PLC控制器在热水锅炉运行控制方面的应用.pdf

3 6 工业锅炉 2 0 1 0年第 1 期 总第 1 1 9期 文章编号 1 0 0 4 ． 8 7 7 4 2 0 1 0 0 1 3 6 - 0 2 P L C控制器在热水锅炉运行控制方面的应用 刘长红 ， 栾慎 勇 ， 王剑新 ， 张伟 ， 张斌 1 ． 大连市产品质量监督检验所 国家低压成套电控设备质量监督检验中心 ， 大连 1 1 6 0 2 1 ； 2 ． 大连三洋制冷有限公司， 大连 1 1 6 6 0 0 Di s c us s i o n o n t h e Ke y Te c h n o l o g i e s f o r Ru nn i n g Co n t r o l fo r Ho t wa t e r Bo i l e r Un i t LI U Ch a n g h o n g ， LUAN S h e n y o n g 2 ，W A NG J i a n x i n ， ZHANG W e i 。 ZHANG Bi n 1 ． D a l i a n I n s t i t u t e o f P r o d u c t Q u a l i t y S u p e r v i s i o n a n d I n s p e c t i o n ， C h i n a N a t i o n a l C e n t e r f o r L o w v o l t a g e As s e mb l y El e c t r i c C o n t r o l E q u i p me n t Q u a l i t y S u p e r v i s i o n a n d I n s p e c t i o n， D a l i a n 1 1 6 0 2 1 ， C h i n a ； 2 ． D a l i a n S a n y o Re f r i g e r a t i o n C o ． L t d ， D a l i a n 1 1 6 6 0 0， C h i n a 第一作者 刘 长红 ， 大 连市产品质量监督检 验所检验主管。 摘要 主要探讨了使热水锅炉机组安全运行的关键技术 ， 包括负荷控制、 水位控制、 安全控制 、 人机界面等。 关键词 控制 系统 ； P L C； 负荷 ； 水位 ； 安全 中图分类 号 T K 2 2 7 文献标识码 B 0概述 随着全球对环保质量和舒适性生活的追求 ， 安 全 、 节能 、 环保 的冷热用能设备近年来在全球市场上 逐渐成为主流产品。热水锅炉机组是为宾馆 、 洗浴 、 游泳馆等提供空调采暖、 卫生热水的关键设备 ， 本文 主要对这种机组安全 、 节能运行 的关键技术进行探 讨。 1 热水锅炉机组控 制系统构成 锅炉系统能否安全运行主要取决于该锅炉的控 制系统能否准确 、 及时地反映工作状况 。以本文介 绍的热水锅炉机组 为例， 其控制系统是采用西 门子 P L C控 制器 设计 的 ， 对 热 水 锅 炉 机 组 进行 智 能 化 全 自动负荷控制 、 燃烧控制及安全保护控制 ， 实现了机 组安全 、 稳定运行。主要控制对象为燃烧设备 、 采暖 泵／ 热水泵等。系统采用彩色触摸屏作为显示和操 作平台 ， 以 P L C模块 作 为信息处 理 和 中央控 制单 元 ； 同时预留标 准的 R S一4 8 5通讯接 口， 可与 中央 机房实现楼宇 自控及远程监控 。以下简单介绍该系 统 的特 点 。 1 ． 1 控 制 系统 的构成 控制系统构成图如图 1 。 收稿 日期 2 0 0 9 -07 3 1 图 1 控 制系统构成图 1 ． 2控制 系统 主要 配置 显示器 6时彩色 触摸 屏 P L C控 制器 西 门子 S 7 2 0 0 P L C 负荷控制方式 对锅水及燃烧器进行 P I D控 制调节 温度传感器 锅水温度 、 4回路热水温度 、 大气温度 选项 压力传感器 锅内压力传感器 锅水液位控制 满水 电极 、 补水 电极 开始／ 停止 、 防干烧电极 2热水锅炉机组控制功能 该系统配置 了强大 的人工智能软件 ， 触摸式显 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锅炉 自控 P L C控制器在热水锅炉运行控制方面的应用 3 7 示器以全中文菜单和动态图标方式显示 ， 以人机对 话方式与操作工交互信息 ， 实时在线帮助系统指 导 操作工的操作 ， 给操作者带来极大的方便。 2 ． 1 燃烧及负荷 自动调节控 制 智能跟踪锅水温度及 4回路 出水温度 ， 计算热 水负荷 ， 以此为据调节燃烧器的燃烧量大小 ； 由于温 度控制本身有一定 的滞后性和系统惯性 ， 会使控制 出现动态误差 。