浅谈PLC技术及其在锅炉控制系统中的应用

（太原锅炉集团，山西 太原 030021）

摘要：文章主要在介绍了锅炉应用可编程控制器（PLC）结构构成的基础上，分析了控制系统的安全性，以及通过PLC实现了锅炉的各种控制调节功能，以实现锅炉运行的远程检测。

关键词：锅炉控制；PLC；Internet

中图分类号：TP273文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）09－0050－02

可编程序控制器（Programmable logic contoroller）简称PLC，是以微处理器为核心，用于工业控制的计算机。PLC不仅具有逻辑控制功能，而且还具有运算、数据处理和数据传送等功能。采用可编程控制器（PLC）设计的控制系统实现了锅炉的系统自动控制，既经济又环保。

1系统硬件构成

系统采用两台戴尔微机作为上位机，其中一台作为主机，另一台为辅机，构成双机冗余系统。通过MPI多点接口与下位机PLC进行通信，对现场锅炉的运行进行集中监控、统一调度，实现对锅炉的远程控制。操作人员也可以随时通过计算机了解锅炉的工况，并对风机和水泵等进行控制和参数设定。此外，锅炉运行及网管系统的各种数据可存储在计算机的数据库中，可显示或打印。

2新系统配置

2.1软件部分

微软Windows 2000操作系统、西门子Wince V5.1组态软

件、西门子提供的Soft－net－S7软件、西门子S7－300编程软件SETUP7v5.2＋spl。

2.2硬件配置

P4 1.8 G CPU，256 M DDR内存，32 M显卡，40 G硬盘，4个USB2.0接口，17英寸戴尔CRT显示器，触摸式工业键盘，鼠标套装。

2.3可编程控制器PLC

采用德国西门子的S7－300系列，CPU选用S7－315－DP可编程控制器，内置PID模块，48 k存储器，I/O能扩展到2 048点，西门子CP5611通信卡。

3PLC调节控制功能

3.1锅炉水位控制系统

汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，造成干锅，损坏汽包。因而，水位要控制好。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节，使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范

围之内。一般锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性，但是在负荷（蒸气流量）急剧增加时，表现却为“逆响应特性”，即所谓的“虚假水位”，造成这一现象的原因是负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系统实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统，它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。

3.2变频技术控制锅炉调速系统

变频器在工业锅炉调速控制系统中主要应用于鼓风机、引风机、供水系统及除渣系统。其最主要的目的在于节约能源。采用变频调速方法节能的原理是基于流量、压力、转速、转矩之间的关系。鼓、引风机采用变频控制是锅炉系统中变频应用的重头戏，既是节电最显著的部分，同时也是变频投资最大的部分。这主要是由于鼓、引风机调节的幅度相对较大。用变频器对电机进行调速还具备对电机的保护功能，如当过流、缺相、过热等情况出现时可及时报警和停机，大大延长了电机的使用寿命。变频器还具备软启动功能，可减少对电网的冲击，提高企业的用电质量。

3.3监控功能

系统在运行过程中，上位机将下位机采集上来的锅炉运行数据和热力站传送上来的运行参数进行实时处理，通过上位机的分析、判断，实现对现场温度、压力、液位、流量、烟气含氧量等工艺过程参数的模拟动态显示，通过下位机反馈至上位机的信号实现对现场仪表、风机、水泵及上煤系统运行状态的监控。用户通过上位机手动和自动切换，实现风机、水泵的启、停控制。系统与现场仪表、电气设备配合可实现多变量闭环调节（如送风变频控制、引风机变频控制、给煤机变频控制）和联锁控制（如上煤联锁控制）。

3.4调节控制功能

供暖燃煤锅炉是一种多变量系统，被控量之间的关系耦合程度高，因此本套系统应配以优化的控制软件，该套软件以供水温度、烟气氧量、炉膛负压等为控制指标，室外温度为补偿量，同时具有PID控制，通过配置风煤比、前馈系统，来加大或解除给煤调节，送风机调节和引风机调节输出间的前馈联锁，以求取给煤量，送风量和引风量的最佳控制参数，从而实现燃烧控制。考虑到锅炉此三环节的对象为电机，所以PID手/自动切换时，加有无扰动切换。

3.5报警功能

系统具有故障报警（风机、水泵、上煤系统等的启停故障等）和超限报警（高、低液位、压力、流量、温度报警及用户指定的其他参数报警）。

3.6数据报表记录功能

可根据用户的要求，对热网的供、回水流量、温度、压力、炉膛负压等工艺参数及电机负载情况，报警记录形成报表汇总。

3.7冗余功能

为保障系统运行的可靠性，下位机控制器也采用双冗余控制器，以保障系统不间断地进行数据的实时采集，对现场仪表和控制器供电电源也采用双冗余方式，并有完备的手动控制功能，从而实现系统持续、稳定可靠的运行。

3.8密码功能

为防止非专业人员随意改动参数，造成对锅炉操作的错误动作，该系统可配制几个操作员密码，操作员可以键入唯一的标识符和口令进入较高级的系统修改参数。

4控制系统的安全措施

4.1通讯网络冗余

为保障系统运行的可靠，计算机测控通讯网采用双冗余光纤环网，当一条网络线出现故障时不会影响系统正常工作。

4.2PLC冗余

2套SIEMENS S7－300PLC实现冗余控制，每套SIEMENS S7－300PLC都由相同的模块组成S7－300PLC，实现了冗余配置。输入信号通过信号端子同时进入PLC的输入模块，经过CPU运算处理后，运算结果送到对应的输出模块，两块输出模块的输出同时接到一个输出端子上。主控的PLC输出结果起控制作用，另一个PLC的输出结果则处于等待状态，只有主控PLC在故障状态时，另一个输出信号才起控制作用。

4.3电源冗余

西门子S7－300系列PLC各模块采用DC24 V供电方式。现场提供两路独立的A C220 V电源，分别给两个西门子SITOP电源（20 A）输入端供电。两个SITOP电源输出端经二级管隔离后并联到一起，共同给系统提供DC24 V电源。这样当任何一路交流电掉电或任一个SITOP电源损坏时，不影响系统的持续供电，从而实现系统的电源冗余。

总之，由于锅炉采用了PLC技术，始终处于经济燃烧状态，节能效果显著，烟气含氧量和炉渣含碳量明显降低。采用变频技术后，当设备启动时减少了对电网的冲击，提高了电机的机械特性，延长了电机的使用寿命，减少了大量的设备维护费与人工费。由于锅炉燃烧达到最佳状态，大大减少了烟气、尘埃等污染，锅炉房的环境大大改善，工人劳动强度减轻，节省了资源。

参考文献：

［1］李友善.自动控制原理（第三版）［M］.北京：国防工业出版社，2005.

［2］蔡建军等.基于PLC和变频调速的供暖锅炉控制系统设计［J］.仪器仪表用户，2004（2）.

［3］冯俊凯，沈幼庭，杨瑞昌.锅炉原理及计算（第三版）［M］.北京：科学出版社，2003.