用PLC和變頻器實現給水加氨的自動控制

朱紅

摘 要：江蘇新海發電有限公司2*330 MW機組鍋爐給水加氨有3臺給水加藥泵，二開一備用，原有的控制器為單機控制，備用泵手動切換，設備老化，操作困難，設備故障率高，維護量大，為此，考慮采用變頻調速技術進行改造，用PLC實現自動調節和各種控制功能。運行實踐證明，該方案穩定可靠，經濟效果明顯。

關鍵詞：PLC 給水加氨 變頻器 自動調節

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0096-01

本企業所用的鍋爐給水自動加氨控制系統比較落后，操作困難且容易發生故障，因此采用PLC和變頻器進行改造，下面對具體改造方案和結果進行探討。

1 鍋爐給水自動加氨控制系統工藝要求

（1）鍋爐給水自動加氨控制系統在正常生產過程中，由1#給水加藥泵實施向15#機組除氧器水箱出口下降管加氨，由3#給水加藥泵實施向16#機組除氧器水箱出口下降管加氨。2#加藥泵作為備用泵，根據備用泵狀態進行切換。

（2）當正使用的加藥泵的控制方式“就地—遠控”開關處在“就地”時，設備均在就地進行操作，PLC和上位機起監視作用，在遠控時，執行控制和遠操。

（3）保持省煤器入口pH值控制在設定范圍內。

（4）對加藥泵及變頻器運行狀態動態監測，以實現動態檢修。

2 鍋爐給水自動加氨控制系統系統控制原理

由省煤器入口pH值控制加藥量，以pH值作為反饋量對加藥量進行PID控制，輸出為控制加藥泵變頻器的輸出頻率值。設定一個低的pH值，當pH小于此值時，啟動加藥泵，設定一個高的pH值，當pH值大與此值時，停止加藥泵。根據△pH值的大小由PLC內PID功能模塊進行PID運算，控制變頻器來改變電動機轉速，達到所要求的PH值。當pH值低與低的pH設定值時，省煤器入口pH值偏低，則提高變頻器輸出頻率，使電動機轉速加快，增大加藥量；當pH值高與高pH值時，省煤器入口pH值偏高，則降低變頻器輸出頻率，使電動機轉速降低，減少加藥量，直至不加藥。這樣不斷的調整，使pH值穩定在設定范圍內。系統結構如圖1所示：

3 鍋爐給水自動加氨控制系統設計方案

新海發電有限公司2臺三十萬機組化學控制系統包括上位機（包括通訊網絡），PLC控制系統急救地控制儀表，水系統監控系統包括制氫站，反滲透，水汽站三個系統組成，自動加氨控制系統是水汽站系統的一部分，它包括上位機一臺（ifix畫面創建軟件），S7-300系列的CPU315-2DP屬于最高端產品，15#機組和16#機組各一臺5288型在線PH儀表，以及三臺變頻器，接觸器，操作按鈕等組成。

該自動加氨控制系統采用PLC實現加氨泵的自動控制，以及啟停，備用切換，故障報警，加氨泵保護等各種控制功能的實現，由上位機實現對控制過程和設備的監視，實現人機接口。

3.1 PID運算功能的實現

S7-300系列CPU315-2DP具有連續調節功能塊FB41，使用時只要將設定值，過程變量，手動值等值輸入FB41，產生背景數據塊DB41，就能較好完成所要的PID調節。

在調試過程中，根據目標值要求的范圍進行背景數據塊DB41的數據調整，直至達到要求值。

3.2 啟動

在上位機畫面上（使用IFIX畫面創建軟件），設有遠控/自動變頻，遠控/手動變頻，遠控/工頻，按鈕。現場控制柜上有遠控/就地 按鈕，可以現場工頻啟動電機。

3.3 運行

正常情況下，自動加氨程序運行，1#加氨泵給11#機組加氨，3#加氨泵給12#機組加氨，2#加氨泵備用。

從現場5288型PH表送入的PH值信號，以4～20 ma模擬量的形式進入PLC模擬量通道，經過FC105的數值轉換后，根據值的大小進行FB41的PID調節，輸出變頻器的頻率值，經過FC106的數值轉換后，由PLC模擬量輸出通道輸出到變頻器，控制加氨泵的轉速，最終控制鍋爐給水的加氨量，保證鍋爐給水的品質。

