本文介紹了集工業控制電腦、MCGS組態軟體、PLC（可程式設計控制器）、變頻器於一體的鍋爐水處理自動監控系統。 此系統實現了資料的集中管理、自動控制、故障檢測等多方面功能， 為鍋爐的連續、穩定、安全運行提供了保證。
隨著現代技術的不斷提高， 水處理技術在用水過程中也得到了迅猛的發展， 目前已日益成為提高鍋爐熱效率的關鍵。 做好鍋爐水處理就是要實現三個基本要求：即防止蒸汽夾帶、結垢、腐蝕。 蒸汽夾帶、結垢、腐蝕嚴格來說是很難絕對避免的， 它們會相互影響、相互作用， 所以水處理時必須統一考慮。
只有爐外處理和爐內處理有機結合才能保證鍋爐在高品質下運行。 爐外處理主要方法為樹脂軟化及熱除氧氣。 一般以藥劑實現， 使用的藥劑有五部分， 即：阻垢劑、淤渣分散劑、除氧劑、消泡劑、蒸汽系統保護劑。 由於水處理工藝比較複雜， 所以選用自動監控系統進行集中監測、集中控制、集中顯示、集中管理、集中保存， 融合較先進的自動化技術、電腦技術、通訊技術、故障診斷技術和軟體技術。
電腦監控系統廣泛應用在化工、供暖、機械、供水、水處理等多個領域， 在工業生產中發揮越來越顯著的作用。 在滿足鍋爐連續、安全、穩定的前提下， 用工業控制電腦、組態軟體、PLC（可程式設計控制器）、變頻器於一體的自動監控系統來實現鍋爐水處理有效監控。
鍋爐水處理系統的工藝流程簡圖如圖1：
根據工藝流程簡圖， 鍋爐水處理自動監控系統包括：PID演算法設計；鍋爐給水壓力的控制；除氧水箱水位的控制；軟水箱水位的控制；資料的採集與控制。
1 PID演算法設計
為了保證恒壓、恒水位供水， 系統採用了閉環PID調節演算法。
根據大範圍變負荷恒壓、恒水位供水系統的控制特性， 對上述PID演算法作了如下改進：
改進一：引入分段積分的思想， 並通過在PID框圖中改變積分區限的功能來實現。
改進二:在系統設計時,由於不同台數水泵運行時對應的控制壓力不同,加入控制回差,以適應快速、平穩切換的要求[1]。
2 鍋爐給水壓力的控制
鍋爐給水壓力的控制採用水泵變頻恒壓供水， 通過安裝在出水管網上的壓力變送器， 把管網壓力信號變成DC4～20mA的標準信號送入PLC（可程式設計控制器）， PLC通過PID程式運算後， 輸出轉速信號送給變頻器， 由變頻器控制水泵電機的轉速， 調節水泵的供水量， 使供水管網上的壓力保持在給定的壓力值上。
當用水量超過或少於運行泵的供水量時， 通過PLC控制切換進行加泵或減泵， 即根據用水量的多少由PLC控制工作泵的數量增減以及變頻器對運行泵的轉速調節， 實現恒壓供水的目的[2]。
變頻恒壓供水原理圖如圖2：
3 除氧水箱水位的控制
除氧水箱水位的控制採用水泵變頻與工頻供水， 通過安裝在除氧水箱上的差壓變送器， 把水箱水位信號轉變成DC4～20mA的標準信號送入PLC， PLC通過PID程式運算後， 得出輸出信號給變頻器， 由變頻器控制電機的轉速， 調節水箱給水量， 使除氧水箱的水位保持在給定的水位上。
給除氧水箱供水還包括冷凝水箱水位的控制， 當冷凝水箱水位高時， 啟動冷凝水泵， 當冷凝水箱水位低時，
4 軟水箱水位的控制
軟水箱水位的控制採用電磁閥控制， 通過安裝在軟水水箱上的差壓變送器， 把水箱水位信號變成DC4～20mA的標準信號送入PLC， PLC通過PID運算後輸出控制信號， 當軟水水位低時， 增加電磁閥開度， 當軟水水位高時， 可減少電磁閥開度。 恒水位電磁閥控制原理圖如圖4：
5 資料的採集與控制
水處理自動控制系統需要檢測和控制的工藝參數主要有：壓力、流量、液位、轉速、閥門開度、水泵的運行/停止、閥門的開/關、變頻器的運行/停止等等， 系統共有類比量輸入11路, 模擬量輸出4路，數位量輸入40路,數位量輸出20路。
監控系統硬體設定鍋爐水處理自動監控系統主要由研華工控機、S7-226PLC、EM221、EM235、變頻器、伺服放大器、電磁閥、壓力變送器、差壓變送器、孔板、數顯儀錶、RS485/RS232轉換器、PC/PPI電纜、控制櫃、繼電器、水泵等組成。該自動監控系統硬體設定圖如圖5：
上位機採用研華工業控制電腦，具有性能穩定配置高、抗干擾能力強等優點，主要實現整個系統的資料監視和參數設定工作。下位機採用西門子公司的S7 - 200 系列的S7-226可程式設計控制器(Micro PLC)，它具有功能強大、可靠性高、維護方便且抗干擾能力強等多方面優點，本系統主要採用它作為資料獲取、控制回路、自動順序操作和資料運算的功能[3]。
