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PLC在電廠鍋爐排渣改造工程中的應(yīng)用
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該系統(tǒng)控制范圍包括從冷渣器正常出口以及事故出口開(kāi)始到原氣力輸送系統(tǒng)的進(jìn)口之間的所有設(shè)備的控制。
一、系統(tǒng)描述
每臺(tái)冷渣器排渣口，兩個(gè)事故排渣口和正常排渣口下設(shè)一臺(tái)鏈斗式輸送機(jī)和刮板輸送機(jī)將底渣送至冷渣器外，由斗式提升機(jī)提到位于渣斗頂部的破碎機(jī)，由破碎機(jī)破碎后，進(jìn)入氣力輸送系統(tǒng)，由氣力輸送系統(tǒng)送至渣倉(cāng)。
為保證冷渣器運(yùn)行的正壓以及保證熱空氣不會(huì)從事故排渣口排出，在冷渣器一、二室裝設(shè)壓差檢測(cè)裝置，以壓差信號(hào)來(lái)控制事故排渣口插板門開(kāi)關(guān)，從而控制冷渣器內(nèi)底渣的料高以達(dá)到保證冷渣器內(nèi)熱空氣不會(huì)從事故排渣口排出。
為保證冷渣器中底渣能從正常排渣口全部排出，將原DN420的正常排渣口擴(kuò)至DN550。正常排渣口下裝設(shè)中間渣斗，中間渣斗上設(shè)高、低料位計(jì)，以料位計(jì)控制中間渣斗中料高，從而保證冷渣器中熱空氣不會(huì)排至后續(xù)機(jī)械輸送系統(tǒng)。中間渣斗出口裝設(shè)插板門和電動(dòng)給料機(jī)，以達(dá)從正常排渣口均勻給后續(xù)機(jī)械輸送系統(tǒng)給料。
考慮到從事故排渣口排出的底渣溫度較高，為保證斗式提升機(jī)的安全可靠性，每套系統(tǒng)斗式提升機(jī)設(shè)兩臺(tái)，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用；斗式提升機(jī)出口設(shè)有就地事故排渣口，以保證后續(xù)氣力輸送系統(tǒng)故障時(shí)能就地排渣。
鑒于以上情況，通過(guò)采用PLC（可編程控制器）控制系統(tǒng)，解決當(dāng)前存在的問(wèn)題。系統(tǒng)的工作原理框圖如下：
系統(tǒng)操作運(yùn)行分別設(shè)有“遠(yuǎn)程自動(dòng)”、“遠(yuǎn)程手動(dòng)”、“就地手動(dòng)”三種工作模式。“遠(yuǎn)程自動(dòng)”模式為正常的主要運(yùn)行方式，根據(jù)系統(tǒng)滿足自動(dòng)順序運(yùn)行的條件，在操作員站（控制室內(nèi)的觸摸屏）上操作完成整個(gè)除渣工藝流程。在自動(dòng)順序執(zhí)行期間，出現(xiàn)任何故障或運(yùn)行人員中斷信號(hào)，都能使正在運(yùn)行的程序中斷并回到安全狀態(tài)，使程序中斷的故障或運(yùn)行人員的指令都將在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)故障排除后，自動(dòng)控制在確認(rèn)無(wú)誤后可再進(jìn)行啟動(dòng)。系統(tǒng)有豐富的保護(hù)和故障界面供操作人員進(jìn)行操作和分析。 “遠(yuǎn)程手動(dòng)”模式為運(yùn)行人員在觸摸屏上點(diǎn)觸每一個(gè)被控對(duì)象。遠(yuǎn)方控制操作有許可條件，以防止運(yùn)行人員誤動(dòng)作。在遠(yuǎn)方手動(dòng)模式下，系統(tǒng)提供了豐富幫助操作指導(dǎo)和反饋信息，指引操作人員的操作，以防止誤操作。“就地手動(dòng)”模式是運(yùn)行人員通過(guò)就地控制箱操作被控對(duì)象，就地操作與遠(yuǎn)方程控操作之間有相互連鎖。
1、PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及組成
PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中早己得到了廣泛的應(yīng)用。以PLC的控制功能而言，具有嚴(yán)謹(jǐn)、方便、易編程、易安裝、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。它通用性強(qiáng)，適應(yīng)面廣,特別在數(shù)字量輸入/輸出等邏輯控制領(lǐng)域有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。PLC具有豐富的邏輯控制指令和高級(jí)應(yīng)用指令，它提供高質(zhì)量的硬件、高水平的系統(tǒng)軟件平臺(tái)和易學(xué)易編程的應(yīng)用軟件平臺(tái)。另外，PLC即有自身的網(wǎng)絡(luò)體系又有開(kāi)放I／0及通訊接口，很容易組建網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)。
