基于PLC的鍋爐點火控制系統(tǒng)設計

王洪林

（湖北理工學院，湖北 黃石 435003）

1 簡介

1.1 課題背景及意義

火力發(fā)電廠的鍋爐點火控制系統(tǒng)過去多采用平時常見的繼電器和其他元器件構(gòu)成閉合電路實行操控。整個體系里用到了很多的中間繼電器、時間繼電器，使得所操控的體系看上去不是很簡單。也是因為中間環(huán)節(jié)比較多，致使控制系統(tǒng)的故障點也較多。程序運行時，利用上位機組態(tài)王完成模擬仿真，上位機和下位機通訊連接后觀察畫面整個過程，并且跟進實時數(shù)據(jù)的變化情況，從而進行修改和補充。這樣既能保障點火過程中人員的安全，也可以大大提高生產(chǎn)效率、質(zhì)量和減少人員勞動的強度，從而更好地運用到更多的工業(yè)生產(chǎn)中，提高了環(huán)境的保護作用。伴隨著PLC 在較多領域的普遍應用，它也更好地發(fā)揮自己的特點：在價錢上面公平公正、操作上面簡單上手、性能上面穩(wěn)定可靠、編程上面簡單易懂，這也讓它在自動控制系統(tǒng)中發(fā)揮著巨大作用，深受絕大多數(shù)用戶喜愛。本文以鍋爐其中一個角的點火控制為例子，集中探討PLC 在鍋爐點火控制系統(tǒng)中的應用。[1]

研究鍋爐點火主要有以下幾方面的意義：

1.節(jié)約工業(yè)生產(chǎn)本錢，提高智能化。機器勞動取代人工勞動，一臺機器工作可以代替幾個人工勞動，既可以節(jié)約時間，又能完成相應的量，大大地節(jié)約了生產(chǎn)所消耗的費用，從而使得工業(yè)更加智能化。

2.提升工業(yè)生產(chǎn)效率。假如鍋爐某一角點火需20 秒，使用本次設計的整個體系能夠?qū)r間管控到15 秒左右，點火效率得到很大的提升，方便工業(yè)生產(chǎn)。

3.保障工人人生安全。特別是火力發(fā)電廠在點火時具有一定的危險性，也更容易出意外事故，而使用本設計鍋爐點火系統(tǒng)來替代點火員工，可以讓員工的生命安全得到相應的保障，也就不會出現(xiàn)類似的安全事故了。

1.2 鍋爐點火控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史和國內(nèi)外現(xiàn)狀

鍋爐點火及焚燒系統(tǒng)普遍用于火力發(fā)電、工業(yè)窯爐、渣滓發(fā)電等范疇，因為國家倡導加強儉約、反對靡費、縮小排放，新添加的設施須要采納配置節(jié)能點火設備及焚燒系統(tǒng)，以前固有的設備也需要進行節(jié)能點火及燃燒系統(tǒng)改造，在市場空間中占比很大。同時，也是因為國內(nèi)技術(shù)比國外技術(shù)強，隨著全球能源危機的層層加深，在國外市場擁有很大的后勁。

進入十二五之后，增強儉約動力、縮小排放也受到國家政策和企業(yè)的重視，這也為許多節(jié)能的鍋爐點火產(chǎn)品提供了一個很好的時機。我國在鍋爐節(jié)油點火系統(tǒng)中一直走在國際的前沿，也是由于這些年的科學和國力迅猛發(fā)展，國內(nèi)鍋爐點火系統(tǒng)設備在整個市場中占比程度非常高，這個行業(yè)的企業(yè)多數(shù)把產(chǎn)品提供給國內(nèi)的鍋爐廠家，賣給國外的產(chǎn)品大多都是按套出售，目前鍋爐點火控制產(chǎn)品在國內(nèi)分布很少，在市場上也存在很大的競爭力。[2]

1.3 設計的主要工作

1.網(wǎng)上搜索相應的文獻和資料，深入了解鍋爐點火控制系統(tǒng)的起源和發(fā)展趨勢，并且分析在國內(nèi)外現(xiàn)狀。

2.對一整套鍋爐點火系統(tǒng)控制方案和它在操作上所用到的硬件設施做一個完整概括和仔細的文字說明，另外還需要對鍋爐點火系統(tǒng)硬件和軟件的型號大小做一個具體詳細的介紹。

