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PLC技术在锅炉控制系统中的应用

2015-10-21张强

科技致富向导 2015年1期
关键词:控制系统锅炉

张强

【摘 要】本文以某厂两台10T/h锅炉的PLC控制系统为例,理论结合实践,阐述了集PLC技术,变频器技术,通信技术于一体的先进控制技术在该锅炉控制系统中的应用。该锅炉控制系统经安装、调试后控制效果良好,实现了预期的控制要求。

【关键词】PLC;锅炉;控制系统

目前在我国,锅炉是工矿企业动力设备中重要的组成部分。除了一些大中型锅炉采用了如DCS、FCS等先进的控制技术,一般小型锅炉的控制仍比较落后,依然在使用仪表、继电器等作为主要的控制手段,需要过多的人为参与。工作人员的劳动强度大,工作条件差,而锅炉的热效率却不高,资源浪费十分严重。目前的仪表已趋智能化,锅炉上也实现了自动控制,但是,由于其价格高、缺乏管理功能等原因,使其还未被广泛应用。

现在大部分的中小企业使用的锅炉容量大多在20T/h以下,锅炉数量较少只有两三台。企业从经济角度出发,通常不选用价格较高的大规模控制系统。这直接导致了小型锅炉的控制技术水平不高。

随着能源短缺问题的突出,企业现代化管理水平和环保意识的提高,锅炉高效安全运行,提高自动化程度,是锅炉控制系统设计和改造的重点。

1.工业锅炉控制的任务

工业锅炉的功能是生产出有一定压力或温度的蒸汽或热水以满足外部对负荷的需求。为了满足以上要求,并且保证锅炉本体安全经济运行,要求锅炉的控制系统具有完善的自动检测、自动控制和自动保护等功能。为了提供合格的蒸汽以满足负荷的要求,其工作过程中的各主要工艺参数要严格进行控制。锅炉的主要控制任务为:保持锅筒水位在规定的范围及给水稳定;保持炉膛负压在规定的范围;稳定蒸汽温度、压力和蒸发量;保持燃烧的经济性和锅炉的安全运行。

2.锅炉控制系统的要求

本控制系统控制两台l0T/hDHLIO-1.25-AIII型锅炉,结合锅炉自带的部分手动控制,主要实现如下功能:

锅炉给煤系统:给煤自动调节;锅炉送风系统:送风自动调节;锅炉引风系统:引风自动调节;锅炉燃烧控制系统:给煤、送风和引風系统一起实现锅炉最佳经济燃烧;水箱水位实时监控:水位监视与报警;循环水泵、补水泵运行状态实时监控:循环水泵、补水泵状态监视与报警:锅炉各种连锁保护:保证锅的安全运行。

3.PLC控制系统

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC。随着微电子技术、计算机通信技术的发展,PLC无论在功能上、速度上、智能化模块和联网通信上,都有很大的提高。其具备了模拟量控制、过程控制和远程通信等强大功能。PLC以嵌入式CPU为核心,配以输入、输出及通讯等模块,方便地用于工业控制领域的装置。具有高稳定性、编程简单、高可靠性和易于使用等特点。

工业控制计算机简称工控机,是工业计算机,与普通的PC机相比,具有更高的可靠性、稳定性,同时结构上也便于扩展;另一方面,它与商业PC机一样,有丰富的软件支持,可以开发出适合用户的方便、直观的图形操作界面。目前,工业控制中所采用的工控机+PLC控制系统中,PLC主要负责数据采集、控制运算和控制输出,可以接受开关接点等数字信号,还可以直接接收标准的过程量,如4-20mA电流、热电偶、1-5V电压、热电阻等模拟信号。

随着网络通信功能的发展和增强,PLC与PLC以及计算机的互联,能够形成大规模的控制系统,实现组态和编程,监控整个生产过程。随着PLC性能的提高和成本的下降,普通PLC已能满足小型锅炉的控制要求,且性价比较高。

4.PLC技术在锅炉控制系统中的应用

应用Siemens的S7-300PLC和研华工控机及Step7.WinCC组态软件,实现了两台10T/h蒸汽锅炉的控制,全部程序(包括PLC程序和工控机程序)均采用结构化设计思想,程序结构清晰,程序的注释和文档也比较充足,不仅在设计和调试时易于检查和修改,而且为以后软件的维护和改进提供了方便。

在PLC程序设计中,充分利用Step7软件提供的PID调节功能,对锅炉的给水、蒸汽压力和炉膛负压进行控制,结合变频器的使用,实现了锅炉的经济燃烧,并能在线优化PID参数。

在上位机软件设计中,利用WinCC强大的组态功能设计了友好的用户监控界面,通过调用上位机中相应的功能可以实现操作、维护与管理的各方面的需求,一改以往DCS中操作站与工程师站相分离的形式,简化了系统结构,节约了成本。

利用S7-300自身集成的MPI接口将2套锅炉控制系统联网,通过全局数据通讯方式实现PLC间的数据共享,形式简单,不需要另配专门的网络通讯模块。

在系统软件设计过程中,运用Step7的PLC仿真软件对PLC程序和winCC项目进行了模拟运行、测试,节约了现场调试的时间。

在系统安全和抗干扰方面,考虑了各种连锁关系,对输入输出信号增加预处理和判断,运用预计干扰处理、指令冗余和容错等方法进行软件抗干扰设计.增加系统的抗干扰性能,尽可能消除各种可能存在的事故隐患。

系统中的PID参数在线优化功能仅限于固定设定值PID调节回路,虽然已能满足系统的要求,但在系统状态有较大改变时,还需要再次对相关PID控制器实行在线优化。为达到在线实时优化,还需要开发相应的PLC控制程序或基于上位机的控制程序。

5.结束语

通过本次工程的实践证明,工控机和PLC的结合有非常利于小型自动化系统的实现,组态软件和PLC编程软件中的方便设计大大缩短了系统设计周期,系统继承性较好。该种形式在中小锅炉的控制中完全可行,对于国内众多的中小锅炉控制系统的改造很有用处。 [科]

【参考文献】

[1]林宗虎.实用锅炉手册[M].化学工业出版社.

[2]于临秸.锅炉运行[M].中国电力出版社.

[3]SiemensCo.LTD.SIMATIC S7STEP7V5.1编程使用手册[M].

[4]SiemensCo.LTD.SIMATIC WinCC组态手册[M].

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