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【摘要】 以对锅炉系统控制中常用的温度和压力控制为例,详细的分析了系统的控制方法和控制框图,给出了PLC控制系统的软件设计流程图。最后对PLC控制系统的稳定性进行分析,并提出使系统稳定性提高的方法。
【关键词】 锅炉;PLC;应用;稳定性分析
锅炉技术主要应用与日常生活和工业生产中,供人们用于生活取暖或为生产提供动力。伴随着经济的飞速发展及人民生活水平的不断提高,对锅炉供暖的质量提出了越来越高的要求。现今锅炉控制技术仍比较落后,电机的控制主要依靠值班人员的手动操作,控制过程繁琐,并且无法对锅炉供水温度和管网压力变化做出实时的反应。
为了改善这种状况,将PLC技术引入锅炉房的控制中的应用越来越引起人们的广泛关注。PLC又被称做可编程逻辑控制器(Programmable logic controller),是一种针对于自动化实时控制的数位逻辑控制器。由于它广泛采取了微机技术以实现各种控制功能,继而解决了使用传统的控制电路难以解决的问题,可以达到对锅炉系统的精确控制。
一、PLC在锅炉控制系统中的应用
基于PLC的锅炉控制系统比较的应用于船舶锅炉,供水锅炉和企业生产中。其控制的对象也广泛的应用于锅炉含氧量、出水温度和压力等量的控制上。温度和压力是影响锅炉系统稳定和效率的两个重要的指标,对于出水温度和压力的控制是PLC系统在锅炉控制系统应用中最重要的两个方面。
温度控制的目的是使用于使用的水温可以达到用户要求,并尽可能的维持温度和压力在给定温度的范围内不变,控制系统的组成主要包括温度与压力传感器,变频器,给煤机与引风机以及PLC系统中包含的PID控制模块所形成的多闭环系统组成,系统的主要控制框图(如图1所示)。
如图1所示为锅炉出水温度与炉膛压力控制系统,以给定温度值或压力值为控制标定量,与锅炉实际的温度或压力值进行比较后,其差值通过PID调节,形成控制信号用以作用于给煤机或者引风机,达到控制系统的输出稳定的目的。系统PID调节器的传递函数如式(1)所示:
设计目标进行设计的三个参数。PID环节即为比列-微分-积分环节,比例系数决定系统的反应力度,积分环节用以消除系统的静态误差,使系统的输出与给定的标定量相等,微分环节用于提高系统的反应速度,在保留相角裕量的基础上增大系统的带宽。系统PID的设计遵循以下步骤:
(1)根据对系统反应时间tm的要求,求算系统的带宽wc,使校正之后的系统满足在wc的角频率点上的幅值为0dB。
(2)根据系统对超调量D的要求,求算开环状态下相角裕量,使系统校正后的开环传递函数满足相角裕量的要求。
(3)根据系统的动态精度要求,确定在某角频率点w0处满足增益要求。
对于系统的PLC软件方面,系统分为多个阶段运行,软件各部分实现的流程如下所示:
(1)PLC系统进行运行参数的初始化过程,设置各个寄存器、计数器、PLC工作模式等参数。
(2)系统对出水温度和炉膛压力进行采样,并通过各自对应的传感器与温度和压力的设定基准值进行比较,得到温度差量ut与压力差量up。
(3)PLC设置PID控制器的控制参数,通过计算机处理控制系统鼓风机或引风机的运行。
(4)PLC实时与上位机进行通讯并传送现场数据以及操作人员的指令,对一些简单的故障进行处理。系统的软件流程图(如图2所示)。
其中PLC依据得到的温度差量和压力差量,通过PID环节输出控制信号是整个系统最为重要的环节。
二、PLC在锅炉控制系统应用中的稳定性分析
为了在控制上保证系统的稳定性,可以在控制方法上予以改进,结合图1所示,对于系统中可能出现的影响系统稳定性的其他因素,可以使用前馈控制法。前馈控制是在PID控制中一种常用的配合PID控制而使用的稳定系统的方法,它通过将可能出现的干扰信号接入前馈端,在扰动信号还未作用之前将其消除。前馈控制的原理(如图3所示)。
除了在控制方法上予以改进之外,还有其他一些外部因素可能影响到系统运行的稳定性,这些主要分为影响PLC信号稳定的因素和执行机构出错两部分。在PLC信号稳定方面,传输信号的电路可能由于老化,拉扯造成短路或者断路;PLC系统元件质量问题可能造成系统指令信号出现偏差影响系统稳定性;触点的误抖动可能造成PLC执行周期中的顺序错乱,使系统发生紊乱。对于执行机构,则主要是控制负载的接触不按照要求动作,执行机构在PLC发出命令之时没有按要求执行指令。在设计和使用过程中,要密切注意工作环境的变化,确保元件运行无误。
三、结论
分析了PLC系统在锅炉房中的应用,并且以典型的温度和压力PLC闭环控制系统为例进行分析,给出了系统设计的框图和程序的软件流程图。讨论了从硬件和控制方法上对PLC应用于锅炉房系统稳定性的改善方法,使用PLC进行锅炉内风机的调节,替代原来的手工调节,节省了大量的电能,提高了锅炉系统的效率。
参考文献
[1]邓洪伟,闫圣娟.供暖锅炉温度和压力的PLC控制[J] .科技资讯.2008(18):93～94
[2]刘建. PLC在电厂锅炉设备变频器上的应用[J].江西煤炭科技.2009(1):29～30、75
