西门子模块6ES7223-1PL22-0XA8现货包邮
1、引言
蒸汽锅炉的过程控制系统包括汽包水位控制系统和燃烧过程控制系统，两系统在锅炉运行过程中互相耦合，控制起来非常困难。在此，我们暂不考虑系统间的耦合，只是对蒸汽锅炉的给水系统进行变频改造。
某有2台20T燃煤蒸汽锅炉，如图1所示。这2台锅炉通过1个给水母管分别给各自汽包供水，用汽量小的季节，2台锅炉只运行1台，当用汽量较大时，则必须2台锅炉运行。由于给水泵额定功率为37kw，一般情况下，1台锅炉运行时，只开1台给水泵裕量仍较大，而2台锅炉运行且用汽量较大时，只开1台给水泵无法满足需要，而开2台给水泵后，相对单台锅炉运行时，裕量更大。由于2台锅炉分别由2套DCS系统控制各自的电动阀门调节各自汽包的给水量，运行中，阀门开度较小造成给水母管压力较大，不仅浪费了大量的电能，较高的水压还对管道、水泵叶轮和阀门造成损害
图1 给水原理图
2、变频改造方案
基于系统运行现状，本着既能节能降耗，又能控制简便、安全且投资较少的原则，我们设计了1套1台变频器拖动3台电机的方案。具体如图2所示
图2 控制原理图
在本方案中，充分利用了锅炉层有的DCS控制系统，增加了变频器、可编程序控制器（PLC）和控制信号转换装置。
（1） 硬件控制系统
a） 西门子MM430变频器
MM430变频器是西门子公司新研制生产的一种适用于各种变速驱动场合的高性能变频器（调试简单、配置灵活），它具有新的IGBT技术和高质量控制系统，完善的保护功能和较强的过载能力以及较宽的工作环境温度，安装接线方便，两路可编程的隔离数字输入、输出接口以及模拟输入、输出接口等优点，使其配置灵活多样，控制简单方便，易于操作维护。
b） 西门子S7-200型PLC
西门子S7-200型PLC可靠性高、抗干扰能力强，可直接安装于工业现场而稳定可靠的工作。适应性强，应用灵活。
（2） 当1台锅炉运行时
由于只开1台给水泵，就足够锅炉汽包所需用水量，故此时，系统只对运行锅炉的汽包水位进行恒液位控制即可。
将切换开关置于相应位置，通过锅炉原有DCS控制系统中的手动操作器将控制该锅炉汽包进水量的电动阀完全打开后，再通过控制信号转换装置切断该控制信号，使原有控制回路断开，电动阀保持全开状态，将该锅炉汽包液位信号切入PLC，让PLC将该锅炉汽包液位信号进行PID运算处理后，再由控制信号转换装置，将PLC输出的4～20mA模拟信号传递给变频器，从而控制变频器的输出转速。
在本控制过程中，关键的是过程参数PID（P:比例系数I:积分系数、D:微分系数）的整定。由于工业锅炉运行过程中，用汽量的多小和蒸汽压力的大小，决定了给水**的大小和给水压力的大小。为了保证系统的相对稳定运行，不出现大的波动，对生产造成，在调试过程中，应多次反复调整PID参数，直至出现佳控制过程。
（3） 当两台锅炉同进运行时
由于2台锅炉分别由两套DCS系统控制，在运行过程，蒸汽并网后压力相同，但由于燃烧过程中存在不确定性，两台锅炉汽包各自的液位就必然存在差异。单台锅炉运行中所用的恒液位控制方案在此就不再适合。通过给水原理图（图1）我们不难发现，要对2台锅炉汽包的液位分别控制，理想的方案是将1个给水母管向2台锅炉给水的现状彻底改变，将给水系统分开，使每个锅炉都有自己独立的给水系统，再在此基础上加装变频控制，由1台变频器单独控制1台锅炉的给水。但此方案不仅改动较大，投资较高，且要停产改造，显然是行不通的。为了能在不改变原有系统现状的前提下，更好的利用变频装置，节能降耗，减小系统运行，维护费用，**原有系统的自动化程度，我们针对该企业2台锅炉的运行特点，设计了一套专用于2台（或2台以上）锅炉运行时的控制方案，即:蒸汽压力和母管给水压力的恒压差控制方案。
当2台锅炉运行时，由于外供蒸汽并管，故蒸汽压力相同，又由于2锅炉由同一母管给水，故给水压力也相同。但由于蒸汽用量的变化不定和锅炉燃烧情况的不同，蒸汽压力是时刻变化的。这样，为了能保证给锅炉汽包供上水，就必须要求给水的压力始终高于蒸汽压力，由图2我们看到，由PLC采集蒸汽压力和母管给水压力，通过处理、比较后，得到二者的差值，再将此差值通过PID运算处理，输出4～20mA的模拟信号给控制信号转换装置。再由该装置将信号传输给变频器，从而控制变频器的运行速度。这样可以保证给水母管压力始终高于锅炉蒸汽压力（压力差的大小可以通过PLC在一定范围内任意调节），但锅炉各自汽包的液位却无法再通过调节变频器的转速去控制。在此，我们充分利用了原有给水控制装置，即汽包各自的进水电动阀门。仍由锅炉原有DCS控制系统采集各自汽包的液位，蒸汽压力，给水压力和给水**等信号，去相应的调整进水电动阀的开度，从而控制各汽泡液位和进水**。
