工業(yè)鍋爐是生產(chǎn)過程中的重要動力設(shè)備。在石油化工領(lǐng)域，它的主要作用是向各生產(chǎn)裝置提供所需要的合格蒸汽，其控制質(zhì)量的優(yōu)劣不僅關(guān)系到鍋爐自身運行的效果，而且還將直接影響到相關(guān)裝置生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。
下面以林源煉油廠熱電分廠鍋爐控制系統(tǒng)改造項目為例，介紹組態(tài)軟件在工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
一、現(xiàn)場條件與改造內(nèi)容
熱電分廠3#、4#鍋爐原控制系統(tǒng)的操作站為兩臺INTEL工控機、WINDOWS 3.1操作系統(tǒng)，組態(tài)軟件為INTOUCH5.1，下位機PLC是GE FANUC90-30 PLC。針對原系統(tǒng)不同程度存在的一些問題，提出了改造的要求，歸納起來主要有以下三個方面的內(nèi)容：
1 .更新操作站，實現(xiàn)雙機冗余操作，具有在線熱備份功能，解決Y2K問題。
2 .更換組態(tài)軟件，增加報表打印、班組核算、流量計算、報警參數(shù)查詢等功能。在保持原操作畫面風格的情況下，重組監(jiān)控畫面，方便參數(shù)修改。
3.壓力等采集點和控制點。根據(jù)鍋爐運行狀況，能夠隨時進行手動、自動、串級三種控制方式的無擾動切換。
4. 解決Y2K問題。
二、系統(tǒng)設(shè)計
用KP工業(yè)控制機替換原系統(tǒng)操作站，組態(tài)軟件替換原來的INTOUCH5.1軟件，從根本上解決Y2K問題。
硬件連接方法
保留原有的GE FANUC90-30 PLC可編程序控制器，利用其CMM311可配置口和電源模塊SWP321分別與兩臺KP機連接。
其中：電源模塊SWP321經(jīng)SNP接口與1#操作站的RS232串口連接。SNP接口與RS232串口連接的方法見圖3所示；而通訊模塊CMM311則直接與2#操作站RS232串口連接，連接方法見圖2所示。CMM311是專用通訊模塊，它支持GE
Fance CMM通訊協(xié)定、RTU（Modbus）通訊協(xié)定，以及SNP協(xié)儀等。
雙機冗余操作策略
兩臺操作站中，一臺作為主機，另一臺作從機。當系統(tǒng)首次啟動時，只有主機與PLC建立通訊，從機只有與PLC間的物理通訊鏈路，但不與PLC通訊，從機通過主機讀取PLC的數(shù)據(jù)，操作人員在從機上發(fā)出的控制命令也經(jīng)主機下達給PLC。正常情況下，操作人員無論在哪個操作站上都能夠正常操作，當從機發(fā)現(xiàn)主機出現(xiàn)故障時，便啟動與PLC通訊的程序，由從機變成主機，同時發(fā)出系統(tǒng)報警，從而實現(xiàn)雙機實時數(shù)據(jù)庫的冗余熱備用。
三、軟件設(shè)計說明
操作站組態(tài)
（1）報表打印
利用力控組態(tài)軟件中的“歷史報表”工具，可以方便地實現(xiàn)報表打印功能。
在“數(shù)據(jù)表”上可以設(shè)定報表打印的時間范圍、時間間隔和時間輸出的格式；點名是DB中的變量參數(shù)名，填寫時必須和DB數(shù)據(jù)庫中的變量相對應(yīng)；格式是用來定義報表中數(shù)據(jù)長度和小數(shù)的位數(shù)，如5.2為5位字符長，小數(shù)點后有2位小數(shù)。
（2）班組核算
