锅炉集散控制系统
96 河南科技2010.7下
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1. 引言
集散控制的基本思想是集中管理，分散控制。即将自动控制过程
与操作管理人员对自动控制过程的管理过程相对分散；自动控制过程
由各控制站相对独立地自动完成，而操作人员对自动控制过程的管理
则由中央控制室的操作站来完成。中央操作站与各现场控制站既各自
相对独立地运行，从而将各种故障限制在局部范围内；又相互进行实
时数据通讯和信息交换，实现了操作人员在中央控制室的操作站对整
个自动控制过程进行管理和调整。
本系统由一套PLC和两台上位机组成。PLC对现场的数据进行采
集判断，对风机、泵和电动调节阀等进行控制，同时将现场数据通过
通讯传送到上位机显示监控。
2. 系统概述
每台锅炉采用一套PLC作为现场控制站及一台工控机作为操作员
站，并且各操作员站之间通过工业以太网相互连接，各操作员站之间
可作为相互备用，PLC控制站对整个锅炉和辅机所有工业参数进行采
集、数据处理和控制。
3. 硬件组成
PLC控制系统由工艺过程监控系统、通讯系统、可编程序控制器
及检测仪表组成。PLC选用的是SIEMENSS7－300可编程序控制器，它
具有模拟量、开关量的采集处理和计算功能以及逻辑控制、计时比较
等顺序控制功能，并且具有集成的批处理功能和高速数据通讯网，以
满足连锁控制的快速响应的要求。
监控级应用软件为WINCC监控软件。它具有实时数据库、趋势和
实时图表、模拟画面、报警管理、数据库巡航等功能，采用全汉化界
面，设计有工艺流程图、各工艺单元流程图、趋势图、报警、各种设
备的操作和参数设定画面。
操作站以高性能的研华工业控制计算机为核心，具有超大容量的
内部存储器和外部存储器，同时配置了两个冗余的网路适配器，实现
与过程控制网连接。
4. 锅炉控制
4.1 控制思想
由于水温和汽化压力存在一定对应关系，因此为保证锅炉在运行中
不发生汽化，必须维持一定的压力。锅炉的调节依据出锅炉的热水的温
度来调节燃烧系统中的风与煤。锅炉送风、引风、给煤通常采用变频调
节实现。由于锅炉的回水量会有损失，因此在锅炉的回水管道上需向锅
炉系统补水，通过回水压力决定补水量的大小。
4.2 控制回路
PLC对锅炉的循环水流量、补水流量、炉膛负压、出水温度进行控制。
4.2.1 燃烧调节（锅炉出水温度、给煤、送风调节）
锅炉燃烧控制依据供热负荷的不同，通过调节给煤量、送风量，
保证锅炉出口热水温度维持在需要的值上。燃烧给煤、送风调节依据
出水/回水温差、热水流量与温差变化进行调节。煤量和风量依据比例
函数予以配比，从而维持一个合适的风煤比例关系。
4.2.2 炉膛负压调节
为使炉膛压力维持在一定负压范围内，实现鼓风及引风的平衡，
保证安全、合理燃烧。炉膛负压调节采用单回路＋前馈调节方式实
现。框图如下：
4.2.3 补水控制
采用常规PID控制。补水泵作用：①补充水量；②维持锅炉入口水压。
4.2.4 联锁停炉控制
联锁停炉按先停送风机，后停引风机的程序执行。
5. 操作显示画面
本系统具有强大的显示功能和丰富的显示画面，机组运行人员可
以通过操作站上显示的各种画面实现对机组运行过程的操作和监视。运
行人员可对画面中任何被控装置进行手动控制和手动切换等。对顺控过
程，模拟图能反映出运行设备的最新状态，用文字显示出自动程序目前
进行至哪一步。若自动程序失败，画面将用文字显示当前步。同时该文
字背景颜色发生改变，发出故障报警声。
5.1 模拟图
用二维或三维的图形形象的表示锅炉、辅机、用电等子系统的
工艺流程，活参数每秒进行刷新。活参数包括模拟量数据、开关量状
态、液位、竖棒等。流程图上工艺设备的颜色由当时该设备的开入状
态决定，状态变化时相应的设备的颜色也随之变化。模拟图上的所有
设备均可直接操作，如泵、风机、阀门、开关等的投切或开关。
5.2 相关画面
由几个主要参数及若干与其相关的参数组成，以便对主要参数的综
合监视与分析。当主要参数越限或开关量调变时，可自动推出相关画面。
5.3 各种一览画面
其中包括模入一览、开入一览、计算一览、追忆一览、成组一
览、模入报警一览、开入跳变一览等。一览画面为运行人员提供了检
索系统数据库的手段。
5.4 启停曲线
在机组启动或停机阶段，将机组主要参数如主汽温度、主汽压力
等组成一幅随时间变化的曲线图，它们具有共同的时间坐标及各自的
量程坐标，并可以在组态时用虚线给出各自的设定曲线，以指导机组
启停操作。
5.5 历史曲线
操作员站可以用曲线的形式向运行人员提供历史数据记录。历史
曲线的量程坐标及步长可变，光标所在位置对应时间的参数值显示在
屏幕上方。
5.6 趋势曲线
显示当前参数运行曲线，向运行人员提供所监视参数的变化情况
和趋势。
5.7 经济计算及效率监控画面
向运行人员提供实时经济计算及偏差分析结果，以三分钟均值、
时均值、班均值分页显示，指导运行人员最佳经济运行操作。
5.8 棒图
棒图以三维立体竖棒的长短表示模拟量的数值变化。
5.9 控制成组画面
每个控制回路为一个三维立体单回路调节器面板，其中定值用数
值及箭头表示，过程值、输出值用数值及条形图表示，阀位用数值及
滑块表示，控制回路运行方式用字符和模拟键表示。
5.10 控制回路画面
控制回路画面中除了表示该回路的单回路调节器面板外，还包括
定值、过程值、输出值、自选量的趋势曲线；控制回路内部参数表；
显示量程；自选量的名称、数据等。画面上的曲线可用时标增大和时
标减小键改变时间标度。
6. 结束语
该锅炉控制系统具有以下特点：
（1）具有集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成
的用户界面及信息存取功能。
（2）可以实现模拟量控制、顺序控制、数据采集、锅炉保护系
统等功能，并提供与其它控制系统及PLC等系统的接口功能，以保证
整个系统高效、安全的运行。
锅炉集散控制系统
沈阳自动控制研究设计院 董泰岩
摘 要：锅炉是生产过程中的重要动力设备，功能完备、性能可靠的锅炉自动控制系统，是适应锅炉生产发展的需要。本系统由
PLC和上位机共同组成生产监控系统。
关键词：PLC 锅炉控制系统 WINCC
锅炉集散控制系统.pdf
