刘云飞
四川广安发电有限责任公司四川广安638000
摘要：工业锅炉是工业生产中利用率非常高的设备之一，它对一次能源的消耗非常大，特别是煤炭资源，但是目前仍然存在煤质不均一、控制操作不及时等问题，使得燃煤时热效率低、但煤耗率却居高不下，所以如何提高工业锅炉的工作效率是一项亟待解决的问题，这其中，热蒸汽温度是一个十分重要的参数，如何控制工业锅炉的热蒸汽温度保持在既能安全运行又能保证较高利用率的一定范围内，是工业锅炉是否安全经济运行的一项重要任务。
关键词：工业锅炉；温度控制；系统设计
1 前言
温度控制系统很多是通过PWM方式控制执行器件、调功的方式调节来控制温度、利用直接数字控制中的最小拍控制、或者基于单片机和PC机设计的温度控制系统，还有的以MCGS组态运行系统作为上位机监控系统。本文根据工业锅炉的运行特点及环境条件，采用最简单最基本的单回路控制，并结合西门子下位机和智能仪表的应用，既能实现数据的实时传输处理，又能跟踪到系统的状态对其进行智能调节。
2 系统方案设计
2.1 系统方案设计
过程控制系统通常是指工业生产中具有连续生产过程自动控制、由过程检测和控制仪表组成、被控过程多样这些特点的自动控制系统。过程控制的设计方案十分丰富，单回路控制就是其中之一，如图1所示。
图1中，W为调节器传函，W为调节阀传函，W为被控过程传函，W为测量变送器传函。
从图1可见，该系统只有一个闭环回路，一般是一个对象对另一个对象的调节控制过程，为了防止被控量的参数值不断变化或者该参数值在一个小范围内波动，中间利用传感器对被控量进行调节控制。这种控制系统得结构简洁明了、易于调节，且成本较低方便投入运行，并能满足大部分工业生产的需求,特别适用于纯滞后和惯性小的系统，本系统就采用这种控制方式。
综合上述原理和控制方式，可获得本系统设计的控制流程如图2所示。
如果测量的实时热蒸汽温度值在设定温度范围内，那么系统处于一种动态平衡状态，水泵的电动阀门就不动。等到过了一段时间炉膛燃料的燃烧温度发生变化，那时工业锅炉的热蒸汽温度也会随之变化，造成了它的实时测量值与设定范围之间产生了一定的偏差，偏差信号送回给智能仪表，经过它的计算、判断后，产生信号，使水泵的电动阀门适当调节开合程度，减少或加大水泵的水流量，直到再次检测到热蒸汽温度值恢复于设定范围中，那么系统就再次回到了特定的平衡状态，水泵电动阀门再次暂停工作。反复此过程即可完成对工业锅炉热蒸汽温度的实时控制。
根据上述的控制流程结合经济的角度来看,应该以PLC为主控制器系统,热蒸汽温度的反馈信号经过测量电路A/D转换后,发送到PLC进行处理,将锅炉热蒸汽的实时测量值与设定的范围进行比较，用PID进行调节。在完成一个周期振荡时,如果出现实时测量值对比设定的温度范围超过1℃,用输出信号来控制水泵电动阀门的开合大小,以实现对进水量的控制达到对温度的控制。
下位机采用西门子S7-200 PLC，这种PLC功能强大，具有可靠性高、维护方便、抗干扰能力强的优点，可以对工业锅炉的热蒸汽温度、炉膛压力等参数进行采集和控制，实现数据及时的采集，采集后的数据可以通过上位机程序进行处理。
2.2 PID参数的整定
利用经验凑试法，先设定Ti、Td的值为零，把系统当做纯比例调节，将比例系数从小逐渐加大直至能得到响应快、超调小的响应曲线，记录此时的比例系数值；在此基础之上，再加入积分环节，把比例系数调小一些之后，先将TI值设置成一个较大值、再减小积分时间直至系统出现振荡，在从小到大调节直至振荡消失，在此过程中适当地加入比例系数的调节使响应曲线更加令人满意；最后，加入微分环节，使Td从零开始，逐步增大微分系数，同时调节前面两个参数，从而能达到满意的控制效果。
.png)
图1 单回路控制流程
图2 系统控制流程图
3 界面和功能设计
3.1 组态系统界面设计
根据设计的锅炉温度控制系统,选择组态系统界面。
通过软件自带图库，搭建所用的画面，由此得到的工业锅炉温度控制系统组态软件监控界面，如图3所示。
.png)
图3 组态王软件的监控界面
3.2 其它系统设计
其它系统的设计包括报警和事件窗口设计，数据库连接及报表系统设计。
运行报警时间记录，是监控软件必不可少的功能，组态王软件提供了强有力的支持和简单的控制运行报警和时间记录方法。
组态王中的报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件、用户登陆事件和工作站事件。通过这些报警和事件，用户可以方便地记录和查看系统的报警、操作和各个工作站的运行情况。当报警和事件发生时，在报警窗中会按照设置的过滤条件实时的显示出来。
数据库连接通过组态王SQL访问管理器来建立数据库列和组态王变量之间的联系，允许组态王通过记录体直接操作数据库中的数据，并设计数据的实时报表进行展示。
4 结束语
本文设计的工业锅炉温度控制系统，选用的是组态王组态软件进行上位机的监控，设计出基本的组态王实时监控界面，选用的下位机是西门子的PLC程序，进行编程操作与控制。该系统不但能够实时地操控，还能显示实时报告，如果遇到系统出现故障，或者任何设备仪器出错，都能够发出报警，并留下记录，达到了对锅炉温度的智能监控。
参考文献
[1]冯晓露.智能控制在电厂主蒸汽温度控制系统中的应用研究[D].杭州:浙江大学,2006:1-117.
[2]林灵,陆亭宇,杨淼,等.基于ARM7和FPGA的风扇散热系统温控模块设计及实现[J].通信电源技术,2016(4):124-126.
[3]粟梅,吴军,宋冬然.多段电阻炉温度控制系统的设计与实现[J].自动化技术与应用,2007(3):58-61.