基于PLC和WINCC的锅炉控制系统.pdf

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基于PLC和WINCC的锅炉控制系统pdf,基于PLC和WINCC的锅炉控制系统
2006年第2期 青岛远洋船员学院学报 VOL, 27 NO. 2 要线性化的点分别调用此功能块。 双冲量控制以及三冲量控制三种。 3.3.4流量计算 4.1.1以水位为唯一调节信号的单参数单回 采用孔板和差压变送器测量流量时,输入到路调节方法,又称为单冲量水位调节系统。 计算机的是孔板节流装置两侧的差压信号,需要 在单冲量水位调节系统中,水位是唯一的调 对采集的差压进行开方以得到流量值,公式如下。节信号,即调节器只根据水位变化去改变给水调 f=K√△P 节阀的开启度。在汽包相对负荷容量比较大,水 其中∫为流量,△P为差压K为系数,由上位位受到扰动后的反应速度较慢,虚假水位现象不 机给定。 很严重的情况下,采用单冲量调节方法可以满足 定义流量计算数据块DB4, FlowDB,存储流生产要求。 量计算点、流量计算数据。编写通用流量计算功 4.1.2蒸汽流量作为补充信号的双参数调节 能块,输入流量点差压,系数,输出流量值。对需方法,又称为双冲量水位调节系统。 要计算的点分别调用此功能块。 单冲量调节方法不能克服虚假水位对水位控 335流量累计 制的不良影响。当蒸流量大幅度增加时,由于假 所有流量都需要进行累计计算,对所有流量水位上升,调节器输出信号不但不去开大调节阀 点每秒累加一次,并将累积量设定成电池保持。增大给水量,以维持物料平衡,反而去关小调节 可编写通用累积计算功能块输人累积源流量加网。减少给水量,假水位消失后,水位将更加迅速 增量到输出累积值。 下降,波动很厉害,动态品质很差,显然在外扰作 定义流量累计量参数数据块DB5, SumDB,存用下不能避免水位发生较大幅度的波动。此外, 储各流量点的流量数据。 当负荷变化时,控制作用缓慢。即使“虚假水位 33.6报警处理 不严重,从负荷变化到水位下降要有一个过程,再 程序中对需报警的点进行处理。 由水位变化到阀位动作就要滞后一段时间。 33.7PID运算 如果水位过程时间常数很小,偏差必然相当 对水位控制和燃烧控制运用PD运算,本系显著。为了克服虚假水位对控制的不良影响,可 统采用智能分段PD控制算法,分三段,其中两段以引入蒸汽流量作为前馈信号。当蒸汽负荷变化 PID控制,一段邦邦控制。 引起水位大幅度波动时,蒸汽流量信号起着超前 3.4软件结构及实现 的作用,它可在水位尚未出现变化时,提前使调节 警子积序FC9 鹭变拽功能妖FC 阀动作补偿了“虚假水位”所引起的误动作,减少 —采样子程序1卜D出 流世变换程序FC7 水位波动,从而改善了控制品质。 体度化程序FC3 化序F2p2 41.3以蒸汽流量和给水流量作为补充信号 度线性化程序FC5 度线性化块FB3 的三参数调节方法,又称为三冲量水位调节系统。 叠影计阳序F7统读时功能 FcsofibBso园 双冲量控制方法不能迅速克服给水压力变化对水 量累计功能FC8 位产生的影响。当给水压力波动时,给水流量将 一拉出秤序FC1 D功能FB4 定值积序FCI0 发生变化,此时只有等到水位变化后调节器才能 量值yFCB7 起作用。为此再引入给水流量信号,组成三冲量 水位控制回路。串级三冲量控制系统中,主调节 山控制程序FC 一福值序Fc 器接受水位信号作为主控信号和蒸汽流量信号去 控制副调节器的给水设定值,副调节器除了接受 图1软件结构及实现 主调节器的设定信号外,还接受给水流量信号。 4控制策略 蒸汽流量信号作为前馈信号对给水流量进行前馈 4.I水位控制 控制,当蒸汽负荷突然发生变化时,蒸汽流量信号 由于水位调节对象没有自平衡能力,而且水使给水调节阀立即向正确的方向移动,即当蒸汽 位调节对象存在滞后,因此不能采用开环调节方流量增加时,给水调节阀开大,从而抵消了由于虚 法。