系統(tǒng)簡(jiǎn)介 鍋爐是是石油化工、電廠等工業(yè)過(guò)程中非常重要的動(dòng)力設(shè)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(nèi)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(jí)多功能過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)（Super Multifunction Process Control Training System，SMPT-1000）中的鍋爐單元作為被控對(duì)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(xiàn)對(duì)鍋爐的綜合控制。基于STEP7軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐各控制回路的控制調(diào)節(jié)PID參數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)投運(yùn)。此外，在PLC和上位機(jī)之間建立以太網(wǎng)通信，通過(guò)易控（INSPEC）監(jiān)控組態(tài)軟件組態(tài)，實(shí)現(xiàn)與PLC之間的通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)SMPT-1000鍋爐各個(gè)部分對(duì)象參數(shù)的監(jiān)視，并可在線整定PID參數(shù)。本課題最終完成易控監(jiān)控平臺(tái)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(xiàn)本課題所要實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控層-現(xiàn)場(chǎng)控制層-現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象之間的三層通訊結(jié)構(gòu)及綜合控制，如圖1·2所示。
SMPT-1000鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 其中由易控組態(tài)軟件組態(tài)監(jiān)控平臺(tái)形成上位機(jī)監(jiān)控環(huán)境，通過(guò)Ethernet Network通信網(wǎng)絡(luò)與下位機(jī)SIMATIC S7-300 PLC通信。再由下位機(jī)PLC通過(guò)Profibus DP 通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的綜合控制。 SMPT-1000系統(tǒng)構(gòu)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、蒸汽管線等設(shè)備，且有21個(gè)模擬量和6個(gè)開(kāi)關(guān)量檢測(cè)點(diǎn)。此外還有9個(gè)調(diào)節(jié)閥，5個(gè)開(kāi)關(guān)閥，兩臺(tái)泵，一臺(tái)壓縮機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 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(chǔ)水箱，延長(zhǎng)鍋爐的緊急停運(yùn)過(guò)程。對(duì)鍋爐的穩(wěn)定性和安全性具有重要的意義。由此可知，除氧器對(duì)軟化水的除氧效果影響著整個(gè)鍋爐設(shè)備的安全與壽命，并影響著產(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(jié)。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(duì)象參數(shù)，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(nèi)波動(dòng)，因此在對(duì)除氧器液位回路控制中，采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)調(diào)節(jié)器無(wú)水位偏差信號(hào)輸入，也無(wú)輸出，進(jìn)水閥不動(dòng)。當(dāng)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(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)調(diào)節(jié)給水流量，使水位保持穩(wěn)定。 基于上述內(nèi)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(tǒng)中，爐膛的重要性可想而知，其過(guò)熱蒸汽所要達(dá)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(xiàn)的。此外，爐膛壓力大小也影響著系統(tǒng)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(duì)象予以控制。 減溫器控制單元 從工藝流程知道，由爐膛加熱軟化水生產(chǎn)出來(lái)的蒸汽會(huì)通過(guò)一個(gè)減溫器，與進(jìn)料冷料的一個(gè)分支進(jìn)行換熱。但由于過(guò)熱蒸汽要保證出口壓力的穩(wěn)定，而用了燃料進(jìn)料量來(lái)控制。至使不能直接簡(jiǎn)單的再用燃料量進(jìn)料量來(lái)控制出口蒸汽溫度，一般而言，所需要的蒸汽出口壓力穩(wěn)定的情況下，所生產(chǎn)出來(lái)的蒸汽溫度也基本穩(wěn)定在所需溫度，但當(dāng)溫度有波動(dòng)時(shí)，在保證壓力穩(wěn)定的前提條件下，這里設(shè)計(jì)用在換熱器流過(guò)冷料流量大小來(lái)控制出口蒸汽溫度的穩(wěn)定。綜上可知，這兒以蒸汽出口溫度為被控對(duì)象，以去減溫器的汽包上水量為控制參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥FV1103的開(kāi)度，調(diào)節(jié)冷卻液流量，以達(dá)到出口蒸汽溫度的穩(wěn)定。 汽包控制單元 針對(duì)工業(yè)鍋爐，汽包水位波動(dòng)的幅度影響鍋爐的安全運(yùn)行，蒸汽壓力和穩(wěn)定性。汽包水位的控制是非常重要的。目前采用的較為普遍的串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)，即以鍋爐蒸汽流量，汽包水位，鍋爐給水流量這三個(gè)變量，通過(guò)2個(gè)PID控制器，實(shí)現(xiàn)給水的自動(dòng)控制。 上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái) 主控畫(huà)面主控畫(huà)面 本課題用易控（INSPEC）組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)。完成鍋爐系統(tǒng)的監(jiān)控，如圖所示，為上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面的主控畫(huà)面。
