鍋爐儀表自控系統設計

河南中煙工業有限責任公司洛陽卷煙廠 河南 洛陽 471000

1 總體設計思路

在設計的過程中，其使用的設備包含鍋爐給水泵、鍋爐給水調節閥、鍋爐、控制器S7-1500。鍋爐中的水位情況是與其鍋爐蒸汽產汽量相關的，若是現場蒸汽用量減少，水位就會不斷上升；若是現場蒸汽用量增加，水位就會下降；若是蒸汽用量保持在一個平衡狀態，那么水位將會一直保持在一個狀態。通過監控主機，完成對水位、溫度以及壓力情況的監管，鍋爐給水泵、鍋爐給水調節閥狀態的也能夠通過監控主機的管控操作完成切換任務，而且可以通過人工或者自動兩種模式完成。

2 系統控制器與電路的設計

2.1 系統結構 在文章中設計的系統主要是進行集中管控，可以分成三個層次，具體情況如下所述。

管理層：在系統內部中，通過兩臺工控機相互合作的方式，完成對系統的管控，其主要是通過主控與輔助，即冗余控制系統。通訊的設計就是通過多點接口實現的，進而能夠達成遠程操控集中監控、調度的目標。

現場控制層：此次主要選擇的是德國西門的相關產品，并且通過多點接口以及計算機技術，達成有效通訊的目的，進而能夠接受上一層及發布的各種控制指令。

場數據采集與傳輸層：此部分的控制模式是分布模式，這種方式能夠針對現場的各種信息數據進行有效搜集，并且準備好所有傳送任務的基礎工作，主要包含的是鍋爐出口以及內部的壓力、溫度情況。

2.2 控制器選項 在鍋爐的現場中，有很多的實際需求，通過分析，再加上各種PLC展現的運算情況，最終選擇的是德國西門子公司的S7-1500系列的PLC，并且使用的CPU模塊是選擇。S7-1500系列的PLC能夠完成模塊化的基本設計，并且按照需求的基本模式完成模塊延展以及時效內兼容性功能的設計。

2.3 系統控制電路的S7-1500設計 在設計控制電路的時候，最主要的就是研究分析電流以及功率的隔離問題。因此，在電機的所有動作模式和接觸器的觸動模式都可以通過邏輯編程完成。但是，工控機的價格很高，因此需要制定明確的維護措施，并且其輸出口以及交流接觸器都需要完成接通工作，所以會使用到中間繼電器完成銜接。通過利用中間繼電器的功能，進而能夠有效管控強電與弱電的隔離，在一定程度上，也能夠實現對系統的有效保護，而且也能夠提升系統的使用時間，以及增強系統的穩定性。

通過展現系統的運行情況，進而完成對控制電路各環節的設計，主要是通過指示燈的提示。通過此種模式能夠有效控制對輸出端中間繼電器的常開觸點的通斷，實際上就是有效管控指示燈。進而能夠展現系統的運行情況，并且在此基礎上，降低輸出口的占用率。

2.4 通信網絡配置 在網絡配置的過程中，其需要的上位機可以選擇使用聯想P318操作員站，完成冗余控制的相關操作，該設備主要也需要每部機器上都安裝一個西門子公司生產多點控制卡，通過該設備完成通訊。使用的下位機，主要選擇使用的是德國西門子公司生產的產品，該模塊上設置了接口，可以連接通訊模塊，利用PROFINET總線完成和西門子G120C系列變頻器進行通訊。

本篇文章主要研究的是控制系統，其使用逆變器完成通信，而且利用通信協議完成協議的制定，按照此逆變器中設計的通信協議，使數據消息直接錄入到PLC程序中，并且將逆變器頻率完成設定，設置的內容主要包含一些參數數據，舉例說明電壓、頻率等，這些參數數據能夠直接被讀取。

3 鍋爐自動控制系統的軟件設計

3.1 主程序結構 循環組織塊是管控鍋爐系統的重要手段，組成該模塊的為電機啟/停、模擬量等模塊。通過鍋爐系統可以明確管控所有電機的逆變器頻率，并且能夠將模擬量中存在的錯誤浮點數完成轉化處理。在進行控制循環泵的時候，最先需要完成設計的就是對電動機的起動或者停止的管控，而且也需要完成對循環泵系統的參數設置。通信處理執行PLC以及變頻器需要完成相應的通訊工作，以及設置完善頻率配置，和相關參數的搜集整理。

3.2 組態軟件設計 西門子WINCC V7.4組態軟件主要包含開放性能、適應性強、開發成本低以、周期短、擴展便捷。通常情況來講，控制系統主要包含三層，分別為控制層、監控層、管理層。監控層主要負責的是監控任務，以及完成上下銜接，在組態中處于核心的位置。實時監控的有效性以及功能需求的研究解析，使得WINCC能夠通過可視化畫面，將各種監測數據直接繪制成圖表。此外，組態方式以及數據銜接的方式需要更加的靈活。

3.3 界面設計 通過設計解析，能夠知曉：若是想要達成對監控界面的設計需求，那么界面中的元素主要包含鍋爐、出水閥、供水水泵、管道、水泵的擋位選擇開關以及泵的啟停按鈕，而且還需要保障將鍋爐中的液位情況通過動畫的形式展現出來。在進入到組態軟件研發系統之后，界面中會顯現出來系統的運行變化情況。

結論

此次的設計主要是在西門子公司生產的相關產品的基礎上，完成對鍋爐控制自動化系統的設計。本篇文章主要運用到的控制模式是通過級聯控制，在這個過程中，通過微調、粗調的手段，將控制系統在短時間內完成響應以及精準度的管控。自動控制在日常生活中，和我們也是密切相關的，在出現鍋爐自動控制系統之后，工業鍋爐的安全性以及實用性會有大幅度的提升。