變頻器採用芬蘭Vacon公司的Vacon-NX系列變頻器，具有調速性能好、保護電機，節能效果顯著、運行工藝安全可靠等多項優點，具體參數在變頻調試時根據電機具體情況設定。
壓力、流量、水位信號採用昌暉儀錶採集、顯示，儀錶通過RS485電纜採集通過RS485/RS232轉換後進入上位機顯示。轉速及閥位元信號採用PLC類比量模組採集，經PC/PPI電纜傳輸由上位機顯示。
監控系統軟體配置本監控系統採用Windows 2000作業系統， MCGS組態軟體及其在此軟體基礎上自主開發的鍋爐水處理自動監控系統，STEP 7-Micro/WIN32 3.2版程式設計軟體以及水處理PLC程式設計程式。
1 MCGS組態軟體
北京昆侖通態自動化軟體科技有限公司開發的MCGS (Monitor and Control Generated System ,通用監控系統) 是用於快速構造和生成電腦監控系統的組態軟體[4]。它能夠在基於Microsoft 的各種32 位Windows 平臺上運行,通過對現場資料的採集處理,以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向使用者提供解決實際工程問題的方案,在自動化領域有著廣泛的應用。
MCGS 系統包括組態環境和運行環境兩個部分。其具體的組態過程包括系統功能表和系統參數組態、設備構件組態、使用者介面組態、即時資料物件組態和運行策略組態。其具體的組態視窗如圖6，運行數顯視窗如圖7：
圖6：組態軟體組態窗口
圖7：運行中的“數顯窗”介面
2 梯形圖程式設計軟體
本系統採用STEP 7-Micro/WIN32 3.2版程式設計軟體程式設計，關鍵是PLC程式的合理性與可行性，電機控制程式包括啟動副程式和運行副程式，運行副程式又包括參與調節副程式和電機切換副程式，電機切換副程式又包括加電機子程式和減電機子程式；類比量程式包括類比量資料獲取，傳送，輸出，PID調節等。
3 通訊
工控機與PLC的通訊通過PC/PPI電纜來完成,它將S7 -200 的程式設計口與電腦的RS232口相連,具體設置是在下位機的程式設計環境(STEP 7 - Micro/ WIN 程式設計軟體)和MCGS 組態軟體的設備視窗中完成的。工控機與數顯儀錶的通訊採用通用的RS232/RS485轉換器，具體設置在儀錶和MCGS 組態軟體的設備視窗中完成的[5]。
監控系統主要功能1、顯示功能：工藝流程、測量值、設備運行狀態、操作模式、報警等顯示功能。
2、報警處理和報表生成功能：記錄報警發生時間、故障內容等資訊,並對報警資訊進行管理，系統輸出的日報表，並可查詢歷史報表。
3、歷史趨勢功能：對現場的壓力、流量、水位、轉速、閥門開度等以即時曲線顯示，並具有歷史曲線查詢功能。
4、資料庫存儲與訪問功能，實現Access歷史資料庫在每次系統運行時的自動創建並記錄，以及現場資料的存儲。
5、系統參數的修改功能，可對PID參數進行修改，並對壓力、水位設定值進行修改。
6、管理許可權：實現不同級別的系統管理許可權，系統操作員可以選擇操作模式，查看趨勢曲線及報表等。
7、電機保護功能：採用變頻控制後，運行可靠，維護方便，精度高、穩定性好，對過流、欠壓、過壓等變頻器故障均能自行診斷，並發出報警信號。
8、手/自動切換功能：在設計電路部分實現手動、半自動、全自動方式，能實現監控系統的自動/半自動/手動操作模式間的無擾切換[6]。
結束語本文介紹的基於組態軟體和PLC的鍋爐水處理自動監控系統，利用了工控機組態軟體的強大資料處理和圖形表現能力，PLC抗干擾能力強、適用於工業現場的特點,以及變頻器的調速性能，融合了較先進的自動化技術、電腦技術、通訊技術、故障診斷技術和軟體技術，具有可靠性高、維護容易等特點。
此系統實現了資料的集中管理、自動控制、故障檢測等多方面功能，為鍋爐的連續、穩定、安全運行提供了保證。該系統已在多個廠家及民用設施中應用，得到用戶的好評。
（摘編自《電氣技術》，原文標題為“鍋爐水處理自動監控系統的設計與研究”，作者為謝慶華。）
鍋爐設備及系統(2015年版) ￥63.2 領1元券
系統共有類比量輸入11路, 模擬量輸出4路，數位量輸入40路,數位量輸出20路。監控系統硬體設定鍋爐水處理自動監控系統主要由研華工控機、S7-226PLC、EM221、EM235、變頻器、伺服放大器、電磁閥、壓力變送器、差壓變送器、孔板、數顯儀錶、RS485/RS232轉換器、PC/PPI電纜、控制櫃、繼電器、水泵等組成。該自動監控系統硬體設定圖如圖5：
