基于力控軟件的鍋爐變頻補水控制系統

劉素娟

(東北石油大學秦皇島分校，河北 秦皇島 066004)

隨著工業自動化水平的迅速提高，組態控制技術已經在工業控制領域得到了廣泛應用，它以計算機為基本工具，為實施數據采集和過程監控提供了基礎平臺。其開發環境功能強大，靈活方便，支持復雜的腳本控制，不受行業限制，可以和檢測、控制設備構成任意復雜的監控系統，在過程監控中發揮了核心作用[1,2]。秦皇島某高校因為建校較早，冬季采暖由校內獨立的鍋爐房提供。鍋爐在為供暖管網提供熱水時，由于各種原因會有一定量的失水造成鍋爐水系統的壓力不斷變化：如果水壓低，表明系統缺水，部分樓層高的用戶暖氣片溫度過低；如果水壓高，會造成鍋爐爐體、閥門及暖氣片等原件的損壞，影響鍋爐的安全運行。因此及時補水維持供暖管網水壓在一個安全范圍內是關系到鍋爐管網能否正常工作的關鍵。補水管出口壓力的大小會直接影響用戶采暖管網的水壓，因此控制供暖管網的水壓可以等價于控制補水管出口的補水壓力。

目前此補水控制系統仍采用傳統的平衡閥補水方式。這種方式要求補水泵必須一直工頻運轉，補水泵耗能大，設備的損耗也很大。平衡閥使用一段時間后反應速度也會變慢。補水壓力的高低跟工人的操作水平有很大關系，控制水平不高也浪費了大量的電能。為了節約電能，解決人工控制回流勞動量大、控制水平低的現狀，筆者將其改造成基于力控監控軟件和變頻器的自動補水控制系統。

1 系統的總體設計①

1.1 硬件設計

考慮到若采用常見的單片機或PLC進行控制，硬件成本比較高，兼顧經濟性和穩定性設計了“上位機+模擬量模塊+變頻器”的控制模式。其中模擬量采集模塊為教師自制，有8路模擬量輸入通道和兩路模擬量輸出通道，實現了莫迪康系列PLC的采集和控制功能。模塊采用Modbus通信協議和上位機進行通信[3]，成本僅200元左右，易于維護。

1.2 軟件設計

上位機采用的是目前應用廣泛的力控6.0組態軟件控制算法采用工業中應用廣泛的PID 算法。以往通過變頻器面板的按鍵改變PID參數需要到現場操作，而且無法立刻看到參數改變后的補水壓力變化曲線[1]。目前采用在力控人機界面上改變PID參數，只需在控制室的電腦屏幕上操作，輸入數據方便快捷，而且參數改變時工程人員不僅可以在人機界面上看到實時的控制曲線，還可以調看歷史趨勢曲線，方便確定哪組PID參數控制效果更好。但是目前力控軟件自帶的PID算法在實際應用中存在局限性，達不到滿意的控制效果[2]。因此筆者通過力控軟件中的腳本編寫所需類型PID 程序來實現控制目標。通過適當調整配合PID控制器的比例增益和積分時間兩個參數，就可以使系統快速平穩準確地獲得滿意的控制效果。

定義的變量名稱和類型如圖1所示。

圖1 變量名稱和類型

在“特殊功能”→“數據改變”下定義當系統中間變量“S|Second”數值改變時執行的程序如下：

MIAO2=MIAO2+1;

IF MIAO2==2 THEN

ci=ci+1;

IF ci==1 THEN

e1.PV=set.PV- YaLi.PV;

ENDIF

IF ci==2 THEN

e2.PV=set.PV- YaLi.PV;

ENDIF

IF ci>=3 THEN

e1.PV=e2.PV;

e2.PV=set.PV- YaLi.PV;

ci=3;

MIAO2=0;

ENDIF

“特殊功能”→“程序運行周期執行”的程序如下：

dentpid.PV=kp.PV*(e2.PV-e1.PV)+kp.PV*2/ki.PV*e1.PV;

IF qiehuan.PV==0 THEN

pidshuchu.PV=pidshuchu.PV;

ELSE IF qiehuan.PV==1 THEN

企業金融會計風險方法的重要性。對企業的金融會計風險防范的力度要加強，當風險發生時，要及時的做好應對風險的工作，這也是能夠確保企業在激烈的市場競爭中取得一席之地的重要舉措。企業金融會計是會計體系中不可分割的一部分，在企業的可持續發展中起到了關鍵的作用，而且和企業的經濟緊密相連。由于市場環境等各方面的變化，現在的企業金融會計的風險也是多種多樣的，這就給企業的發展帶來了諸多不利的影響，甚至會影響到企業的生存，這就要求企業在應對金融會計風險的時候能夠結合自身的情況和發展的規劃，做好風險的方法工作，這樣才能夠使企業穩定的發展下去并且提高自身的競爭優勢，促進可持續發展。

pidshuchu.PV=pidshuchu.PV+dentpid.PV;

IF pidshuchu.PV>50 THEN

pidshuchu.PV=50;

pinlvzhi.PV=pidshuchu.PV;

ELSE IF pidshuchu.PV<0 then

pidshuchu.PV=0;

pinlvzhi.PV=pidshuchu.PV;

ELSE

pinlvzhi.PV=pidshuchu.PV;

ENDIF

ENDIF

ENDIF

ENDIF

1.3 工藝流程

壓力變送器采集的補水實際壓力通過模擬量模塊的輸入端傳送到上位機并在力控軟件的人機界面上顯示。實際值和目標值的差值經PID算法運算后由計算機發出控制指令，控制指令經模擬量模塊的輸出端送到變頻器，變頻器下接補水泵。變頻器的頻率在0～50Hz之間變化，可以控制補水泵的轉速在0到最大轉速之間運行。

2 系統測試與結果分析

力控軟件監控系統主界面如圖2所示。

圖2 力控軟件監控系統主界面

點擊按鈕將變頻補水控制系統切換到手動模式，可在人機界面上輸入0～50Hz的數值，控制水泵的轉速在0到最大值之間變化，從而控制補水壓力。將變頻補水控制系統切換到自動模式，輸入目標壓力0.4MPa，可根據經驗試湊法實時在線調整比例增益Kp、積分時間Ki，使得實際壓力曲線穩、準、快地達到穩定狀態，經整定Kp=7、Ki=10時，壓力控制效果最好。

3 結束語

基于力控軟件的變頻補水控制系統投入使用后，自動化程度得到了很大提高，組態軟件能夠很好地實現現場數據采集、流程動畫顯示、手/自動模式切換以及實時/歷史趨勢曲線顯示等功能。克服了傳統的人工控制水平低導致供暖管網中水壓不穩的問題，提高了鍋爐的供暖質量和安全性。在自動控制模式下，變頻器的頻率大致在38Hz左右，極大地節約了電能和水資源，經粗略計算將在一個采暖周期內收回全部成本，設備投資回收期短，產生的經濟效益十分明顯。另外，還可根據需要隨時增加報警及報表等功能。

[1] 姚振靜，高琴，陳遜.基于組態軟件的水箱液位監控系統設計[J] . 中國科技信息，2013，(10)：159～163.

[2] 文龍，郭福田.基于自制PID控件的水箱液位計算機監控系統[J] . 化工自動化及儀表，2013，40(10)：1241～1244.

[3] 王家國，田芮.基于Modbus總線協議的工業鍋爐監控系統設計[J] .化工自動化及儀表，2013，40(1)：70～71，93.