基于IFIX和施耐德PLC的燃煤鍋爐控制系統設計與實現

【摘 要】IFIX和施耐德PLC的燃煤鍋爐控制系統的設計，能夠有效的提高燃煤爐的自動化水平，使其能夠更加安全穩定的運行。此種系統融合了先進的計算機技術、通訊技術等，其對鍋爐運行期間的有效監控與管理具有重大意義。該系統不僅具有操作簡單、功能齊全的優勢，還具有人機對話的功能，因此非常值得應用。本文首先對該系統的設計進行了介紹，其次探討了其實現過程，希望能夠有所幫助。

【關鍵詞】IFIX；PLC；煤鍋爐控制系統；設計；實現

燃煤鍋爐主要是用在發電、化工等企業，其作為動力設備，所發揮的作用不容小覷。燃煤鍋爐主要是由給水設備、引風雨送風設備等組成。現階段我國有很多企業所使用的鍋爐都已經應用了十分先進的控制技術，但是也有一些鍋爐依然使用傳統的儀表、繼電器等控制方法。傳統的控制方法不僅需要很多人參與其中，而且工作環境還比較差，工人需要付出更大的強度，浪費資源的同時，也對環境產生了嚴重的污染，因此選擇使用新型的控制技術，對我國鍋爐行業的發展來說異常重要，對于使用鍋爐的企業來說也非常重要。

1.IFIX和施耐德PLC的燃煤鍋爐控制系統設計

1.1下位機設計

1.1.1控制系統硬件構成

某熱電廠的鍋爐控制系統主要有兩部分構成，一是下位機；二是上位機，利用以太網通訊協議，使得上位機與下位機之間的數據能夠進行有效交換。下位機應用的PLC設備，其主要是負責采集現場信號，同時對現場運行設備進行有效的監控。另外，電源模塊使用的是140CPS11420，而最為重要的控制器模塊是140CCPU11302等。上位機應用是寬屏顯示器以及研化工控機。上位機與通訊模塊進行交換，利用雙絞線實現兩者的連接。

1.1.2 PLC程序設計

下位機編程所應用的軟件是Concept2.6系統，此種系統軟件既擁有良好的模塊化優勢，同時對系統進行反復的控制，以此將程序或者子程序變成各種各樣的功能塊，可以在主程序中實現任意的調用，此種方式極大的提高了編程的效率。依據燃煤鍋爐控制的自身的特征，有關人員需要對其進行調節閥、電動閥、電動機控制、泵等進行程序的編寫。同時程序中還需要設置聯鎖保護，除此之外，反饋控制也是并不可少的設置內容。

（1）燃煤、給水和蒸汽控制系統等聯鎖保護。

在燃煤控制系統中，引風電機與送風電機相比，啟動的時間更早。通常情況下是，送風電機完全處于停止狀態時，工作人員再將引風電機延時停止，此種爐膛中會有微負壓的存在，負壓如果超過一定的程度，就會產生嚴重的漏風現象，煙氣熱量會因此造成非常大的損失，既影響安全生產，同時也影響環境衛生。該系統中設計人員應該將爐膛負壓保持在-10Pa左右。出渣機主要是負責清理灰渣，因此需要首先啟動出渣電機，之后再氣功比爐排電機，待到比爐排電機完全處于停止狀態時，爐膛會保持比較通暢的狀態。在給水以及蒸汽控制系統中，如果鍋筒水位非常低，則放水電動閥將會處于緊急開啟狀態中，而如果除氧水位比較低時，給水調節閥以及水泵電動閥就會處于開啟狀態，而鍋筒壓力達到很高的狀態時，出口電動閥就會自動開啟。

（2）采用數字PID增量式反饋系統。

自動控制理論可分為開環控制系統和閉環控制系統。閉環控制系統的特點是系統被控對象的輸出會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環。閉環控制系統有正反饋和負反饋。調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID調節，分為模擬和數字PID兩種。當系統控制器和被控對象的結構和參數不能完全掌握或不能通過有效的測量手段來獲得，得不到精確的數學模型，控制理論的其它技術也難以采用時，必須依靠經驗和現場調試來確定，此時最適合用PID控制技術，數字PID控制分為位置式和增量式兩種。

