工業鍋爐是生產過程中的重要動力設備。在石油化工領域，它的主要作用是向各生產裝置提供所需要的合格蒸汽，其控制質量的優劣不僅關係到鍋爐自身運行的效果，而且還將直接影響到相關裝置生產過程的穩定性。
下面以林源煉油廠熱電分廠鍋爐控制系統改造項目為例，介紹力控®組態軟體在工業鍋爐控制系統中的應用。
一、現場條件與改造內容
熱電分廠3#、4#鍋爐原控制系統的操作站為兩台INTEL工控機、WINDOWS 3.1操作系統，組態軟體為INTOUCH5.1，下位機PLC是GE FANUC90-30 PLC。 針對原系統不同程度存在的一些問題，提出了改造的要求，歸納起來主要有以下三個方面的內容：
1 .更新操作站，實現雙機冗餘操作，具有在線熱備份功能，解決Y2K問題。
2 .更換組態軟體，增加報表列印、班組核算、流量計算、報警參數查詢等功能。在保持原操作畫面風格的情況下，重組監控畫面，方便參數修改。
3.壓力等採集點和控制點。根據鍋爐運行狀況，能夠隨時進行手動、自動、串級三種控制方式的無擾動切換。
4. 解決Y2K問題。
二、系統設計
用KP工業控制機替換原系統操作站，用力控®組態軟體替換原來的INTOUCH5.1軟體，從根本上解決Y2K問題。
硬體連接方法
保留原有的GE FANUC90-30 PLC可編程序控制器，利用其CMM311可配置口和電源模塊SWP321分別與兩台KP機連接。
其中：電源模塊SWP321經SNP介面與1#操作站的RS232串口連接。SNP介面與RS232串口連接的方法見圖3所示；而通訊模塊CMM311則直接與2#操作站RS232串口連接，連接方法見圖2所示。CMM311是專用通訊模塊，它支持GE Fance CMM通訊協定、RTU（Modbus）通訊協定，以及SNP協儀等。
雙機冗餘操作策略
兩台操作站中，一台作為主機，另一台作從機。當系統首次啟動時，只有主機與PLC建立通訊，從機只有與PLC間的物理通訊鏈路，但不與PLC通訊，從機通過主機讀取PLC的數據，操作人員在從機上發出的控制命令也經主機下達給PLC。正常情況下，操作人員無論在哪個操作站上都能夠正常操作，當從機發現主機出現故障時，便啟動與PLC通訊的程序，由從機變成主機，同時發出系統報警，從而實現雙機實時資料庫的冗餘熱備用。
三、軟體設計說明
操作站組態
（1）報表列印
利用力控®組態軟體中的“歷史報表”工具，可以方便地實現報表列印功能。
在“數據表”上可以設定報表列印的時間範圍、時間間隔和時間輸出的格式；點名是DB中的變數參數名，填寫時必須和DB資料庫中的變數相對應；格式是用來定義報表中數據長度和小數的位數，如5.2為5位字元長，小數點後有2位小數。
（2）班組核算
班組核算制是目前國內各企業普遍採用的一種經濟管理方式。它是把實際生產中的有關參數取出來，然後按企業確定的核算公式進行計算，從而得到本班組一定時間內的經濟效益。隨著計算機控制系統的普遍應用，管控一體化的要求也日益增加，用數采系統得到的生產數據直接參与核算，不僅消除了繁瑣的人工計算過程和工作強度，而且極大地提高了管理水平。下面著重介紹在該系統中實現班組核算的一般方法。
班組核算是根據送出的蒸汽數量、消耗的煤、油、水等數量，經過核算公式計算，得出一段時間內的經濟效益及各崗位的費用支出，然後根據用戶的要求定時列印班組核算表，並利用資料庫DB把相關參數保存起來。極大地方便了企業對生產的監督。
例如鍋爐控制系統部分的班組核算公式為：
本班有上煤時：
耗煤量=上煤量-[交班（存煤量+存粉量）-接班（存煤量+存粉量）]
本班沒有上煤時：
耗煤量=接班（存煤量+存粉量）-交班（存煤量+存粉量）
單位成本值：
單位成本=（煤耗量*單價+耗電量*單價+除鹽水耗量*單價+瓦斯消耗量*單價+耗油量*單價+耗天然氣量*單價+耗風量*單價+耗氣量*單價+折舊+工資+低值易耗+耗液態烴量*單價+材料消耗+工資附加費+財產保險+勞保）/總發汽量；
貢獻毛利值：
貢獻毛利=總發汽量*（蒸汽單價-單位成本）；
從以上幾個公式可以看出，這樣直接可以看到本月的貢獻毛利，從而得到實際的經濟效益。如圖5所示。
四、PLC控制演算法設計
鍋爐設備是一個複雜的控制對象，主要輸入變數是負荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風和引風等；主要輸出變數是汽包水位、蒸汽壓力、爐膛負壓、過剩空氣等。因輸入變數與輸出變數相互關聯，如果蒸汽負荷發生變化，必將會引起汽包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度的變化。所以說鍋爐是一個多輸入、多輸出且相互關聯的控制對象，本控制系統將其分為送風系統、爐膛負壓系統、磨煤熱風系統、汽包水位系統、汽包壓力和主汽溫度系統幾部分。
以汽包水位系統為例，受控變數是汽包水位，操縱變數是給水流量。它主要考慮汽包內部的物料平衡，使給水量適應鍋爐的蒸發量，維持汽包中水位在工藝允許範圍之內，這是保證鍋爐、汽輪機安全運行的必要條件之一，是鍋爐正常運行的重要指標。
1. 汽包水位的動態特性
a.蒸汽負荷（蒸汽流量）對水位的影響，即干擾通道的動態特性。主要是在蒸汽量突然增加時，產生假水位現象。
b.給水流量對水位的影響，即控制通道的動態特性。當給水時，給水溫度和汽包內的水溫相差很大，所以給水量增加后，使汽包中汽泡含量減少，導致水位下降。
c.鍋爐排污、吹灰等對水位也有影響。
2. 控制方法
基於汽包水位的特性，我們採用串級控制系統。因本系統受控對象有較大滯后，主控制器採用PID控制。
a.減少干擾對主迴路的影響，可由副迴路控制器予以校正。
b.由於副迴路的存在減少了相位滯后，從而改善了主迴路的響應速度。
c.對控制閥特性的變化具有較好的魯棒性。
d.副迴路可以按照主迴路的需求對對象實施精確控制。
實際PLC的控制程序採用主副迴路進行串級控制，即主迴路的輸出做為副迴路的設定值，經副迴路輸出作用於被控對象。也可以不用副迴路只用主迴路形成單迴路調解，或手動操作完成。
主調節器
串級控制迴路演算法
副調節器
PLC程序
本系統共有6個PID迴路，除了爐膛負壓和磨煤熱風外均為主、副串級控制，程序的控制演算法也是一樣的，只有每個程序中的變數不同，每部分程序主要由兩個PID迴路構成，第一個為主迴路，第二個為副迴路。
四、 系統運行情況
該系統自動化程度較高，大大降低了操作者勞動強度，降低了成本，經過近2年的運行，用戶給予了很高評價，認為利用力控®開發的上位機監控程序功能完善，綜合性強，人機界面友好，實用性好。