为 了减小误差提高控制精度 ， 故此 采用 P I D控制算法。P I D算法公式如下 M K e Kl e x KD X e 一e 一 1 式中 在第 n采样时刻 ， P I D 回路输 出的计 算值 P I D回路增益 e 在第 n采样 时刻的偏差值 e 在第 1 1 1 采样时刻的偏差值 偏差 前项 积分项 的比例常数 积分项前值 微分项 的比例常数 当热水锅炉启 动时， 由于炉温接近常温 ， S P 一 P v o e 为较 大的正值 ， 此时 P I D算法 中的 比例项 起主要作用， 控制输 出 为最大燃烧量 ， 进行燃烧 加热。当加热锅水温度达到 设定值 以上时 ， ．s P 一 P V e 为负值 ， 经 P I D算法 调节 ， 使控制输 出 减小 ， 降低燃烧量使锅水温度降低 。当温度正好 达到 S P设定值时 ， e 为零 P I D不调节 ， 如此循环检 测调节 ， 使热水锅炉系统达到动态平衡 。 2 ． 2 热水锅炉机组的锅水水位控制 机组炉内安装 了4个液位电极 满水 电极 、 补水 停止 电极 、 补水开始电极 、 防干烧 电极。热水锅炉的 正常水位在补水停止电极 、 补水开始 电极之间， 若达 到满水 电极， 则可能是热水系统异常引起的 ， 如果燃 烧没有熄火 ， 则可能使锅 内压力升高 ， 引起严重安全 隐患 ， 控制系统报警 提示 ， 并 自动关机 ； 若锅 内水位 低于补水开始电极 ， 则打开补水回路 自动补水 ， 补水 水位达到补水停止电极时 ， 自动停止补水 ； 水位降低 到防干烧 电极 以下时， 则 可能是补水 系统异常引起 的 ， 如果燃烧并继续工作 ， 则可能使锅炉干烧 ， 影响 使用寿命 ， 因此控制系统报警提示 ， 并 自动关机。 通过 以上水 位控制 ， 保证 了热水锅炉机组的安 全运行 ， 杜绝了安全事故 的发生。 2 ． 3热水锅炉机组的安全控制 热水锅炉机组控制系统有如下多重安全保护 1 锅水水位安全保护 ， 详见上文 ； 2 火灾检测传感 器接 口， 用 于接入消 防要求 的火灾检测装置 ， 防止火灾隐患 ； 3 水泵连锁接 口， 用于与循环热水泵连锁， 保 证系统安全运行 ； 4 锅内压力检测传感器 ， 实时监测锅 内压力 ， 超压时进行安全保护停机 ； 5 锅水温度 软件安全设定 ， 实时监测锅水温 度 ， 达到设定报警值之前 ， 降低燃烧量 ， 保证机组连 续安全运行 ； 达到设定报警温度时， 控制系统报警提 示 ， 并 自动安全停机 ； 6 锅水温度保 险装置 硬件 ， 当由于不可预 料 的原因， 使锅水温度软件安全设定失效时， 锅水温 度继续上升 ， 达到温度保险装置设定温度时， 依靠硬 件切断燃烧器 电源 ， 强制报警停机 ， 从根本上防止安 全事故 的发生 。 2 ． 4热水 锅炉 机 组的 人机 界面 及楼 宇控 制接 口 控制系统采用彩色触摸屏作为人机界面平台， 实时采集各项工况信号 ， 进行处理分析 ， 时刻监控锅 炉 的运 行 。 1 实 时信号 采集 采 集现 场温度 、 水 位等 信 号 ， 进行信号处理计算 ， 并按照设定时间间隔保存历 史数据以备用户 日后 查阅 ， 同时对锅炉全 自动运行 进行实时监控 ， 确保锅炉的正常、 安全运行 ； 2 设置锅 炉 运行 参数 设 置锅 炉控 制温 度 、 P I D参数 、 安全参数 ； 3 信息显示 动态显示锅炉机组运转流程图； 实时显示热水锅炉运转温度 、 锅 内水位 、 安全保护设 备状态等运转信息表格； 实时显示锅炉运转数据趋 势曲线表格 ； 4 安全报警 提示 自动识别 故障并进行声光 报警提示 ， 保护锅炉及负载设备安全 ， 同时保存故障 时的运转数据以备用户 E t 后查 阅； 5 运行 日程表功 能， 用户 可以事先设定一周 的工作 日、 休息 日， 并 安排工作 日的开停机时问 ， 实 现热水锅炉机组的智能无人化运转管理 ； 6 楼宇控制通讯接 口， 具有 R S 4 8 5通讯接 口， 可把锅炉工况数据实时传送至 中心机房并接收 中心指令监控锅炉及相关设备 ， 实现智能化楼宇 的 集中监控 。 3 结束语 热水锅炉机组的控制 系统 ， 提高 了设备 的可靠 性和稳定性 ， 同时也大幅地提高了燃料的燃烧效率。 通过触摸屏提供了人机操作界 面， 方便 了设备 的操 作和维护。该控制 系统在产 品的实际应用 中， 得到 了客户 的认可 ， 取得 了良好的经济效益。强 参考文献 [ 1 ] 陈诗滔．工业过程仪表与控制 [ M] ．北京 中国轻工业 } h 版社 ， 1 9 9 8 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m