常用的汽包水位的控制算法有单冲量控制,假水位引起的反向作用,因此减少了水位和给水 16· C1994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.nct 2006年第2期 青岛远洋船员学院学报 VOL 27 NO. 2 流量的波动幅度。给水流量信号作为调节阀动作汽压力恒定。 后的反馈信号,能使调节器及早知道控制的效果, 由于从给煤量的改变到蒸汽压力的变化要经 做出响应的调整。对于水压干扰等给水侧的扰过较长的时间,因此锅炉汽压控制回路有比较大 动,给水流量信号也起着前馈的作用,能使扰动迅的纯滞后,同时锅炉汽压控制回路还受到煤种煤 速做出反应。 质甚至气候条件等诸多因素的影响,和水位、鼓风 三冲量水位控制系统结构实际上是前馈-串等都有耦合,因此是较难控制的回路。锅炉汽压 级控制系统,副调节器采用PI调节器,微分作用回路的被调节量是蒸汽压力,主要扰动量是蒸汽 没有或很小。副回路控制目标是在保证系统稳定负荷的改变,其主要调节量是给煤量,同时送风量 的基础上,使给水调节网有尽快的响应。所以比大小对燃烧也有较大影响,因此也对汽压回路造 例作用取得较大,但留有余量,以保证系统不发生成扰动。送风量应与给煤量成一定的比例,以维 振荡。主回路也采用P调节器,其调节对象为汽持煤的充分燃烧。 包水位。由于前馈作用对虚假水位现象的抵消。 根据燃烧系统的特点,设计出燃烧自动控制 调节对象的特性较简单,可以把积分作用取大一系统的结构框图,如图3所示。本系统由汽包蒸 点,迅速消除水位偏差。比例作用不宜太大,以免汽压力控制炉排的电机速度,即燃料量的多少。 在出现虚假水位时控制作用和前馈作用相抵消。针对锅炉系统负荷变化较大的特性,本系统在汽 蒸汽流量前馈系数取值为给水流量与蒸汽流量量包压力控制回路中引人蒸汽流量作为前馈信号。 程的比值与排污系数的乘积这样在静态情况下,由于从蒸汽压力的动态特性可知,蒸汽负荷的改 就能满足系统的物料平衡。串级三冲量水位控制变最终必将造成燃料量的变化,将蒸汽流量作为 算法的灵敏度很高,算法输出的信号频繁变化,但前馈信号能够使燃料量尽快跟上负荷的变化。从 由于其执行机构给水调节阀本身特性是一个惯性热量的意义上来说,蒸汽流量表示了目前用汽带 环节,能有效地对信号进行平滑处理,并不会引起走的热量,汽包压力的大小表示了蒸发部分储热 频繁动作。由此可以看出在前馈-串级三冲量控量的亏欠或盈余,两者决定了作为热量来源的燃 制下,调节器动作快,还可以避免调节过头,减少料量的大小。为保证燃料的充分燃烧送风量的 波动和失控。 大小应该与燃料量作协调变化。为此,在本系统 锅炉水位回路须采用串级或者前馈控制构成中,汽包压力调节器的输出信号作为前馈信号被 冲量控制以消除假水位的影响。在实际应用中引至送风副调节器。送风调节采用串级控制方 汽包水位控制系统都采用三冲量控制系统,即蒸式,其主调节信号为烟气中的氧含量,副调节器信 汽流量给水流量汽包水位三个冲量作为输入变号是送风量,调节器的输出通过控制变频器达到 量给水调节阀作为控制变量,来控制汽包水位。调节电机转速的目的,如果锅炉的漏风量小,氧分 析仪的测量信号准确,这样的燃烧控制系统可以 前馈系数 给水流量 明显改善锅炉的热效率,取得很好的经济效益。 「前系数k[袭汽流最 锅炉引风控制回路的工作原理比较简单,其控制 护制算法 限幅 给水阀 水位 目标是保证炉膛压力为0~-100Pa的徽负压。 为了使引风机能快速跟随送风量的变化,在本系 统中将送风调节器的输出信号引人引风调节器, 图2锅炉水位控制回路 作为前馈信号 汽压 燕汽蔬 含量 鼓风量 4.2燃烧控制 压力变送器乐送翻化 h力变 锅炉的主要任务是生产蒸汽,锅炉产生的蒸 主调节器 训"嚣 汽要用于发电或各种需要蒸汽的生产工艺汇总, 刚调节踢 生产工艺要求锅炉不仅要输出足够的蒸汽量还 频器 变频碧 要保持输出蒸汽压力的稳定。