上位機採用研華工業控制電腦，具有性能穩定配置高、抗干擾能力強等優點，主要實現整個系統的資料監視和參數設定工作。下位機採用西門子公司的S7 - 200 系列的S7-226可程式設計控制器(Micro PLC)，它具有功能強大、可靠性高、維護方便且抗干擾能力強等多方面優點，本系統主要採用它作為資料獲取、控制回路、自動順序操作和資料運算的功能[3]。
變頻器採用芬蘭Vacon公司的Vacon-NX系列變頻器，具有調速性能好、保護電機，節能效果顯著、運行工藝安全可靠等多項優點，具體參數在變頻調試時根據電機具體情況設定。
壓力、流量、水位信號採用昌暉儀錶採集、顯示，儀錶通過RS485電纜採集通過RS485/RS232轉換後進入上位機顯示。轉速及閥位元信號採用PLC類比量模組採集，經PC/PPI電纜傳輸由上位機顯示。
監控系統軟體配置本監控系統採用Windows 2000作業系統， MCGS組態軟體及其在此軟體基礎上自主開發的鍋爐水處理自動監控系統，STEP 7-Micro/WIN32 3.2版程式設計軟體以及水處理PLC程式設計程式。
1 MCGS組態軟體
北京昆侖通態自動化軟體科技有限公司開發的MCGS (Monitor and Control Generated System ,通用監控系統) 是用於快速構造和生成電腦監控系統的組態軟體[4]。它能夠在基於Microsoft 的各種32 位Windows 平臺上運行,通過對現場資料的採集處理,以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向使用者提供解決實際工程問題的方案,在自動化領域有著廣泛的應用。
MCGS 系統包括組態環境和運行環境兩個部分。其具體的組態過程包括系統功能表和系統參數組態、設備構件組態、使用者介面組態、即時資料物件組態和運行策略組態。其具體的組態視窗如圖6，運行數顯視窗如圖7：
圖6：組態軟體組態窗口
圖7：運行中的“數顯窗”介面
2 梯形圖程式設計軟體
本系統採用STEP 7-Micro/WIN32 3.2版程式設計軟體程式設計，關鍵是PLC程式的合理性與可行性，電機控制程式包括啟動副程式和運行副程式，運行副程式又包括參與調節副程式和電機切換副程式，電機切換副程式又包括加電機子程式和減電機子程式；類比量程式包括類比量資料獲取，傳送，輸出，PID調節等。
3 通訊
工控機與PLC的通訊通過PC/PPI電纜來完成,它將S7 -200 的程式設計口與電腦的RS232口相連,具體設置是在下位機的程式設計環境(STEP 7 - Micro/ WIN 程式設計軟體)和MCGS 組態軟體的設備視窗中完成的。工控機與數顯儀錶的通訊採用通用的RS232/RS485轉換器，具體設置在儀錶和MCGS 組態軟體的設備視窗中完成的[5]。
監控系統主要功能1、顯示功能：工藝流程、測量值、設備運行狀態、操作模式、報警等顯示功能。
2、報警處理和報表生成功能：記錄報警發生時間、故障內容等資訊,並對報警資訊進行管理，系統輸出的日報表，並可查詢歷史報表。
3、歷史趨勢功能：對現場的壓力、流量、水位、轉速、閥門開度等以即時曲線顯示，並具有歷史曲線查詢功能。
4、資料庫存儲與訪問功能，實現Access歷史資料庫在每次系統運行時的自動創建並記錄，以及現場資料的存儲。
5、系統參數的修改功能，可對PID參數進行修改，並對壓力、水位設定值進行修改。
6、管理許可權：實現不同級別的系統管理許可權，系統操作員可以選擇操作模式，查看趨勢曲線及報表等。
7、電機保護功能：採用變頻控制後，運行可靠，維護方便，精度高、穩定性好，對過流、欠壓、過壓等變頻器故障均能自行診斷，並發出報警信號。
8、手/自動切換功能：在設計電路部分實現手動、半自動、全自動方式，能實現監控系統的自動/半自動/手動操作模式間的無擾切換[6]。
結束語本文介紹的基於組態軟體和PLC的鍋爐水處理自動監控系統，利用了工控機組態軟體的強大資料處理和圖形表現能力，PLC抗干擾能力強、適用於工業現場的特點,以及變頻器的調速性能，融合了較先進的自動化技術、電腦技術、通訊技術、故障診斷技術和軟體技術，具有可靠性高、維護容易等特點。
此系統實現了資料的集中管理、自動控制、故障檢測等多方面功能，為鍋爐的連續、穩定、安全運行提供了保證。該系統已在多個廠家及民用設施中應用，得到用戶的好評。
（摘編自《電氣技術》，原文標題為“鍋爐水處理自動監控系統的設計與研究”，作者為謝慶華。）
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