3.4 停止

上位機畫面上設有停止按鈕，控制自動加氨程序的執行與停止?，F場控制柜上有啟停按鈕控制整個系統的啟停。

3.5 切換

在上位機畫面上有2#備用泵的控制按鈕，分別為2備1和2備3。2#加氨泵的控制程序與其他2臺泵相同，控制數據的輸入采用數據塊的方式。

當1#加氨泵故障時，投入2#加氨泵，同時把控制1#加氨泵的數據送入2#加氨泵的控制程序；控制2#加氨泵向11#機組鍋爐給水加氨。

當3#加氨泵故障時，投入2#加氨泵，同時把控制3#加氨泵的數據送入2#加氨泵的控制程序；控制2#加氨泵向12#機組鍋爐給水加氨。

當1#加氨泵和3#加氨泵正常時，2#加氨泵無論采用那臺泵的數據，2#加氨泵都不啟動，處于被用狀態。

3.6 數據顯視和故障報警

在上位機畫面作出電機故障報警和PH值，變頻值等信號的顯示和報警。便于運行人員對加氨過程的監視和操作。及時發現故障和處理。

3.7 人機接口

上位機采用IFIX的畫面創建程序，有良好的人機互動界面，可以直接在畫面上設定變頻器的手動輸入頻率和加氨時間，操作簡單可靠。

4 結語

本系統采用PLC后，組成閉環自動控制，實現自動調節，運行更加穩定可靠。采用上位機，可以就地和遠控操作，方式簡單、靈活；實現水汽站無人值班；系統可擴展性好，易與其他系統聯網，組成輔網，集中操控；在調試過程中，要注意PLC輸出變頻器信號和變頻器自工作變頻范圍的配合，調整變頻器在最佳工作范圍，避免變頻器和電機損壞；在5288 pH計模擬量信號4～20 ma值送入PLC模塊前，必須經隔離開關隔離，減少信號的跳變。

參考文獻

[1] 廖常初.西門子S7-300/400 PLC應用技術[M].機械工業出版社，2011.

[2] 陽勝峰，吳志敏.圖解西門子S7-300/400PLC編程技術[M].中國電力出版社，2010.

[3] 山西省電力工業局.熱工儀表及自動裝置[M].中國電力出版社，1996.

[4] 電廠化學儀表計量確認審查委員會.電廠化學儀表與計量[M].中國電力出版社，2003.endprint

摘 要：江蘇新海發電有限公司2*330 MW機組鍋爐給水加氨有3臺給水加藥泵，二開一備用，原有的控制器為單機控制，備用泵手動切換，設備老化，操作困難，設備故障率高，維護量大，為此，考慮采用變頻調速技術進行改造，用PLC實現自動調節和各種控制功能。運行實踐證明，該方案穩定可靠，經濟效果明顯。

關鍵詞：PLC 給水加氨 變頻器 自動調節

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0096-01

本企業所用的鍋爐給水自動加氨控制系統比較落后，操作困難且容易發生故障，因此采用PLC和變頻器進行改造，下面對具體改造方案和結果進行探討。

1 鍋爐給水自動加氨控制系統工藝要求

（1）鍋爐給水自動加氨控制系統在正常生產過程中，由1#給水加藥泵實施向15#機組除氧器水箱出口下降管加氨，由3#給水加藥泵實施向16#機組除氧器水箱出口下降管加氨。2#加藥泵作為備用泵，根據備用泵狀態進行切換。

