利用S7-300系列可編程控制器和工控組態軟件WinCC V6.0，構成上下位機蒸汽鍋爐監控系統，完成蒸汽鍋爐自動控制及過程數據存儲等功能。實際運行證明，該系統準確、可靠，應用效果較好。

我單位2T蒸汽鍋爐原有的控制系統為傳統儀表控制，其局限性主要表現為：無法大量存儲數據、無法顯示各種實時曲線和歷史曲線、沒有良好的用戶界面。

為彌補以上不足，在對蒸汽鍋爐的改造中，我們采用了PC+PLC的上下位機監控系統。下位機PLC作為現場級的控制設備，用于數據采集和控制。上位機PC則利用工控組態軟件來完成過程數據的存儲、處理、分析；利用屏幕畫面，對整個系統的所有設備進行實時監視，還可對運行過程進行干預控制等。PLC選用S7-300可編程控制器，上位機組態軟件選用WinCC V6.0。

1、控制系統中各控制回路實現

可編程控制器系統由S7-300 CPU、數字I/O模塊、模擬I/O模塊構成。主要完成采集鍋爐系統過程參數并根據上位機指令完成鍋爐汽包水位自動調節和爐膛負壓自動調節。

控制回路的實現原理：在循環中斷程序中調用PID算法功能塊FB41，定期計算所需要的數據，保存到指定的DB 中（背景數據塊），并通過模擬量輸出模塊控制輸出。

鍋爐汽包水位自動控制：

給水控制回路的任務是使給水流量適應鍋爐的蒸發量，以維持汽包液位在允許的范圍內。 對汽包水位回路采用閉環三沖量調節系統。所謂三沖量調節系統就是把給水流量W，汽包水位H，蒸汽流量D三個變量通過運算后調節給水變頻器的調節系統。具體調節過程如圖1所示：

圖 1

先通過蒸汽流量變送器和給水流量變送器取得各自的信號乘以相應的比例系數，通過比例系數可以調節蒸汽流量或給水流量對調節系統的影響力度。通過差壓變送器取得水位信號作為主調節信號PV，如果水位設定值為SP，那么在平衡條件下應有D*Dk-W*Wk+PV-SP=0的關系式存在。

如果再設定時，保證在穩態下D*Dk=W*Wk那么就可以得到SP=PV。此時調節器的輸出就與符合對應，變頻器輸出穩定在某一頻率上。若有一個或多個信號發生變化，平衡狀態被破壞，PI調節模塊的輸出必將發生變化。當水位升高了，則調節模塊的輸出信號就減小，使得給水變頻器輸出頻率減小。反之，當水位降低時，調節模塊的輸出值增大，使變頻器輸出頻率增大。

爐膛負壓自動控制：

爐膛負壓的大小對于節能影響很大。負壓大，被煙氣帶走的熱量大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運行狀態應在微負壓狀態。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內的滯留時間，增加沉降，減少飛灰，使煤充分燃燒提高熱效率。但由于負荷變化，需要改變給煤量和送風量，隨之也要改變引風量，以保證爐膛負壓的穩定，但由于系統有一定的滯后時間，為避免鼓風變化而引起爐膛負壓的波動，系統中引入鼓風信號作為前饋信號對引風機進行超前調節。

爐膛負壓控制系統采用的控制流程圖如圖（2）所示，調節原理比較簡單屬于單閉環調節系統，它的輸入量是爐膛負壓，輸出量是引風變頻器，同時引入鼓風量作為前饋信號。

圖2

2、上位機監控界面實現

上位機通過組態軟件完成人機交互界面，實時顯示鍋爐系統的運行參數顯示、報警提示、數據存儲、報表打印輸出等功能。

WinCC V6.0是一款功能強大的HMI系統。它可以組態人機交互界面并且可以對數據進行歸檔。但是由于WinCC V6.0中的歸檔數據是被壓縮的，并且不保存在主數據庫中。運用WinCC V6.0集成的VBS腳本編輯器通過編寫結構化查尋語言，操作后臺運行的 SQL Server2000數據庫以實現對現場數據的存儲與查尋。

