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1、易控在SMPT易控在SMPT-1000锅炉综合控制系统中的应用zhangting导语：本系统通过S7-300硬件组态PLC，完成基于PROFIBUSDP通信总线对SMPT-1000仿真锅炉的除氧器水位及压力、汽包水位以及出口蒸汽压力和出口蒸汽温度等各参数的综合控制摘要：工业锅炉是一个比拟复杂的被控经过，其多输入多输出、多回路、非线性的特性，使得目前工业锅炉的综合控制性能不尽如人意。然而，锅炉是经过工业中不可缺少的动力设备，它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反响、枯燥、蒸发等经过提供热源，而且还能够作为压缩机，泵类的动力源。因而，锅炉的综合控制，也成为一个广泛研究的课题。本系统通过S7-300硬
2、件组态PLC，完成基于PROFIBUSDP通信总线对SMPT-1000仿真锅炉的除氧器水位及压力、汽包水位以及出口蒸汽压力和出口蒸汽温度等各参数的综合控制；此外通过组态以太网完成与上位机的通信，实现了基于易控INSPEC组态软件组态的监控平台对SMPT-1000锅炉各控制参数的监控。系统投运后运行稳定，控制性能良好。本文重点阐述易控组态软件在该综合控制系统中的应用。关键词：西门子PLC；易控INSPEC；SMPT-1000锅炉控制；出口蒸汽压力；汽包液位锅炉是是石油化工、电厂等工业经过中非常重要的动力设备。锅炉的工艺流程大概能够概述为：冷流经过除氧器除氧处理之后，在炉膛内吸收燃料释放出来的热量
3、变成一种高温高压气体，并将气体传送到下游工序的一个经过。本课题采用高级多功能经过控制实训系统SuperMultifunctionProcessControlTrainingSystem，SMPT-1000中的锅炉单元作为被控对象，其正视图和实物图如图11所示，通过控制该仿真锅炉了解与研究工业锅炉控制的特点。SMPT-1000锅炉正视图和实物图本课题以西门子公司的SIMATICS7-300PLC为控制器，通过硬件组态和PROFIBUSDP通信网络，完成S7-300和SMPT-1000之间的通信组态，实现对锅炉的综合控制。基于STEP7软件编程实现对锅炉各控制回路的控制调节PID参数，进行系统投运
4、。此外，在PLC和上位机之间建立以太网通信，通过易控INSPEC监控组态软件组态，实现与PLC之间的通信，进而实现对SMPT-1000锅炉各个部分对象参数的监视，并可在线整定PID参数。本课题最终完成易控监控平台与S7-300PLC之间、S7-300PLC与SMPT-1000仿真锅炉之间的通信与控制，实现本课题所要实现的监控层-现场控制层-现场对象之间的三层通讯构造及综合控制，如图12所示。SMPT-1000锅炉控制系统构造图其中由易控组态软件组态监控平台构成上位机监控环境，通过EthernetNetwork通信网络与下位机SIMATICS7-300PLC通信。再由下位机PLC通过Profib
5、usDP通信网络实现对控制对象的综合控制。SMPT-1000系统构成SMPT-1000锅炉大体上能够分为4个单元：除氧器单元、炉膛单元、减温器单元和汽包单元。共含有除氧器、上水管网、上汽包、锅炉本体、省煤器、减温器、蒸汽管线等设备，且有21个模拟量和6个开关量检测点。此外还有9个调节阀，5个开关阀，两台泵，一台压缩机的执行机构。其工艺流程如图13所示。SMPT-1000锅炉工艺流程图除氧器控制单元除氧器有两个作用，一是除去软化水中的氧气，另外是防止水源停水，作为一个储水箱，延长锅炉的紧急停运经过。对锅炉的稳定性和安全性具有重要的意义。由此可知，除氧器对软化水的除氧效果影响着整个锅炉设备的安全与
6、寿命，并影响着产品的质量。因此除氧器的控制也是一个至关重要的环节。除氧器水位过高会影响除氧效果，缺水则会影响缺水事故，都会影响着整个锅炉的有效控制，因此在除氧器控制中，以除氧器液位为一个对象参数，施行控制。此外，除氧器的扰动较少，允许液位在一定范围内波动，因而在对除氧器液位回路控制中，采用单闭环控制系统。稳态时调节器无水位偏差信号输入，也无输出，进水阀不动。当锅炉给水流量变化如阶跃扰动时，给定水位与反应产生偏差输入到调节器，调节器输出信号调节给水流量，使水位保持稳定。基于上述内容，除氧器控制单元包括除氧器液位控制回路和除氧器压力控制回路。炉膛控制单元在整个锅炉系统中，炉膛的重要性可想而知，其过
7、热蒸汽所要到达的温度以及压力，均是由送入炉膛中的燃料与风量混合后燃烧释放出来的热量实现的。此外，炉膛压力大小也影响着系统的安全。因此，此处在炉膛控制单元中，把出口蒸汽压力，和炉膛压力作为被控对象予以控制。减温器控制单元从工艺流程知道，由炉膛加热软化水生产出来的蒸汽会通过一个减温器，与进料冷料的一个分支进行换热。但由于过热蒸汽要保证出口压力的稳定，而用了燃料进料量来控制。至使不能直接简单的再用燃料量进料量来控制出口蒸汽温度，一般而言，所需要的蒸汽出口压力稳定的情况下，所生产出来的蒸汽温度也基本稳定在所需温度，但当温度有波动时，在保证压力稳定的前提条件下，这里设计用在换热器流过冷料流量大小来控制出
