基于IFIX和施耐德PLC的燃煤鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

【摘 要】IFIX和施耐德PLC的燃煤鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計，能夠有效的提高燃煤爐的自動化水平，使其能夠更加安全穩(wěn)定的運行。此種系統(tǒng)融合了先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)等，其對鍋爐運行期間的有效監(jiān)控與管理具有重大意義。該系統(tǒng)不僅具有操作簡單、功能齊全的優(yōu)勢，還具有人機(jī)對話的功能，因此非常值得應(yīng)用。本文首先對該系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行了介紹，其次探討了其實現(xiàn)過程，希望能夠有所幫助。

【關(guān)鍵詞】IFIX；PLC；煤鍋爐控制系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)

燃煤鍋爐主要是用在發(fā)電、化工等企業(yè)，其作為動力設(shè)備，所發(fā)揮的作用不容小覷。燃煤鍋爐主要是由給水設(shè)備、引風(fēng)雨送風(fēng)設(shè)備等組成。現(xiàn)階段我國有很多企業(yè)所使用的鍋爐都已經(jīng)應(yīng)用了十分先進(jìn)的控制技術(shù)，但是也有一些鍋爐依然使用傳統(tǒng)的儀表、繼電器等控制方法。傳統(tǒng)的控制方法不僅需要很多人參與其中，而且工作環(huán)境還比較差，工人需要付出更大的強(qiáng)度，浪費資源的同時，也對環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染，因此選擇使用新型的控制技術(shù)，對我國鍋爐行業(yè)的發(fā)展來說異常重要，對于使用鍋爐的企業(yè)來說也非常重要。

1.IFIX和施耐德PLC的燃煤鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計

1.1下位機(jī)設(shè)計

1.1.1控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

某熱電廠的鍋爐控制系統(tǒng)主要有兩部分構(gòu)成，一是下位機(jī)；二是上位機(jī)，利用以太網(wǎng)通訊協(xié)議，使得上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行有效交換。下位機(jī)應(yīng)用的PLC設(shè)備，其主要是負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場信號，同時對現(xiàn)場運行設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)控。另外，電源模塊使用的是140CPS11420，而最為重要的控制器模塊是140CCPU11302等。上位機(jī)應(yīng)用是寬屏顯示器以及研化工控機(jī)。上位機(jī)與通訊模塊進(jìn)行交換，利用雙絞線實現(xiàn)兩者的連接。

1.1.2 PLC程序設(shè)計

下位機(jī)編程所應(yīng)用的軟件是Concept2.6系統(tǒng)，此種系統(tǒng)軟件既擁有良好的模塊化優(yōu)勢，同時對系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)的控制，以此將程序或者子程序變成各種各樣的功能塊，可以在主程序中實現(xiàn)任意的調(diào)用，此種方式極大的提高了編程的效率。依據(jù)燃煤鍋爐控制的自身的特征，有關(guān)人員需要對其進(jìn)行調(diào)節(jié)閥、電動閥、電動機(jī)控制、泵等進(jìn)行程序的編寫。同時程序中還需要設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù)，除此之外，反饋控制也是并不可少的設(shè)置內(nèi)容。

（1）燃煤、給水和蒸汽控制系統(tǒng)等聯(lián)鎖保護(hù)。

在燃煤控制系統(tǒng)中，引風(fēng)電機(jī)與送風(fēng)電機(jī)相比，啟動的時間更早。通常情況下是，送風(fēng)電機(jī)完全處于停止?fàn)顟B(tài)時，工作人員再將引風(fēng)電機(jī)延時停止，此種爐膛中會有微負(fù)壓的存在，負(fù)壓如果超過一定的程度，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的漏風(fēng)現(xiàn)象，煙氣熱量會因此造成非常大的損失，既影響安全生產(chǎn)，同時也影響環(huán)境衛(wèi)生。該系統(tǒng)中設(shè)計人員應(yīng)該將爐膛負(fù)壓保持在-10Pa左右。出渣機(jī)主要是負(fù)責(zé)清理灰渣，因此需要首先啟動出渣電機(jī)，之后再氣功比爐排電機(jī)，待到比爐排電機(jī)完全處于停止?fàn)顟B(tài)時，爐膛會保持比較通暢的狀態(tài)。在給水以及蒸汽控制系統(tǒng)中，如果鍋筒水位非常低，則放水電動閥將會處于緊急開啟狀態(tài)中，而如果除氧水位比較低時，給水調(diào)節(jié)閥以及水泵電動閥就會處于開啟狀態(tài)，而鍋筒壓力達(dá)到很高的狀態(tài)時，出口電動閥就會自動開啟。

（2）采用數(shù)字PID增量式反饋系統(tǒng)。

自動控制理論可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋。調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID調(diào)節(jié)，分為模擬和數(shù)字PID兩種。當(dāng)系統(tǒng)控制器和被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握或不能通過有效的測量手段來獲得，得不到精確的數(shù)學(xué)模型，控制理論的其它技術(shù)也難以采用時，必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，此時最適合用PID控制技術(shù)，數(shù)字PID控制分為位置式和增量式兩種。

1.2上位機(jī)的設(shè)計

上位機(jī)選用Intellution公司的IFIX PLUS SCADA PAK4.0監(jiān)控軟件，通過內(nèi)置的VB語言編程來實現(xiàn)鍋爐運行狀態(tài)的監(jiān)控，以組態(tài)畫面的形式實時顯示生產(chǎn)過程的各種參數(shù)與報表、報警和歷史查詢信息，通過設(shè)置工藝和監(jiān)控參數(shù)實時控制鍋爐工作過程。級”、“上限”、“下限”等設(shè)置，一旦生產(chǎn)過程中某些重要參數(shù)異常，則以聲光報警的形式立即通知監(jiān)控人員。