3.PLC 在選型上要做相應的分析概括，要在兩方面進行主要分析，一方面是硬件方面的結(jié)構(gòu)，另一方面是軟件方面的結(jié)構(gòu)，然后再對比將PLC 做核心控制合適還是將其他控制器做核心控制合適，最后確定最合適的中央控制器。

4.軟件的選擇有以下幾個方面，先確定系統(tǒng)框架圖，然后選擇最合適的軟件型號，再通過程序軟件編寫相應的PLC 梯形圖程序和組態(tài)仿真對應的圖，最后用組態(tài)王軟件進行模擬操作和監(jiān)視，并且在人機界面對軟件進行仿真，觀察實驗結(jié)果與預期的結(jié)果是否一樣。

2 系統(tǒng)設計方案

2.1 系統(tǒng)工作流程

此設計是以鍋爐點火系統(tǒng)為研究目標，PLC 是整個系統(tǒng)中的中央控制器，控制點火完成以下動作：按次程序為進油槍、進點火槍、開吹掃閥、吹掃15 秒、關吹掃閥、開油閥，同時點火器打火15 秒、判別火焰能否著火，火焰數(shù)值大于60，顯示點火順利，并退點火槍；點火不成功，則顯示失利。點火失敗后按次程序為關油閥、開吹掃閥吹掃15 秒、關吹掃閥、退油槍、退點火槍，閥門及推進器方位開關經(jīng)過核心開關完成。

2.2 系統(tǒng)的基本功能

利用西門子，組態(tài)軟件組態(tài)王及核心的相干電壓很低的電器，聯(lián)結(jié)成管制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)要求，編寫相關程序，實現(xiàn)相對應的性能，組態(tài)人機界面，可以通過模擬仿真。具體要求：

1.通過要求構(gòu)建畫面模板，在模板畫面中顯現(xiàn)“鍋爐點火模擬名目”和“日期時鐘”兩個模塊。

2.創(chuàng)建兩個組態(tài)畫面，分別命名為主畫面和體系畫面，它們兩之間能進行畫面切換。

3.在系統(tǒng)畫面中繪畫出鍋爐點火的系統(tǒng)圖。

4.爐膛火焰的模擬量一般是0～100 進行設定。

5.經(jīng)過核心的開關及信號的操作，模擬鍋爐的點火過程中各個閥門及推進器的形態(tài)，以鍋爐一個角為研究對象，編寫程序，按次順序為進油槍—進點火槍—開吹掃閥—吹掃15 秒—關吹掃閥—開油閥，同時點火器打火15 秒—判別火焰能否著火，火焰數(shù)值大于60，顯示點火成功，并退點火槍；點火不順利，則顯示點火失敗。點火失利后程序順序為關油閥—開吹掃閥吹掃15 秒—關吹掃閥—退油槍—退點火槍，閥門及推進器的位置開關通過核心開關完成，在人機界面上動畫展現(xiàn)。[3]

6.鍋爐中的火焰和數(shù)值都可以用動畫展現(xiàn)出來，動畫中的火焰數(shù)值會由棒狀刻度標記下來，并且用數(shù)字顯示出來。

7.想要顯現(xiàn)通暢的爐膛火焰動畫圖，利用PLC 計數(shù)器編寫相應的程序，最后再將PLC 與組態(tài)王軟件做好通訊連接。

8.組態(tài)若爐膛火焰的刻度值低于25 時出現(xiàn)一個燃燒不充分的報警。

9.創(chuàng)建一個組態(tài)報警畫面，并能完成體系畫面之間的切換。

10.用組態(tài)編輯一個重要用戶和一個子用戶名分別為“user”和“user0”，“user”包含“user0”，“user0”的密碼為“123”。“user”重要用戶的權(quán)責為操控和“輸入爐膛火焰設定值”。最后在系統(tǒng)畫面中的爐膛火焰設置安全權(quán)限。普通用戶是不可以自行設置爐膛火焰的設定值，只有用戶“user”和用戶“user0”能夠自行設定。

