基于pcs 7的锅炉控制系统设计及实现

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1、第25卷第6期广东石油化工学院学报v01．25No．62015年12月JournalofGuangdongUniversityofPetrochemicalTechnologyDecember20l5基于PCS7的锅炉控制系统设计与实现刘美，陈山羊，张翼成(广东石油化工学院计算机与电子信息学院，广东茂名525000)摘要：针对我国中小企业现有的锅炉控制系统，存在技术含量低、耗能大、超标排放等问题，以高级多功能过程控制实验平台SMtrF一1000中的自然循环锅炉为研究对象，设计了基于PCs7的锅炉控制系统，实现对锅炉的优化控制。通过对系统的控制需求、对

2、象特性和工艺流程等分析，确定了锅炉的整体控制方案；借助PROFIBUS总线构建现场设备通讯系统；用连续功能图CFC和顺序功能图SFC进行程序设计，最后通过对PID整定，实现了对锅炉系统的液位、压力、温度和流量等参数的控制。实验结果表明，控制系统的安全性、稳定性较好，具有一定的参考借鉴价值。关键词：锅炉控制系统；PCs7；SMPT一1000；PROFIBUS中图分类号：TN86文献标识码：A文章编号：2095—2562(2015)06—0050—04在生产中，工业锅炉广泛应用于化工、发电、炼油等大型场合，为工业生产提供动力。在我国，燃煤工业锅炉的实际运

3、行热效率只有65％左右，生产控制多数仍停留在人工操作、管理粗放、缺乏能效标准引。针对提升锅炉的运行热效率指标，以SMPT一1000实验平台中的自然循环锅炉为研究对象，根据控制要求，通过西门子PCS7系统设计并实现了一种锅炉控制方案。1系统分析锅炉控制系统可分为水汽和燃气两个主要部分。在水汽系统中，汽包液位为被控对象。在燃气系统中，主要任务为控制过热蒸汽温度稳定、蒸汽压力和炉膛负压在预定范围内、维持燃烧的经济性[4]。1．1汽包水位控制系统分析实际中，汽包水位时刻变化。生产负荷的变化会引起“虚假液位”现象：蒸汽流量增大汽包内压力减少，使汽包内气泡的数量

4、增多，液位上升，由于物料守恒，液位很快降了下来；蒸汽流量减少汽包内压力上升，使汽包内气泡的数量减少，液位下降，由于给水量不变，液位很快上升l6]。因此，设计合理的控制方案十分重要。1．2燃烧控制系统分析燃烧控制系统主要控制蒸汽的温度和压力、炉膛负压、烟气含氧量等，燃烧控制系统的好坏，直接影响到经济效益、环境污染和安全等。2控制系统方案设计控制系统设计应遵循满足工艺生产要求，安全、经济、高效等要求，可扩展性等原则]。2．1汽包水位控制系统设计根据对汽包水位控制系统的分析，采用三冲量控制系统对汽包水位进行控制，系统框图设计如图1所示。汽包水位作为被控变量

5、，给水流量作为操纵变量，蒸汽流量作为干扰变量。闭环负反馈控制要求，汽包水位选择正控制器、汽包上水流量选择反控制器，蒸汽流量前馈选择正控收稿日期：2015—08—20；修回日期：2015—10—28基金项目：茂名市科技计划(11A36)作者简介：刘美(1967一)，女，广东廉江人，博士，教授，主要研究方向为智能检测与智能控制。第6期龅拖糙值刘+美一等：基于PCS7的锅炉控制系统设计与实现51一汽水制器。从安全角度考虑，汽包一上包水位流量选择气闭阀。根据阀门流量特性，选择线性阀。2．2过热蒸汽压力控制系统设计为了使压力稳定在合理的工艺要求范围内，燃料充分

6、燃烧的前提下，文章采用过热蒸汽出口压力和燃油量串级控制系统。蒸汽压力作为主控制变量，燃料量作为操纵变量，系统框图如图2所示。蒸汽流量干扰蒸汽压力设定值过热蒸汽乐力-1蒸汽流量前l．I蒸汽流量和汽L—l馈控制器ll包水位的关系I包位控制l’—翁奎鎏曩卜汽包水位测量值汽包水位测量变送图1三冲量控制系统框图图2过热蒸汽出口压力和燃油量串级控制系统2．3过热蒸汽温度分程控制系统设计过热蒸汽最终出口温度主要受到进换热器冷水流量的影响，同时还受到混合之后水温的影响。而锅炉上水流量共分两路，为了使最终出口温度达标，采用分程控制系统。系统框图如图3所示。2．4炉膛负

7、压控制系统设计炉膛负压是否稳定决定了过热蒸汽的质量，炉膛负压必须稳定在合理的范围内。影响炉膛负压的因素有燃料量、进风量和烟道挡板开度等。本设计采用前馈一反馈控制系统对炉膛负压进行控制，以炉膛负压为被控变量，烟道挡板开度为操纵变量，空气量作为前馈信号，系统框图如图4所示。换热器冷流流量控温度制阀设定值过热蒸蒸汽温汽温度度装置直接进入对流控制器段软化水流量控制阀温度过热蒸汽温度测量值测量变送器图3过热蒸汽温度分程控制系统框图图4炉膛负压前馈一反馈控制系统框图2．5烟气含氧量控制系统工艺分析可知，烟道挡板的开度对烟气含氧量的影响是非线性的。选择风机转速为操

8、纵变量，烟气含氧量作为主被控变量，空气流量作为副被控变量；烟气含氧量采取变此值串级控制，烟气含氧量控制器选择