8、口蒸汽温度的稳定。综上可知，这儿以蒸汽出口温度为被控对象，以去减温器的汽包上水量为控制参数，通过调节阀FV1103的开度，调节冷却液流量，以到达出口蒸汽温度的稳定。汽包控制单元针对工业锅炉，汽包水位波动的幅度影响锅炉的安全运行，蒸汽压力和稳定性。汽包水位的控制是非常重要的。目前采用的较为普遍的串级三冲量控制系统，即以锅炉蒸汽流量，汽包水位，锅炉给水流量这三个变量，通过2个PID控制器，实现给水的自动控制。上位机监控平台主控画面本课题用易控INSPEC组态软件进行组态。完成锅炉系统的监控，如下图，为上位机监控画面的主控画面。上位机监控主画面在其中能够监视着整个系统各个部分的参数，并能够通过右下方
9、的控制器板块，进行各控制器参数调整。可以以点击操控平台中的按钮，进行实时曲线，数据显示的集中监控。此外，在进行分块整定PID参数时，能够通过左方按钮点击，进行单一控制区域的参数的监控。分组控制画面如图：分组控制画面例如，除氧器画面，除了能够直观的显示出除氧器液位，还能够监控相关参数，不需要进入集中的数据显示画面，此外还能够在右上方上监视与除氧器相关的全部或部分实时曲线。可以以点击“历史曲线查看该参数的所有记录曲线。在该画面下，能够点击控制器按钮，打开单一控制器进行PID参数调控。无需进入控制器组画面寻找对应的控制器。图43除氧器压力控制器画面控制器组画面控制器组画面与单一控制器作用差不多，也是
10、对相应PID控制器的参数进行调整，测量值显示，以及控制器手自动切换控制的集中模块。但不同的是这里汇总了本课题锅炉系统的所有控制器，即能够在该画面中调整所用的控制器参数，不必逐一打开单一的控制器画面。进而方便在工业上，对大多数回路控制器参数的集中调整。控制器组画面如下图：控制组画面在控制器组画面下，同样可以以与主控画面，数据显示画面等进行互相切换。方便监控点的切换。数据显示画面数据显示画面，顾名思义，是集中显示所有参数的地方，工业上需要集中管理整个系统的所有参数而构建的这一平台。如下图：图45数据显示画面数据显示画面是分为多个模块进行的参数显示的。例如除氧器液位块，就能够清楚的看到除氧器液位测量
11、值，以及其液位给定值。此外，还能够看到影响其液位的软化水流量值以及控制它的阀开值。实时曲线画面实时曲线，是显示设定时间范围，各参数变化趋势的一个平台，这里集中了除氧器液位，除氧器压力，汽包液位，蒸汽出口压力，蒸汽出口温度和炉膛压力这六个被控参数，相关的各变量的曲线。为了更好的监控，配置曲线显示时长为两个小时。在每条曲线标注前都添加了复选框，能够通过选中与否控制能否显示对应曲线。以排除太多曲线的干扰，为监控者带来不必要的视觉影响。图46实时曲线画面历史曲线画面历史曲线画面包括曲线显示配置、坐标缩放、刷新、时间配置等等。还有一个公共曲线显示区以及在其下方的曲线详细数值显示块。与实时曲线不同的是，它
12、所显示的曲线，是依靠于实时控制的时候所通过历史记录功能，记录下来的数据构成的曲线。因此它不仅能够显示实时曲线的当前内容，可以以显示超过实时曲线所限定的两小时以外的内容。方便过去历史数据的分析。然而历史曲线并不是自动打开就能够显示，而是需要配置曲线以及查看时间段，且必须基于数据库储存数据才能够有显示作用，因而历史曲线无法取代实时曲线。故本课题在方面实时监控的前提下添加了历史曲线平台，方便更全面的分析实时控制效果以及历史控制曲线趋势。如下图：历史曲线画面易控组态软件与PLC通过SIMATIC公司提供的网络通信软件SIMATIC.NET来实现。要组态易控之前必须先组态SIMATIC.NET软件包下的
13、STATIONCONFIGURATIONEDITOR木块。打开后在OFFLINE状态下添加Application模块，与STEP7中一样，再添加IEGeneral通信块，地址自动获取为本机地址。返回STEP7软件，在PC工作站栏目下，修改PG-PCinterface为PCinternal通道，将STEP7中组态的Application应用程序块和IEGeneral通信块下装到STATIONCONFIGURATIONEDITOR中，进行相应模块的连接。如下列图所示：StationConfigurationEditor组态图连接完毕后，打开已经构建好的易控工程，在工程栏下的I/O通信下添加Sima
14、ticNet通道，CP选择TCP/IP协议下的本机网卡，VFD自动选择由STEP7软件组态的Application模块。然后选择通信对象为以太网S7-300工作站，完成硬件选择。当完成硬件选择后，针对需要从PLC读入的数据和需要写入PLC的变量个数逐一建立对应变量关联表。使得，易控画面中所用到的变量与实际PLC读入的变量真正对应起来。易控通道组态易控通信组态变量表完成变量的关联，整个通信网络建立完成，整个锅炉系统也构建完成。结论系统最终实现了以易控监控平台为上位机通过Ethernet以太网与PLC下位机通信，且通过PROFIBUSDP通信网络对SMPT-1000锅炉的综合控制，整个系统控制良好。0