（2）當正使用的加藥泵的控制方式“就地—遠控”開關處在“就地”時，設備均在就地進行操作，PLC和上位機起監視作用，在遠控時，執行控制和遠操。

（3）保持省煤器入口pH值控制在設定范圍內。

（4）對加藥泵及變頻器運行狀態動態監測，以實現動態檢修。

2 鍋爐給水自動加氨控制系統系統控制原理

由省煤器入口pH值控制加藥量，以pH值作為反饋量對加藥量進行PID控制，輸出為控制加藥泵變頻器的輸出頻率值。設定一個低的pH值，當pH小于此值時，啟動加藥泵，設定一個高的pH值，當pH值大與此值時，停止加藥泵。根據△pH值的大小由PLC內PID功能模塊進行PID運算，控制變頻器來改變電動機轉速，達到所要求的PH值。當pH值低與低的pH設定值時，省煤器入口pH值偏低，則提高變頻器輸出頻率，使電動機轉速加快，增大加藥量；當pH值高與高pH值時，省煤器入口pH值偏高，則降低變頻器輸出頻率，使電動機轉速降低，減少加藥量，直至不加藥。這樣不斷的調整，使pH值穩定在設定范圍內。系統結構如圖1所示：

3 鍋爐給水自動加氨控制系統設計方案

新海發電有限公司2臺三十萬機組化學控制系統包括上位機（包括通訊網絡），PLC控制系統急救地控制儀表，水系統監控系統包括制氫站，反滲透，水汽站三個系統組成，自動加氨控制系統是水汽站系統的一部分，它包括上位機一臺（ifix畫面創建軟件），S7-300系列的CPU315-2DP屬于最高端產品，15#機組和16#機組各一臺5288型在線PH儀表，以及三臺變頻器，接觸器，操作按鈕等組成。

該自動加氨控制系統采用PLC實現加氨泵的自動控制，以及啟停，備用切換，故障報警，加氨泵保護等各種控制功能的實現，由上位機實現對控制過程和設備的監視，實現人機接口。

3.1 PID運算功能的實現

S7-300系列CPU315-2DP具有連續調節功能塊FB41，使用時只要將設定值，過程變量，手動值等值輸入FB41，產生背景數據塊DB41，就能較好完成所要的PID調節。

在調試過程中，根據目標值要求的范圍進行背景數據塊DB41的數據調整，直至達到要求值。

3.2 啟動

在上位機畫面上（使用IFIX畫面創建軟件），設有遠控/自動變頻，遠控/手動變頻，遠控/工頻，按鈕?，F場控制柜上有遠控/就地 按鈕，可以現場工頻啟動電機。

3.3 運行

正常情況下，自動加氨程序運行，1#加氨泵給11#機組加氨，3#加氨泵給12#機組加氨，2#加氨泵備用。

從現場5288型PH表送入的PH值信號，以4～20 ma模擬量的形式進入PLC模擬量通道，經過FC105的數值轉換后，根據值的大小進行FB41的PID調節，輸出變頻器的頻率值，經過FC106的數值轉換后，由PLC模擬量輸出通道輸出到變頻器，控制加氨泵的轉速，最終控制鍋爐給水的加氨量，保證鍋爐給水的品質。

