力控ForceControl在热电厂锅炉控制系统中的应用

一、项目概述

工业锅炉是生产过程中的重要动力设备。在石油化工领域，它的主要作用是向各生产装置提供所需要的合格蒸汽，其控制质量的优劣不仅关系到锅炉自身运行的效果，而且还将直接影响到相关装置生产过程的稳定性。

下面以林源炼油厂热电分厂锅炉控制系统改造项目为例，介绍力控组态软件在工业锅炉控制系统中的应用。

二、改造方案

热电分厂3#、4#锅炉原控制系统的操作站为两台INTEL工控机、WINDOWS 3.1操作系统，组态软件为INTOUCH5.1，下位机PLC是GE FANUC90-30 PLC。

针对原系统不同程度存在的一些问题，提出了改造的要求，归纳起来主要有以下四个方面的内容：

1、更新操作站，实现双机冗余操作，具有在线热备份功能，解决Y2K问题。

2、更换组态软件，增加报表打印、班组核算、流量计算、报警参数查询等功能。在保持原操作画面风格的情况下，重组监控画面，方便参数修改。

3、压力等采集点和控制点。根据锅炉运行状况，能够随时进行手动、自动、串级三种控制方式的无扰动切换。

4、解决Y2K问题。

三、系统设计

用KP工业控制机替换原系统操作站，用力控组态软件替换原来的INTOUCH5.1软件，从根本上解决Y2K问题。

硬件连接方法

保留原有的GE FANUC90-30 PLC可编程序控制器，利用其CMM311可配置口和电源模块SWP321分别与两台KP机连接。

其中：电源模块SWP321经SNP接口与1#操作站的RS232串口连接。SNP接口与RS232串口连接的方法见图3所示；而通讯模块CMM311则直接与2#操作站RS232串口连接，连接方法见图2所示。CMM311是专用通讯模块，它支持GE Fanuc CMM通讯协定、RTU（Modbus）通讯协定，以及SNP协仪等。

双机冗余操作策略

两台操作站中，一台作为主机，另一台作从机。当系统首次启动时，只有主机与PLC建立通讯，从机只有与PLC间的物理通讯链路，但不与PLC通讯，从机通过主机读取PLC的数据，操作人员在从机上发出的控制命令也经主机下达给PLC。正常情况下，操作人员无论在哪个操作站上都能够正常操作，当从机发现主机出现故障时，便启动与PLC通讯的程序，由从机变成主机，同时发出系统报警，从而实现双机实时数据库的冗余热备用。

四、应用功能

1、报表打印。

利用力控组态软件中的“历史报表”工具，可以方便地实现报表打印功能。

在“数据表”上可以设定报表打印的时间范围、时间间隔和时间输出的格式；点名是DB中的变量参数名，填写时必须和DB数据库中的变量相对应；格式是用来定义报表中数据长度和小数的位数，如5.2为5位字符长，小数点后有2位小数。

2、班组核算。

班组核算制是目前国内各企业普遍采用的一种经济管理方式。它是把实际生产中的有关参数取出来，然后按企业确定的核算公式进行计算，从而得到本班组一定时间内的经济效益。随着计算机控制系统的普遍应用，管控一体化的要求也日益增加，用数采系统得到的生产数据直接参与核算，不仅消除了繁琐的人工计算过程和工作强度，而且极大地提高了管理水平。下面着重介绍在该系统中实现班组核算的一般方法。

班组核算是根据送出的蒸汽数量、消耗的煤、油、水等数量，经过核算公式计算，得出一段时间内的经济效益及各岗位的费用支出，然后根据用户的要求定时打印班组核算表，并利用数据库DB把相关参数保存起来。极大地方便了企业对生产的监督。

例如锅炉控制系统部分的班组核算公式为：

本班有上煤时：

耗煤量=上煤量-[交班（存煤量+存粉量）-接班（存煤量+存粉量）]

本班没有上煤时：

耗煤量=接班（存煤量+存粉量）-交班（存煤量+存粉量）

单位成本值：

单位成本=（煤耗量*单价+耗电量*单价+除盐水耗量*单价+瓦斯消耗量*单价+耗油量*单价+耗天然气量*单价+耗风量*单价+耗气量*单价+折旧+工资+低值易耗+耗液态烃量*单价+材料消耗+工资附加费+财产保险+劳保）/总发汽量；

贡献毛利值：

贡献毛利=总发汽量*（蒸汽单价-单位成本）；

从以上几个公式可以看出，这样直接可以看到本月的贡献毛利，从而得到实际的经济效益。如图5所示。

五、PLC控制算法设计

锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等；主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力、炉膛负压、过剩空气等。因输入变量与输出变量相互关联，如果蒸汽负荷发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化。所以说锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的控制对象，本控制系统将其分为送风系统、炉膛负压系统、磨煤热风系统、汽包水位系统、汽包压力和主汽温度系统几部分（见图6）。