ＰＬＣ技術在鍋爐房中的應用

【摘要】 以對鍋爐系統控制中常用的溫度和壓力控制為例，詳細的分析了系統的控制方法和控制框圖，給出了PLC控制系統的軟件設計流程圖。最后對PLC控制系統的穩定性進行分析，并提出使系統穩定性提高的方法。

【關鍵詞】 鍋爐;PLC;應用;穩定性分析

鍋爐技術主要應用與日常生活和工業生產中，供人們用于生活取暖或為生產提供動力。伴隨著經濟的飛速發展及人民生活水平的不斷提高，對鍋爐供暖的質量提出了越來越高的要求。現今鍋爐控制技術仍比較落后，電機的控制主要依靠值班人員的手動操作，控制過程繁瑣，并且無法對鍋爐供水溫度和管網壓力變化做出實時的反應。

為了改善這種狀況，將PLC技術引入鍋爐房的控制中的應用越來越引起人們的廣泛關注。PLC又被稱做可編程邏輯控制器(Programmable logic controller)，是一種針對于自動化實時控制的數位邏輯控制器。由于它廣泛采取了微機技術以實現各種控制功能，繼而解決了使用傳統的控制電路難以解決的問題，可以達到對鍋爐系統的精確控制。

一、PLC在鍋爐控制系統中的應用

基于PLC的鍋爐控制系統比較的應用于船舶鍋爐，供水鍋爐和企業生產中。其控制的對象也廣泛的應用于鍋爐含氧量、出水溫度和壓力等量的控制上。溫度和壓力是影響鍋爐系統穩定和效率的兩個重要的指標，對于出水溫度和壓力的控制是PLC系統在鍋爐控制系統應用中最重要的兩個方面。

溫度控制的目的是使用于使用的水溫可以達到用戶要求，并盡可能的維持溫度和壓力在給定溫度的范圍內不變，控制系統的組成主要包括溫度與壓力傳感器，變頻器，給煤機與引風機以及PLC系統中包含的PID控制模塊所形成的多閉環系統組成，系統的主要控制框圖(如圖1所示)。

如圖1所示為鍋爐出水溫度與爐膛壓力控制系統，以給定溫度值或壓力值為控制標定量，與鍋爐實際的溫度或壓力值進行比較后，其差值通過PID調節，形成控制信號用以作用于給煤機或者引風機，達到控制系統的輸出穩定的目的。系統PID調節器的傳遞函數如式(1)所示:

設計目標進行設計的三個參數。PID環節即為比列-微分-積分環節，比例系數決定系統的反應力度，積分環節用以消除系統的靜態誤差，使系統的輸出與給定的標定量相等，微分環節用于提高系統的反應速度，在保留相角裕量的基礎上增大系統的帶寬。系統PID的設計遵循以下步驟:

(1)根據對系統反應時間tm的要求，求算系統的帶寬wc，使校正之后的系統滿足在wc的角頻率點上的幅值為0dB。

(2)根據系統對超調量D的要求，求算開環狀態下相角裕量，使系統校正后的開環傳遞函數滿足相角裕量的要求。

(3)根據系統的動態精度要求，確定在某角頻率點w0處滿足增益要求。

對于系統的PLC軟件方面，系統分為多個階段運行，軟件各部分實現的流程如下所示:

(1)PLC系統進行運行參數的初始化過程，設置各個寄存器、計數器、PLC工作模式等參數。

(2)系統對出水溫度和爐膛壓力進行采樣，并通過各自對應的傳感器與溫度和壓力的設定基準值進行比較，得到溫度差量ut與壓力差量up。

(3)PLC設置PID控制器的控制參數，通過計算機處理控制系統鼓風機或引風機的運行。

(4)PLC實時與上位機進行通訊并傳送現場數據以及操作人員的指令，對一些簡單的故障進行處理。系統的軟件流程圖(如圖2所示)。

其中PLC依據得到的溫度差量和壓力差量，通過PID環節輸出控制信號是整個系統最為重要的環節。

二、PLC在鍋爐控制系統應用中的穩定性分析

為了在控制上保證系統的穩定性，可以在控制方法上予以改進，結合圖1所示，對于系統中可能出現的影響系統穩定性的其他因素，可以使用前饋控制法。前饋控制是在PID控制中一種常用的配合PID控制而使用的穩定系統的方法，它通過將可能出現的干擾信號接入前饋端，在擾動信號還未作用之前將其消除。前饋控制的原理(如圖3所示)。

除了在控制方法上予以改進之外，還有其他一些外部因素可能影響到系統運行的穩定性，這些主要分為影響PLC信號穩定的因素和執行機構出錯兩部分。在PLC信號穩定方面，傳輸信號的電路可能由于老化，拉扯造成短路或者斷路;PLC系統元件質量問題可能造成系統指令信號出現偏差影響系統穩定性;觸點的誤抖動可能造成PLC執行周期中的順序錯亂，使系統發生紊亂。對于執行機構，則主要是控制負載的接觸不按照要求動作，執行機構在PLC發出命令之時沒有按要求執行指令。在設計和使用過程中，要密切注意工作環境的變化，確保元件運行無誤。

三、結論

分析了PLC系統在鍋爐房中的應用，并且以典型的溫度和壓力PLC閉環控制系統為例進行分析，給出了系統設計的框圖和程序的軟件流程圖。討論了從硬件和控制方法上對PLC應用于鍋爐房系統穩定性的改善方法，使用PLC進行鍋爐內風機的調節，替代原來的手工調節，節省了大量的電能，提高了鍋爐系統的效率。

參考文獻

[1]鄧洪偉，閆圣娟.供暖鍋爐溫度和壓力的PLC控制[J] .科技資訊.2008(18):93～94

[2]劉建. PLC在電廠鍋爐設備變頻器上的應用[J].江西煤炭科技.2009(1):29～30、75

[3]李晉，談剛，祁美華.PLC在熱水鍋爐控制中的應用[J].機械管理開發.2007(5):59～60