西门子WinCC6.0和S7-300PLC在供热蒸汽锅炉控制中的应用

西门子WinCC6.0和S7-300PLC在供热蒸汽锅炉控制中的应用

西门子WinCC6.0和S7-300PLC在供热蒸汽锅炉控制中的应用

作者：沈阳鹭岛公司 高维江 何娜 发布时间：2009-9-3 10:57:39

论文摘要：工业蒸汽锅炉控制是一个比较复杂的过程控制，其多输入多输出、多回路、非线性的相互关联的特性目前的控制理论还难以妥善解决。本文就工程实例浅谈西门子WinCC6.0和S7-300PLC在供热蒸汽锅炉控制中的应用。

论文关键词：蒸汽锅炉 热工仪表 自动控制系统

工程概要

项目名称：吉林省长春市龙家堡煤矿工业锅炉监控系统

控制对象：2台25T/H 蒸汽锅炉，2台6T/H 蒸汽锅炉

主要要用途：工业供暧

控制系统主要配置：

变频器：所有水泵风机全部配备西门子变频器

调节阀：4台锅炉给水及2台除氧罐给水给汽配备调节阀

变送器：各部位主要压力及液位的检测采用国产压力变送器

氧化锆：锅炉各配氧化锆一台，用于检测烟气含氧量

电接点水位计：锅炉汽包配电接点水位计

差压式液位计：锅炉汽包及除氧罐配备差压式液位变送器

操作站：操作台共8台，计算机操作站2台，打印机一台

PLC：西门子S7-300 314系列2套

通迅方式：上位机（软件WinCC 6.0）与PLC采用MPI总线通迅

第一章 锅炉控制工艺组态画面

西门子WinCC6.0和S7-300PLC在供热蒸汽锅炉控制中的应用

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第二章 上位机与下位机通迅

2.1、上位机下位机通迅采用MPI总线通迅，硬件配置为：CP5611 PCI卡一件，2台PLC-CPU，

2.2、台上位机、总线连接器4件。

2.3、MPI是西门子的一种多点接口，主要用于编程接口，也可应用在小范围、结点数较少的子网，如控制级和现场级，MPI可连接设备主要有：PG/PC（上位机等）、OP/TP（触摸面板等）、S7-300/S7-400、S7-200，传输速率可达到187.5 KB~12 MB，节点数最大32个，通迅最大距离50米，加中继器可达到1000米，通迅介质为屏蔽双绞线。

第三章 程序设计

一、手自动操作

3.1、电机控制流程示意图如下：

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3.2、手自动操作无扰动切换

无扰动切换流程示意图

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如图所示,手动操作时,通过滑动操作面板上的滑动块,可直接设定变频器的频率,设定范围为

0%~100%(对应0-50HZ)，这个值直接输入到PLC相应PID功能块的MAN变量，再直接通过PID传入到功能块的变量LMN（PID输出），此时PID的自动计算无效，当转为自动操作时，PID的输出值自动调节，也就是在原来值的基础上开始进行自动调节，实现无扰切换；

自动操作时，滑动块操作设定频率不起作用，滑动块会自动滑动到PID的输出值，同时把这个值赋给PID中的MAN变量，自动结束时，PID的输出值就为这个结束时的值，这时就可在这个值的基础上进行手动调节，实现无扰切换。

第四章 锅炉控制流程

4.1锅炉给水水位自动控制

锅炉水位波动的幅度影响锅炉的安全和蒸汽汽压和稳定性。而锅炉蒸汽流量，给水流量和燃煤量的变化都会扰动水位，而且这些扰动刚开始都会造成虚假水位。从锅炉给水流量改变到水位恢复正常要经过较长的时间，属于大滞后系统，这些客观条件要求锅炉水位控制系统要有良好的性能。目前采用的较普遍的串级三冲量控制系统，也就是通过2个PID，锅炉蒸汽流量，锅炉水位，锅炉给水流量三个变量实现给水的自动控制。三冲量的特点是综合控制，各有主次，控制原理如图：

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为了稳态误差小，采用水位负反馈与水位给定的偏差做主调节器输入信号的闭环系统。为了克服大滞后和虚假水位的影响能够响应快、超调量小、调整时间短，采用蒸汽流量前馈和给水流量反馈与主调节器输出比较的偏差做副调节器输入信号的副环系统；副调节器输出信号，通过对给水流量的调节而调节锅炉的水位。该串级三冲量给水流量自动调节（水位控制）系统如图所示，具有锅炉负荷阶跃扰动时，响应快、过度过程平稳、稳态误差小等特点。采用西门子S7-300系统，。利用上位机的图形组态功能，可以很方便地实现该串级调节系统的组态和参数整定。

在本工程中，只有蒸汽流量、汽包水位2个变量，不能实现三冲量控制，实际上采用二冲量控制，PI调节中，以水位作为反馈对象，以调节阀作为执行机构，调节锅炉汽包水位，其中以蒸汽流量运算后做为PID调节输出的下限，做为锅炉运行时正常供水量的基本值，如果水位出现偏差，PI会在这个值的基础上自动进行调节，输出到调节阀，调节给水流量大小，本系统中锅炉假水位主要有2种情况，加大负荷和减小负荷，当增加蒸汽供给时，汽包内压力下降，水位立即上升，出现假水位，当减少蒸汽供给时，汽包内压力增加，水位降低，但与前者相比不是太明显。在程序设计中水位达到上限时PI调节不能及时减小供水量，所以采用水位到上限时立即关闭输出，延时一定时间后打开输出允许PI调值输出。

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