此方案由于存在阀门的调节，上不能大限度的节能降耗，但实际中，由于减小了给水母管与蒸汽压力之间的压力差，使电动阀门的开度由原来的平均10%左右开大到75%左右，系统回水阀门关闭，仍大大节约了能源。且本方案充分考虑了系统运行的安全性，一旦变频器故障，系统可立即自动由变频运行状态切换至原有工频运行状态，完全恢复改造前的运行状态，保证锅炉正常运行。变频故障解除后，仍可方便的手动切换为变频状态，使变频器方便的投入运行，且不锅炉的运行。
3、PLC
PLC是本系统的核心控制器件，它不仅辨识、处理各种运行状态，进行系统间的逻辑运算和联锁保护，还对输入的多个模拟信号进行处理、运算后，输出标准的模拟信号控制变频器的运行速度。主程序结构较复杂，其中，对液位信号进行PID运算的子程序，原理图和程序框图如图3、图4所示。
图3 PID原理图
图4 程序流程框图
4、注意事项
（1）由于变频器产生高次谐波，会对通讯产生干扰，由于PLC采集模拟信号，要进行A/D和D/A转换处理，在此过程中，容易受到变频器高次谐波的影响而失真。必须将变频器零地分接且加装液波装置，对PLC用隔离变压器供电，好将PLC安装于距离变频器较远的位置上。
（2）本系统所需液位、压力等模拟信号均采至锅炉原有控制系统，为了不影响原控制系统的安全性与完整性，应将原有模拟信号通过隔离分路端子分路后采用。
（3）锅炉给水是锅炉运行过程中至关重要的环节之一，其运行的稳定性与可靠性直接关系到整个锅炉系统乃至整个生产运行的稳定与安全。一旦变频器出现故障而停车后，系统可自动切换至原有工频控制系统而不影响生产，这一联锁措施至关重要。
局部变量是分配给每个子程序的临时存贮区。
当子程序被调用时，系统分配局部变量区给子程序；子程序执行完成后，该局部变量区被释放。释放时其中存贮的值也丢失，不能再下一扫描周期再被子程序使用。
局部变量区的大小为64个字节，其中后4个字节被系统所占用，实际可供子程序使用的为60个字节。
由于局部变量区的数据不能带到上一扫描周期，只能用于存迪程序运算中的中间值，可以减少对全局变量区的占用。
由于局部变量区在子程序被调用时才被分配，且分配时并不对数据区进行初始化，其初始值是不确定的。在程序中用到这些存贮区的值的指令前，必须有对该存贮区地址的赋值操作，否则可能会出现错误的执行结果。
尤其在子程序中存在大量的跳转指令时，很容易出现漏掉对局部变量赋值的情况，要格外注意。
每个子程序调用的输入／输出参数的大限制是16，如果您尝试下载的程序超过此一限制，IN和out加起来共16个超过16个就会出错，本人做一个程序的时候发现了这个问题，在这里提醒各位同行，呵呵
1、子程序或者中断程序不能访问分配给主程序的局部存储器。子程序不能访问分配给主程序、中断程序或者其他子程序的局部存储器。同样的，中断程序也不能访问分配给主程序或子程序的局部存储器。
2、有关局部变量：
S7-200有64个字节的局部存储器，其中60个可以用作临时存储器或者给子程序传递参数。
如果用梯形图或功能方块图编程，STEP7--Micro/WIN保留这些局部存储器的后四个字节。
局部存储器和变量存储器很相似，但只有一处区别。变量存储器是全局有效的，而局部存储器只在局部有效。全局是指同一个存储器可以被任何程序存取(包括主程序、子程序和中断中断程序程序)。局部是指存储器区和特定的程序相关联。S7--200给主程序分配64个局部存储器；给每一级子程序嵌套分配64个字节局部存储器；同样给中断程序分配64个字节局部存储器。
子程序或者中断程序不能访问分配给主程序的局部存储器。子程序不能访问分配给主程序、中断程序或者其他子程序的局部存储器。同样的，中断程序也不能访问分配给主程序或子程序的局部存储器。S7--200 PLC根据需要分配局部存储器。也就是说，当主程序执行时，分配给子程序或中断程序的局部存储器是不存在的。当发生中断或者调用一个子程序时，需要分配局部存储器。新的局部存储器地址可能会覆盖另一个子程序或中断程序的局部存储器地址。
