PLC在工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制中的應(yīng)用
3 plc控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.1 plc控制系統(tǒng)的組成
plc控制的結(jié)構(gòu)如圖5所示?？刂圃O(shè)備選用德國si-emens公司的plc系列可編程序控制器。系統(tǒng)配有一臺(tái)上位機(jī)和一臺(tái)下位機(jī)。通過數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，彼此相連。下位機(jī)的cpu模板采用plc simatic s7可編程控制器，上位機(jī)采用臺(tái)灣研華公司的工業(yè)控制機(jī)ipc。
系統(tǒng)配置的軟件有s7-400編程軟件和simatic wincc全面開放的新一代人機(jī)界面監(jiān)控軟件。step7-400用于plc的編程、調(diào)試和生成各種程序文檔，simatic wincc用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口功能。
鍋爐控制系統(tǒng)由鍋爐本體，一次儀表、微機(jī)、手/自動(dòng)切換操作器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥、滑差電機(jī)等部分組成，一次儀表將鍋爐的溫度、壓力，流量，氧量，轉(zhuǎn)速等熱工參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓、電流或電阻值輸入plc。手/自動(dòng)切換操作部分：手動(dòng)時(shí)由操作人員手動(dòng)控制，用操作器控制滑差電機(jī)及閥等，自動(dòng)時(shí)由plc發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作。plc對(duì)整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)、報(bào)警、控制，以保證鍋爐正常可靠地運(yùn)行。
除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行plc系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及常規(guī)報(bào)警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報(bào)警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故。
3.2 燃燒過程的模式識(shí)別與智能控制
燃燒過程的模式識(shí)別與智能控制結(jié)構(gòu)圖如圖6所示：
這里給定量為給煤量、送風(fēng)量、引風(fēng)量等;被控量為蒸汽溫度、蒸汽壓力、煙氣含氧量、爐膛壓力蒸汽流量等。
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)專家控制器。
（1） 專家控制器的基礎(chǔ)是知識(shí)庫
專家控制器由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫和學(xué)習(xí)與適應(yīng)裝置組成。圖6所示的為工業(yè)鍋爐燃燒專家控制器的結(jié)構(gòu)框圖。圖6中知識(shí)庫用于存入有關(guān)工業(yè)鍋爐燃燒過程控制的專家知識(shí)，包括有經(jīng)驗(yàn)的鍋爐操作人員和控制工程師手動(dòng)操作調(diào)整的綜合經(jīng)驗(yàn)與判斷能力。其中經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫主要存儲(chǔ)經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)與適應(yīng)裝置的功能是根據(jù)在線運(yùn)行獲取的信息補(bǔ)充或修改知識(shí)庫的內(nèi)容，對(duì)鍋爐熱效率進(jìn)行自學(xué)習(xí)尋優(yōu)。鍋爐專家控制器在某一工況下，可以通過改變鼓風(fēng)量，搜索到鍋爐燃燒熱效率的最高點(diǎn)，按此時(shí)的最佳風(fēng)煤比設(shè)定鼓風(fēng)量、拋煤機(jī)轉(zhuǎn)速和爐排轉(zhuǎn)速并把這些數(shù)據(jù)補(bǔ)充到知識(shí)庫中，從而可以實(shí)現(xiàn)鍋爐的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行并改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。
?。?） 建立知識(shí)庫
建立知識(shí)庫的主要工作是如何表達(dá)已獲取的知識(shí)。專家控制器的知識(shí)庫用產(chǎn)生式規(guī)則建立，其中每條規(guī)則都可以獨(dú)立地增刪修改，使知識(shí)庫的內(nèi)容便于更新?？刂埔?guī)則集是被控過程的各種控制模式和經(jīng)驗(yàn)的歸納和總結(jié)，當(dāng)規(guī)則條數(shù)不多，搜索空間很小時(shí)，推理機(jī)構(gòu)可以采用向前推理方法，逐次判斷各規(guī)則的條件，滿足則執(zhí)行，否則繼續(xù)搜索。
?。?） 特征識(shí)別與信息處理
這部分的作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的提取加工，為控制決策和學(xué)習(xí)適應(yīng)提供依據(jù)。它包括抽取動(dòng)態(tài)過程的特征信息、識(shí)別系統(tǒng)的特征狀態(tài)，并對(duì)特征信息作必要的加工。在鍋爐專家控制器中，通過主蒸汽流量和壓力的測(cè)量值及計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的累加值，就可以判斷蒸汽負(fù)荷的增減，通過爐膛溫度的測(cè)量值及增量和累加值，就可以判斷鍋爐的燃燒狀況，從而為下一步控制決策提供依據(jù)。
利用上述方法，在負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)搜索最高爐溫。在負(fù)荷平穩(wěn)時(shí)搜索最佳風(fēng)煤比以獲得最高的鍋爐效率。此外還可采用分層遞階智能控制算法。
4 結(jié)束語
經(jīng)過對(duì)武鋼能源總廠工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)的反復(fù)調(diào)試與不斷改進(jìn)，生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制得以實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)效率明顯提高，節(jié)能效果十分顯著，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，受到了生產(chǎn)廠的一致好評(píng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)技巧對(duì)其它相似過程的控制也具有一定的借鑒作用。
實(shí)踐證明，鍋爐這種具有大慣性、純滯后、非線性的多變量系統(tǒng)，各變量間相互耦合，干擾因素多，數(shù)學(xué)模型不易建立，某些參數(shù)難以檢測(cè)，燃料發(fā)熱值及壓力頻繁波動(dòng)情況下，用常規(guī)方法不能進(jìn)行有效控制，應(yīng)用智能控制及模式識(shí)別技術(shù)，能夠收到滿意的控制效果。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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