11.創(chuàng)建一個用戶視圖畫面，明確該用戶名作登錄按鈕與撤銷按鈕，能顯現(xiàn)當前用戶名，并能與系統(tǒng)畫面之間切換。

12.創(chuàng)建組態(tài)趨勢視圖畫面，能很好地展現(xiàn)爐膛火焰的數(shù)值和數(shù)據(jù)趨勢曲線，并能與體系畫面之間切換。

2.3 系統(tǒng)控制方案選擇與論證

控制方案是在整個點火控制體系中最關鍵的環(huán)節(jié)，在選取這一塊時一定要仔細考慮。由于控制方案的好壞不僅影響整個體系的質(zhì)量問題，也會受到價格上面的限制。現(xiàn)在許多生產(chǎn)線除了要保證質(zhì)量之外還要考慮其各方面是否合理。對點火控制系統(tǒng)的設計可以采用以下方案。

2.3.1 采用繼電器直接操作

利用繼電器直接操作有它的優(yōu)勢也有它很大的缺陷，也是由于硬件接線占整個接線的很大一部分，常常采用繼電器觸點的開和閉協(xié)同延時繼電器等來實行管制。缺陷是線路比較繁瑣，占地面積比較大，一旦完成后想要做出改變那是非常難的。如果在操作方面需求高、操控線路繁瑣的話不建議采用這個，如果操作系統(tǒng)線路比較簡易的話就可以采用這個。[4]

2.3.2 采用單片機操作

利用單面機操作有一個很大的優(yōu)點是直接忽視掉繁瑣的硬件電路，如果有其他功能實現(xiàn)可以在電路板上直接嵌入少許的硬件電路，從而完成相應的功能，全部過程由所編寫的軟件程序來全權(quán)操作。單片機的ROM 會把用戶所寫的全部程序存儲下來，不會因為外界環(huán)境所影響。但它也有一定的缺陷：在性能穩(wěn)固性上面不是很好，而且在一些極端惡劣的環(huán)境中很難運行。

2.3.3 采用PLC 操作

使用PLC 操作也是由于它有諸多優(yōu)勢：在性能上穩(wěn)固性很好、器件設施方面很全面，并且程序簡單容易理解，操作起來非常的容易，PLC 操控是許多工業(yè)產(chǎn)業(yè)不二之選。以西門子生產(chǎn)的S7 系列PLC 舉例，它能在沒有發(fā)生故障的時候工作很長時間，很多外接設備越來越系統(tǒng)化和模塊化，程序的使用和語言梯形圖在使用方面也是相當?shù)谋憷率忠材芎芸斓纳鲜郑粫刑蟮睦щy。

單片機在某些方面沒有PLC 好，因為單片機在一些極端惡劣的環(huán)境中會受到很多不確定要素的影響，如遇到粉塵、噪音、輻射等，在此之外單片機還受電源的限制，在沒有電源的情況下單片機是無法進行工作的。經(jīng)過一系列的優(yōu)勢和缺點比較其差別，從而確定操作需求，這就需要它操控速率要快、靈敏性強、安全性能高、在惡劣的環(huán)境中也能進行工作，操作簡單容易上手，在發(fā)生故障時便于修理和整改，根據(jù)以上要求，選擇PLC 來操作，它不僅在體積上優(yōu)于繼電器，也在功能與操作上簡單于單片機，這就是為什么選擇用PLC 來操作的原因。

3 PLC的概述

3.1 PLC 國內(nèi)外發(fā)展

初期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器，由于各方面的優(yōu)勢，把當時比較流行的繼電器所替代。伴隨著國際技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，微型計算機技術(shù)的許多性能都勝過了邏輯操控領域，這也讓它在工業(yè)生產(chǎn)上面起著非常重要的作用，因此它也被人們稱作可編程控制器，英文縮寫PLC。也是防止與個人計算機產(chǎn)生混淆，才命名為PLC，PLC 是由美國數(shù)字化設備公司發(fā)明的，也是由于其可靠性高、編程簡單、組態(tài)靈活、I/O 功能模塊齊全，能很好的完成工業(yè)上的制造，受到多個國家的青睞，例如美國、日本、德國。[5]

