锅炉智能化控制系统研究及应用

锅炉智能化控制系统研究及应用

摘要：本文深入分析锅炉控制的基础上，以PLC+人机界面十工控机为主要的研究对象，对开发和监控等问题作了创新性和探索性研究。研究了锅炉控制器的发展需求以及如何在智能控静的方式和节能方面做出的贡献，详细研究了组成锅炉节能高效控制所涉及的相关技术，同时，详细研究了系统中的故障自诊断、冗奈保护、模块化自识别等技术。

关键词：锅炉；智能控制；PLC；人机界面

1、前言

本文以PLC+人机界面+工控机为主要的研究对象。在深入分析锅炉控制的基础上，对开发和监控等问题作了创新性和探索性研究。

基于锅炉控制系统的安全因素，为便于“集中管理，分布控制”，本智能控制系统采用了控制和管理分开的方式，这样即使管理机发生故障或因人为操作等原因造成管理机不能正常工作，但这不影响控制机的工作。在智能控制系统中，我们的管理机和控制机是相互联系又相互独立的。控制机主要是控制锅炉的正常运行，有人机接口界面；管理机主要是实时的记录锅炉系统内的各个参数、报警记录等，并完成报表的记录。本智能控制系统现场锅炉的管理机可以通过RS-232总线分别与不同的控制机通信，现场的操作人员只是通过管理机进行一些相应的操作，并实时的了解锅炉的运行状态。而控制机之间是通过RS-485通信，从而实现了分级控制、分级管理，充分考虑了锅炉的安全性，是一种比较优良的智能控制系统。

2、锅炉智能控制系统整体方案设计

本控制系统主要由三部分组成：PLC、人机界面和工控机。每台锅炉具有两套控制系统：即人机界面控制系统和工控机控制系统。两套系统都具有两种独立的控制方式：自动和手动方式，可以互相进行无扰切换使用。使用两级监控方式：第一级为单台锅炉单控制，第二级为4台锅炉的集中监控。一级控制方式，即人机界面控制方式下，对单台锅炉进行独立控制。它由三部份组成：PLC可编程控制器、工控机及遥传通讯。第一部分为现场信息采集、控制、显示、设置；第二部分采用高可靠性的PLC可编程控制系统为核心，既可独立对单台锅炉进行全自动控制，第三部分为可通过总线与上位机通讯实现集中控制，还可扩接无线通讯模块将采集到的数据进行无线遥传，图2.1所示。

工控机将锅炉运行状态定时打印，供司炉工参考，判断锅炉工作状态(见图2.2)，远程监控框图如图2.3所示。

3、主要技术要求及功能

1)硬件

仪表(如压力表、水位计)、闸阀和传感器(如压力、温度、水位等)都采用正规厂家的计量合格的产品，提高了锅炉运行状态下各种数据采集的速度和精确度。系统总控设备由机柜、工业控制微机、17寸彩显、UPS、激光打印机各一台组成。其中，工控机、彩显、UPS和激光打印机均选用国产和进口名牌产品，机柜设计交专业厂家生产。系统分控设备由机柜、开关电源、触摸屏、可编程控制器(PLC)、继电器、滤波器、低压电器组成。其中触摸屏、PLC、继电器和低压电器均选用进口产品，机柜由专业厂家生产。

2)软件

由系统管理控制软件、触摸屏分控软件、PLC可编程控制软件、故障诊断软件组成。系统报警响应时间：小于等于2秒：系统越限连锁保护时间：小于等于1秒；系统故障连锁保护时间：小于1秒；控制命令响应时间：小于1秒。

系统主要功能有：系统操作管理的权限密码功能；参数设置功能；现场信息的采集和输入功能；数据处理功能；过程测量和状态监视功能；过程控制和控制输出功能；越限报警和保护功能；故障自诊断和保护功能；智能测控功能；趋势图管理功能；输出打印、制表、显示、查询、记录功能；联网通讯功能；实时时钟功能。

4、硬件与软件的功能设计

软件的研发工作分三部分：PLC应用软件、人机界面应用软，件、工控机应用软件。硬件的研发工作包括：1)控制柜的设计，这部分设计只是提供要求请协作生产单位去完成；2)主电路的设计；3)控制电路的设计。

控制方案及用户要求，计算机控制系统主要完成下列功能：工艺参数显示功能、参数修改与设置、输出量控制、事故记录报警及保存、报表数据查询打印等。我们选用Net 2008作为前台程序设计语言，实现自动寻优算法，与控制软件进行数据交换，Mi，crosoft SQL 2005作为后台数据库系统，用于保存故障、报警等数据，同时为了便于后期软件的拓展。软件编制主要包括上位机流程图与下位机控制程序。

5、锅炉智能控制系统软件设计

5.1PLC设计

一个PLC能控制的锅炉数量最多是10台，理由是PLC上I/O数量是有限的。所以把控制字节规定使用10个字节，状态字节规定10个字节，预留30个字节。地址范围规定从VBO-VB49,其中VB~VB9为锅炉控制字节，MB30-MB39为自动或手动控制字节，VBI~VBl9为影响锅炉运行的状态字节。VB20-VB24为报警

输出字节，VB25-VB29为报警输入字节。VB40-VB49为预留字节备用。详细的分配如表5.1所示，其他分配方案南于篇幅原因略去。

程序部分比较繁多，下面以数据转换部分程序为例说明。

TITLE=PLC模块数据转换程序

Network 1

//采样：这段代码主要作用是把16位(一个字)的数据转换为实数类型的数据，并且启动计数器和累加器

LD

SMO.0

IrrD LW0，LD26

//16整数转换为32位整数

DTR LD26，LD30

//32位整数转换为实数

+R LD30，LDl2

//启动累加器

INCW LW16

//启动计数器

Network 2滤波与转换：这段代码通过一系列运算进行数据滤波，并且将数值转换为可读性很好的十进制数据。同时累加器与计数器归零便于下一次采集使用。由于篇幅原因省去。

我们可以注意到，这里所使用的内存全部是L内存的。我们这样做的目的是想把这段程序作为一个可以被其他程序使用的子程序，所以使用的是局部变量。子程序容易移动：我们可以单独挑出一个功能，并将其复制至其他程序中，而无需或很少需要重复操作。

5.2通信设计

主要介绍PLC和RM417之间的通信。PLC与其他设备的通信程序和这个程