易控在SMPT-1000鍋爐綜合控制系統中的應用

系統簡(jiǎn)介

鍋爐是是石油化工、電廠(chǎng)等工業(yè)過(guò)程中非常重要的動(dòng)力設備。鍋爐的工藝流程大概可以概述為：冷流經(jīng)過(guò)除氧器除氧處理之后，在爐膛內吸收燃料釋放出來(lái)的熱量變成一種高溫高壓氣體，并將氣體傳送到下游工序的一個(gè)過(guò)程。

本課題采用高級多功能過(guò)程控制實(shí)訓系統（Super Multifunction Process Control Training System，SMPT-1000）中的鍋爐單元作為被控對象，其正視圖和實(shí)物圖如圖1?1所示，通過(guò)控制該仿真鍋爐了解與研究工業(yè)鍋爐控制的特點(diǎn)。

SMPT-1000鍋爐正視圖和實(shí)物圖

本課題以西門(mén)子公司的SIMATIC S7-300 PLC為控制器，通過(guò)硬件組態(tài)和PROFIBUS DP通信網(wǎng)絡(luò )，完成S7-300和SMPT-1000之間的通信組態(tài)，實(shí)現對鍋爐的綜合控制?；赟TEP7軟件編程實(shí)現對鍋爐各控制回路的控制調節PID參數，進(jìn)行系統投運。此外，在PLC和上位機之間建立以太網(wǎng)通信，通過(guò)易控（INSPEC）監控組態(tài)軟件組態(tài)，實(shí)現與PLC之間的通信，從而實(shí)現對SMPT-1000鍋爐各個(gè)部分對象參數的監視，并可在線(xiàn)整定PID參數。本課題最終完成易控監控平臺與S7-300 PLC之間、S7-300 PLC與SMPT-1000仿真鍋爐之間的通信與控制，實(shí)現本課題所要實(shí)現的監控層-現場(chǎng)控制層-現場(chǎng)對象之間的三層通訊結構及綜合控制，如圖1?2所示。

SMPT-1000鍋爐控制系統結構圖

其中由易控組態(tài)軟件組態(tài)監控平臺形成上位機監控環(huán)境，通過(guò)Ethernet Network通信網(wǎng)絡(luò )與下位機SIMATIC S7-300 PLC通信。再由下位機PLC通過(guò)Profibus DP 通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對控制對象的綜合控制。

SMPT-1000系統構成

SMPT-1000鍋爐大體上可以分為4個(gè)單元：除氧器單元、爐膛單元、減溫器單元和汽包單元。共含有除氧器、上水管網(wǎng)、上汽包、鍋爐本體、省煤器、減溫器、蒸汽管線(xiàn)等設備，且有21個(gè)模擬量和6個(gè)開(kāi)關(guān)量檢測點(diǎn)。此外還有9個(gè)調節閥，5個(gè)開(kāi)關(guān)閥，兩臺泵，一臺壓縮機的執行機構。

其工藝流程如圖1?3所示。

SMPT-1000鍋爐工藝流程圖

除氧器控制單元

除氧器有兩個(gè)作用，一是除去軟化水中的氧氣，另外是防止水源停水，作為一個(gè)儲水箱，延長(cháng)鍋爐的緊急停運過(guò)程。對鍋爐的穩定性和安全性具有重要的意義。由此可知，除氧器對軟化水的除氧效果影響著(zhù)整個(gè)鍋爐設備的安全與壽命，并影響著(zhù)產(chǎn)品的質(zhì)量。因而除氧器的控制也是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節。除氧器水位過(guò)高會(huì )影響除氧效果，缺水則會(huì )影響缺水事故，都會(huì )影響著(zhù)整個(gè)鍋爐的有效控制，因而在除氧器控制中，以除氧器液位為一個(gè)對象參數，施行控制。此外，除氧器的擾動(dòng)較少，允許液位在一定范圍內波動(dòng)，因此在對除氧器液位回路控制中，采用單閉環(huán)控制系統。穩態(tài)時(shí)調節器無(wú)水位偏差信號輸入，也無(wú)輸出，進(jìn)水閥不動(dòng)。當鍋爐給水流量變化（如階躍擾動(dòng)）時(shí)，給定水位與反饋產(chǎn)生偏差輸入到調節器，調節器輸出信號調節給水流量，使水位保持穩定。

基于上述內容，除氧器控制單元包括除氧器液位控制回路和除氧器壓力控制回路。
爐膛控制單元

在整個(gè)鍋爐系統中，爐膛的重要性可想而知，其過(guò)熱蒸汽所要達到的溫度以及壓力，均是由送入爐膛中的燃料與風(fēng)量混合后燃燒釋放出來(lái)的熱量實(shí)現的。此外，爐膛壓力大小也影響著(zhù)系統的安全。因而，此處在爐膛控制單元中，把出口蒸汽壓力，和爐膛壓力作為被控對象予以控制。