基于西门子PCS7的循环锅炉控制系统设计

基于西门子PCS7的循环锅炉控制系统设计

江海

关键词：PCS7；控制系统；锅炉

引言

在现代化工业技术得以迅速发展的背景下，对能源资源的优化使用效率，以及对锅炉的管理和控制质量要求等逐渐提高。本人结合自身在无锡隆达电仪成套有限公司、无锡先导智能装备股份有限公司的实际工作，以及在锅炉控制系统设计行业中的工作设计经验总结，目前国内的锅炉使用整体燃烧率较低，部分燃烧物质无法充分实现燃烧，最终会产生大量的污染气体，不利于控制质量的提高，对民众生活水平的提升也会产生一定负面影响，加强对锅炉控制系统的优化设计迫在眉睫。由此可见，锅炉控制系统的优化设计对社会发展和环境保护而言具有重要的实践研究价值。基于此，本文结合循环锅炉系统控制设计的基本要求，以及智能控制系统，在充分考虑锅炉控制各部分的优化方案上，实现了对锅炉系统的自动控制设计。

1、系统分析

开车过程在锅炉系统设计中具有重要作用，并被严格要求，一旦开车步骤或顺序颠倒则会产生十分严重的负面影响，因此在系统设计中开车过程的分析和设计具有一定必要性。在锅炉控制当中的首要任务是供热和锅炉安全的控制，本人结合自身工作经验总结锅炉设备控制系统主要控制内容和要求如下[1]。

1.1燃烧控制系统

在锅炉控制系统设计中的燃烧控制系统主要是确保燃料能够不被浪费，充分释放其能量，进而保证锅炉的加热情况不被破坏，保持平稳加热状态。简而言之，对燃料系统的控制主要是促进锅炉能够稳定运行。与此同时，还要在过程中避免过剩空气将燃烧能量带走，所以此时应当保证空气剩余能量在一定范围之内。因此，本人在锅炉控制系统设计中通常会对燃料量和空气量的情况进行对比控制，并且为减少空气流量对燃料量的影响，还会采用闭环控制的方式来限定燃料流量。

1.2气泡水位控制系统

在循环锅炉系统设计中，对气泡水位具体位置有明确要求，而该控制系统的设计主要是保证气泡水位能够在一个科学的范围内。气泡水位会受到各种客观因素的影响，导致水位发生变化。例如，气泡水位一旦受到蒸汽负荷的影响便会直接导致水位出现虚假情况，本人在工作中一般会通过蒸汽变化来加强对气泡水位的规范性控制，加强供给水阀的控制，用这种方式来实现前馈控制系统，进而达到控制气泡水位的重要目的。以此同时，还可以利用双冲量系统加强对水流的调整和控制，实际上在对气泡水位的控制能够向第三冲量传送给水信号，实现闭环控制给水流量[2]。

1.3过热蒸汽压力控制系统

过热蒸汽压力在锅炉系统正常工作过程中也应当要保持稳定状态，以此来充分满足锅炉设备生产和发展的基本工艺要求，因此这里的蒸汽压力控制应当以被控变量的身份出现。为保证蒸汽压力能够在目标压力范围内，就必须确定燃料在燃烧中能够充分释放其所有能量，确保能量的充足性，因此，本人在该环节控制设计中经常会选用串级控制的方式。

1.4烟气含氧量控制系统

烟气含氧量即锅炉系统在燃烧一定量的燃料之后，所排放出的烟气中含有的氧气成分，与燃料具体燃烧情况和使用燃料的成分息息相关。简而言之，在烟气含氧量中的主要影响因素即燃料燃烧情况与空气含量的比值。一方面，在燃料保持一定状态时，空气量增长，而燃料成分减少，此时的燃料在燃烧过程中需要一定空气量，而空气量增加会使空气过剩，所以燃料在充分燃烧过后其中还会存在一定量的空气。由此可见，烟气含氧量此时会有所提升，进而导致能量资源的浪费[3]。

另一方面，在空气量保持稳定的情况下，增加燃料量，实际上在燃料燃烧过程中是需要一定空气量增加的，若空气量不发生变化，则会导致燃料无法实现充分燃烧，进而产生一定量的有害气体。由此可见，空气量保持稳定，而增加燃料量的同时，会导致烟气中的含氧量减少，燃料不能充分燃烧，而这一过程中产生的有害气体会对空气质量造成不利影响。

2、控制系统的实现

2.1硬件的配置

本次研究中的控制系统选择的是西门子PCS7系统。其过程主要以自动化为主，从传感器到控制器，最终上升到位机，是一个自上而下的自动化体系。其中包括SFC、Wincc等多个软件。

在整个控制系统设置的方案当中是在PCS7所提供的CFC与SCF基础上进行的，组态CFC过程中，会发现其中包括多个模块，例如，数字输入、乘法、加减等模块。在组态即将完成时，需要在模块中写入一定参数，并且设定参数定制，确定参数范围等。

在CPU的选择上选择CPU412-3H，电源选择PS40710A，在对控制系统过程和安全仪表系统进行配置统计后，选择合适的输入或输出模块，进行输入和输出工作[4]。

2.2基础功能控制的实施

早PCS7的基础上实现锅炉系统控制设计方案的制定，其中CFC具有较强的控制程序库，可以使用STEP7中的标准化模块，将其集成于STEP7当中，实现兼容。在对西门子PCS7控制系统的编写过程中采用气泡液位置控制回路系统的方式进行。西门子的PCS7中还提供了一定顺序的SFC，该图形是较为强大的描述系统控制程序语言，可以将复杂的造作过程进行由上至下的辅助开发。在程序当中能够相对直观的观察到设备动作顺序，并且可以轻易读懂。由于程序设备的编写是按照相应的动作顺序进行的，所以具有较强的规律性。

3、结论

锅炉系统设计在工业生产设计中占有一定位置，也是相对复杂的热功能设计系统，因为设备本身的分散性和管理等各种技术原因，导致锅炉虽然表面看似处于良好运行状态，但实际上还远远没有达到优化设计的效果。为减少锅炉燃料在使用中的材料耗费，确保锅炉使用效率的提升，落实对锅炉控制系统的研究具有一定实践意义，也是十分必要的。PCS7是锅炉系统控制的工业平台，已经逐渐在工业领域得到广泛应用。因此，本次在西门子PCS7的基础上实现锅炉系统控制设计方案研究具有较强可行性。

参考文献

[1]张倩.基于PCS7的自然循环锅炉控制系统设计及实现[D].中国石油大学(华东),2015.

[2]朱军,刘以建.基于西门子PCS7的循环锅炉控制系统设计[J].通信电源技术,2015,32(02):53-54+73.

[3]张瑞庄.SIMATICPCS7系统在循环硫化床锅炉控制中的应用[J].自动化应用,2015(08):36-38.

[4]杨钊,孙洪程.基于PCS7的自循环锅炉控制系统的实现[J].仪器仪表用户,2016,19(03):43-45.