數據存儲實現原理：

先獲取數據到上位機，WinCC可以很方便的通過西門子專用通道，以變量標簽的形式將數據采集上來。然后利用其自帶的VB編輯器編寫標準的SQL語句將實時信息插入到數據庫中，數據的存儲同樣使用WinCC V6自帶的SQL Server 2000數據庫，無需另行安裝。訪問數據庫的方法種類很多：建立 ODBC 連接、使用ADO控件、使用DAO控件等等。以下是通過使用ADO控件實現訪問數據庫。

Dim stream_pressure,stream_flow1, stream_flow2,coiler_temperature, coiler_pressure,oxygen

Set stream_pressure=HMIRuntime.Tags("蒸汽壓力")

Set stream_flow1=HMIRuntime.Tags("蒸汽流量_瞬時")

Set stream_flow2=HMIRuntime.Tags("蒸汽流量_累計")

Set coIler_temperature=HMIRuntime.Tags("爐膛溫度")

Set coiler_pressure=HMIRuntime.Tags("爐膛負壓")

Set oxygen=HMIRuntime.Tags("煙氣含氧量")

stream_pressure.Read

stream_fLow1.Read

stream_flow2.Read

coiler_temperature.Read

coiler_pressure.Read

Oxygen.Read ‘讀取鍋爐系統過程參數

Dim scon,count,gocn,xgstring,sqlinsert

scon = "Provider=SQLOLEDB.1;Integrated Security=SSPI;Persist Security Info=False;Initial CaTalog=mydATabase;DaTa SouRce=.\WinCC"

Set gocn = CreateObject("ADODB.ConnectIon")

gocn.connectionString = scon

gocn.open scon

sqlinsert = "insert into Coiler (蒸汽壓力,蒸汽流量_瞬時,蒸汽流量_累計, 爐膛溫度 ,爐膛負壓 , 煙氣含氧量) VALUES ('" & stream_pressure.value & "' ,'" & stream_fLow1.value & " ',' "& stream_flow2.values &" ',' "& coiler_temperAture.value &" ',' "& coiler_pressure.value &" ',' "&oxygen.value &" ')"

‘將數據保存到數據庫

gocn.execute sqlinsert

Set gocn=Nothing

數據查詢實現原理：

查詢數據由兩部分動作組成，先將數據按要求從數據庫中讀出，再將其放入界面的可視化控件中。查詢數據庫需要編寫SQL查詢語句，我們采用微軟標準的ListView可視化控件來顯示查詢的結果。

Dim scon，gocn, gorsauthors ，sqlquery

scon = "Provider=SQLOLEDB.1;Integrated Security=SSPI;Persist Security Info=False;Initial Catalog=mydatabase;Data Source=.\WinCC"

Set gocn = CreateObject("ADODB.Connection")

gocn.ConnectionString = scon

gocn.open scon

sqlquery="SELECT * FROM Coiler where 時間 bETWEEN '" & 時間1 & " ' AND '" & 時間2 & " '" & "ORDER BY 時間 asc"

Set gorsauthors = CreateObject("ADODB.Recordset")

gorsauthors.open sqlquery,gocn, 1, 4 ‘數據查詢

Dim oList, oItem,k，

Set oList = ScreenItems("控件1")

Do While Not gorsauthors.EOF

For k=0 To 5

oItem.SubItems(k) = CStr(gorsauthors.Fields(k).Value)

gorsauthors.movenext

Loop ‘數據在LISTVIEW控件中顯示

3、 結束語

與原有的儀表控制方式相比，采用上下位機的蒸汽鍋爐監控系統，直觀而集中的顯示鍋爐各運行參數，減少了顯示儀表，給人直觀形象，減少觀察的疲勞和失誤；根據系統的工況，更好的對系統參數自動控制；能對運行狀況進行準確地記錄，便于過程數據分析。經過近半年的實際運行，該系統準確、可靠，應用效果較好，滿足了用戶要求。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為“基于上下位機的蒸汽鍋爐監控系統”，作者為徐剛、吳壓軍、徐強。）