利用S7-300系列可編程控制器和工控組態(tài)軟件WinCC V6.0，構(gòu)成上下位機(jī)蒸汽鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，完成蒸汽鍋爐自動(dòng)控制及過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。實(shí)際運(yùn)行證明，該系統(tǒng)準(zhǔn)確、可靠，應(yīng)用效果較好。

我單位2T蒸汽鍋爐原有的控制系統(tǒng)為傳統(tǒng)儀表控制，其局限性主要表現(xiàn)為：無(wú)法大量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、無(wú)法顯示各種實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線、沒(méi)有良好的用戶界面。

為彌補(bǔ)以上不足，在對(duì)蒸汽鍋爐的改造中，我們采用了PC+PLC的上下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。下位機(jī)PLC作為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制設(shè)備，用于數(shù)據(jù)采集和控制。上位機(jī)PC則利用工控組態(tài)軟件來(lái)完成過(guò)程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、分析；利用屏幕畫(huà)面，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的所有設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，還可對(duì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行干預(yù)控制等。PLC選用S7-300可編程控制器，上位機(jī)組態(tài)軟件選用WinCC V6.0。

1、控制系統(tǒng)中各控制回路實(shí)現(xiàn)

可編程控制器系統(tǒng)由S7-300 CPU、數(shù)字I/O模塊、模擬I/O模塊構(gòu)成。主要完成采集鍋爐系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)并根據(jù)上位機(jī)指令完成鍋爐汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)和爐膛負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)。

控制回路的實(shí)現(xiàn)原理：在循環(huán)中斷程序中調(diào)用PID算法功能塊FB41，定期計(jì)算所需要的數(shù)據(jù)，保存到指定的DB 中（背景數(shù)據(jù)塊），并通過(guò)模擬量輸出模塊控制輸出。

鍋爐汽包水位自動(dòng)控制：

給水控制回路的任務(wù)是使給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包液位在允許的范圍內(nèi)。 對(duì)汽包水位回路采用閉環(huán)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所謂三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是把給水流量W，汽包水位H，蒸汽流量D三個(gè)變量通過(guò)運(yùn)算后調(diào)節(jié)給水變頻器的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。具體調(diào)節(jié)過(guò)程如圖1所示：

圖 1

先通過(guò)蒸汽流量變送器和給水流量變送器取得各自的信號(hào)乘以相應(yīng)的比例系數(shù)，通過(guò)比例系數(shù)可以調(diào)節(jié)蒸汽流量或給水流量對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響力度。通過(guò)差壓變送器取得水位信號(hào)作為主調(diào)節(jié)信號(hào)PV，如果水位設(shè)定值為SP，那么在平衡條件下應(yīng)有D*Dk-W*Wk+PV-SP=0的關(guān)系式存在。

如果再設(shè)定時(shí)，保證在穩(wěn)態(tài)下D*Dk=W*Wk那么就可以得到SP=PV。此時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出就與符合對(duì)應(yīng)，變頻器輸出穩(wěn)定在某一頻率上。若有一個(gè)或多個(gè)信號(hào)發(fā)生變化，平衡狀態(tài)被破壞，PI調(diào)節(jié)模塊的輸出必將發(fā)生變化。當(dāng)水位升高了，則調(diào)節(jié)模塊的輸出信號(hào)就減小，使得給水變頻器輸出頻率減小。反之，當(dāng)水位降低時(shí)，調(diào)節(jié)模塊的輸出值增大，使變頻器輸出頻率增大。

爐膛負(fù)壓自動(dòng)控制：

爐膛負(fù)壓的大小對(duì)于節(jié)能影響很大。負(fù)壓大，被煙氣帶走的熱量大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)在微負(fù)壓狀態(tài)。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內(nèi)的滯留時(shí)間，增加沉降，減少飛灰，使煤充分燃燒提高熱效率。但由于負(fù)荷變化，需要改變給煤量和送風(fēng)量，隨之也要改變引風(fēng)量，以保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定，但由于系統(tǒng)有一定的滯后時(shí)間，為避免鼓風(fēng)變化而引起爐膛負(fù)壓的波動(dòng)，系統(tǒng)中引入鼓風(fēng)信號(hào)作為前饋信號(hào)對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行超前調(diào)節(jié)。

爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)采用的控制流程圖如圖（2）所示，調(diào)節(jié)原理比較簡(jiǎn)單屬于單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它的輸入量是爐膛負(fù)壓，輸出量是引風(fēng)變頻器，同時(shí)引入鼓風(fēng)量作為前饋信號(hào)。

圖2

2、上位機(jī)監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件完成人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)顯示鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)顯示、報(bào)警提示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印輸出等功能。