20 世紀PLC 經(jīng)過了三個重大進程：第一進程是在20 世紀60 年代前后。那個時候的PLC 是繼電器的代替品。合成一些具有一定數(shù)量的電路，在外圍電路上添加許多預防措施從而提升它的抵抗外部擾動的能力；第二進程為20 世紀70 年代前后。當時就把微處理器當做核心，添加了許多邏輯功能。在早期原有的層面上加入了獨特的功能模塊等，這樣就使PLC 應用非常廣泛；第三進程為20 世紀80 年代到今。由于集成電路的突飛猛進也讓PLC的知名度在國際市場上赫赫有名。制造商還研發(fā)出特定的芯片，致使PLC功能越來越強大。

國內(nèi)PLC的運用也是在新中國改革開放后開始的。最早期還是從外國的工業(yè)設備才逐漸了解到一些PLC的知識和應用，之后國內(nèi)大大小小的企業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)線上逐漸增大PLC的使用。

3.2 PLC的結(jié)構(gòu)與應用

PLC的發(fā)明就是用來便利工業(yè)上的操作，促進生產(chǎn)線的效率，它和微型計算機硬件結(jié)構(gòu)上沒什么區(qū)別，其主要構(gòu)造是電源、中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊這幾部分。具體如下：

1.固定電源：PLC的電源是整個系統(tǒng)中缺一不可的器件。假如沒有一個優(yōu)良的、靠譜的電源系統(tǒng)是不能正常運行的，也是因為這樣PLC的生產(chǎn)商對電源的設計和制造非常重視。交流電壓控制在±10%—15%范圍內(nèi)浮動，可以不利用其他設施，直接將PLC 連接到交流電網(wǎng)上去。[6]

2.處理器（CPU）：CPU 作為一個系統(tǒng)的控制核心，他不僅是能根據(jù)自身所帶的功能來儲存和處理數(shù)據(jù)，還可以檢查系統(tǒng)各個硬件在工作時出現(xiàn)的狀態(tài)變化，從而來判斷是哪一塊程序出現(xiàn)了語法問題。PLC的工作形式是以掃描的形式進行的，在掃描的時候能夠讀取到輸入裝置的數(shù)據(jù)和狀態(tài)情況，再把這些數(shù)據(jù)儲存到內(nèi)部寄存器當中，然后把用戶存儲器中的程序每條讀取出來并且按照規(guī)定命令解釋，最后將內(nèi)部寄存器的INPUT 狀態(tài)傳送到相應的INPUT裝置，根據(jù)這個工作形式重復工作，直到停止運行為止。

3.存儲單元：存儲單元是儲存系統(tǒng)軟件的，也是整個系統(tǒng)比較重要的一部分。

4.輸入輸出接口電路：輸入接口是由兩部分組成，分別為光耦合和微機輸入接口電路，是PLC 和接口界面共同的輸入通道。輸出接口是由三部分組成，分別為輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路組成，它的作用是將接口電路向動作部件OUTPUT 對應的操控信號。

5.功能模塊：功能模塊有計數(shù)模塊、定位模塊等。

6.通信模塊：通信模塊由幾部分組成，分別是局域網(wǎng)、RS485 和Profibus-DP 通訊模塊等組成。也是為了防止故障發(fā)生，特意增加PLC的牢靠性，通常采用雙CPU 或者三CPU 系統(tǒng)，這樣如果一個CPU 在工作時發(fā)生故障，也能正常工作，不會影響其他部件，這樣解決了CPU的故障問題。[7]

如今PLC 在國際市場上受到普遍使用，應用情況大致如下：

1.開關量的邏輯操控。開關量的邏輯操縱是PLC 用得最多的，它以自身優(yōu)勢打敗了許多邏輯操控，它的優(yōu)點是有選擇性的操控，能操控一臺設施也可以同時操控好幾臺完成流水線任務，像一些機床、生產(chǎn)線、電鍍等都用的上。

2.模擬量操控。像氣壓、液位、速率這些模擬量時時刻刻在發(fā)生改變的，想要控制這些模擬量的變化，就要完成模擬量和數(shù)字量兩者之間進行A/D 和D/A 變換，只有PLC廠家出產(chǎn)成套的A/D 與D/A 變換模塊，這樣才能讓編程控制器來控制相應的模擬量。

3.運動操控。PLC 能夠操控兩種運動，一個是圓周運動PLC，另一個是直線運動，最開始都是用開關量I/O 模塊來連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，如今直接用獨有的運動操縱模塊。國際上知名PLC 廠家用的都是運動操縱性能，通常適用于電動樓梯、人工智能機器人、機械等場所。[8]

