罗克韦尔plc-5系列在锅炉给水控制系统中的应用

1、本文结合某中型电厂的锅炉给水控制实例，介绍了基于罗克韦尔plc-5和西门子mm430 变频器组建的锅炉给水控制系统。系统实际运行的结果良好，效率得到较大提升，降低了安 全风险和故障率，符合设计的初衷，为国内同行提供一个实际可行的工程案例。关键词：plc给水控制调节变频器1引言目前国内大多数锅炉汽包水位都采川串级三冲量调节系统控制。锅炉燃料是炼铁过程小 产生的尾气，其可燃成分主要是co。受高炉炉况的影响，尾气压力及co含量时常变化， 锅炉的燃烧状况也随z变化，汽包水位及蒸汽压力变化较大，串级三冲量调节系统不能保证 汽包水位在规定的范i韦i内，只能采用手动方式，通过电动执行机构，调节管道阀门的开度

2、来 改变给水流量，以维持汽包水位在规定的范围内。这种方式不仅调节不便，而l浪费大量电 能。工业蒸汽锅炉的过程控制系统包括汽包水位控制系统和燃烧过程控制系统，两系统在锅 炉运行过程中互相耦合，需要较高的控制水平才能达到冇效运行。结合国内某中型电厂的2台30t燃煤蒸汽锅炉，这2台锅炉通过1个给水母管分别给 各自汽包供水，用汽蜃小的季节，2台锅炉只运行1台，当用汽呆较人时，则必须2台锅炉 同时运行。由于给水泵额定功率为37kw, 一般情况下，1台锅炉运行吋，只开1台给水泵 余量仍较大，而2台锅炉同时运行且用汽量较大时，只开1台给水泵无法满足需要，而开2 台给水泵后，相对单台锅炉运行时，余量更大。由于

3、2台锅炉分别由2套dcs系统控制各 自的电动阀门调节各自汽包的给水量，运行中，阀门开度较小造成给水母管压力较大，不仅 浪费了人量的电能，较高的水压还可能对管道、水泵叶伦和阀门造成损害。如图1所示。2系统分析及设计变频技术以其在节能与恒压方面的优越性能可以解决水压控制系统存在的以上问题。考 虑选用单片机或plc与变频器结合为核心构成的系统都能达到较好的控制效果。但在软件 设计上，plc比单片机的编程更简洁、肓观；从硬件接口考虑，单片机电路稍微复杂一些; 从经济方面考虑，由于plc x.艺的li渐成熟，要根据现场情况调整系统参数，plc的软件 中时间参数的调整更简单，这样更有利于售后服务人员掌握。

4、基于系统运行现状，本着既能 节能降耗，乂能控制简便、安全r投资较少的原则，选用了西门了 mm430变频器和罗克韦 尔plc-5型plc作为控制核心，再加上psw7调节器与wsp300压力变送器，控制效果 非常好，软件设计简单，硬件接口简易可行、可靠性高，整个系统的性价比非常高。具体如图2所示。图2控制原理图在本方案中，充分利用了锅炉层有的dcs控制系统，同时增加了变频器、可编程序控 制器(plc)和控制信号转换装置。2.1硬件控制系统(1) 罗克韦尔plc-5型plc我们选择的plc-5/40e cpu,内存容量大，数据处理能力强，网络功能强大，带有以 太网网口，不需要额外以太网通讯模块。pl

5、c-5/40e cpu使用钥匙开关改变处理器操作模式： run (运行)运行模式下，用户不能创建或删除程序文件，创建或删除数据文件，或编程软件改变操作模式。 prog （编程）编程模式时，用软件编程不能改变操作模式 rem （远程）编程软件，远程编程、远程测试、远程运行模式之间改变。rslogix 5编程软件具有nj靠通讯能力、强大编程功能和卓越诊断能力和监控能力，以及 运行控制功能：诊断和故障查找工具可靠通讯功能统一项目视图灵活梯形图逻辑符号编程可选梯形图视图容易通信组态利用rslogix 5梯形逻辑编程软件，可以优化系统性能，节省项目开发时间， 提高生产率。上位机监控软件rsview32是