WinCC V6.0是一款功能強(qiáng)大的HMI系統(tǒng)。它可以組態(tài)人機(jī)交互界面并且可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔。但是由于WinCC V6.0中的歸檔數(shù)據(jù)是被壓縮的，并且不保存在主數(shù)據(jù)庫(kù)中。運(yùn)用WinCC V6.0集成的VBS腳本編輯器通過(guò)編寫(xiě)結(jié)構(gòu)化查尋語(yǔ)言，操作后臺(tái)運(yùn)行的 SQL Server2000數(shù)據(jù)庫(kù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與查尋。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)原理：

先獲取數(shù)據(jù)到上位機(jī)，WinCC可以很方便的通過(guò)西門(mén)子專用通道，以變量標(biāo)簽的形式將數(shù)據(jù)采集上來(lái)。然后利用其自帶的VB編輯器編寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)的SQL語(yǔ)句將實(shí)時(shí)信息插入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)同樣使用WinCC V6自帶的SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)需另行安裝。訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法種類很多：建立 ODBC 連接、使用ADO控件、使用DAO控件等等。以下是通過(guò)使用ADO控件實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

Dim stream_pressure,stream_flow1, stream_flow2,coiler_temperature, coiler_pressure,oxygen

Set stream_pressure=HMIRuntime.Tags("蒸汽壓力")

Set stream_flow1=HMIRuntime.Tags("蒸汽流量_瞬時(shí)")

Set stream_flow2=HMIRuntime.Tags("蒸汽流量_累計(jì)")

Set coIler_temperature=HMIRuntime.Tags("爐膛溫度")

Set coiler_pressure=HMIRuntime.Tags("爐膛負(fù)壓")

Set oxygen=HMIRuntime.Tags("煙氣含氧量")

stream_pressure.Read

stream_fLow1.Read

stream_flow2.Read

coiler_temperature.Read

coiler_pressure.Read

Oxygen.Read ‘讀取鍋爐系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)

Dim scon,count,gocn,xgstring,sqlinsert

scon = "Provider=SQLOLEDB.1;Integrated Security=SSPI;Persist Security Info=False;Initial CaTalog=mydATabase;DaTa SouRce=.\WinCC"

Set gocn = CreateObject("ADODB.ConnectIon")

gocn.connectionString = scon

gocn.open scon

sqlinsert = "insert into Coiler (蒸汽壓力,蒸汽流量_瞬時(shí),蒸汽流量_累計(jì), 爐膛溫度 ,爐膛負(fù)壓 , 煙氣含氧量) VALUES ('" & stream_pressure.value & "' ,'" & stream_fLow1.value & " ',' "& stream_flow2.values &" ',' "& coiler_temperAture.value &" ',' "& coiler_pressure.value &" ',' "&oxygen.value &" ')"

‘將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)

gocn.execute sqlinsert

Set gocn=Nothing

數(shù)據(jù)查詢實(shí)現(xiàn)原理：

查詢數(shù)據(jù)由兩部分動(dòng)作組成，先將數(shù)據(jù)按要求從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出，再將其放入界面的可視化控件中。查詢數(shù)據(jù)庫(kù)需要編寫(xiě)SQL查詢語(yǔ)句，我們采用微軟標(biāo)準(zhǔn)的ListView可視化控件來(lái)顯示查詢的結(jié)果。

Dim scon，gocn, gorsauthors ，sqlquery

scon = "Provider=SQLOLEDB.1;Integrated Security=SSPI;Persist Security Info=False;Initial Catalog=mydatabase;Data Source=.\WinCC"

Set gocn = CreateObject("ADODB.Connection")

gocn.ConnectionString = scon

gocn.open scon

sqlquery="SELECT * FROM Coiler where 時(shí)間 bETWEEN '" & 時(shí)間1 & " ' AND '" & 時(shí)間2 & " '" & "ORDER BY 時(shí)間 asc"

Set gorsauthors = CreateObject("ADODB.Recordset")

gorsauthors.open sqlquery,gocn, 1, 4 ‘數(shù)據(jù)查詢

Dim oList, oItem,k，

Set oList = ScreenItems("控件1")

Do While Not gorsauthors.EOF

For k=0 To 5

oItem.SubItems(k) = CStr(gorsauthors.Fields(k).Value)

gorsauthors.movenext

Loop ‘數(shù)據(jù)在LISTVIEW控件中顯示

3、 結(jié)束語(yǔ)

與原有的儀表控制方式相比，采用上下位機(jī)的蒸汽鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，直觀而集中的顯示鍋爐各運(yùn)行參數(shù)，減少了顯示儀表，給人直觀形象，減少觀察的疲勞和失誤；根據(jù)系統(tǒng)的工況，更好的對(duì)系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)控制；能對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確地記錄，便于過(guò)程數(shù)據(jù)分析。經(jīng)過(guò)近半年的實(shí)際運(yùn)行，該系統(tǒng)準(zhǔn)確、可靠，應(yīng)用效果較好，滿足了用戶要求。

（摘編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“基于上下位機(jī)的蒸汽鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)”，作者為徐剛、吳壓軍、徐強(qiáng)。）