班組核算制是目前國內(nèi)各企業(yè)普遍采用的一種經(jīng)濟管理方式。它是把實際生產(chǎn)中的有關(guān)參數(shù)取出來，然后按企業(yè)確定的核算公式進行計算，從而得到本班組一定時間內(nèi)的經(jīng)濟效益。隨著計算機控制系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，管控一體化的要求也日益增加，用數(shù)采系統(tǒng)得到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)直接參與核算，不僅消除了繁瑣的人工計算過程和工作強度，而且極大地提高了管理水平。下面著重介紹在該系統(tǒng)中實現(xiàn)班組核算的一般方法。 班組核算是根據(jù)送出的蒸汽數(shù)量、消耗的煤、油、水等數(shù)量，經(jīng)過核算公式計算，得出一段時間內(nèi)的經(jīng)濟效益及各崗位的費用支出，然后根據(jù)用戶的要求定時打印班組核算表，并利用數(shù)據(jù)庫DB把相關(guān)參數(shù)保存起來。極大地方便了企業(yè)對生產(chǎn)的監(jiān)督。
例如鍋爐控制系統(tǒng)部分的班組核算公式為：
本班有上煤時：
耗煤量=上煤量-[交班（存煤量+存粉量）-接班（存煤量+存粉量）]
本班沒有上煤時：
耗煤量=接班（存煤量+存粉量）-交班（存煤量+存粉量）
單位成本值： 單位成本=（煤耗量*單價+耗電量*單價+除鹽水耗量*單價+瓦斯消耗量*單價+耗油量*單價+耗天然氣量*單價+耗風量*單價+耗氣量*單價+折舊+工資+低值易耗+耗液態(tài)烴量*單價+材料消耗+工資附加費+財產(chǎn)保險+勞保）/總發(fā)汽量；
貢獻毛利值：
貢獻毛利=總發(fā)汽量*（蒸汽單價-單位成本）； 從以上幾個公式可以看出，這樣直接可以看到本月的貢獻毛利，從而得到實際的經(jīng)濟效益。如圖5所示。
四、PLC控制算法設(shè)計
鍋爐設(shè)備是一個復雜的控制對象，主要輸入變量是負荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風和引風等；主要輸出變量是汽包水位、蒸汽壓力、爐膛負壓、過剩空氣等。因輸入變量與輸出變量相互關(guān)聯(lián)，如果蒸汽負荷發(fā)生變化，必將會引起汽包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度的變化。所以說鍋爐是一個多輸入、多輸出且相互關(guān)聯(lián)的控制對象，本控制系統(tǒng)將其分為送風系統(tǒng)、爐膛負壓系統(tǒng)、磨煤熱風系統(tǒng)、汽包水位系統(tǒng)、汽包壓力和主汽溫度系統(tǒng)幾部分（見圖6）。
 以汽包水位系統(tǒng)為例，受控變量是汽包水位，操縱變量是給水流量。它主要考慮汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包中水位在工藝允許范圍之內(nèi)，這是保證鍋爐、汽輪機安全運行的必要條件之一，是鍋爐正常運行的重要指標。
1. 汽包水位的動態(tài)特性 a.蒸汽負荷（蒸汽流量）對水位的影響，即干擾通道的動態(tài)特性。主要是在蒸汽量突然增加時，產(chǎn)生假水位現(xiàn)象。 b.給水流量對水位的影響，即控制通道的動態(tài)特性。當給水時，給水溫度和汽包內(nèi)的水溫相差很大，所以給水量增加后，使汽包中汽泡含量減少，導致水位下降。
c.鍋爐排污、吹灰等對水位也有影響。 2. 控制方法
基于汽包水位的特性，我們采用串級控制系統(tǒng)。因本系統(tǒng)受控對象有較大滯后，主控制器采用PID控制。 a.減少干擾對主回路的影響，可由副回路控制器予以校正。 b.由于副回路的存在減少了相位滯后，從而改善了主回路的響應(yīng)速度。 c.對控制閥特性的變化具有較好的魯棒性。 d.副回路可以按照主回路的需求對對象實施精確控制。
實際PLC的控制程序采用主副回路進行串級控制，即主回路的輸出做為副回路的設(shè)定值，經(jīng)副回路輸出作用于被控對象。也可以不用副回路只用主回路形成單回路調(diào)解，或手動操作完成。
主調(diào)節(jié)器
串級控制回路算法
副調(diào)節(jié)器
 PLC程序
本系統(tǒng)共有6個PID回路，除了爐膛負壓和磨煤熱風外均為主、副串級控制，程序的控制算法也是一樣的，只有每個程序中的變量不同，每部分程序主要由兩個PID回路構(gòu)成，第一個為主回路，第二個為副回路。
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