PLC采用的Siemens公司生產(chǎn)的S7-300系列，由于現(xiàn)場(chǎng)的PLC系統(tǒng)與控制室的上位機(jī)距離較遠(yuǎn)（800米左右），因此通訊系統(tǒng)需成對(duì)加裝RS-485中繼器，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
(1) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件配置
根據(jù)控制需求，CPU模塊采用CPU314、數(shù)字量輸入（DI）采用SM321模塊，數(shù)字量輸出(DO) 采用 SM322模塊，模擬量輸入(AI) 采用 SM331模塊，模擬量輸出(AO) 采用 SM332模塊以及IM365等模塊組成，IM365實(shí)現(xiàn)機(jī)架擴(kuò)展，上位機(jī)采用Easyview公司MT510T真彩觸摸屏進(jìn)行顯示和控制，整個(gè)干渣系統(tǒng)的工藝流程及測(cè)量參數(shù)、控制方式、順序運(yùn)行狀況、控制對(duì)象狀態(tài)等均能夠清楚地顯示在觸摸屏上，當(dāng)參數(shù)越限報(bào)警或控制對(duì)象故障或狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，以不同的顏色進(jìn)行顯示，使操作人員能夠一目了然地了解到系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并實(shí)時(shí)地根據(jù)工藝要求進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
(2) 控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)
PLC程序的編制直接關(guān)系著底渣系統(tǒng)能否正常工作，而程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于編程者對(duì)工藝系統(tǒng)的理解程度和程序編制技術(shù)的靈活應(yīng)用。因此，在程序設(shè)計(jì)中首先考慮了供氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)，將程序設(shè)計(jì)細(xì)化，分成多個(gè)程序模塊，實(shí)行模塊化編程。這樣既可以方便的增加或刪除程序模塊，便于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工藝的調(diào)整，又可針對(duì)配套設(shè)備可控性對(duì)不同程序模塊進(jìn)行完善。
PLC的編程軟件采用SIEMENS公司的SIMATIC STEP7 V6軟件平臺(tái)用來(lái)完成硬件組態(tài)、地址和站址的分配以及編制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制程序的。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用國(guó)產(chǎn)軟件組態(tài)王，全部采用漢化界面，便于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與操作，該系統(tǒng)運(yùn)行于Windows2000中文平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的全面監(jiān)控，對(duì)重要參數(shù)形成歷史記錄，以報(bào)表或曲線的形式顯示給操作人員。通過(guò)VB語(yǔ)言腳本，可以在主控室的上位機(jī)顯示重要參數(shù)的歷史趨勢(shì)、實(shí)時(shí)趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖調(diào)節(jié)的手自動(dòng)切換、操作、壓力的高、低限報(bào)警、流量數(shù)據(jù)的顯示與累計(jì)，滿足高生產(chǎn)率的調(diào)度需求。
(3) 現(xiàn)場(chǎng)顯示
現(xiàn)場(chǎng)采用MCC屏進(jìn)行參數(shù)控制，觸摸屏程序由組態(tài)軟件來(lái)完成，人機(jī)界面采用中文菜單，界面友好，操作方便，功能較強(qiáng)，主要用于現(xiàn)場(chǎng)壓力、流量、閥位的顯示與操作?？勺鳛椴僮魅藛T現(xiàn)場(chǎng)操作的依據(jù)。
二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)排渣系統(tǒng)的自動(dòng)控制和監(jiān)控
主要包括如下功能：
(1) 靈活的操作方式以及強(qiáng)大的系統(tǒng)控制功能：系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)操作、控制柜操作和就地手動(dòng)操作；
