摘 要：本文介紹了基于研華Adam5511軟PLC的集散型鍋爐微機控制系統，該系統已用于某高校供熱鍋爐系統的控制中。系統實現了供熱鍋爐的自動控制和燃燒優化控制，可顯著提高鍋爐熱效率，減少污染。系統還通過企業內部網連接到了Internet上，實現了遠程監控。 關鍵詞：軟PLC,集散控制系統，鍋爐控制，Internet. 一、概述 　　鍋爐是目前城市的主要空氣污染源，尤其是在北方城市，煙筒林立的現象仍然存在。改善這種情況的方案之一是拆除那些設備陳舊、效率低、污染大的小鍋爐房，合并成大鍋爐房實行集中供熱，并采用計算機控制、變頻器等先進技術，從而有效地減少污染，提高效率，節約能源，同時也可以提高供暖質量，目前很多城市在實施這一方案。 　　某高校原有四臺個小鍋爐房，現改造合并成一座大鍋爐房，新建四臺鍋爐，其中一臺15噸蒸汽鍋爐，三臺20噸熱水爐，負責全校教學區，宿舍區，家屬區的供暖任務，以及食堂，浴池等的供汽任務。我們結合多年設計鍋爐控制系統的經驗，為新鍋爐系統設計了熱工控制部分，鍋爐的鼓風，引風，爐排，以及供暖循環泵等都采用變頻調速控制，鍋爐系統則采用自行設計的計算機集散控制系統，實現了供暖鍋爐的現代化控制與管理。本文介紹此集散控制系統的設計與實現。 二、系統總體結構 　　鍋爐系統工作在高溫高壓條件，有一定的危險性，對控制系統的可靠性要求高，因此在系統結構上，我們采用了集散型控制系統的方案。系統主要由現場控制層、車間監控層和企業管理層三個層次構成。選擇研華Adam5511軟PLC做現場控制單元，每臺5511完成一臺鍋爐的控制任務;監控層采用奔騰III工業控制機做上位機操作站，顯示實時數據以及操作畫面;系統設置有數據庫服務器及WEB服務器，管理人員可以通過 　　internet瀏覽鍋爐的實時和歷史數據，并據此進行系統的運行優化等工作，構成了系統的管理層。現場控制站與操作站之間采用RS485總線，MODBUS協議通訊;操作站、工程師站及服務器之間采用以太網連接。整個系統可靠性高，同時又具有先進的控制與管理功能，而其成本較采用進口DCS低一倍以上，因此是類似系統的首選方案。系統的總體結構如圖1所示。 [align=center] 圖1 系統總體結構[/align] 三、系統功能設計 　　1） 車間監控層及管理層 　　監控層設置兩臺（或多臺）操作員站、一臺工程師站，一臺服務器。操作員站采用研華奔騰III工業控制微機，主要用于鍋爐系統的數據顯示及進行控制操作，工程師站采用高檔奔騰IV微機，用于進行系統參數設定及系統維護。 　　操作員站的主要功能是提供給鍋爐系統操作人員一個直觀方便的人機界面。系統可具有兩個或兩個以上的操作員站，他們具有同樣的功能并互為備用。操作員站設置有如下顯示畫面。 　　l 流程畫面：將現場控制站采集的現場數據及工藝參數顯示在流程圖的相應位置上，通過動畫直觀的顯示鍋爐運行狀態及各種實時數據。操作人員可根據此畫面了解整個鍋爐系統的運行情況 　　l 工藝參數畫面：以數據表格的形式實時顯示各工藝參數與對應的名稱，單位，同時可顯示對鍋爐耗煤量，產汽（供熱）量，用水量等的計算和累積結果。 　　l 調節畫面：將系統各控制回路的運行狀態和有關參數以調節棒圖的形式顯示出來。可以顯示回路的手自動狀態。操作人員利用鍵盤或鼠標方便的對各控制回路，的控制參數進行再線修正。 　　l 報警畫面：用于記錄何時何地有何報警，以便有關人員查詢，同時實現安全連鎖控制 　　l 歷史趨勢畫面：用于記錄系統主要工藝參數的長期歷史趨勢數據，以曲線的形式顯示出來，可為分析系統運行情況及效率，查找故障等提供依據。 　　工程師站除具有操作站的全部功能外，還具有參數設定與修改，系統維護等功能。可設定系統的各模擬量測量點的標度變換系數、熱電阻、熱電偶的線性化參數、孔板流量計算參數、給煤量計算參數、鍋爐及供熱熱效率參數、各控制回路組態參數、及PID參數等。