鞍钢矿业公司工业锅炉测控系统的设计与应用

摘要

工业锅炉在生产过程中发挥着重要作用，也消耗着大量的能源。对其进行优化控制，可以节约大量生产经费，减轻工人劳动强度，符合现在的低碳节能发展方向。本项目结合现场需求，采用多种控制方案，克服众多干扰信号，解决了系统非线性等技术问题。在关键环节上根据现场积累的典型数据和经验值建立模糊控制规则表，采用不需要精确数学模型的模糊控制技术并结合经典自动控制理论，来实现对过程控制对象的有效实时控制，形成了一个典型的优化控制系统。在系统硬件方面，根据现场已有的硬件基础并按实际要求进行必要的扩展，组成完整的硬件系统配置。在软件方面采用先进成熟的西门子PCS7过程控制系统，并将上面得到的模糊控制数学模型与其它控制策略结合，利用PCS7系统编制应用程序，实现对现场设备的优化控制。
　　首先对工业燃煤锅炉的工作原理、结构、具体工作过程、控制对象的特点和控制要求以及与锅炉相关的附属设备进行了介绍，分析了工业锅炉的工艺需求，根据现场不同特点选择相应控制策略，并提出了系统安全设计方案。
　　然后详细介绍了西门子S7300 PLC硬件系统的组成、模块功能、硬件组态，对如何与第三方设备网络连接、上位机组态软件WinCC6.0的编制、变频器控制回路和网络拓扑组成等进行了详细说明。为保证锅炉安全运行，对关键设备进行了软件联锁等程序设计。
　　其次针对锅炉汽包水位的工艺特性，经过现场实际调研，决定采用串级给水三冲量“典型”控制方案。并对该方案进行了原理性说明，详细分析了控制算法，构建了数学模型；针对串级PID控制系统特点，进行了大量的参数调整，结合系统进行了局部和整体调试，并给出了程序的相应说明。
　　最后介绍了模糊控制在锅炉给煤燃烧中的应用，分析了锅炉燃烧控制特性，用Matlab计算软件确定模糊关系控制表，设计了数学模型并将其转换为PCS7编程语言，实现了锅炉给煤燃烧的“优化”控制。使整个系统在完成总体控制思想的同时，又解决了关键部位的复杂控制和疑难问题。经过现场的实际验证，系统各项性能良好。本项目的有效实施，可以为改进其他单位的控制系统积累经验。