系统简介 锅炉是是石油化工、电厂等工业过程中非常重要的动力设备。锅炉的工艺流程大概可以概述为：冷流经过除氧器除氧处理之后，在炉膛内吸收燃料释放出来的热量变成一种高温高压气体，并将气体传送到下游工序的一个过程。 本课题采用高级多功能过程控制实训系统（Super Multifunction Process Control Training System，SMPT-1000）中的锅炉单元作为被控对象，其正视图和实物图如图1·1所示，通过控制该仿真锅炉了解与研究工业锅炉控制的特点。 SMPT-1000锅炉正视图和实物图 本课题以西门子公司的SIMATIC S7-300 PLC为控制器，通过硬件组态和PROFIBUS DP通信网络，完成S7-300和SMPT-1000之间的通信组态，实现对锅炉的综合控制。基于STEP7软件编程实现对锅炉各控制回路的控制调节PID参数，进行系统投运。此外，在PLC和上位机之间建立以太网通信，通过易控（INSPEC）监控组态软件组态，实现与PLC之间的通信，从而实现对SMPT-1000锅炉各个部分对象参数的监视，并可在线整定PID参数。本课题最终完成易控监控平台与S7-300 PLC之间、S7-300 PLC与SMPT-1000仿真锅炉之间的通信与控制，实现本课题所要实现的监控层-现场控制层-现场对象之间的三层通讯结构及综合控制，如图1·2所示。
SMPT-1000锅炉控制系统结构图 其中由易控组态软件组态监控平台形成上位机监控环境，通过Ethernet Network通信网络与下位机SIMATIC S7-300 PLC通信。再由下位机PLC通过Profibus DP 通信网络实现对控制对象的综合控制。 SMPT-1000系统构成 SMPT-1000锅炉大体上可以分为4个单元：除氧器单元、炉膛单元、减温器单元和汽包单元。共含有除氧器、上水管网、上汽包、锅炉本体、省煤器、减温器、蒸汽管线等设备，且有21个模拟量和6个开关量检测点。此外还有9个调节阀，5个开关阀，两台泵，一台压缩机的执行机构。 其工艺流程如图1·3所示。 SMPT-1000锅炉工艺流程图 除氧器控制单元 除氧器有两个作用，一是除去软化水中的氧气，另外是防止水源停水，作为一个储水箱，延长锅炉的紧急停运过程。对锅炉的稳定性和安全性具有重要的意义。由此可知，除氧器对软化水的除氧效果影响着整个锅炉设备的安全与寿命，并影响着产品的质量。因而除氧器的控制也是一个至关重要的环节。除氧器水位过高会影响除氧效果，缺水则会影响缺水事故，都会影响着整个锅炉的有效控制，因而在除氧器控制中，以除氧器液位为一个对象参数，施行控制。此外，除氧器的扰动较少，允许液位在一定范围内波动，因此在对除氧器液位回路控制中，采用单闭环控制系统。稳态时调节器无水位偏差信号输入，也无输出，进水阀不动。当锅炉给水流量变化（如阶跃扰动）时，给定水位与反馈产生偏差输入到调节器，调节器输出信号调节给水流量，使水位保持稳定。 基于上述内容，除氧器控制单元包括除氧器液位控制回路和除氧器压力控制回路。 炉膛控制单元 在整个锅炉系统中，炉膛的重要性可想而知，其过热蒸汽所要达到的温度以及压力，均是由送入炉膛中的燃料与风量混合后燃烧释放出来的热量实现的。此外，炉膛压力大小也影响着系统的安全。因而，此处在炉膛控制单元中，把出口蒸汽压力，和炉膛压力作为被控对象予以控制。 减温器控制单元 从工艺流程知道，由炉膛加热软化水生产出来的蒸汽会通过一个减温器，与进料冷料的一个分支进行换热。但由于过热蒸汽要保证出口压力的稳定，而用了燃料进料量来控制。至使不能直接简单的再用燃料量进料量来控制出口蒸汽温度，一般而言，所需要的蒸汽出口压力稳定的情况下，所生产出来的蒸汽温度也基本稳定在所需温度，但当温度有波动时，在保证压力稳定的前提条件下，这里设计用在换热器流过冷料流量大小来控制出口蒸汽温度的稳定。综上可知，这儿以蒸汽出口温度为被控对象，以去减温器的汽包上水量为控制参数，通过调节阀FV1103的开度，调节冷却液流量，以达到出口蒸汽温度的稳定。 汽包控制单元 针对工业锅炉，汽包水位波动的幅度影响锅炉的安全运行，蒸汽压力和稳定性。汽包水位的控制是非常重要的。目前采用的较为普遍的串级三冲量控制系统，即以锅炉蒸汽流量，汽包水位，锅炉给水流量这三个变量，通过2个PID控制器，实现给水的自动控制。 上位机监控平台上位机监控平台 主控画面主控画面 本课题用易控（INSPEC）组态软件进行组态。完成锅炉系统的监控，如图所示，为上位机监控画面的主控画面。
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