[3]李晋,谈刚,祁美华.PLC在热水锅炉控制中的应用[J].机械管理开发.2007(5):59～60
【关键词】 锅炉;PLC;应用;稳定性分析
锅炉技术主要应用与日常生活和工业生产中,供人们用于生活取暖或为生产提供动力。伴随着经济的飞速发展及人民生活水平的不断提高,对锅炉供暖的质量提出了越来越高的要求。现今锅炉控制技术仍比较落后,电机的控制主要依靠值班人员的手动操作,控制过程繁琐,并且无法对锅炉供水温度和管网压力变化做出实时的反应。
为了改善这种状况,将PLC技术引入锅炉房的控制中的应用越来越引起人们的广泛关注。PLC又被称做可编程逻辑控制器(Programmable logic controller),是一种针对于自动化实时控制的数位逻辑控制器。由于它广泛采取了微机技术以实现各种控制功能,继而解决了使用传统的控制电路难以解决的问题,可以达到对锅炉系统的精确控制。
一、PLC在锅炉控制系统中的应用
基于PLC的锅炉控制系统比较的应用于船舶锅炉,供水锅炉和企业生产中。其控制的对象也广泛的应用于锅炉含氧量、出水温度和压力等量的控制上。温度和压力是影响锅炉系统稳定和效率的两个重要的指标,对于出水温度和压力的控制是PLC系统在锅炉控制系统应用中最重要的两个方面。
温度控制的目的是使用于使用的水温可以达到用户要求,并尽可能的维持温度和压力在给定温度的范围内不变,控制系统的组成主要包括温度与压力传感器,变频器,给煤机与引风机以及PLC系统中包含的PID控制模块所形成的多闭环系统组成,系统的主要控制框图(如图1所示)。
如图1所示为锅炉出水温度与炉膛压力控制系统,以给定温度值或压力值为控制标定量,与锅炉实际的温度或压力值进行比较后,其差值通过PID调节,形成控制信号用以作用于给煤机或者引风机,达到控制系统的输出稳定的目的。系统PID调节器的传递函数如式(1)所示:
设计目标进行设计的三个参数。PID环节即为比列-微分-积分环节,比例系数决定系统的反应力度,积分环节用以消除系统的静态误差,使系统的输出与给定的标定量相等,微分环节用于提高系统的反应速度,在保留相角裕量的基础上增大系统的带宽。系统PID的设计遵循以下步骤:
(1)根据对系统反应时间tm的要求,求算系统的带宽wc,使校正之后的系统满足在wc的角频率点上的幅值为0dB。
(2)根据系统对超调量D的要求,求算开环状态下相角裕量,使系统校正后的开环传递函数满足相角裕量的要求。
(3)根据系统的动态精度要求,确定在某角频率点w0处满足增益要求。
对于系统的PLC软件方面,系统分为多个阶段运行,软件各部分实现的流程如下所示:
(1)PLC系统进行运行参数的初始化过程,设置各个寄存器、计数器、PLC工作模式等参数。
(2)系统对出水温度和炉膛压力进行采样,并通过各自对应的传感器与温度和压力的设定基准值进行比较,得到温度差量ut与压力差量up。
(3)PLC设置PID控制器的控制参数,通过计算机处理控制系统鼓风机或引风机的运行。
(4)PLC实时与上位机进行通讯并传送现场数据以及操作人员的指令,对一些简单的故障进行处理。系统的软件流程图(如图2所示)。
其中PLC依据得到的温度差量和压力差量,通过PID环节输出控制信号是整个系统最为重要的环节。
二、PLC在锅炉控制系统应用中的稳定性分析
为了在控制上保证系统的稳定性,可以在控制方法上予以改进,结合图1所示,对于系统中可能出现的影响系统稳定性的其他因素,可以使用前馈控制法。前馈控制是在PID控制中一种常用的配合PID控制而使用的稳定系统的方法,它通过将可能出现的干扰信号接入前馈端,在扰动信号还未作用之前将其消除。前馈控制的原理(如图3所示)。
除了在控制方法上予以改进之外,还有其他一些外部因素可能影响到系统运行的稳定性,这些主要分为影响PLC信号稳定的因素和执行机构出错两部分。在PLC信号稳定方面,传输信号的电路可能由于老化,拉扯造成短路或者断路;PLC系统元件质量问题可能造成系统指令信号出现偏差影响系统稳定性;触点的误抖动可能造成PLC执行周期中的顺序错乱,使系统发生紊乱。对于执行机构,则主要是控制负载的接触不按照要求动作,执行机构在PLC发出命令之时没有按要求执行指令。在设计和使用过程中,要密切注意工作环境的变化,确保元件运行无误。
三、结论
分析了PLC系统在锅炉房中的应用,并且以典型的温度和压力PLC闭环控制系统为例进行分析,给出了系统设计的框图和程序的软件流程图。讨论了从硬件和控制方法上对PLC应用于锅炉房系统稳定性的改善方法,使用PLC进行锅炉内风机的调节,替代原来的手工调节,节省了大量的电能,提高了锅炉系统的效率。
参考文献
[1]邓洪伟,闫圣娟.供暖锅炉温度和压力的PLC控制[J] .科技资讯.2008(18):93～94
[2]刘建. PLC在电厂锅炉设备变频器上的应用[J].江西煤炭科技.2009(1):29～30、75
[3]李晋,谈刚,祁美华.PLC在热水锅炉控制中的应用[J].机械管理开发.2007(5):59～60