1.2上位機的設計

上位機選用Intellution公司的IFIX PLUS SCADA PAK4.0監控軟件，通過內置的VB語言編程來實現鍋爐運行狀態的監控，以組態畫面的形式實時顯示生產過程的各種參數與報表、報警和歷史查詢信息，通過設置工藝和監控參數實時控制鍋爐工作過程。級”、“上限”、“下限”等設置，一旦生產過程中某些重要參數異常，則以聲光報警的形式立即通知監控人員。

IFIX4.0通過建立、連接數據庫，然后編輯VBA腳本讀取數據：IFIX先由vxData1控件通過ODBC接口從數據庫（Access）讀取數據，然后根據Alarm_History_Query程序查詢條件將數據送到vxGrid1控件顯示界面。IFIX采用歷史定義、歷史采集和歷史顯示三個獨立的程序來完成歷史趨勢顯示功能的，在歷史定義中先定義好所有需要歷史記錄的采集點，歷史采集程序在系統運行時始終保持運行狀態，將采集來的數據存儲在硬盤上，IFIX4.0通過MBE-modbus Ethernet v7.17驅動來實時采集和利用現場數據，掃描周期為1 秒，歷史顯示程序將數據以圖形形式顯示在界面上。在生產中通過對工藝參數歷史數據的分析與對比， 能有效地預測和控制工藝及生產。

2.IFIX和施耐德PLC的燃煤鍋爐控制系統的實現

工業以太網結合TCP/IP協議是目前應用最廣泛的局域網絡技術之一，在控制系統監控層的應用方面，通過全雙工交換技術，可以完全避免CSMA/CD中的碰撞，消除了控制系統數據傳輸的瓶頸，實時性能較好，支持的數據傳輸速率包括10Mbps、100Mbps和1Gbps，并且可以方便地實現優先級響應機制。以太網具有以下優點：開放性好；數據傳輸率很高；遠程技術的應用，容易與信息網絡集成；有利于資源共享；支持多種的物理傳輸介質（同軸電纜、雙絞線、光纜、無線）和拓撲結構；成本和費用低廉。

在本系統中，上、下位機使用基于TCP/IP協議的工業以太網通訊，選用140NOE77101，QUANTUM Ethernet 10/100M的通訊模塊。施耐德Quantum 140CPU11302S PLC在Concept2.6平臺和上位機的連接：要求PLC的MAC地址與計算機的IP地址設在同一網段，它們分別為：84.20.93.166和84.20.93.168，設置好以后下載程序到PLC，然后再重新設置網絡連接下的TCP/IP協議，設置PLC的IP的地址為192.168.100.51，上位機的IP為192.168.100.53，SubnetMask： 255.255.255.0。施耐德Quantum 140CPU11302S PLC與IFIX4.0的連接：IFIX的MBE驅動的IP地址設為192.168.100.51。傳輸介質使用經濟實用的雙絞線，采用建筑地（地樁）的接地方式。

IFIX4.0通過MBE驅動和PLC實時處理現場數據，根據實際需要在PLC中共使用I/O點數222個，定義為6位地址，模擬量輸入（AI）為300001-300042，模擬量輸出（AO）為400001-400088（注：有些地址未用，有些是Real型），開關量輸入（DI）為100001-100079，開關量輸出（DO）為000001-000090。為保證上下位機的通訊，數據采集和實時控制在IFIX4.0數據庫中采用與PLC相同的、一一對應的點地址，上位機采集下位機中來自現場的數據，經過處理后再將控制命令傳給下位機，以此監控運行過程。控制系統采用下位機自動控制，上位機自動、手動控制和就地手操相結合的方式，來保證整個系統可靠地運行。

3.結語

綜上所述，可知IFIX和施耐德PLC的燃煤鍋爐控制系統的設計重點就是上位機與下位機的設計，其實現主要是依靠通訊連接。某工廠該系統設計結束之后，對該系統進行了運行檢驗，發現燃煤鍋爐燃燒的效率大為提高，控制也始終能夠保持在安全穩定的狀態中，上位機與下位機數據之間的傳輸也非常可靠，監控程序比較健全，尤其是預警功能十分突出。該系統不僅便于調試，也便于維修，完全可以推廣到更多的電廠中使用。但是其他電廠在使用過程中，要對其進行適當的改造，以便能夠符合本電廠的要求。本文是筆者多年的設計經驗的總結，僅供參考借鑒。

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