基于組態(tài)技術(shù)的蒸汽鍋爐控制系統

論述了組態(tài)控制技術(shù)在蒸汽鍋爐控制系統中的應用，詳細地介紹了蒸汽鍋爐控制系統的組成、控制要求和控制功能。并通過(guò)燃燒器主畫(huà)面實(shí)現數據的采集和遠程控制功能;通過(guò)實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)完成數據的查詢(xún)和分析。

蒸汽鍋爐提供的蒸汽主要用于民用采暖和工廠(chǎng)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(lèi)。傳統的蒸汽鍋爐控制系統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，系統設計較為繁瑣，不易維護，故障率高;操作時(shí)需要工作人員親臨現場(chǎng)，存在嚴重損害操作人員身體健康的風(fēng)險。組態(tài)(Configuration)控制技術(shù)以其編程簡(jiǎn)單、運行安全可靠、故障率低、可維護性強等諸多優(yōu)點(diǎn)，逐步在蒸汽鍋爐控制系統中得到廣泛采用。組態(tài)控制技術(shù)構成的計算機系統在硬件設計上除采用工業(yè)PC機外，系統大量采用各種成熟通用的I/O接口設備和現場(chǎng)設備，基本上不再需要單獨進(jìn)行具體電路設計，不僅節約了硬件開(kāi)發(fā)時(shí)間，更提高了工業(yè)控制系統的可靠性和安全性。

本控制系統硬件采用西門(mén)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計，結構與功能設計合理，操作簡(jiǎn)單，智能化程度高，采用高性能的電源，具有較強的抗干擾能力?？蓪﹀仩t的當前工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并對故障進(jìn)行自動(dòng)識別及處理，使系統能夠更安全、可靠地運行。

1 蒸汽鍋爐控制系統的控制要求及構成

1.1 系統的控制要求

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

1)蒸汽壓力控制

爐內壓力要求控制在0.010 MPa≤P≤0.10 MPa。當蒸汽壓力P0.01 MPa時(shí)，燃燒器先啟動(dòng)小火，延時(shí)0～180s(可調)。當延時(shí)時(shí)間到，啟動(dòng)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(shí)，關(guān)停補水泵和燃燒器并報警;當爐水液位到達上限時(shí)，關(guān)停補水泵;當爐水液位到達下限時(shí)，啟動(dòng)補水泵;當爐水液位到達下下限時(shí)，關(guān)停補水泵和燃燒器并報警;當補水泵出現故障時(shí)，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(dòng)控制是由給煤量、送風(fēng)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(shí)，系統將按著(zhù)規定的控制算法調節爐排的轉速，以滿(mǎn)足靜態(tài)控制精度的要求。在調節給煤量時(shí)，為了保持合理的煤層厚度，還必須調整給煤閘板的高度;在調節送風(fēng)的同時(shí)，為了使爐膛負壓相對穩定，保證在任何情況下不出現正壓或超越爐膛負壓下限值，負壓控制可將送風(fēng)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(shí)，燃燒器處于大、小火自動(dòng)切換工作模式;當P>0.1 MPa時(shí)，燃燒器處于停機工作模式;當燃燒器出現故障時(shí)，關(guān)停小火、大火、補水泵和補油泵并報警。

1.2 控制系統的構成

蒸汽鍋爐控制系統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(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、火焰監視探頭(電眼)和程序控制器。

蒸汽鍋爐控制系統的結構如圖1所示，溫度、壓力和液位等模擬信號經(jīng)過(guò)變送器將非電信號轉換成1—5 V的標準電信號，再經(jīng)過(guò)A/D轉換模塊將模擬信號轉換成數字信號，該數字信號為8位，其中7位數值位，1位停止位。8位數字信號經(jīng)RS232/RS485轉換接口傳送到計算機進(jìn)行數據處理、顯示。開(kāi)關(guān)量直接進(jìn)入PLC模塊，首先由PLC完成對開(kāi)關(guān)量的控制，再經(jīng)RS232/RS485轉換接口將其傳送到計算機進(jìn)行處理，實(shí)現雙重控制。