4.過程操控。過程操縱是對模擬量閉環(huán)操縱，工業(yè)中PLC 可以編寫不同的算法程序來進行閉環(huán)的控制，常見的PID 調(diào)節(jié)是很多閉環(huán)系統(tǒng)中用的最普遍的，不管是大型中型還是小型都會有這個功能的模塊，而且啟動獨立的子程序。過程操縱在冶煉金屬、化學工廠、熱處理、鍋爐點火操縱等場所都得到普遍使用。

5.數(shù)據(jù)處理。PLC 有很多種運算方法：矩陣、函數(shù)、邏輯運算。它也有很多功能，像數(shù)據(jù)的傳送、轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等，這些功能可以幫助PLC 完成數(shù)據(jù)的采集、分析以及處理。

6.通信及聯(lián)網(wǎng)。PLC 通信分兩種：一種是PLC 之間的通信，另一種是PLC 和其他設備之間的通信。也是近年來互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的非常迅速，很多工廠也實現(xiàn)智能化，在很多系統(tǒng)方面用PLC 通信功能，在為生產(chǎn)提供了便利。[9]

4 系統(tǒng)硬件設計

4.1 結(jié)構(gòu)框圖

如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.上位機：本設計利用的組態(tài)王作為上位機，主要使用它完成模擬仿真，能夠直觀展現(xiàn)出設計成功情況，并且實時跟進數(shù)據(jù)情況。

2.下位機：本設計利用西門子S7-300 作為下位機，主要使用它編寫程序，并且程序?qū)懲旰笈c上位機通訊連接，操作上位機進行仿真。

3.執(zhí)行裝置：該設計利用的是兩種執(zhí)行裝置，一個是氣動電磁閥，另一個是推進器，只有和驅(qū)動裝置共同使用，才能完成一整套驅(qū)動點火任務。

4.信號采集：該設計主要采用的信號采集裝置是磁性開關、高能鍋爐點火裝置、高溫電磁閥，用該裝置能很好地觀察到火焰的數(shù)值變化情況，進而通過現(xiàn)象來控制火焰數(shù)值的大小。

4.2 PLC的選型

明確控制系統(tǒng)方案之后，就是要選擇好所需要使用PLC的機型。選型有以下幾個要求。

4.2.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算

PLC的I/O 點數(shù)應該有適當?shù)囊缌浚鳛檩敵鳇c數(shù)的估算數(shù)據(jù)。

4.2.2 存儲器容量估值計算

存儲器容量的估算是不唯一的，因為文獻有很多，并且運用的公式也不相同，目前運用比較普遍的方法是數(shù)字量I/O 點數(shù)的10～15 倍，再加上模擬量I/O 點數(shù)的100 倍，按照這個數(shù)作為內(nèi)存的總的字數(shù)量，除此之外再按這個字數(shù)的25%考慮多余的量。[10]

4.2.3 控制功能的選擇

該系統(tǒng)包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性。

通過上述的所有要求和功能，最終確定為西門子SIMATIC S7-300 型PLC。

4.3 其他主要元件選擇

4.3.1 高能鍋爐點火裝置

GMGD 系列高能頻點火裝置，只要由點火器、高壓導電桿、半導體高能電源、高壓電纜線組。可對重油輕油、天然氣直接進行點火。本產(chǎn)品具有放電量大、能量轉(zhuǎn)換率高，工作電流小、點火嘴耐高溫、壽命長等優(yōu)點。[11]

4.3.2 點火推進器裝置

主要用于程序點火系統(tǒng)中的油槍、點火槍的進退及工業(yè)電視的進退保護（見圖2）。

圖2 電動推進器

4.3.3 燃油槍、燃氣槍

GMYR 系列油燃燒器和GMQR 系列燃燒器主要用于電廠、化工、冶煉鍋爐加熱爐的點火助燃及帶粉燃燒，由油槍、組合推進器、穩(wěn)燃罩等組成，可根據(jù)用戶的要求配置，本設備優(yōu)化組合成一體，與鍋爐本體用法蘭連接，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、性能優(yōu)越。