3.4 停止

上位機畫面上設有停止按鈕，控制自動加氨程序的執行與停止?，F場控制柜上有啟停按鈕控制整個系統的啟停。

3.5 切換

在上位機畫面上有2#備用泵的控制按鈕，分別為2備1和2備3。2#加氨泵的控制程序與其他2臺泵相同，控制數據的輸入采用數據塊的方式。

當1#加氨泵故障時，投入2#加氨泵，同時把控制1#加氨泵的數據送入2#加氨泵的控制程序；控制2#加氨泵向11#機組鍋爐給水加氨。

當3#加氨泵故障時，投入2#加氨泵，同時把控制3#加氨泵的數據送入2#加氨泵的控制程序；控制2#加氨泵向12#機組鍋爐給水加氨。

當1#加氨泵和3#加氨泵正常時，2#加氨泵無論采用那臺泵的數據，2#加氨泵都不啟動，處于被用狀態。

3.6 數據顯視和故障報警

在上位機畫面作出電機故障報警和PH值，變頻值等信號的顯示和報警。便于運行人員對加氨過程的監視和操作。及時發現故障和處理。

3.7 人機接口

上位機采用IFIX的畫面創建程序，有良好的人機互動界面，可以直接在畫面上設定變頻器的手動輸入頻率和加氨時間，操作簡單可靠。

4 結語

本系統采用PLC后，組成閉環自動控制，實現自動調節，運行更加穩定可靠。采用上位機，可以就地和遠控操作，方式簡單、靈活；實現水汽站無人值班；系統可擴展性好，易與其他系統聯網，組成輔網，集中操控；在調試過程中，要注意PLC輸出變頻器信號和變頻器自工作變頻范圍的配合，調整變頻器在最佳工作范圍，避免變頻器和電機損壞；在5288 pH計模擬量信號4～20 ma值送入PLC模塊前，必須經隔離開關隔離，減少信號的跳變。

參考文獻

[1] 廖常初.西門子S7-300/400 PLC應用技術[M].機械工業出版社，2011.

[2] 陽勝峰，吳志敏.圖解西門子S7-300/400PLC編程技術[M].中國電力出版社，2010.

[3] 山西省電力工業局.熱工儀表及自動裝置[M].中國電力出版社，1996.

[4] 電廠化學儀表計量確認審查委員會.電廠化學儀表與計量[M].中國電力出版社，2003.endprint

摘 要：江蘇新海發電有限公司2*330 MW機組鍋爐給水加氨有3臺給水加藥泵，二開一備用，原有的控制器為單機控制，備用泵手動切換，設備老化，操作困難，設備故障率高，維護量大，為此，考慮采用變頻調速技術進行改造，用PLC實現自動調節和各種控制功能。運行實踐證明，該方案穩定可靠，經濟效果明顯。

關鍵詞：PLC 給水加氨 變頻器 自動調節

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0096-01

本企業所用的鍋爐給水自動加氨控制系統比較落后，操作困難且容易發生故障，因此采用PLC和變頻器進行改造，下面對具體改造方案和結果進行探討。

1 鍋爐給水自動加氨控制系統工藝要求

（1）鍋爐給水自動加氨控制系統在正常生產過程中，由1#給水加藥泵實施向15#機組除氧器水箱出口下降管加氨，由3#給水加藥泵實施向16#機組除氧器水箱出口下降管加氨。2#加藥泵作為備用泵，根據備用泵狀態進行切換。

（2）當正使用的加藥泵的控制方式“就地—遠控”開關處在“就地”時，設備均在就地進行操作，PLC和上位機起監視作用，在遠控時，執行控制和遠操。

（3）保持省煤器入口pH值控制在設定范圍內。

（4）對加藥泵及變頻器運行狀態動態監測，以實現動態檢修。

2 鍋爐給水自動加氨控制系統系統控制原理

由省煤器入口pH值控制加藥量，以pH值作為反饋量對加藥量進行PID控制，輸出為控制加藥泵變頻器的輸出頻率值。設定一個低的pH值，當pH小于此值時，啟動加藥泵，設定一個高的pH值，當pH值大與此值時，停止加藥泵。根據△pH值的大小由PLC內PID功能模塊進行PID運算，控制變頻器來改變電動機轉速，達到所要求的PH值。當pH值低與低的pH設定值時，省煤器入口pH值偏低，則提高變頻器輸出頻率，使電動機轉速加快，增大加藥量；當pH值高與高pH值時，省煤器入口pH值偏高，則降低變頻器輸出頻率，使電動機轉速降低，減少加藥量，直至不加藥。這樣不斷的調整，使pH值穩定在設定范圍內。系統結構如圖1所示：

3 鍋爐給水自動加氨控制系統設計方案

新海發電有限公司2臺三十萬機組化學控制系統包括上位機（包括通訊網絡），PLC控制系統急救地控制儀表，水系統監控系統包括制氫站，反滲透，水汽站三個系統組成，自動加氨控制系統是水汽站系統的一部分，它包括上位機一臺（ifix畫面創建軟件），S7-300系列的CPU315-2DP屬于最高端產品，15#機組和16#機組各一臺5288型在線PH儀表，以及三臺變頻器，接觸器，操作按鈕等組成。

