鍋爐自動控制統設計

河南中煙工業有限責任公司洛陽卷煙廠 河南 洛陽 471000

1 自動控系統的設計

搭建模糊控制器的方法有兩種，分別為硬件配置和軟件編程兩種。硬件配置是采用特殊的模糊芯片來實現模糊化、模糊推理、解模糊化整個控制過程，其具有響應速度快、控制精度高等優點，但是由于其芯片的特定性，導致其通用性較低而且造價成本較高，不適合大眾用戶；而基于軟件編程的方法，由于所編程序可以根據不同的情況進行更改，因此其通用靈活性強于硬件配置方法，其本身又大致可以分為查表法和推理法，推理法的控制精度要高于查表法，但是其投入復雜導致響應速度不如查表法，最終選擇PLC在線查表來實現模糊控制器的設計。

2 PLC應用系統設計

2.1 PLC系統簡介 在工業控制中，PLC系統一般主要用來完成實時數據采集并進行內部處理、控制算法的實現、動作指令的表達等功能，除此之外還具有監視控制實時運行狀態、打印與記錄生成的數據報表、提示故障報警等功能。其輸入輸出端口可以接收數字量信號或模擬量信號，所采集的數據經內部處理通過輸出端輸出給接觸器、繼電器、電磁閥、變頻器等執行元件。

2.2 PLC系統基本結構 PLC實質上是一種專門為工業控制而設計研發的一種微型計算機，其在硬件組成方面與普通計算機并無太大差異。其主要包括以下五部分：

(1) 中央處理單元 中央處理單元簡稱為CPU，其是PLC系統的核心所在，它能夠接收并儲存用戶所輸入的程序和數據并且能自動診斷用戶所鍵入的程序中的語法錯誤并提示，所掃描到的現場輸入數據經過其內部處理運算傳送至響應的輸出裝置。近年來一些比較大型的PLC系統都被設置為雙CPU的冗余形式，防止突發狀況導致工業過程中斷，進一步增加了單CPU形式的穩定性。

(2)存儲器存儲器相當于一個“倉庫”，它主要用來存放系統程序和用戶所鍵入的程序。同時它還可以暫時存放被處理數據。

(3) 電源 一個性能良好的電源是PLC系統正常工作的基本保障，制造商非常重視電源的設計，一般交流電的波動對其沒有影響，可靠性極強。

(4) 輸入輸出端口 其主要用來和工業現場的設備進行連接，其可以接收數字量和模擬量兩種信號。

(5) 通訊端口 主要用來與上位機或其他設備進行通訊。

2.3 PLC應用系統的硬件設計 PLC控制系統在本燃氣鍋爐系統中不單單是用來控制鍋爐液位穩定的，它同時還附帶著控制該鍋爐系統的燃燒機系統。該系統包含大量的數字量、模擬量輸入輸出信號。本系統主要的工作內容為系統硬件的配置、PLC軟件程序的編寫調試及整個系統的現場測試運行，其中硬件配置主要包括整個控制柜的控制電氣圖設計、相關電機的變頻器選型及安裝、PLC的選型及模塊配置等；PLC軟件程序主要根據控制要求來編寫。

3 鍋爐監控系統設計

3.1 監控系統方案的確定 在工業應用中，上位機一般采用穩定性較強的計算機，簡稱工控機，在工控機上安裝組態軟件并開發適合系統的組態監控界面，由上位機加組態構成的監控系統價格較為昂貴；而觸摸屏則在生活中經常見到，應用更加廣泛，其操作簡單、穩定性好、適應性強，最重要的是其價格較為低廉，維修保養方便、簡單。本監控系統是提供給司爐工人來監控、操作的，由于鍋爐房內的司爐工人普遍專業素質不高，對計算機軟硬件均不熟悉，因此設計組建一個簡單、易懂、易操作的監控系統就顯得更為必要。根據企業自身情況綜合考慮，本監控系統采用觸摸屏來構建。

3.2 觸摸屏設計 按照單個變量創建的過程，我們可以根據燃氣鍋爐實際運行情況來創建主監控界面，包括多個變量，如設定溫度、實際鼓風、燃燒機進氣量等，同時也將相應的報警變量創建完成，選擇連接方式為PRIFNET總 線。進入PORTAL軟件主界面，彈出選擇創建新文件或打開舊文件的窗口，選擇創建新文件，即新文件創建成功。

3.3 監控系統的運行 由于該監控系統與PLC實時連接，數據共享，因此該監控系統主界面上所顯示的參數數值是根據其傳感器所采集數值的不同而實時變化的，司爐工人通過該監控系統實時監測鍋爐運行時各項主要參數的變化；在該監控系統中，監控主界面主要顯示有設定溫度、當前溫度、實際鼓風頻率、燃燒機效率、天然氣流量、鍋爐液位、鍋爐電導率等主要顯示參數值，同時還設計有登錄、調試、報警功能、趨勢圖等二級功能按鈕，其中設定溫度、鍋爐液位等幾個可調參數在構建組態時其屬性設置為可點擊更改，司爐工人可以根據車間要求隨時通過該監控系統更改可調參數的數值。

結論

本文結合現代控制理論對該鍋爐的自控系統進行了深入研究。在對當前控制方法的各項特性進行對比后，根據企業實際情況最終選擇了采用PLC自動控制系統來對鍋爐進行自動控制。本文取得的成果及結論如下：對燃氣鍋爐的工作流程進行了分析，確定了鍋爐自控系統的總體方案以及模糊自整定PID的控制方法。提出了控制系統硬件組成方案，設計了電氣控制系統，并完成了設備的安裝調試。開發了溫度控制軟件，實現了燃氣鍋爐溫度、液位的自動控制，且人機界面友好，操作便捷。