锅炉是通过调整炉 排转速即锅炉的进煤量也即燃料的供给量来保证 排电机 鼓风机 在输出足够的蒸汽量的同时保证锅炉的输出的蒸 图3自动控制系統的结构框图 17 C1994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.nct 2006年第2期 青岛远洋船员学院学报 VOL, 27 NO. 2 5位机实现 控制系统,属于工业蒸汽锅炉。这一整套锅炉控 本系统上位机监控软件选用西门子工控组态制系统包括上位机控制系统和下位机控制系统已 软件 WINCC SP26.0英文版设计。 WINCC是用经在锅炉房现场运行,效果良好,所设计的内容都 于 Microsoft Windows nt和 Windows2000的一种得到了实现,在实践中也得到了检验。 高效HMI( Human machine interface。人机界面) 的组态工具。其自动化过程(AS)保持对过程的参考文献: 实际控制,一方面实现WNCC和操作员之问的通[1]翁维勤,孙洪程.过程控制系统及工程[M] 讯,另一方面,实现WNC和自动化系统之间的 第二版化学工业出版社,2002.7 通讯。 [2]郑晟.现代可编程序控制器[M],科学出版社 系统上位机由两个操作站构成,两台操作员 2004.7 站具有同样的功能并互为备用,当一台操作站死[3]廖常初.S7-300400PLC应用技术[M].机 机,另一台操作站可完全替代它的功能。操作站 械工业出版社,2005.1 设置的画面有锅炉系统流程图,分系统流程图,可[4]深人浅出西门子 WINCC V6[M].北京:北京 形象的显示整个锅炉系统的控制过程,另外还设 航空航天大学出版社,2004.5 计有总貌画面、报瞀显示画面棒图显示画面,报[5]张宏林孔艳王哲等 Visual basie6.0开发数 表打印画面、实时趋势、历史趋势画面和系统自检 据库[M]人民邮电出版社 画面等。 [6]崔坚.西门子工业网络通信指南[M].机械工 6结束语 业出版社,2005.1 本文是针对锅炉房改造工程而设计一套锅炉 a Boiler Control system Based on PLC and WINcC YU Hai-xing Department of Marine Engineering, Qingdao Ocean Shipping Mariners College, Qingdao266071, China) Abstract: Use the practical boiler as research object in this paper, an industrial boiler control system is de signed. The system includes the upper supervisory ( US )and lower computer(LC). PROFIBUS network con nect US and LC. The paper combine Plc Configure software with industrial control compuler, advanced cum puter control replaced the traditional control, feed water, combustion, minus pressure of hearth and the p ressure of the steam automatic control are realized, and get better control accuracy Keywords: boiler control; analog signals treatment; PLC; configuration software 18· C1994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.nct

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