西门子中国-代理商-质量保障

摘要：本文简要描述瑞千源自动化公司在对某科技园区的锅炉进行变频改造采用的方案。采用西门子MM4系列变频器，控制锅炉鼓风与引风，实现手动开环/自动闭环运行。

控制对象: 包括6吨蒸汽锅炉， 鼓风电机和 引风电机等。

设备参数: 客户现场的电机参数: 鼓风电机功率:5.5 KW 引风电机功率18.5KW

控制目的: 改造并组成良好的燃烧工况，提高锅炉燃烧效率，降低能耗减少排污。

变频控制系统设计工作原理：

　　本系统可实现开/闭环运行：

　　1.引风控制：

　　通过炉膛上的负压变送器将炉膛压力标准电信号送入引风变频器PID 控制器的反馈通道, 经处理后与设定炉膛负压力比较, 经过PID 控制器产生运算信号, 此信号控制引风变频器调节电机转速, 使炉内负压稳定在设定值, 从而达到自动跟踪鼓风保持炉膛负压恒定目的。引风电机速度随着炉膛负压值的变化而变化。即保证锅炉燃烧部分的自动运行。

　　2.鼓风控制：

　　通过蒸汽管道上的压力变送器将所需蒸汽压力标准电信号送入鼓风变频器PID 控制器的反馈通道, 经处理后与设定蒸汽压力值比较, 经过PID 控制器产生运算信号, 此信号控制鼓风变频器调节电机转速, 使蒸汽管道上压力基本稳定在设定值, 从而达到自动跟踪蒸汽管道上压力。

　　3.由于原锅炉为非节能型燃烧方式，控制风量靠人工操作风道挡板，蒸汽压力单靠人工控制燃烧不好。因此电机全速运转产生的风量不能全部使用，采用挡板截流造成约30%的电能损耗。使用变频器可根据生产需求任意调整电机速度，使输出风量可以调节，提高生产工效并且节能降耗。

　　变频器采用西门子MM430系列。控制系统的起动方式为外部远程人工控制。

调速方式：

　　1: 为操作工人根据生产情况由外部远程升速/降速按钮实现对电机的速度控制。

　　2：变频器通过端子BICO连接切换为自动PID运行方式。

　　3：系统还可实现全开环运行，通过控制柜或现场操作箱上的启停按钮和电位器实现人工控制和调速。

系统的主要连锁：

　　1.鼓风机运行条件：只有当引风机投入运行后，鼓风机才允许启动运行。

　　2.变频和工频连锁。变频运行与原旧工频运行，连锁控制系统。

　　3.当变频系统在运行过程中出现故障时,发出声、光报警信号,提醒值班人员适时处理。

系统构成：

　　1、 锅炉变频改造控制系统原理

　　配置：GGD控制柜体2200×1000×600 一台

　　鼓风变频功率: MM430-7.5 KW　引风变频功率MM430-22KW

　　见下图:

变频控制柜技术参数及性能特点：

　　1.主要技术参数：

　　（1）主回路电源：三相五线制。380V+10%。

　　（2）控制回路电压：220V

　　（3）负压压力传感器调节范围：以保证建立充分燃烧系统为准。

　　（4）蒸汽压力传感器调节范围：以生产所需实际为准。

　　2.系统性能特点：

　　（1）具备运行方式选择开关：实现变频和工频互锁，工频运行为原控制系统，变频与工频由转换开关转换，并具有互锁保护功能。

　　（2）具备变频方式下的——本地/远程——选择开关：实现本地电位器人工调速。变频器PID闭环调速方式。

　　（3）变频软启动：电机通过变频器启动，电机电压采用数字自动斜坡补偿技术， 电 机缓步升速时系统机械冲击小，能显著延长电控元件及风机机械的寿命。

　　（4）具有完善的电机，及变频器自身保护功能：电机欠电压、再生过压、过流、过载、短路、过热保护等。

　　（5）具有电源电压、电机电流等柜体仪表显示功能。变频器运行工作状态指示灯显示功能。并能将变频器速度和电机运行电流以0—20mA标准模拟量形式传输给DCS监控系统。

