PLC在130t/h煤粉锅炉控制系统中的应用

摘要：给出了PLC和变频器实现130t/h煤粉锅炉控制系统中的应用方法，该方法对用于煤粉锅炉控制系统中有很强的实用能力。应用结果表明了该方法的有效性和可靠性。

Abstract: The article describes the application of PLC and inverter in realizing control system of 130 t/h pulverized coal fired boiler. This method is practical in the coal boiler control system. The application results show it is effective and reliable.

关键词：PLC；变频器；锅炉控制

Key words: PLC；variable frequency changer；boiler control

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）23-0154-01

0引言

锅炉是工业生产的重要设备，同时又是耗能极大的设备，作为一次能源（煤炭、石油、天然气等）转换为二次能源（蒸汽）的重要动力设备，锅炉在石油、化工、发电等工业生产过程中是必不可少的，它所产生的高压蒸汽既可以作为驱动设备的动力源，又可作为蒸馏、干燥、反应、加热等过程的热源。

1PLC选型与硬件构成方法

为了满足锅炉各个系统的控制要求，PLC选用SIEMENS公司的S7-200系列PLC。S7-200系列PLC是SIEMENS公司新推出的一种小型PLC。它以结构紧凑、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格已经成为当代各种中小型控制系统中的理想控制器。

S7-200PLC包含了一个单独的S7-200CPU和各种可选择的扩展模块，可以十分方便的组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLC-PLC网络和PC-PLC网络，从而完成更大规模的控制任务。

根据锅炉控制系统的I/O点数，即被检测变量和输出变量的数量，在本系统中S7-200PLC的CPU选择1个CPU224模块，模拟量输入输出模块选择2个EM232和3个EM235。在所选模块组成的系统中，CPU224能够满足所带扩展模块全部电流消耗的要求，且所带扩展模块数量不大于7个，表明系统硬件配置合理。

将被检测的各个物理量（如汽包水位、蒸汽压力、给水流量等等），通过传感器、变送器转换成标准的模拟信号，送进EM235（模拟量输入模块），经过A/D转换后的数据结果送CPU224进行各种数据处理算法。经过处理后的数据在各个PID控制回路进行PID运算，PID运算后产生的结果即控制输出数值，将该数值转换成标准控制信号，经EM232和EM235输出到电动阀门，变频器等控制机构，实施自动控制。与此同时，在进行数据处理的时候，当被监测的物理量超过其限定的范围时，会通过CPU224自身的数字量输出口产生报警信息。控制输入主要通过控制开关来完成整个PLC系统的启动、停止等功能。

1.1 CPU224技术指标①含有4K的用户程序存储器；②2560字节的用户数据存储器；③带有14个数字输入点和10个数字输出点；④标准24VDC供电；⑤最大允许扩展7个模块；⑥1个RS-485串行通信口。

1.2 EM232模拟量输出模块技术指标①两路模拟量输出；②标准24VDC供电；③输出信号有-10V到+10V和0到20mA；④12位分辨率的D/A转换器，转换速度100?滋s。

1.3 EM235模拟量输入/输出模块技术指标①四路模拟量输入与一路模拟量输出；②标准24VDC供电；③有多种可供选择的输入类型，可以通过DIP开关选择；④输出信号有-10V到+10V和0到20mA；⑤12位分辨率的A/D，D/A转换器。转换速度100?滋s（电压输出），2ms（电流输出）。

1.4 变频器根据前面所述的燃烧系统的控制策略，在控制炉排电机、引风机、送风机的时候，采用变频器控制电机转速，从而达到自动调节的目的。变频器选用ABB ACS400。它是一种多功能变频器，使用时只使用变频器的工厂宏FACTORY（0），设定变频器输出频率的范围，将从PLC系统模拟量输出模块输出的标准控制信号4-20mA，传送到变频器模拟输入端口，这样变频器就可以产生相应的频率调节电机的转速。

2仿PC-PLC网络通信及软件设计

在本系统的设计中,采用PC-PLC网络组成监控系统。控制系统可以分为两层。管理层采用工业控制计算机，其输入/输出数据的处理十分方便，人机界面友好，管理水平高。执行层采用S7-200PLC,使得过程控制可靠、快速、稳定、安全。

PPI通信协议是SIEMENS公司专为S7-200系列PLC开发的通信协议。PPI方式可以用普通的两芯电缆或PC/PPI电缆进行通信，从而完成工程的运行与监控。

S7-200系列PLC采用“STEP 7-Micro/WIN 32”编程软件，这种编程软件是基于Windows平台的应用软件。它支持Windows95以上各种操作系统。使用这种编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试。

在参数初始化的模块中，将分别调用子程序对累加器、PID、定时器等进行初始化。以一定的采样时间进行模拟量的采集，将采样的模拟量进行数字滤波。将滤波后的数据结果进行处理，转换成实际的物理量和PID模块的标准值，然后进行PID控制算法的运算。将PID运算结果转换成标准的控制信号，送到模拟量输出模块，控制执行机构的动作。

其中，子程序0是完成累加器初始化功能。子程序1是完成对PID模块的初始化。子程序2是完成设置采样时间和置PPI通讯模式，通过设定定时中断，在一定的时间间隔内对模拟量进行采样。子程序3是完成数字滤波功能。子程序4是将采样后的值经过数据处理算法，转换成实际的物理值。子程序5是控制各个监控变量的报警功能。子程序6是来完成量程范围的初始化设定。

中断程序0主要根据锅炉各个控制系统的控制原理，制定相应的控制算法，完成各个控制回路的PID控制，将PID控制的输出转换成标准的控制信号后，把控制信号送模拟量输出模块，去控制电动阀门、变频器去驱动执行机构，来完成水位、燃烧、过热器的自动控制。中断程序1完成对模拟量的采样，将采样的模拟量存进设定好的存储单元地址。

根据系统组成结构与控制要求，从机PLC来完成数据的采集、处理和控制信号的输出。主机与从机通过通信电缆进行通讯。在主机（工业控制计算机）中来完成对从机采集数据的实时显示、监测变量的曲线趋势显示、报警信息显示、对从机写入初始化数据等功能。

3小结

本文给出了PLC和变频器实现130t/h煤粉锅炉控制系统中的应用方法，并采用SIEMENS公司的S7-200系列PLC应用于130t/h煤粉锅炉控制系统中，系统稳定、精度高，表明了该方法的有效性和可靠性。

参考文献：

[1]冯嘉华.变频调速改造锅炉房55KW循环水泵[J].电气时代，2007.

[2]吕景泉.可编程控制器及其应用[M].北京:机械工业出版社，2001.