?xì)庹羝仩t4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(dòng)方式的半自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為繁瑣，不易維護(hù)，故障率高;操作時(shí)需要工作人員親臨現(xiàn)場(chǎng)，存在嚴(yán)重?fù)p害操作人員身體健康的風(fēng)險(xiǎn)。組態(tài)(Configuration)控制技術(shù)以其編程簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠、故障率低、可維護(hù)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(jì)算機(jī)系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上除采用工業(yè)PC機(jī)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(chǎng)設(shè)備，基本上不再需要單獨(dú)進(jìn)行具體電路設(shè)計(jì)，不僅節(jié)約了硬件開(kāi)發(fā)時(shí)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(jī)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(jì)，結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，智能化程度高，采用高性能的電源，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。可對(duì)鍋爐的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別及處理，使系統(tǒng)能夠更安全、可靠地運(yùn)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(guò)程，要求蒸汽壓力、鍋爐水液位和燃燒器達(dá)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(dāng)蒸汽壓力P0.01 MPa時(shí)，燃燒器先啟動(dòng)小火，延時(shí)0～180s(可調(diào))。當(dāng)延時(shí)時(shí)間到，啟動(dòng)大火;當(dāng)蒸汽壓力0.01MPa

2)鍋爐水液位控制

當(dāng)爐水液位到達(dá)上上限時(shí)，關(guān)停補(bǔ)水泵和燃燒器并報(bào)警;當(dāng)爐水液位到達(dá)上限時(shí)，關(guān)停補(bǔ)水泵;當(dāng)爐水液位到達(dá)下限時(shí)，啟動(dòng)補(bǔ)水泵;當(dāng)爐水液位到達(dá)下下限時(shí)，關(guān)停補(bǔ)水泵和燃燒器并報(bào)警;當(dāng)補(bǔ)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，關(guān)停小火、大火和補(bǔ)油泵并報(bào)警。

3)燃燒器控制

燃燒器自動(dòng)控制是由給煤量、送風(fēng)量和爐膛負(fù)壓部分組成。在正常情況下，主蒸汽壓力偏離給定值時(shí)，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(shí)，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(fēng)的同時(shí)，為了使?fàn)t膛負(fù)壓相對(duì)穩(wěn)定，保證在任何情況下不出現(xiàn)正壓或超越爐膛負(fù)壓下限值，負(fù)壓控制可將送風(fēng)量作為前饋信號(hào)，以獲得最佳燃燒效果，當(dāng)蒸汽壓力P≤0.01 MPa時(shí)，燃燒器處于大、小火自動(dòng)切換工作模式;當(dāng)P>0.1 MPa時(shí)，燃燒器處于停機(jī)工作模式;當(dāng)燃燒器出現(xiàn)故障時(shí)，關(guān)停小火、大火、補(bǔ)水泵和補(bǔ)油泵并報(bào)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(jì)、溫度傳感器、蒸汽壓力高保護(hù)壓力控制器和蒸汽壓力超高保護(hù)壓力控制器。蒸汽壓力超高保護(hù)壓力控制器的作用是在壓力超高時(shí)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(hào)經(jīng)過(guò)變送器將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成1—5 V的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)為8位，其中7位數(shù)值位，1位停止位。8位數(shù)字信號(hào)經(jīng)RS232/RS485轉(zhuǎn)換接口傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、顯示。開(kāi)關(guān)量直接進(jìn)入PLC模塊，首先由PLC完成對(duì)開(kāi)關(guān)量的控制，再經(jīng)RS232/RS485轉(zhuǎn)換接口將其傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)雙重控制。