　　（6）变频器故障报警指示及开关量传输、远程复位功能。

变频器的主要调试参数：

该套污水装置从1994年投入生产，至今该套系统已经连续运行十多年，按照西门子公司提供的产品元件更换周期，大部分元件（如：I/O卡，通讯卡等）均已经超过使用寿命，而且部分元件已出现明显老化现象，由于PLC故障引发的生产事故近年不断增加，有时会给环境带来一定的影响；另外原污水控制系统有部分余量，但是这些年来随着一些技改技措，增加了许多监视、控制点，原富余点已经基本利用上，再有新的改造或增加监视控制点已基本没有位置，这样为污水装置今后技改技措的发展带来一定的难度。还有由于该型号产品已经淘汰，备件产量较少，价钱比较高且采购周期长。

　　前段时间操作站与PLC通讯的通讯卡出现故障，不能通讯，加之工控机的硬盘也发生故障，工艺人员只能到现场手动操作控制现场的工况，故决定马上进行升级改造该套控制系统。经过综合考虑决定控制系统采用西门子S7-400,监控系统采用西门子WINCC监控软件，使操作安全、便捷。

2.控制系统硬件配置方案

　　由于PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。采用以S7-400为核心的控制系统使系统更加安全、可靠而且易操作、易管理、易维护，可以进行优化控制和先进控制。另外从价格因素考虑，改造用的的PLC控制系统可以利旧使用污水车间原来限制下来的一套控制系统，不用从新购置S7-400的硬件设备，大大节省了资金，而且日后维护、检修的费用都较低。

　　经过对该套装置的控制点数统计以及对复杂回路、联锁回路的分析决定，改造后系统由一个主机架（CPU机架）和扩展机架构成，

其中数字量输入模板为6ES7 421-1BL00-0AA0，DI32*24VDC，

数字量输出模板为6ES7 422-1BL00-0AA0，DO32*24VDC/0.5A，

模拟量输入模板为6ES7 431-1BL00-0AB0，AO8*13Bit；

模拟量输出模板为6ES7 432-1HF00-0AA0，AO8*13Bit；

PLC系统供电由一个20A的SIEMENS电源提供，以保证系统良好运行。

5.此次改造的难点

软件上需要将S5-115U程序转换为S7-400的程序，一开始尝试用软件的方式将S5-115U程序转换为S7-400的程序，但转换出来的程序S7-400不能识别，没有成功，软件编写只能重新自己编写，地址需要重新定义，另外工期特别紧，只给了半个月的工期，因此工作量比较繁重。
10、综合故障监控系统
因其是全场的污水处理装置是核心生产设备，它的安全运行至关重要，其运行参数如压力、温度、液位、分析参数等必须严格监控，否则会对环境造成影响，因此有必要设置综合故障监控系统。
　　需要指出是，上述控制系统不是孤立的，它们应该相互联系起来，才能实现整个系统的协调控制。为了使该系统安全可靠，主要选用AB、SIEMENS和HONEYWELL等国际公司的产品作为系统硬件，将所有的监控点和控制回路组态成画面，组成较DCS更灵活、经济，而且速度更快、更安全可靠的控制系统；具备参数监视、历史记录、各控制回路调节、报警联锁、联锁切除、工作点运行状态显示：故障分析提示、与上位机通讯、自诊断(包括线路诊断)以及各种打印功能等。PLC控制和手动控制双重控制系统，即在PLC断电或不能正常工作的情况下，用手动控制系统来操纵主要系统阀门，保证污水的安全运行。

6.系统构成特点

　　安全可靠，系统机柜内的220V交流电源和24V直流电源都接入UPS电源，外部电源故障断电后可维持40分钟不间断供电，不会对PLC系统供电产生影响。

　　组态方便，可在线修改。工程师站和操作员站即可进行离线编程组态和流程图修改，也可进行在线编程组态，并采用软连接的方式对组态控制方案进行动态显示和模拟操作。所有组件可在线插拔，在线增减I/O卡件，在线修改控制组态并下装及在线修改流程图并下装。

　　易于维护性：组态专有功能块可对各个部件进行测试，诊断和维护，一旦卡件损坏，系统检测到以后立即以声光报警形式报警并启动打印机打印设备名称、故障类别及发生时间等。与此同时故障设备也有发光二极管亮灯提示，维护人员可及时处理。

7．结束语

　　该套控制系统经调试后机组于2008年7月一次开车成功运行至今，S7-400 PLC控制系统运行良好，人机界面直观，流程图美观大方，运行设备的启动条件和停机联锁一目了然，操作简单方便，控制系统合理、可靠获得了操作和管理人员的一致认可，控制系统的硬件配置和软件组态体现了很高的性价比。由上述可见当今高性能的PLC完全可以完成顺序控制、复杂回路控制和运算功能，而且方式灵活，安全可靠。有着广泛的应用前景。