基于PLC和触摸屏的烟气发生炉监控系统设计

徐文娟　姜明

摘要：根据烟气发生炉系统的基本结构和控制要求，本文采用西门子S7-300系列PLC和MP277触摸屏相结合的方式，以STEP7 V5.4及WinCC flexible 2007软件为工具完成了监控系统的设计，本系统可实现数据采集、模糊PID控制、数据存储、故障报警、趋势曲线显示和对现场设备的实时监控等功能。

关键词：PLC烟气发生炉监控系统WinCC模糊PID

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0116-02

可编程控制器（PLC）使用简单方便，可靠性高，故障率低，对现场环境要求不高[1]。触摸屏是人机界面（HMI）发展的主流方向，是操作人员与PLC之间双向沟通的桥梁[2]。触摸屏用工控组态软件来完成工业流程及控制参数的显示，实现生产监控和管理等功能。

本文设计的烟气发生炉监控系统涉及众多参数的采集和控制，如温度、压力、流量、电动调节阀等，根据系统要求，使用PLC作为核心控制器，采用了PLC和触摸屏结合的控制方式，实现了分散控制和集中管理，完成对工业现场数据的采集、检测、控制和存储，具有运行平稳、操作容易、故障率低的优点。

1 烟气发生炉系统基本结构及控制要求

1.1 系统基本结构

烟气发生炉主要由烟气炉本体、燃烧器、点火装置、燃油系统、燃气系统、供风系统、电动调节阀系统、触摸屏及PLC电气控制柜组成。

1.2 系统主要控制要求

1.2.1 闭环调节控制

调节控制分为两部分，一是通过设在出口烟气管道上的温度传感器检测烟气出口温度，在调节显示仪表上设置工艺要求的温度，由天然气管道上的电动调节阀来调节天然气流量使之出口烟气温度自动跟踪设置温度。二是出口烟气流量的闭环调节，通过设定在烟气出口管道上的流量计检测烟气出口流量，然后将信号传送至PLC，再用PLC控制进口烟气电动调节阀来调整进口烟气的流量，从而使出口流量达到设计要求。

1.2.2 安全保护

安全保护内容有熄火保护、断电保护、压力保护。熄火保护—由于系统波动，燃烧器在燃烧过程中出现意外熄火时，火焰监测装置能通过PLC及时关断燃气安全电动阀及油路电磁阀，防止意外发生；断电保护—燃烧控制器出现突然断电时，可自动切断燃料供应，来电手动复位后才可继续运行；压力保护—天然气管网出现。

2 监控系统的硬件设计

硬件选用西门子S7-300系列PLC作为控制器，触摸屏用于显示系统的工艺过程、运行状态、参数设定等。主要配置如下。

（1）中央处理单元CPU313C-2DP。它属于紧凑型CPU集成有16输入/16输出数字量I/O、高速计数、频率测量、脉冲输出和闭环控制功能，可用于大规模的I/O配置和建立分布式I/O结构。

（2）电源模块PS307（AC230V，5A）。它为CPU模块、信号输入/输出模块、传感器和执行器供电，额定输出电流为5A。

（3）模拟量输入模块SM331（AI8*12位） 用于将现场各种模拟量测量传感器输出的直流电流信号转换为CPU内部处理用的数字信号。

（4）模拟量输出模块SM332（AO8*12位） 模块SM332用于将CPU传送给它的数字转换为成比例的電流信号或电压信号，对执行机构进行调节或控制。

（5）触摸屏MP277 10" Touch。触摸屏通过MPI通讯协议的RS-485接口与CPU连。

3 监控系统的软件设计

监控系统软件设计包括两部分：PLC的软件程序设计和触摸屏的组态软件程序设。

3.1 PLC程序设计

S7-300PLC软件程序设计编程软件在西门子标准工具STEP7 V5.4环境下进行，PLC程序包括主程序OB1、循环中断组织块OB35、暖启动组织块OB100和处理模拟量数据的功能FC1～FC16、实现PID调节功能块FB41和系统功能块SFB41及背景数据块BD41。

主循环程序块OB1实现对功能和功能块的调用以及信号和数据的传递，含调用功能FC1～FC16的程序、数字量控制处理程序和数字量报警程序；循环中断组织块OB35中是PID控制程序，调用功能块FB41，实现对模拟量的PID控制；暖启动组织块OBl00存放初始化程序。