6、罗克韦尔口动化公司推出组态软件平台, 它使用方便，町以构造灵活界面和强人功能，川rsview32纽态软件能开发出较强 组合画面:快速灵活画面切换灵活有效报警方式强大功能和简单直观操作方式灵活实用设直功能 实用悸理功能因此 利川上位机监控软件rsview32,坐屮央控制室，就可以监控现一切机械化设备, 对现场生产情况一目了然。(2) 西门子mm430变频器mm430变频器是四门了公司最新研制生产的一种适用于各种变速驱动应用场合的高性 能变频器(调试简单、配置灵活)，它具有最新的igbt技术和高质量控制系统，完善的保护 功能和较强的过载能力以及较宽的工作坏境温度，安装接线方便，两路可编程的隔离数字

7、输 入、输出接口以及模拟输入、输出接口等优点，使其配置灵活多样，控制简单方便。2.2运行分析(1) 当1台锅炉运行时由于只开1台给水泵，就足够锅炉汽包所需用水量，故此时，系统只对运行锅炉的汽 包水位进行恒液位控制即可。将切换开关置丁相应位宣，通过锅炉原有dcs控制系统屮的 手动操作器将控制该锅炉汽包进水虽的电动阀完全打开后，再通过控制信号转换装置切断该 控制信号，使原有控制回路断开，电动阀保持全开状态，同时，将该锅炉汽包液位信号切入 plc,让plc将该锅炉汽包液位信号进行pid运算处理麻，再由控制信号转换装置，将p lc输出的420ma模拟信号传递给变频器，从而控制变频器的输出转速。在本控制

8、过程中，关键的问题是过程参数pid (p:比例系数i:积分系数、d:微分系数) 的整定。由于工业锅炉运行过程中，用汽量的多小和蒸汽压力的大小，决定了给水流虽的大 小和给水压力的大小。为了保证系统的相对稳定运行，不出现大的波动，对生产造成影响, 在调试过程屮，应多次反复调鉴pid参数，肓至出现最佳控制过程。(2) 当两台锅炉同进运行吋由于2台锅炉分别由两套dcs系统控制，在运行过程，虽然蒸汽并网后压力相同，但 由于燃烧过程中存在不确定性，两台锅炉汽包各自的液位就必然存在差异。因此，单台锅炉 运行屮所用的恒液位控制方案在此就不再适合。通过给水原理图（图1）我们不难发现，要对2台锅炉汽包的液位分别控

9、制，最理想的方案是将1个给水母竹向2台锅炉给水的现状彻底 改变，将给水系统分开，使每个锅炉都有自己独立的给水系统，再在此基础上加装变频控制, 由1台变频器单独控制1台锅炉的给水。但此方案不仅改动较人，投资较高，且要停产改 造，显然是行不通的。为了能在不改变原有系统现状的前提下，更好的利用变频装置，节能 降耗，减小系统运行，维护费用，捉高原有系统的白动化程度，我们针对该金业2台锅炉 的运行特点，设计了一套专用于2台（或2台以上）锅炉同时运行时的控制方案，即:蒸汽压 力和母管给水压力的恒压差控制方案。当2台锅炉同时运行时，由于外供蒸汽并管，故蒸汽压力相同，又由于2锅炉由同一 母管给水，故给水压力也

10、相同。但由于蒸汽用量的变化不定和锅炉燃烧情况的不同，蒸汽压 力是时刻变化的。这样，为了能保证给锅炉汽包供上水，就必须要求给水的压力始终高于蒸 汽压力，由图2我们看到，由plc采集蒸汽压力和母管给水压力，通过处理、比较后，得 到二者的差值，再将此差值通过pid运算处理，输岀4-20ma的模拟信号给控制信号转换 装置。再由该装置将信号传输给变频器，从而控制变频器的运行速度。这样虽然可以保证给 水母管压力始终高于锅炉蒸汽压力（压力差的大小可以通过plc在一定范围内任意调节）， 但锅炉各白汽包的液位却无法再通过调节变频器的转速去控制。在此，我们充分利川了原有 给水控制装置，即汽包各自的进水电动阀门。仍