該自動加氨控制系統采用PLC實現加氨泵的自動控制，以及啟停，備用切換，故障報警，加氨泵保護等各種控制功能的實現，由上位機實現對控制過程和設備的監視，實現人機接口。

3.1 PID運算功能的實現

S7-300系列CPU315-2DP具有連續調節功能塊FB41，使用時只要將設定值，過程變量，手動值等值輸入FB41，產生背景數據塊DB41，就能較好完成所要的PID調節。

在調試過程中，根據目標值要求的范圍進行背景數據塊DB41的數據調整，直至達到要求值。

3.2 啟動

在上位機畫面上（使用IFIX畫面創建軟件），設有遠控/自動變頻，遠控/手動變頻，遠控/工頻，按鈕?，F場控制柜上有遠控/就地 按鈕，可以現場工頻啟動電機。

3.3 運行

正常情況下，自動加氨程序運行，1#加氨泵給11#機組加氨，3#加氨泵給12#機組加氨，2#加氨泵備用。

從現場5288型PH表送入的PH值信號，以4～20 ma模擬量的形式進入PLC模擬量通道，經過FC105的數值轉換后，根據值的大小進行FB41的PID調節，輸出變頻器的頻率值，經過FC106的數值轉換后，由PLC模擬量輸出通道輸出到變頻器，控制加氨泵的轉速，最終控制鍋爐給水的加氨量，保證鍋爐給水的品質。

3.4 停止

上位機畫面上設有停止按鈕，控制自動加氨程序的執行與停止。現場控制柜上有啟停按鈕控制整個系統的啟停。

3.5 切換

在上位機畫面上有2#備用泵的控制按鈕，分別為2備1和2備3。2#加氨泵的控制程序與其他2臺泵相同，控制數據的輸入采用數據塊的方式。

當1#加氨泵故障時，投入2#加氨泵，同時把控制1#加氨泵的數據送入2#加氨泵的控制程序；控制2#加氨泵向11#機組鍋爐給水加氨。

當3#加氨泵故障時，投入2#加氨泵，同時把控制3#加氨泵的數據送入2#加氨泵的控制程序；控制2#加氨泵向12#機組鍋爐給水加氨。

當1#加氨泵和3#加氨泵正常時，2#加氨泵無論采用那臺泵的數據，2#加氨泵都不啟動，處于被用狀態。

3.6 數據顯視和故障報警

在上位機畫面作出電機故障報警和PH值，變頻值等信號的顯示和報警。便于運行人員對加氨過程的監視和操作。及時發現故障和處理。

3.7 人機接口

上位機采用IFIX的畫面創建程序，有良好的人機互動界面，可以直接在畫面上設定變頻器的手動輸入頻率和加氨時間，操作簡單可靠。

4 結語

本系統采用PLC后，組成閉環自動控制，實現自動調節，運行更加穩定可靠。采用上位機，可以就地和遠控操作，方式簡單、靈活；實現水汽站無人值班；系統可擴展性好，易與其他系統聯網，組成輔網，集中操控；在調試過程中，要注意PLC輸出變頻器信號和變頻器自工作變頻范圍的配合，調整變頻器在最佳工作范圍，避免變頻器和電機損壞；在5288 pH計模擬量信號4～20 ma值送入PLC模塊前，必須經隔離開關隔離，減少信號的跳變。

參考文獻

[1] 廖常初.西門子S7-300/400 PLC應用技術[M].機械工業出版社，2011.

[2] 陽勝峰，吳志敏.圖解西門子S7-300/400PLC編程技術[M].中國電力出版社，2010.

[3] 山西省電力工業局.熱工儀表及自動裝置[M].中國電力出版社，1996.

[4] 電廠化學儀表計量確認審查委員會.電廠化學儀表與計量[M].中國電力出版社，2003.endprint