(2) 報(bào)警功能：當(dāng)溫度超過(guò)工藝要求，可在現(xiàn)場(chǎng)、就地實(shí)現(xiàn)越限報(bào)警；
(3) 簡(jiǎn)單、方便的參數(shù)設(shè)定： 壓力調(diào)節(jié)的壓力設(shè)定值、P、I、D等參數(shù)可以在上位機(jī)中設(shè)定。
1 、系統(tǒng)控制功能
(1) 過(guò)程控制的功能：
1)系統(tǒng)對(duì)床壓實(shí)現(xiàn)了PID自動(dòng)調(diào)節(jié)控制；
2)對(duì)所采集的模擬信號(hào)進(jìn)行線性化、濾波、工程單位轉(zhuǎn)換處理；
3)實(shí)現(xiàn)了流量信號(hào)的溫、壓補(bǔ)償，提高了儀表的測(cè)量精度。
(2) 邏輯控制
聯(lián)鎖邏輯控制實(shí)現(xiàn)開(kāi)/關(guān)的控制，邏輯控制及用戶自定義功能塊等。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電磁閥控制以及參數(shù)越限報(bào)警等功能
(3) 人機(jī)接口
HMI系統(tǒng)中包含主工藝畫(huà)面，分系統(tǒng)畫(huà)面，畫(huà)面直觀、豐富，具備PID在線調(diào)節(jié)、在線顯示功能，包括過(guò)程量變化趨勢(shì)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)。
三、軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)該系統(tǒng)具體情況，PLC系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中著重要考慮的是以下幾個(gè)方面：
(1) 數(shù)據(jù)采集及工程量轉(zhuǎn)換
(2) PID算法
(3) 流量溫壓補(bǔ)償計(jì)算以及流量的累積計(jì)算
對(duì)于系統(tǒng)中的邏輯控制選用梯形圖（LADDER）編程，直觀、方便；對(duì)于PID回路控制流量溫壓補(bǔ)償計(jì)算以及流量的累積計(jì)算部分則采用語(yǔ)句表（STL）編程，結(jié)構(gòu)緊湊而又靈活。 PID調(diào)節(jié)是該系統(tǒng)中最為重要的控制程序，因此特將PID算法作一重點(diǎn)介紹。
1、PID算法
STEP7提供了兩種常用的PID算法：連續(xù)型PID（FB41）和離散型PID（FB42），根據(jù)實(shí)際要求，選用的是FB41。并在組態(tài)王中使用畫(huà)圖功能模擬一個(gè)PID調(diào)節(jié)器的操作面板，完成PID調(diào)節(jié)控制中的手/自動(dòng)切換、給定值輸入、手動(dòng)輸出值輸入、PID參數(shù)（比例系數(shù)、積分時(shí)間）輸入等功能。
PID算法的輸出實(shí)際上是比例（P）、積分（I）、微分（D）三部分作用之和：
Ｍｎ＝ＭＰｎ＋ＭＩｎ＋ＭＤｎ
ＭＰｎ ＝ ＧＡＩＮ?（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）
ＭＰｎ ＝ ＧＡＩＮ ? ＴＳ／ ＴＩ?（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）＋ ＭＸ
ＭＤｎ ＝ ＧＡＩＮ ? ＴＤ／ ＴＳ?（ＰＶｎ－１－ ＰＶｎ）
Ｍｎ：第ｎ次采樣時(shí)刻的輸出值。
ＭＰｎ：第ｎ次采樣時(shí)刻的比例作用，與偏差成正比。
ＭＩｎ：第ｎ次采樣時(shí)刻的積分作用，可以消除靜差，提高控制品質(zhì)。
ＭＤｎ：第ｎ次采樣時(shí)刻的微分作用，根據(jù)差值的變化率調(diào)節(jié)，可抑制超調(diào)。
ＳＰｎ：第ｎ次采樣時(shí)刻的設(shè)定值。
ＰＶｎ：第ｎ次采樣時(shí)刻的過(guò)程值。
ＭＸ：第ｎ－１次采樣時(shí)刻的積分作用，每次采樣計(jì)算后自動(dòng)刷新。
ＧＡＩＮ：回路增益，P參數(shù)。
ＴＩ：積分時(shí)間常數(shù)，即I參數(shù)。
ＴＩ：微分時(shí)間常數(shù)，即D參數(shù)。
ＴＳ：采樣時(shí)間。
從上面的公式中可以看出，參數(shù)P（GAIN）與P、I、D作用都是成正比的，它決定了PID回路的靈敏度，即調(diào)節(jié)速度的快慢；Ｉ參數(shù)越大，積分作用越弱，而D參數(shù)越大，微分作用越強(qiáng)。不能單靠理論計(jì)算來(lái)確定PID參數(shù)，唯一的衡量標(biāo)準(zhǔn)就是被控參數(shù)（壓力）的精度和穩(wěn)定度，所以在實(shí)際調(diào)試中，都是參照被控參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線，反復(fù)觀察分析，從而達(dá)到最佳的控制效果
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論