河南中煙工業(yè)有限責任公司洛陽卷煙廠 河南 洛陽 471000

1 總體設計思路

在設計的過程中，其使用的設備包含鍋爐給水泵、鍋爐給水調節(jié)閥、鍋爐、控制器S7-1500。鍋爐中的水位情況是與其鍋爐蒸汽產汽量相關的，若是現(xiàn)場蒸汽用量減少，水位就會不斷上升；若是現(xiàn)場蒸汽用量增加，水位就會下降；若是蒸汽用量保持在一個平衡狀態(tài)，那么水位將會一直保持在一個狀態(tài)。通過監(jiān)控主機，完成對水位、溫度以及壓力情況的監(jiān)管，鍋爐給水泵、鍋爐給水調節(jié)閥狀態(tài)的也能夠通過監(jiān)控主機的管控操作完成切換任務，而且可以通過人工或者自動兩種模式完成。

2 系統(tǒng)控制器與電路的設計

2.1 系統(tǒng)結構 在文章中設計的系統(tǒng)主要是進行集中管控，可以分成三個層次，具體情況如下所述。

管理層：在系統(tǒng)內部中，通過兩臺工控機相互合作的方式，完成對系統(tǒng)的管控，其主要是通過主控與輔助，即冗余控制系統(tǒng)。通訊的設計就是通過多點接口實現(xiàn)的，進而能夠達成遠程操控集中監(jiān)控、調度的目標。

現(xiàn)場控制層：此次主要選擇的是德國西門的相關產品，并且通過多點接口以及計算機技術，達成有效通訊的目的，進而能夠接受上一層及發(fā)布的各種控制指令。

場數(shù)據(jù)采集與傳輸層：此部分的控制模式是分布模式，這種方式能夠針對現(xiàn)場的各種信息數(shù)據(jù)進行有效搜集，并且準備好所有傳送任務的基礎工作，主要包含的是鍋爐出口以及內部的壓力、溫度情況。

2.2 控制器選項 在鍋爐的現(xiàn)場中，有很多的實際需求，通過分析，再加上各種PLC展現(xiàn)的運算情況，最終選擇的是德國西門子公司的S7-1500系列的PLC，并且使用的CPU模塊是選擇。S7-1500系列的PLC能夠完成模塊化的基本設計，并且按照需求的基本模式完成模塊延展以及時效內兼容性功能的設計。

2.3 系統(tǒng)控制電路的S7-1500設計 在設計控制電路的時候，最主要的就是研究分析電流以及功率的隔離問題。因此，在電機的所有動作模式和接觸器的觸動模式都可以通過邏輯編程完成。但是，工控機的價格很高，因此需要制定明確的維護措施，并且其輸出口以及交流接觸器都需要完成接通工作，所以會使用到中間繼電器完成銜接。通過利用中間繼電器的功能，進而能夠有效管控強電與弱電的隔離，在一定程度上，也能夠實現(xiàn)對系統(tǒng)的有效保護，而且也能夠提升系統(tǒng)的使用時間，以及增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通過展現(xiàn)系統(tǒng)的運行情況，進而完成對控制電路各環(huán)節(jié)的設計，主要是通過指示燈的提示。通過此種模式能夠有效控制對輸出端中間繼電器的常開觸點的通斷，實際上就是有效管控指示燈。進而能夠展現(xiàn)系統(tǒng)的運行情況，并且在此基礎上，降低輸出口的占用率。

2.4 通信網絡配置 在網絡配置的過程中，其需要的上位機可以選擇使用聯(lián)想P318操作員站，完成冗余控制的相關操作，該設備主要也需要每部機器上都安裝一個西門子公司生產多點控制卡，通過該設備完成通訊。使用的下位機，主要選擇使用的是德國西門子公司生產的產品，該模塊上設置了接口，可以連接通訊模塊，利用PROFINET總線完成和西門子G120C系列變頻器進行通訊。

本篇文章主要研究的是控制系統(tǒng)，其使用逆變器完成通信，而且利用通信協(xié)議完成協(xié)議的制定，按照此逆變器中設計的通信協(xié)議，使數(shù)據(jù)消息直接錄入到PLC程序中，并且將逆變器頻率完成設定，設置的內容主要包含一些參數(shù)數(shù)據(jù)，舉例說明電壓、頻率等，這些參數(shù)數(shù)據(jù)能夠直接被讀取。

3 鍋爐自動控制系統(tǒng)的軟件設計

3.1 主程序結構 循環(huán)組織塊是管控鍋爐系統(tǒng)的重要手段，組成該模塊的為電機啟/停、模擬量等模塊。通過鍋爐系統(tǒng)可以明確管控所有電機的逆變器頻率，并且能夠將模擬量中存在的錯誤浮點數(shù)完成轉化處理。在進行控制循環(huán)泵的時候，最先需要完成設計的就是對電動機的起動或者停止的管控，而且也需要完成對循環(huán)泵系統(tǒng)的參數(shù)設置。通信處理執(zhí)行PLC以及變頻器需要完成相應的通訊工作，以及設置完善頻率配置，和相關參數(shù)的搜集整理。

3.2 組態(tài)軟件設計 西門子WINCC V7.4組態(tài)軟件主要包含開放性能、適應性強、開發(fā)成本低以、周期短、擴展便捷。通常情況來講，控制系統(tǒng)主要包含三層，分別為控制層、監(jiān)控層、管理層。監(jiān)控層主要負責的是監(jiān)控任務，以及完成上下銜接，在組態(tài)中處于核心的位置。實時監(jiān)控的有效性以及功能需求的研究解析，使得WINCC能夠通過可視化畫面，將各種監(jiān)測數(shù)據(jù)直接繪制成圖表。此外，組態(tài)方式以及數(shù)據(jù)銜接的方式需要更加的靈活。

3.3 界面設計 通過設計解析，能夠知曉：若是想要達成對監(jiān)控界面的設計需求，那么界面中的元素主要包含鍋爐、出水閥、供水水泵、管道、水泵的擋位選擇開關以及泵的啟停按鈕，而且還需要保障將鍋爐中的液位情況通過動畫的形式展現(xiàn)出來。在進入到組態(tài)軟件研發(fā)系統(tǒng)之后，界面中會顯現(xiàn)出來系統(tǒng)的運行變化情況。

結論

此次的設計主要是在西門子公司生產的相關產品的基礎上，完成對鍋爐控制自動化系統(tǒng)的設計。本篇文章主要運用到的控制模式是通過級聯(lián)控制，在這個過程中，通過微調、粗調的手段，將控制系統(tǒng)在短時間內完成響應以及精準度的管控。自動控制在日常生活中，和我們也是密切相關的，在出現(xiàn)鍋爐自動控制系統(tǒng)之后，工業(yè)鍋爐的安全性以及實用性會有大幅度的提升。