用S7—200PLC改进常压热水锅炉控制系统.pdf

第 3 期 总第 1 4 8期 2 0 0 8年 6月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG AUT0MAT1 0N No ．3 J u n ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 8 0 3 0 1 3 5 0 2 用 S 7 2 0 0 P L C改进常压热水锅炉控制系统 李奇平 ，王福斌 ，李晓神 1 ． 河北理工大学 计算机与 自动控制学院 ，河北 唐 山0 6 3 0 0 9 ；2 ． 华北煤 炭医学院 图书馆，河北 唐 山0 6 3 0 0 0 摘要 因原 有锅炉控制系统存 在不足 ， 加之工作人员操作失误 ， 在锅炉运行时故 障频繁发生 。为提 高锅炉系统 运行的安全性 、可靠性 ，用 s 7 2 0 0 P L C对原 锅炉的控制系统进行了改进 ，改进后 的锅炉运行 良好 。 关键词 锅炉控制 电路 ；技术 改进 ；P L C 中图分类号 TP 2 7 3 T K2 2 文 献标 识码 A 0 引言 原锅炉为链条传动常压快装锅炉，用于小范围区 域生产及居 民生活供热，从使用的情况看，存在许多 影响锅炉系统安全可靠运行 的因素 ，如煤质较差、供 热管道 泄漏 造成 的锅 炉 回水 时失 水过 多 等 。这 些 可通 过操作 人员 及时 调整 锅炉 的运行 参数 来 改变锅 炉 的运 行 工况 ，部 分地 弥补 不利 因素造 成 的影 响 。锅 炉 系统 启动运行 时有严格 的顺序要求 ，由于原锅炉控制电路 无保护功能，当操作工人不按顺序启动时，可造成许 多人为故障，严重影响了工厂生产以及居 民的冬季供 暖。为使锅炉系统能在安全条件下长期、稳定 、可靠 地运行 ，我们对其原有电路进行 了改进 ，通过实际运 行 证 明效果较 好 。 1 改进 前锅 炉控 制 系统存 在 的不足 锅 炉 系统控制 电路 改进 前 主要有 以下 不足 1 锅炉燃烧系统的启动按照单机单台控制 ，相 互 之 间没有 顺序控 制功 能及 互锁 关 系 。如 果操 作者 操 作燃烧设备的顺序一旦出现失误 ， 就可能引发故障。 例 如按锅炉运行规程要求 ，燃烧设备的启动顺序应为先 开出渣机 、后 开炉 排机 ，以防止 出渣 机被 炉渣 挤住 出 现 卡死现 象 。 2 在冬 季供 暖 时 ，为 防止 锅炉 的低 温运 行 ，对 锅炉的回水温度作 了规定，要求供暖期 间温度不可低 于 5 5 C。由于原锅炉控制电路无 自动控温功能 ，若夜 收稿 日期 2 0 0 7 1 0 1 0 ；修 回 日期 2 0 0 8 0 1 1 3 作者简介 李奇平 1 9 5 7 一 ， 男 ． 河北滦县人 ， 高级实验师 。 本科 。 间无人值守，常常使锅炉夜间处于低温运行状态 ，严 重影响了供热质量 。 3 为保障居 民的生活供热， 锅炉一旦投入使用， 在供暖期间应连续、可靠运行 。如果循环水泵电机因 过热或其它原因停机时 ，锅炉压力将不断上升，因循 环泵房与锅炉操作室不在一起 ，加之噪声的影响，操 作者 不易及 时发 现 ，导致 热 水大量 汽 化 ，严 重 时 ，造 成 “ 汽水冲击”事故的发生 ，危及人民生命及财产的 安全 。 4 因锅炉采用的是常压供热方式 ，为防止热水 汽化一般要求出水温度不得高于 9 5 l C， 但原电路中无 出水 温度超 温报 警功 能 。 2用 S 7 2 0 0 P L C对 原锅 炉控 制 系统进 行改进 针 对原 锅炉 系统 控制 电路存在 的 不足 ，结合锅 炉 系统运 行 的工艺 规程 ， 用西 门子 S 7 2 0 0 P I C对锅 炉 系统控 制 电路进 行 了改进 。 西 门子 S 7 2 0 0 P I C是 小型 模块 化 P I C系统 ， 可 用于传统的继电逻辑控制 、计数和定时控制 ，还具有 运算、模拟量处理及通讯能力 。它具有丰富的数字量 扩展模块、模拟量扩展模块、通讯模块等。改进后的 锅炉系统控制原理见图 1 ，其 主要功能如下 1 顺序启动功能 锅炉燃烧设备的启动将按照 设 定 的程序 逐 台按 时序运 行 。正 常运行 时严 格遵守 如 下 程序 出渣 电动机 启 动运 行 ， 引 风 电动机启 动运行 ， 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 6 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 0 8年 第 3 期 鼓风电动机启动运行 ，炉排电动机启动运行 。