基于WinCC组态的锅炉废气余热回收监控系统

1、基于 WinCC 组态的锅炉废气余热回收监控系统摘 要：该文介绍了基于 WinCC 组态的锅炉废气余热 回收监控系统，余热利用的现状，系统的总体设计思路，结 合控制要求介绍了系统的组成、硬件配置、程序设计、组态 界面的组成及开发过程，通过采用西门子PLC设备与 WinCC组态实现对废气余热回收系统的监控。关键词： PLC 节能 余热回收 WinCC中图分类号： TP27 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791 （2015）12（a）-0066-02余热是各种生产过程中未能被充分利用的热能，如冶金 废气炉渣余热、冷却介质残存的余热、废水余热、高温产品 余热等，均为多余、未利用或废弃的能

2、源。各种余热资源在 消耗资源中占有很大的比例，而很多余热资源还可以被回收 利用。随着经济的发展，资源的日趋紧缺，环保越来越被人 们所重视，节能标准不断提高，国家节能政策的陆续出台， 提高能源使用的效率日益重要。其中充分利用余热成为重要 有效的节能措施之一。工业锅炉是我国目前广泛使用的重要 热能动力设备，锅炉的烟气排放是其能耗高、污染高的主要 原因，烟气携带污染物对大气造成污染，烟气又带走了大量 的余热。对锅炉废气进行余热回收可以降低所排烟气温度， 充分利用资源，大大提升设备运行效率，同时使烟气中可凝 性污染气体凝结，可以降低大气污染。1 系统总体设计 该系统对于带有余热的工业废气进行回收处理，

3、回收其 剩余能量，起到节能作用，再辅以废气处理装置，同时能进 行除尘、减少污染气体排放，系统利用PLC作为控制器对系统中的烟风系统、汽水系统以及各循环泵、补水泵、电动阀 门等设备进行控制，并对运行情况进行实时监控，在监控室 的计算机用WinCC组态的监控画面上进行体现和控制，针对不同的情况对烟气余热进行回收，达到节能减排的目的。1.1 工艺概述 高温废气由进气口进入烟风系统中，先经过过热器对饱 和蒸汽进行加热产生过热蒸汽，然后经过省煤器等热交换设 备，与汽水系统进行热交换， 对流经省煤器的冷水进行预热， 产生的预热水流入汽包，加热产生过热蒸汽供用户使用，烟 气最终由引风机抽出，经过废气处理装置

4、处理后排入到空气 中；汽水系统主要由汽包、强压循环系统、给水补水系统组 成，包括省煤器、除氧器、强压循环泵、给水泵、补水泵、 电动阀、 管道等设备， 水源从进水口经过软水管进入软水箱， 由补水泵组抽出到达除氧器中进行除氧，除氧后由给水泵组 抽出进入省煤器，在省煤器中与烟气系统中的烟气进行热交 换进入汽包；汽包中的水由强制循环泵组进入强制循环管道， 与烟风系统进行热交换，提高循环水的温度。1.2 控制要求系统以PLC为控制核心进行自动控制，系统处于自动控 制状态时，可以有两种模式进行控制，一种为通过上位机上 的监控画面进行控制，作为上位机的工控机上运行 WinCC组 态监控软件，现场各种参数和各

5、设备的运行状态由传感器测 得后传送到PLC中，通过PLC处理后将各种参数值以及设备 运行情况传送到上位机中，在上位机上显示运行状态，进行 生产过程的实时监控， 监控画面中的操作将命令传递给 PLC， 控制设备的运行；还可以基于 PLC中的程序进行自动控制， 在这种模式下，可以根据预先设置好的程序在无人操作的情 况下用PLC进行全自动控制，用 PLC控制系统各电机、泵、 电磁阀等设备的运行，并将在上位机显示各设备运行状态和 参数值，实现系统的全自动控制；部分设备可以在现场的控 制柜进行手动操作，系统可根据现场紧急情况，控制阀门、 水泵、风机等设备的运行。在系统运行过程中，要完成的主要任务有：维持

6、余热回 收系统的正常运行，监控并保持适当的气压与汽温；确保汽 水系统中各设备给水并维持适当的水位；确保产生的饱和蒸 汽的品质；烟风系统出口烟气的温度应稳定在合适的范围内； 保证锅炉密闭，防止漏气；保证清灰装置、水泵、风机等设 备的正常运行等。2 系统硬件设计基于 WinCC 组态的锅炉废气余热回收监控系统主要由温度和压力测量模块、PLC控制模块、上位机用户组态操作 界面及各种执行机构组成。温度和压力测量模块主要通过温 度和压力传感器完成烟风系统和汽水系统中各点温度、压力 数据的采集；传送到PLC控制模块进行运算处理后控制阀门、 泵等执行机构的运行，同时在上位机组态界面上进行监控， 用户还可以在

7、上位机组态界面上设置各种参数，控制其他模 块的运行。上位机采用具有较高的性能及可靠性的工控机，可以运行西门子PLC编程软件和 WinCC组态软件；主控制器采用西 门子高性能PLC型号为CPU414H,具有较强的数据处理能 力和通信功能，并配有通信模块，可以利用PROFIBUS总线同分布式 I/O 模块间的信息交换；使用 CP443-1 模块作为通 讯处理器，连接到工业以太网，与上位机之间的连接，构成 工业以太网总线系统。系统共使用水泵 8 台， 3 台中压强制 循环泵，采用施耐德 ATS48C32Q软启动器进行启动；3台锅 炉给水泵， 2 台锅炉补水泵，既可以在现场进行操作，又可 以在中控室进

8、行操作，系统在上位机对生产过程进行监控， 对现场的设备进行控制。 还设置了多个电动阀： 补水电动阀、 汽包电动放散阀、外部蒸汽送汽包电动阀、锅炉卸灰阀等， 可以在中控室根据预先设置好的程序进行控制。3 系统软件设计控制系统的软件设计由上位机监控软件设计和PLC控制程序设计两部分。监控软件采用的是西门子 WinCC组态软件; PLC程序设计采用西门子 STEP 7编程软件，用于 PLC配置和 编程。利用西门子 WinCC组态软件对系统监控界面进行开发， 绘制系统监控画面， 根据系统控制要求，用WinCC组态软件 提供的图形、设备控件来绘制监控界面中的余热回收系统， 辅以图形、动作、实时数据显示等

9、， 组成全系统的监控界面， 完成整个余热回收系统的生产过程的管理和控制，并可显示 烟气温度、蒸汽温度、管道压力、管道水温等现场数据，还 可以记录分析实时数据和历史数据，便于对整个生产过程经 验总结和生产工艺的优化。该系统共设计了主界面、烟气系 统界面、汽水系统界面、吹灰系统界面、水冷系统、历史数 据、信息管理等 10 余幅界面，在每个界面都设有对应的功 能键，在监控系统运行的过程中还可以通过相应功能按键完 成系统部分参数的修改和设备的控制。4 结语 该系统实现了锅炉废气余热回收的实时监控与自动控 制，提高了设备的自动化程度和易用程度，便于掌握设备运 行情况。回收废气中的余热的同时减少废气中污染气体的含 量，有效地提高了锅炉的效率，节能效果显著，同时也改善了环境。参考文献1 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子 WinCC V6M.北京航天航空大学出版社，2011.2 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术M