基于PLC的燃木材锅炉控制系统

2022-09-27

锅炉控制系统由锅炉本体, 一次仪表、控制器、手/自动切换操作器、执行机构及阀、电机等部分组成, 本控制系统主要控制锅炉及相关辅助设备的生产过程, 使其符合工艺所要求达到的蒸汽温度 (450℃) 、压力 (3.82MPa) 、流量 (30t/h) 、纯度 (过热蒸汽) 。PLC对整个锅炉的运行进行控制、监测、报警, 以保证锅炉正常可靠地运行。

1 系统控制方案设计

本系统主要包括燃烧过程控制、汽包水位控制及过热蒸汽温度控制。

本台锅炉的燃料为废木材、废木料, 燃烧过程控制包括给料系统控制、给风控制、炉膛负压控制。给料系统中斗车、料仓门、炉门和推料板按顺序动作将燃料送到炉膛里的链条炉排上进行燃烧, 通过调节鼓风机挡板的位置来控制锅炉总风量, 进而对木材的燃烧情况进行控制。炉膛压力高时, 闭锁鼓风机挡板进一步开大, 炉膛压力低时, 闭锁鼓风机挡板进一步关小。通过控制引风机挡板维持炉膛压力恒定在设定值。炉膛压力高时, 闭锁引风机挡板进一步开大, 炉膛压力低时, 闭锁引风机挡板进一步关小。锅炉排灰或进料时, 调节系统应能保持炉膛压力不超越报警值。

汽包水位控制采用三冲量调节, 即根据给水流量、汽包水位和蒸汽流量调节给水阀, 保证锅炉汽包水位的稳定, 是前馈—反馈串级调节回路。串级系统的主回路直接控制水位, 用于抑制除负荷扰动之外的其他扰动, 副回路是流量随动系统, 与蒸汽量流量的静态前馈系统一切抑制负荷扰动。当蒸汽流量变化时, 引入蒸汽流量信号及时克服蒸汽流量波动对汽包液位的影响, 并有效克服由于锅炉汽包“假水位”引起的调节器误动作;引入给水流量信号是将给水流量作为副变量, 利用串级系统中副回路克服干扰的快速性来及时克服给水压力变化对汽包液位的影响, 即控制系统中的给水流量控制回路可迅速改变进水量完成粗调, 然后再由汽包水位调节器完成水位的细调。

锅炉过热蒸汽温度调节采用喷水减温装置, 锅炉过热蒸汽温度自动调节是根据过热器集箱和减温器出口蒸汽温度自动调节减温水调节阀开度, 控制减温水量, 以保证过热器集箱中蒸汽温度控制在430℃～450℃范围内。当过热器集箱出口蒸汽温度降低时, 汽温自动调节系统自动减少减温水量, 随着汽温升高, 减温水量增加, 保证过热器集箱出口蒸汽温度稳定, 反之则减小减温水量, 避免汽温产生较大波动。

2 系统组成

本系统由CPU (可编程控制器) 、输入单元、输出单元和人机界面组成, 组成框图如图1所示。

PLC是系统控制的核心部件, 本系统采用的是西门子S7-200系列可编程逻辑控制器, CPU226, 其型号为6ES7-216-2BD23-0XB0, 带PC/PPI电缆。较其它PLC来说:它集成24输入/16输出共40个数字量I/O点, 可连接7个扩展模块;2个RS485通讯/编程口, 具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力;I/O端子排可以很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统, 具有更多的输入/输出点, 更强的模块扩展能力, 更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能[1]。

根据系统控制要求确定的输入输出点, 本系统选用了两个数字量扩展模块EM223和EM221以及两个模拟量扩展模块EM231和EM235。PLC的开关量输入信号和输出控制信号经过继电器和系统执行机构相连。

触摸屏采用的是日本DIGITAL公司的Pro-faceGP系列产品, 型号为GP2501-SC41-24V。其使用十分方便, 只要把它通过电缆连接到S7-200上即可。它的主要作用是:以数据、曲线、图形等各种形式来反映PLC的内部状态, 存储器数据;通过触摸来改变PLC内部状态位, 存储器数据, 从而参与过程控制;显示报警信息等。

3 系统软件设计

PLC程序用梯形图语言编制, 编程软件采用的是西门子STEP 7V4.0。这个程序除了主程序外, 还包括运行时间、鼓、引风机、炉排电机和泵控制、数据传输、故障报警与故障处理、给料系统控制、过热蒸汽温度、压力控制、汽包水位控制等子程序以及数据采样和通讯两个中断程序。给料系统控制程序流程图如图2所示。人机界面主要由系统运行主界面、系统参数设置界面、风机和炉排电机及水泵控制界面、给料系统控制界面、实时报警和历史报警界面等组成。