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PLC在工业锅炉自动控制中的应用

3 plc控制系统结构

　　3.1 plc控制系统的组成

　　plc控制的结构如图5所示。控制设备选用德国si-emens公司的plc系列可编程序控制器。系统配有一台上位机和一台下位机。通过数据通讯网络，彼此相连。下位机的cpu模板采用plcsimatic s7可编程控制器，上位机采用中国台湾研华公司的工业控制机ipc。

　　系统配置的软件有s7-400编程软件和simaticwincc全面开放的新一代人机界面监控软件。step7-400用于plc的编程、调试和生成各种程序文档，simaticwincc用于实现人机接口功能。

　　锅炉控制系统由锅炉本体，一次仪表、微机、手/自动切换操作器、执行机构及阀、滑差电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力，流量，氧量，转速等热工参数转换成电压、电流或电阻值输入plc。手/自动切换操作部分：手动时由操作人员手动控制，用操作器控制滑差电机及阀等，自动时由plc发出控制信号经执行部分进行自动操作。plc对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制，以保证锅炉正常可靠地运行。

　　除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行plc系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及常规报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，这是必不可少的，以免锅炉发生重大事故。

　　3.2 燃烧过程的模式识别与智能控制

　　燃烧过程的模式识别与智能控制结构图如图6所示：

　　这里给定量为给煤量、送风量、引风量等;被控量为蒸汽温度、蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛压力蒸汽流量等。

　　本系统设计了一个专家控制器。

　　（1） 专家控制器的基础是知识库

　　专家控制器由经验数据库和学习与适应装置组成。图6所示的为工业锅炉燃烧专家控制器的结构框图。图6中知识库用于存入有关工业锅炉燃烧过程控制的专家知识，包括有经验的锅炉操作人员和控制工程师手动操作调整的综合经验与判断能力。其中经验数据库主要存储经验和事实数据，学习与适应装置的功能是根据在线运行获取的信息补充或修改知识库的内容，对锅炉热效率进行自学习寻优。锅炉专家控制器在某一工况下，可以通过改变鼓风量，搜索到锅炉燃烧热效率的Zui高点，按此时的风煤比设定鼓风量、抛煤机转速和炉排转速并把这些数据补充到知识库中，从而可以实现锅炉的节能经济运行并改善系统的动态特性。

　　（2） 建立知识库

　　建立知识库的主要工作是如何表达已获取的知识。专家控制器的知识库用产生式规则建立，其中每条规则都可以独立地增删修改，使知识库的内容便于更新。控制规则集是被控过程的各种控制模式和经验的归纳和总结，当规则条数不多，搜索空间很小时，推理机构可以采用向前推理方法，逐次判断各规则的条件，满足则执行，否则继续搜索。

　　（3） 特征识别与信息处理

　　这部分的作用是实现对信息的提取加工，为控制决策和学习适应提供依据。它包括抽取动态过程的特征信息、识别系统的特征状态，并对特征信息作必要的加工。在锅炉专家控制器中，通过主蒸汽流量和压力的测量值及计算一段时间内的累加值，就可以判断蒸汽负荷的增减，通过炉膛温度的测量值及增量和累加值，就可以判断锅炉的燃烧状况，从而为下一步控制决策提供依据。

　　利用上述方法，在负荷波动较大时搜索Zui高炉温。在负荷平稳时搜索风煤比以获得Zui高的锅炉效率。此外还可采用分层递阶智能控制算法。

4 结束语

　　经过对武钢能源总厂工业锅炉控制系统的反复调试与不断改进，生产过程的自动控制得以实现，生产效率明显提高，节能效果十分显著，取得了良好的经济效益和社会效益，受到了生产厂的。该系统的设计思路及设计技巧对其它相似过程的控制也具有一定的借鉴作用。

　　实践证明，锅炉这种具有大惯性、纯滞后、非线性的多变量系统，各变量间相互耦合，干扰因素多，数学模型不易建立，某些参数难以检测，燃料发热值及压力频繁波动情况下，用常规方法不能进行有效控制，应用智能控制及模式识别技术，能够收到满意的控制效果

图解法编程

图解法是靠画图进行 PLC 程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。

(1) 梯形图法：梯形图法是用梯形图语言去编制 PLC程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成PLC 的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，的一种编程方法。

(2) 逻辑流程图法：逻辑流程图法是用逻辑框图表示 PLC程序的执行过程，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的 PLC控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，便于查找故障点，便于调试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和用梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制PLC 应用程序。

(3)时序流程图法：时序流程图法使首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，后把程序框图写成PLC 程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。

(4)步进顺控法：步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少PLC 生产厂家在自己的 PLC中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。

2. 经验法编程

经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序"。结合自己工程的情况，对这些“试验程序"逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，就需要日积月累，善于总结。

3. 计算机辅助设计编程

计算机辅助设计是通过 PLC编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE 运行文件。

使用 STEP 7 对这些模块进行组态和参数化

模块

用于和时，模拟量模块可到 S7-300。该模块通过 LED 转换和指示输出，实现对编码器的模拟。

该模块可到任何地方（不必遵守插槽规则）。该虚拟模块为未组态的模块预留了一个插槽。稍后安装该模块时，整个组态的机械配置和地址分配均不会更改