工程師站負責系統的打印任務，可打印即時報警，歷史報警記錄以及鍋爐運行日志和歷史數據表格等。 　　系統通過Web服務器將鍋爐系統數據及工藝參數送至校園網或企業內部網，使有關領導可從內部網上看到鍋爐系統的運行狀況，并可實現系統的遠程診斷和維護。 　　管理層實現更高級的管理功能，位于企業廠長經理室，可通過internet 瀏覽系統 的運行數據，監視系統的運行狀態，對系統的運行進行計算統計和優化等。工程技術人員或企業領導無論出差何地，都可查看系統數據，甚至進行系統維護。 　　2）現場控制層 　　現場控制層采用研華公司的產品，稱為軟PLC的 Adam5511. 這是一種模塊化的工業控制機，固化有dos操作系統，支持C語言編程，支持Modbus通訊協議，每臺鍋爐由一臺Adam5511負責對其進行數據采集及控制，另有一臺Adam5511負責系統公共部分的數據采集及控制。 　　每臺Adam5511配置16點模擬量輸入，4點模擬量輸出，16點開關量輸入輸出。可采集16點鍋爐運行現場數據，組成4個閉環控制回路。分別控制蒸汽鍋爐的水位、汽壓、爐膛負壓，鼓風四個回路或熱水鍋爐的出水溫度、爐膛負壓及鼓風三個回路。 四、系統軟件 　　系統的操作站軟件采用了中文工控組態軟件MCGS設計，MCGS是全中文工業自動化控制組態軟件，可穩定運行于Windows95/98/NT操作系統，集動畫顯示、流程控制、數據采集、設備控制與輸出、網絡數據傳輸、雙機熱備、工程報表、數據與曲線等諸多強大功能于一身，使生成的系統圖文并貌，運行穩定可靠。 　　系統的現場控制站的軟件采用Turbo C 3.0設計，軟件采用模塊化的設計方法，它以實時數據庫為核心，各種數據采集、處理、運算以及控制功能都設計成功能塊的形式，系統的實時數據以及各功能塊參數都存于實時數據庫中，各功能塊通過實時數據庫交換數據。可通過在上位機進行組態然后下載組態參數至5511中構成新系統。控制站與操作站之間采用modbus協議交換數據。 五、鍋爐系統控制回路 　　鍋爐是一個復雜的控制對象，其控制回路非線性嚴重，同時控制回路之間有耦合，因此系統采用智能變形PID算法，配和前饋等高級控制方法實現對鍋爐個回路的控制。 　　小型蒸汽鍋爐的控制回路主要包括蒸汽壓力、汽包水位、爐膛負壓和鼓風控制回路;熱水鍋爐則包括出水溫度、爐膛負壓和鼓風控制回路。 　　鍋爐的蒸汽壓力（或出水溫度）以及爐膛負壓、鼓風控制回路構成鍋爐的燃燒控制系統其控制方案是采用蒸汽壓力或出水溫度為主調量，通過調整爐排轉速使蒸汽壓力或出水溫度盡快達到給定值，同時配合風-煤配比控制鼓風量達到經濟燃燒，爐膛負壓回路則將爐膛內的壓力保持在微負壓。 　　熱水爐的出水溫度設定值跟隨室外溫度的變化自動修正，使用戶室內的溫度保持恒定，同時實現經濟供熱。溫度設定曲線可根據不同供熱時期有所變化改變。 　　鍋爐水位控制回路使鍋爐水位保持恒定，由于鍋爐水位受蒸汽負荷的影響較大，容易產生假水位，因此給水控制回路引入蒸汽流量及給水流量前饋控制的三沖量控制方案，以消除假水位的影響。 　　除常規控制回路外，對鍋爐燃燒控制系統，我們還設計了自動尋優算法。鍋爐運行過程中，尋優程序將根據計算出的鍋爐熱效率以及燃燒情況，自動調整鍋爐的風煤配比，使燃燒達到最佳，從而實現節煤和減少污染的目標。 六、結束語 　　本文設計的集散型鍋爐微機控制系統經實際使用，完全達到了設計要求。該系統的使用使城市小區供熱鍋爐的控制與管理達到了新的水平，可顯著提高供熱系統的運行效率以及供熱效果，在節約能源，減少城市污染方面效果顯著。根據運行結果初步統計，供熱鍋爐使用變頻器及本文設計的集散微機控制系統后，可以節電30-40%，節煤3-5%，一年就可收回投資成本，是城市集中供熱計算機控制系統的首選方案。 參考文獻： 　　1. 趙永生等，DMU386新型鍋爐微機控制系統，1997，4，pp30-32 　　2. 趙永生等，工業熱電站分布式監控管理系統，新浪潮，1997，4，p 　　p13-15