燃油槍：GMYQ1 機械霧化、GMQ2 蒸汽霧化、GMYQ3空氣霧化（見圖3）。

圖3 燃油槍

4.3.4 閥門

本實驗的電動球閥、氣動球閥及電磁閥微型球閥，其特點的關閉速度快、耐高溫、反饋信號準確，是為電站和其他工業(yè)鍋爐燃油系統(tǒng)設計的專用閥門（見圖4）。

圖4 電動球閥

4.3.5 高溫電磁閥

高溫電磁閥是一種比較特殊的電磁閥，它是先導直動型的電磁閥。這種電磁閥優(yōu)點也比較多：它有很好的抗高溫能力，在300 攝氏度以上的高溫下正常工作，而且閥芯均為不銹活塞式，特制線圈采用散熱的結(jié)構(gòu)方式，因此不用擔心燒毀，長時間停止動作重新啟動，動作同樣靈活；其廣泛應用于點火控制系統(tǒng)、船舶重工、測試設備、加熱設備、液壓設備等（見圖5）。

圖5 高溫電磁閥

5 系統(tǒng)軟件設計

5.1 鍋爐點火控制系統(tǒng)的流程圖

見圖6。

圖6 鍋爐點火控制系統(tǒng)的流程圖

5.2 PLC的I/O 分配

見表1。

表1 PLC I/O 表

5.3 西門子S7-300 可編程控制器簡介

SIMATIC S7-300 是一種通用型的PLC，能適合自動化工程中的各種應用場合，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應用。模塊化、無風扇結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點，使得S7-300 在各個工業(yè)領域中實施各種控制任務時，成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案。SIMATIC S7-300的大量功能能夠支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護，其主要功能是：

1.高速的指令處理。

2.人機界面。

3.診斷功能。

4.口令保護。

SIMATIC S7-300 系列PLC 是模塊化結(jié)構(gòu)設計，各種單獨模塊之間可進行廣泛組合和擴展。

5.4 點火控制系統(tǒng)程序

5.4.1 開始程序

按下啟動按鈕，常閉進油槍到位開關通電，進油槍開始置位，開始進油。

進點火槍通電后開吹掃閥置位，開始掃閥。

進油槍通電后，常閉進點火槍到位開關接通，進點火槍置位，開始點火。

5.4.2 掃閥定時器程序

開吹掃閥開關接通后延時通電定時開始工作，延時15秒后開吹掃閥，然后開Q0.3 油閥。

開油閥閉合后點火器打火置位Q0.4 打火。

5.4.3 延時點火程序點火器打火通電后通電延時定時器開始延時，延時15秒后接通，點火器Q0.4 打火復位。

圖8 創(chuàng)建工程名稱

5.4.4 點火判斷程序

通過觀察火焰值大小，火焰值到達60的時候則點火成功，點火成功開關接通后，常閉退點火槍開關接通，進點火槍Q0.1 復位。

火焰值小于60 時點火失敗，這時點火失敗按鈕接通，開油閥Q0.3 置位，繼續(xù)加油。

開油閥接Q0.3 通后，開吹掃閥Q0.2 置位，繼續(xù)掃閥15 秒。

開吹掃閥接通后，延時通電定時器延時15 秒，開吹掃閥Q0.2 復位，常閉退油槍到位開關通電，進油槍Q0.0 復位，停止進油。

進油槍Q0.0 接通后，常閉退點火槍到位開關通電，進點火槍Q0.1 復位，停止點火。

6 上位機軟件設計與仿真

6.1 軟件監(jiān)控

6.1.1 監(jiān)控軟件介紹

本設計用到的上位機是組態(tài)王，作為亞控公司一款主流軟件，也是一個多功能于一體的軟件，擁有操控、監(jiān)視、記錄、模擬等一系列操作；使用這個軟件可以實時觀察點火系統(tǒng)正常工作時火焰數(shù)值的變化，并且通過報警裝置提醒用戶點火是否成功。[12]

6.1.2 組態(tài)界面制作

1.首先是以管理員身份運行軟件，進入頁面后創(chuàng)建一個新的工程名，以自己論文課題名稱作為工程名稱，選擇一個空文件夾作為后期文件保存的路徑，然后簡單地描述一下自己的工程，點擊完成，工程名稱就創(chuàng)建完畢。詳細如圖7-8。

圖7 選擇保存位置

2.工程創(chuàng)建完之后連接設備，點擊新建后會出現(xiàn)許多軟件公司，我們選擇西門子下面的COM，選擇下一步然后確定新IO 設備，這樣就算設備添加完畢。[13-14]

