浅析锅炉PLC控制系统

摘 要：文章通过采用PLC控制锅炉运行过程，结合WINCC进行控制界面的组态与设计，讨论了通过操作计算机控制管理系统，降低了工人的劳动强度，提高热效率，减少煤炭、电力消费，操作方便，便于生产管理，保证锅炉安全、稳定、经济的运行。

关键词：锅炉；PLC；系统

1 概述

目前我国大部分行业都使用了锅炉，这部分锅炉的煤炭消费量大约占到了中国原煤产量的三分之一。绝大多数的锅炉热效率很低，一般只能达到百分之六七十，而且煤炭的燃烧导致严重的环境污染。传统锅炉主要是控制继电器来控制。继电器部分控制系统是由按钮、限位开关、行程开关、传感器等组成，用于向控制系统输入控制信号。它的功用是只局限于一些控制，定时，计数和简单的控制。一旦动作序列或生产过程中发生变化，就必须进行重新设计布局，组装和调试。显然，这个系统不能完全满足生产工艺要求。

我国在实行改革开放以来，锅炉越来越多地被运用到发电、炼油、化工等行业中，这也使得我国成为世界上运用工业锅炉最多的国家，国民经济的快速发展，我国不断引进国外许多先进的技术、新产品，使用高效率锅炉，节能降耗和污染防治的产品也逐渐涌现。但是有相当一部分的锅炉甚至还在使用继电器来完成控制，燃煤锅炉的控制水平与国外还存在较大差距。

2 一般锅炉设备流程

常见锅炉设备流程如图1所示。在鍋炉运行的过程中，空气和燃料按照一定的比例送入炉膛燃烧，产生的热量经过蒸发设备产生具有一定温度和压力的饱和蒸汽，供给用户，燃料燃烧的过程当中产生的高温烟气通过过热器，将饱和蒸气加热为过热蒸气；然后通过省煤器预热锅炉给水，通过空气预热器预热锅炉风，经引风机烟囱排入大气。每经过一个环节，蒸气的温度都会有所下降，使燃烧的热能得到充分利用。

3 锅炉设备的控制系统

从图1工艺流程可以看出，锅炉的控制系统相当复杂，锅炉控制系统的主要参数包括了汽包水位、炉膛负压、过热蒸气压力和温度等等。每一个参数控制不好都会影响到锅炉的安全性能，为了很好的分析问题，工程上主要把控制系统分为三个子系统。（1）汽包水位控制系统：该控制系统的主要作用是让给水量与锅炉蒸发量维持在一个合理的值。如果控制不到位，汽包水位太高，影响汽水分离效果，使蒸气带液，过热器结垢，影响过热器效率，如果带液气体进入汽轮机，将会毁坏汽轮机叶片。如果水位太低，会破坏水循环而毁坏锅炉，甚至导致锅炉爆炸。（2）燃料控制系统：燃料控制系统的主要任务包括保持锅炉输出蒸气压力稳定，输出符合要求的蒸气，同样，任何燃料的燃烧我们都必须考虑其经济性，要严格控制送风量和燃料量的比例，再经过送风量和排烟量维持炉膛负压的稳定。负压的大小对节能影响很大，负压过大，被烟气带走的热量多，热损失增大。负压太小或出现正压，则会烧烤炉墙，严重时可能向外喷火喷烟，影响工作人员的安全，所以应该维持炉膛负压恒定，一般在（-20Pa～-50Pa）之间，以保证锅炉安全运行。（3）过热蒸气温度控制系统：过热蒸气控制系统就是要将过热器出口蒸气温度维持在一个合理的范围内，过热蒸气温度的偏差不允许超过设定值的±5℃，温度太高会损坏机器，温度太低会影响机组的热效率。

锅炉控制系统的控制要求主要是运用PLC和WinCC软件对锅炉汽包液位进行采集、显示和PID调节以了解汽包内是否汽水平衡、锅炉的蒸汽流量、空气流量、进水流量、煤气流量的采集、显示和PID调节；炉膛负压的采集、显示和调节，锅炉的蒸汽气压、煤气气压的采集、显示和PID调节来了解气压是否在安全的状态，防止发生由于气压过大而导致锅炉设备爆炸的安全事故；并且还包括对锅炉内胆的温度进行采集、显示来了解内胆的温度是否达到标准，水温是否符合要求。

4 锅炉设备I/O现场控制结构

以德国西门子公司的S7-300PLC作为现场工作站，通过多通道I/O模块完成现场控制、监测和数据采集。I/O站完成整个锅炉运行的实施监控，为了确保系统的可靠性，主控卡件、数据转发卡为冗余配置。S7-300系列产品，采用STEP7软件编程，负责数据采集、运算、监测，总体配置如下：备有SM331-8路模拟量输入卡6个；SM332-4路模拟量输出卡1个；SM321-16路继电器输入卡1个；SM322-16路继电器输出卡1个。总共拥有AI输入信号48个；AO输出信号4个；DI输入信号16个；DO输出信号16个。锅炉设备I/O现场控制结构如图2所示。

系统采集传感器信号及设备工作情况，并通过预先编制的PLC程序起停现场设备；在监控软件WinCC上实时显示现场设备的情况，它集监控、管理和操作与一身，极大地提高自动化水平，工作人员可以从WinCC上了解设备的运行情况并及时地掌握各种参数的变化情况。现场各个监控点的物理参数，由相应的传感器或变送器检测出来并转变为4～20mA的电流信号，而后发送到对应PLC内，PLC经过各类模块接口采样信号，通过模拟量转换模块转换为数字量，和现场正常工作设定值比较用于逻辑控制单元，最后和数字量一同控制设备驱动，完成控制要求。

5 结束语

基于PLC及WinCC的锅炉监控系统，主要原理建立在过程控制和所学PLC和WinCC知识的基础上，使用STEP7对锅炉系统控制程序编程，使用WinCC组态软件组态锅炉工艺的监控界面，可以完成变量组态，对象动态设计，安全报警的设计。经过多次调试可以完成相应的控制功能，实现在PLC和WinCC之间的通讯连接。

参考文献

[1]丁崇功.工业锅炉设备（第1版）[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]施仁.自动化仪表与过程控制[M].北京：电子工业出版社，2003.

[3]求是科技.PLC应用开发技术与工程实践[M].北京：人民邮电出版社，2005，1.

作者简介：杨伟才（1977-），男，汉族，江苏淮安人，研究生，工程师，主要从事企业化学安全方面的技术工作。