IFIX4.0通過建立、連接數(shù)據(jù)庫，然后編輯VBA腳本讀取數(shù)據(jù)：IFIX先由vxData1控件通過ODBC接口從數(shù)據(jù)庫（Access）讀取數(shù)據(jù)，然后根據(jù)Alarm_History_Query程序查詢條件將數(shù)據(jù)送到vxGrid1控件顯示界面。IFIX采用歷史定義、歷史采集和歷史顯示三個獨立的程序來完成歷史趨勢顯示功能的，在歷史定義中先定義好所有需要歷史記錄的采集點，歷史采集程序在系統(tǒng)運行時始終保持運行狀態(tài)，將采集來的數(shù)據(jù)存儲在硬盤上，IFIX4.0通過MBE-modbus Ethernet v7.17驅(qū)動來實時采集和利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)，掃描周期為1 秒，歷史顯示程序?qū)?shù)據(jù)以圖形形式顯示在界面上。在生產(chǎn)中通過對工藝參數(shù)歷史數(shù)據(jù)的分析與對比， 能有效地預(yù)測和控制工藝及生產(chǎn)。

2.IFIX和施耐德PLC的燃煤鍋爐控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)合TCP/IP協(xié)議是目前應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一，在控制系統(tǒng)監(jiān)控層的應(yīng)用方面，通過全雙工交換技術(shù)，可以完全避免CSMA/CD中的碰撞，消除了控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，實時性能較好，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率包括10Mbps、100Mbps和1Gbps，并且可以方便地實現(xiàn)優(yōu)先級響應(yīng)機(jī)制。以太網(wǎng)具有以下優(yōu)點：開放性好；數(shù)據(jù)傳輸率很高；遠(yuǎn)程技術(shù)的應(yīng)用，容易與信息網(wǎng)絡(luò)集成；有利于資源共享；支持多種的物理傳輸介質(zhì)（同軸電纜、雙絞線、光纜、無線）和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；成本和費用低廉。

在本系統(tǒng)中，上、下位機(jī)使用基于TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)通訊，選用140NOE77101，QUANTUM Ethernet 10/100M的通訊模塊。施耐德Quantum 140CPU11302S PLC在Concept2.6平臺和上位機(jī)的連接：要求PLC的MAC地址與計算機(jī)的IP地址設(shè)在同一網(wǎng)段，它們分別為：84.20.93.166和84.20.93.168，設(shè)置好以后下載程序到PLC，然后再重新設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接下的TCP/IP協(xié)議，設(shè)置PLC的IP的地址為192.168.100.51，上位機(jī)的IP為192.168.100.53，SubnetMask： 255.255.255.0。施耐德Quantum 140CPU11302S PLC與IFIX4.0的連接：IFIX的MBE驅(qū)動的IP地址設(shè)為192.168.100.51。傳輸介質(zhì)使用經(jīng)濟(jì)實用的雙絞線，采用建筑地（地樁）的接地方式。

IFIX4.0通過MBE驅(qū)動和PLC實時處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)，根據(jù)實際需要在PLC中共使用I/O點數(shù)222個，定義為6位地址，模擬量輸入（AI）為300001-300042，模擬量輸出（AO）為400001-400088（注：有些地址未用，有些是Real型），開關(guān)量輸入（DI）為100001-100079，開關(guān)量輸出（DO）為000001-000090。為保證上下位機(jī)的通訊，數(shù)據(jù)采集和實時控制在IFIX4.0數(shù)據(jù)庫中采用與PLC相同的、一一對應(yīng)的點地址，上位機(jī)采集下位機(jī)中來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后再將控制命令傳給下位機(jī)，以此監(jiān)控運行過程。控制系統(tǒng)采用下位機(jī)自動控制，上位機(jī)自動、手動控制和就地手操相結(jié)合的方式，來保證整個系統(tǒng)可靠地運行。

3.結(jié)語

綜上所述，可知IFIX和施耐德PLC的燃煤鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計重點就是上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計，其實現(xiàn)主要是依靠通訊連接。某工廠該系統(tǒng)設(shè)計結(jié)束之后，對該系統(tǒng)進(jìn)行了運行檢驗，發(fā)現(xiàn)燃煤鍋爐燃燒的效率大為提高，控制也始終能夠保持在安全穩(wěn)定的狀態(tài)中，上位機(jī)與下位機(jī)數(shù)據(jù)之間的傳輸也非常可靠，監(jiān)控程序比較健全，尤其是預(yù)警功能十分突出。該系統(tǒng)不僅便于調(diào)試，也便于維修，完全可以推廣到更多的電廠中使用。但是其他電廠在使用過程中，要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤员隳軌蚍媳倦姀S的要求。本文是筆者多年的設(shè)計經(jīng)驗的總結(jié)，僅供參考借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陶崢，陳曾漢.基于OPC及工業(yè)以太網(wǎng)的IFIX與PLC的通信[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2009（08）.

[2]錢紅，黃良沛，張子才.基于PLC和IFIX的燃煤啟動鍋爐控制系統(tǒng)[J].國外電子測量技術(shù)，2009（04）.

[3]盛強(qiáng)，左希慶，俞志根.基于PLC和IFIX的煤氣發(fā)生爐控制系統(tǒng)[J].湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009（01）.

[4]陶崢，陳曾漢，張鵬.基于PLC與IFIX的SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].微計算機(jī)信息，2009（19）.

[5]王琳.基于IFIX和Concept的煤礦主井皮帶集中控制系統(tǒng)[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2009（22）.

[6]黃穎輝，張建生，黃勛.基于OPC技術(shù)的IFIX與WinAC的互連[J].通信技術(shù)，2009（11）.