系統簡介 鍋爐是是石油化工、電廠等工業過程中非常重要的動力設備。鍋爐的工藝流程大概可以概述為：冷流經過除氧器除氧處理之后，在爐膛內吸收燃料釋放出來的熱量變成一種高溫高壓氣體，并將氣體傳送到下游工序的一個過程。 本課題采用高級多功能過程控制實訓系統（Super Multifunction Process Control Training System，SMPT-1000）中的鍋爐單元作為被控對象，其正視圖和實物圖如圖1·1所示，通過控制該仿真鍋爐了解與研究工業鍋爐控制的特點。 SMPT-1000鍋爐正視圖和實物圖 本課題以西門子公司的SIMATIC S7-300 PLC為控制器，通過硬件組態和PROFIBUS DP通信網絡，完成S7-300和SMPT-1000之間的通信組態，實現對鍋爐的綜合控制。基于STEP7軟件編程實現對鍋爐各控制回路的控制調節PID參數，進行系統投運。此外，在PLC和上位機之間建立以太網通信，通過易控（INSPEC）監控組態軟件組態，實現與PLC之間的通信，從而實現對SMPT-1000鍋爐各個部分對象參數的監視，并可在線整定PID參數。本課題最終完成易控監控平臺與S7-300 PLC之間、S7-300 PLC與SMPT-1000仿真鍋爐之間的通信與控制，實現本課題所要實現的監控層-現場控制層-現場對象之間的三層通訊結構及綜合控制，如圖1·2所示。
SMPT-1000鍋爐控制系統結構圖 其中由易控組態軟件組態監控平臺形成上位機監控環境，通過Ethernet Network通信網絡與下位機SIMATIC S7-300 PLC通信。再由下位機PLC通過Profibus DP 通信網絡實現對控制對象的綜合控制。 SMPT-1000系統構成 SMPT-1000鍋爐大體上可以分為4個單元：除氧器單元、爐膛單元、減溫器單元和汽包單元。共含有除氧器、上水管網、上汽包、鍋爐本體、省煤器、減溫器、蒸汽管線等設備，且有21個模擬量和6個開關量檢測點。此外還有9個調節閥，5個開關閥，兩臺泵，一臺壓縮機的執行機構。 其工藝流程如圖1·3所示。 SMPT-1000鍋爐工藝流程圖 除氧器控制單元 除氧器有兩個作用，一是除去軟化水中的氧氣，另外是防止水源停水，作為一個儲水箱，延長鍋爐的緊急停運過程。對鍋爐的穩定性和安全性具有重要的意義。由此可知，除氧器對軟化水的除氧效果影響著整個鍋爐設備的安全與壽命，并影響著產品的質量。因而除氧器的控制也是一個至關重要的環節。除氧器水位過高會影響除氧效果，缺水則會影響缺水事故，都會影響著整個鍋爐的有效控制，因而在除氧器控制中，以除氧器液位為一個對象參數，施行控制。此外，除氧器的擾動較少，允許液位在一定范圍內波動，因此在對除氧器液位回路控制中，采用單閉環控制系統。穩態時調節器無水位偏差信號輸入，也無輸出，進水閥不動。當鍋爐給水流量變化（如階躍擾動）時，給定水位與反饋產生偏差輸入到調節器，調節器輸出信號調節給水流量，使水位保持穩定。 基于上述內容，除氧器控制單元包括除氧器液位控制回路和除氧器壓力控制回路。 爐膛控制單元 在整個鍋爐系統中，爐膛的重要性可想而知，其過熱蒸汽所要達到的溫度以及壓力，均是由送入爐膛中的燃料與風量混合后燃燒釋放出來的熱量實現的。此外，爐膛壓力大小也影響著系統的安全。因而，此處在爐膛控制單元中，把出口蒸汽壓力，和爐膛壓力作為被控對象予以控制。 減溫器控制單元 從工藝流程知道，由爐膛加熱軟化水生產出來的蒸汽會通過一個減溫器，與進料冷料的一個分支進行換熱。但由于過熱蒸汽要保證出口壓力的穩定，而用了燃料進料量來控制。至使不能直接簡單的再用燃料量進料量來控制出口蒸汽溫度，一般而言，所需要的蒸汽出口壓力穩定的情況下，所生產出來的蒸汽溫度也基本穩定在所需溫度，但當溫度有波動時，在保證壓力穩定的前提條件下，這里設計用在換熱器流過冷料流量大小來控制出口蒸汽溫度的穩定。綜上可知，這兒以蒸汽出口溫度為被控對象，以去減溫器的汽包上水量為控制參數，通過調節閥FV1103的開度，調節冷卻液流量，以達到出口蒸汽溫度的穩定。 汽包控制單元 針對工業鍋爐，汽包水位波動的幅度影響鍋爐的安全運行，蒸汽壓力和穩定性。汽包水位的控制是非常重要的。目前采用的較為普遍的串級三沖量控制系統，即以鍋爐蒸汽流量，汽包水位，鍋爐給水流量這三個變量，通過2個PID控制器，實現給水的自動控制。 上位機監控平臺上位機監控平臺 主控畫面主控畫面 本課題用易控（INSPEC）組態軟件進行組態。完成鍋爐系統的監控，如圖所示，為上位機監控畫面的主控畫面。