11、由锅炉原冇dcs控制系统采集各自汽包的 液位，蒸汽压力，给水压力和给水流量等信号，去相应的调整进水电动阀的开度，从而控制 各汽泡液位和进水流量o此方案由于存在阀门的调节，所以理论上不能最大限度的节能降耗，但实际应用中，由 于减小了给水母管与蒸汽压力之间的压力差，使电动阀门的开度市原來的平均10%左右开 大到75%左右，系统回水阀门关闭，仍大大节约了能源。只本方案充分考虑了系统运行的 安全性，一旦变频器故障，系统可立即自动由变频运行状态切换至原有工频运行状态，完全 恢复改造前的运行状态，保证锅炉正常运行。变频故障解除后，仍可方便的手动切换为变频 状态，使变频器方便的投入运行，且不影响锅炉的运行。

12、3 plc控制系统介绍罗克韦尔plc-5是本系统的核心控制器件，它不仅辨识、处理各种运行状态，进行系 统间的逻辑运算和联锁保护，还对输入的多个模拟信号进行处理、运算后，输出标准的模拟 信号控制变频器的运行速度。主程序结构较复杂，其小，对液位信号进行pid运算的子程 序，原理图和程序框图如图3、图4所示。过程仿真4注意事项 4.1隔离周密完善地考虑器件或设备的布置及布线，并尽量增人干扰源与受扰电路之间的距离, 将大大降低干扰的传播，减少系统的故障率。在实际安装布线时，应按其对干扰的灵敏度或 按其本身功率的大小分门别类的进行处理，布置的顺序是：低电平模拟信号，一般数字信号, 交流控制装置，肓流动力

13、装置，交流动力装置等。按照这样的顺序布置使其相互隔开，保持 一定距离，在安装场合受到限制、设备婆求体积小的悄况下，还需耍增加以下措施。使所有的信号线很好地绝缘，使具不可能漏电，这样，防止rti于接触引入的干扰；将不同种类的信号线隔离铺设（在不同一电缆槽小，或用隔板隔开），我们可以根 据信号不同类型将其按抗噪声干扰的能力分成几等。模拟量信号（模人、摸出，特别是低电平的模人信号如热电偶信号，热电阻信号等） 对高频的脉冲信号的抗干扰能力是很差的。建议用屏蔽双绞线连接，l这些信号线必须单独 占川电线管或电缆槽，不可与具它信号在同一电缆管（或槽）屮走线。（4）低电平的开关信号（一些状态干结点信号）,数据

14、通信线路（rs232. eia485等）， 対低频的脉冲信号的抗t扰能力比上种倍号要强，但建议最好采用屏蔽双绞线（至少用双绞 线）连接。此类信号也要单独走线，不可和动力线和人负载信号线在一起平行走线。（5）高电平（或大电流）的开关量的输入输出、catv、电话线，以及其它继电器输入输 出信号，这类信号的抗干扰能力乂强于以上两种，但这些信号会干扰别的信号，因此建议川 双绞线连接，也单独定电缆管或电缆槽。4.2屏蔽屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器木身用铁売屏蔽，不让其电磁干扰 泄漏;输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器吋，耍求信号线尽nj能®7.（-般 为20m以内），且信号线采川双芯屏蔽，并与主电路的输入和输出线及控制线（ac220v）完 全分离，决不能放丁同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效, 屏蔽罩必须可靠接地。4.3联锁锅炉给水是锅炉运行过程中至关重要的环节之一，其运行的稳定性与可靠性肓接关系到 整个锅炉系统乃至整个企业生产运行的稳定与安全。因此，一旦变频器出现故障而