局部存储器在分配时PLC不进行初始化，初值可能是任意的。当在子程序调用中传递参数时，在被调用子程序的局部存储器中，由CPU替换其被传递的参数的值。局部存储器在参数传递过程中不传递值，在分配时不被初始化，可能包含任意数值。
有载分接开关担负着带负荷变更分接位置的任务，在运行中承受着电气和机械的双重考验。确定有载分接开关检修周期及绝缘油简化试验周期，对确保安全运行显得尤为重要。
1、有载分接开关的检修周期
新投的有载分接开关由于动、静触头处于磨合状态，生产厂家在加工工艺上采取了相关措施，但仍会在变换分接过程中的机械和电弧作用下，产生较多的游离碳，致使绝缘油的劣化加快。新投的有载分接开关应严格按照生产厂家和有关规程的周期要求进行检修。
对于日负荷或网络电压变动较大的变电站，为满足电压合格率的要求需频繁地带负荷调整分接位置，每日调压常常达到数十次之多。过于频繁地调整分接位置，容易使得触头的磨损、紧固件和传动部件的松动以及绝缘油的劣化加快、加剧，对于这类有载分接开关，应根据实际运行情况适当地缩短检修周期。
有载分接开关的检修周期规定了运行时间和调压次数两项指标，任一项符合条件时即应安排检修。运行单位应详细记录投运时间和调压次数，提前将这些数据反馈给检修单位，以便于及时编制检修工作计划，确保有载分接开关在周期允许范围内得到检修。
2、绝缘油简化试验周期
有载分接开关检修周期中，对有载分接开关油室中绝缘油提出了简化试验要求。在对提取的油样进行简化试验过程中，一方面可以根据绝缘油介电强度的测定来判断有载分接开关的绝缘状况，另一方面可以根据观察绝缘油中所含杂物和游离碳情况，来判断有载分接开关的运行工况。对运行中的有载分接开关，这是一项十分有效的在线检测手段。
运行时间较长或调压频繁的有载分接开关，其绝缘油的简化试验周期应根据实际情况相应缩短。实践证明，适当地缩短绝缘油简化试验周期，对于掌握和了解运行中的有载分接开关实际情况，能起到良好的在线检测效果。顺便指出，对有载分接开关绝缘油取样进行简化试验的整个过程中，应严格按照有关取样、试验要求进行，防止因外界原因导致误判断。一般地，应从位于有载分接开关油室下方的取样阀门中提取油样，取样之前先放去排油管道和阀门中的残油，使用合格的容器提取油样，现场无条件立即进行试验时，还应注意其密封运输和贮藏时间。
3、检修与维护中应注意的一些问题
1）新投的有载分接开关在运行前通常应进行吊芯检查，除进行有关电气试验外，还应对其传动部件、紧固件进行仔细地复检，防止因厂家制造或运输原因，使得带有遗留缺陷的有载分接开关入网运行。如某新投的有载分接开关，运行后不久即发生故障，经吊芯检查发现，其传动拐臂之间连接的固定开口销，因厂家未按照要求进行开口，致使分接过程中该开口销脱落，有载分接开关停留在过渡过程中，分接不能继续完成，使过渡电阻长期接入变压器绕组中，从而导致主变被迫停运。
2）在对长期运行后的有载分接开关进行吊芯大修中，除按照有关工艺要求进行检修外，还应注意对其控制电缆接插件、电机、配线以及档位显示触点等部件进行检查、清理，由于这些部件同样在有载分接开关油室里，不可避免地受到油中杂质和游离碳的污染，而检修中的忽视，同样会导致故障的发生。如某有载分接开关在调压过程中，其控制器熔丝多次熔断。检查电机控制电缆绝缘发现，其三相对地绝缘电阻为零，且相间阻值同样为零，在排除外部原因后遂对该有载分接开关吊芯检查，证实为内部控制电缆接插件烧毁，原因是由于带游离碳的油流在此受到一定的阻碍，游离碳不断地在接插件中积累、沉淀，终使得接插件绝缘遭到破坏而烧毁。
3）从一些有载分接开关的故障统计和分析来看，运用主变中部调压原理的有载分接开关，故障概率明显大于运用主变中性点调压的有载分接开关；复合式有载分接开关出现故障概率大于组合式有载分接开关。这是因为运用主变中部调压原理的有载分接开关相间承受着高压电，对其绝缘有着更高的要求。复合式开关由于其分接和选择同步进行，对其机械性能要求更高。对于上述两种类型的有载分接开关，应注意加强检修和维护，确保运行安全。
对无制造厂规定的可参照以下规定对有载分接开关进行检修和维护：
1、运行6-12个月或切换2000-4000次后，应取切换开关箱中的油样作试验。
2、新投入的调压开关，在投运1-2年或切换5000次后，应将切换开关吊出检查，此后按实际情况确定检修周期。
3、运行中的有载分接开关切换5000-10000次后或绝缘油的击穿电压低于25KV时，应更换开关箱的绝缘油。