3.設備連接后添加數(shù)據(jù)詞典，把設計中需要定義變量的儀器都新建變量名、變量類型、連接設備、數(shù)據(jù)類型、最大值，這些都要根據(jù)類型來建立。

6.1.3 主畫面

新建主畫面。打開軟件后直接從工具欄中添加一個畫圖的區(qū)域，把文本主題修改為主畫面，然后再創(chuàng)建幾個子畫面，也是為了實現(xiàn)畫面之間的進行很好地切換，然后將左側(cè)的項目視圖中對應的畫面拖入到主畫面即可，系統(tǒng)畫面如圖9。

6.1.4 系統(tǒng)畫面

系統(tǒng)畫面是整個系統(tǒng)中最重要的部分，包括鍋爐組進點火槍、打火裝置、閥門等組態(tài)。這些都可以在工具視圖庫中找到，如圖10。

圖10 個別操作垂直下降監(jiān)視畫面

6.1.5 模塊組態(tài)

1.電源模塊：PS 307 5A。

2.CPU 模塊：CPU 315F-2P/DP。

3.輸入口模塊：DI16/DO16 24V/0.5A。

4.輸出口模塊：AI4/AO2 8/8Bit。

5.信號模塊：SM-300。

6.1.6 變量設定

雙擊項目視圖下的變量，進行變量定義。與PLC 相關量的變量其鏈接設為PLC，組態(tài)軟件的變量則設定為內(nèi)部變量。

6.1.7 登錄畫面

如圖11。

圖11

6.1.8 用戶登錄界面相關組件設置

用戶管理畫面主要是對用戶，管理員等口令及權(quán)限的設置。首先進行權(quán)限設置，在項目視圖下有運行系統(tǒng)用戶管理，點開后有組和用戶項，雙擊組，進行組的設置，添加一個班組長，另外在權(quán)限欄添加一個權(quán)限，改為輸入爐膛火焰設定值，然后將班組長的權(quán)限設定為操作和輸入爐膛火焰設定值。[15]

雙擊用戶，添加一個新用戶，用戶名為user0，口令為123，用戶組設定為班組長，將管理員Admin的密碼改為111，如圖12。

圖12 報警畫面

6.1.9 報警畫面

動畫運行時，會有一個報警器，在點火槍開始點火時，火焰值達到60，報警器會立刻報警，并且顯示成功，然后退油槍退點火槍；火焰值小于25，報警器也會報警，但這時的顯示是失敗，系統(tǒng)會自動開進油槍、進點火槍，直到成功為止。

6.1.10 趨勢視圖畫面

趨勢視圖畫面是顯示點火過程中火焰在每個階段的數(shù)值，用圖直觀的展現(xiàn)出來，然后根據(jù)火焰值升降來分析系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，如圖13。

圖13 趨勢視圖畫面

7 總結(jié)及展望

本設計對鍋爐點火系統(tǒng)的背景、意義、發(fā)展前景、硬件和軟件的選型做了一個詳細的介紹說明，也是用最通俗的語言表達出整個設計流程以及所用的器件。在使用這些器件之前都會收集大量的資料來考證本設計是否能用，完成這項任務后就確定軟件，軟件需要用到的也就兩個，一個是寫程序的軟件，另一個就是上位機軟件，寫程序的軟件我選擇了西門子SIMATIC S7-300，上位機軟件選擇的是組態(tài)王，是一個集多功能于一體的上位機軟件。SIMATIC S7-300 和組態(tài)王聯(lián)合操作，從而使得效果能夠達到很好地一致性。[16-17]

鍋爐點火在未來工業(yè)上擁有很好的前景，因為它采用的是PLC 做中央控制部分，加上組態(tài)王上位機操控著相應的命令，還能實時監(jiān)控畫面動態(tài)情況，簡化了很多系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得工作人員很容易操控，并且出現(xiàn)故障時也能及時的發(fā)現(xiàn)問題出在哪里，對于一些工業(yè)生產(chǎn)有很大的幫助，這也是它在將來發(fā)展的方向，因為國家在大力發(fā)展工業(yè)這一塊，相信這種方便且實用的系統(tǒng)會得到更多產(chǎn)業(yè)發(fā)展下去。