由于加 入了互锁功能 ，配合不同的延时设定 ，可消除人为操 作失误造成的影响。 2 温度控制功能 为保证锅炉回水温度在设定 的范 围内， 采用 电接点温度表控制锅炉的燃烧设备。 当 回水温度在下限值时，锅炉将提示操作人员并投入 自 动运行状态；当回水温度到达上限值时 ，又能 自动停 止锅炉的运行 。这样靠控制回水温度来保证供暖温度 在设 定 的温 度 范 围内 。 3 超压保护功能 当锅炉在运行 中压力升高， 到 达设定的压力上限值时，保护电路压力超限指示灯显 示超压状态 ，并发 出报警声 ，同时 自动切断锅炉的控 制电路 ，锅炉随之停炉。 4 出水超温报警功能 为了防止锅炉热水汽化， 在出水 口设置了出水温度上限值。当出水温度达到设 定值时，保护电路将会发出报警声 ，同时锅炉停炉 。 5 紧急停炉功能 当锅炉在运行 中出现紧急故 障时，操作者可启动紧急停炉电路 ，切断相关设备的 电源，锅炉将迅速停止运行。 图 1 改 进 后 锅 炉 系 统控 制 原理 图 3软 件实现 供 暖时 ，锅炉 在正 常运行 情况 下始 终受 回水温 度 的控制 ， 锅炉运行设备 的启动程序见图 2 。 锅炉运行设 备在启动时 ，要遵循以下启动顺序 出渣机首先投入 运行 ；延时后 ，引风电动机星形降压启动 ，三角形连 接运转 ；延时后 ，鼓风电动机启动运转 ；最后 ，再经 延时，炉排电动机启动运转。 锅炉运行参数监测程序见图 3 。回水温度从下 限 值开始上升，当回水温度在低限时 ，报警提示 ；超过 上限温度时， 自动停炉 。当发生锅炉出水口水温过高、 锅炉超压等异常情况时，进入非正常运行工况，系统 也会 及 时报警 以采 取相应 的措施进 行处理 。 4结束 语 通过技术改造，使锅炉系统 的运行性能得到了明 显 的改善 ，实现了锅炉系统温度的 自动控制。锅炉系 统各设备间具有互锁及顺序启动功能 ，增强了操作者 的随机控制能力 ，提高了锅炉系统运行的安全性和可 靠性 。 厂 出渣 电机 故 障 ＼ ／ 延 时1 5 s 出渣电机启动 ／ i 二 二 [ 勰 ／ l N 面 鼓风电机启动 Y r_ ’ J停 机 炉排 电机 启动 墨 竺 l 炉排电机 ＼、 故障 ／／ 图 2 锅炉运行设备启动程序框 图 图 3 锅炉运行参数监测程序框图 参 考文 献和 英 文摘要 转第 1 3 9页 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 8年第 3 期 机 械 工 程 与 自 动 化 1 3 9 即使在停机状态也必须开机 ， 因此在 自动工作状态， 清 污机运行还受液位差控制器及定时时间的控制，见图 2 。即当设备处在间歇停止状态时 ， 栅体前 、 后 的液位 差达到一定的设定值或保持间断工作的定 时时间到 ， X2 2闭合 ， M3接通， M3 9 2工作 ， 设备即投入工作， 可 根据实际情况灵活运行操作 。 5 过 载保护 。当设备 发 生机械 过 载或 电机 过载 等故障时 ，X 2和 X1 0闭合 ，MI O 0得电，报警并控制 相应继 电输 出。 在每一动作程序均设有常闭点 X1 7 ， 急 停按钮启动后 ，所有常闭点 X1 7断开，相应电机停止 运 转 ，见 图 4 。 4 安 装及 使用 注意事 项 1 P I C要 求 环境 温度 在 0 C～5 5 C，安装 时不 能将其 放在 发热量 大 的元器 件下 面 ， 四周 通风 散 热的 空间应足够大。如果周围环境超过 5 5 lC，则应安装 电 风扇强 迫通 风 。 2 为了抑制加在电源及输入端、 输出端的干扰， 应给 P L C接上专用地线，接地点应与动力设 备 如 电 机 的接地点分开 ， 若达不到这种要求 ， 则必须做到与 其它设备公共接地 ，禁止与其它设备串联接地 。 3 对 电源 的要 求 。P I C供 电 电源 为 5 0 Hz 、 2 2 0 1 土1 0 ％ V交 流 电 。对 于 电源线 来 的干扰 ，应 安 装一台带屏蔽层的变比为 1 1的隔离变压器 ， 然后再 接入 P I C。若 现场 电源 质量 满足 不 了上述 要求 ，则需 设 置一个 精度较 高 的稳 压 电源 。 4 P L C在使用 中会因外界干扰 、后备电池电量 耗尽和硬件等因素丢失其内部程序。一旦发生此类情 况 ，若不能及时将原程序重新装入，则将造成设备的 全面瘫痪 ，这就需要做好程序的备份 。 5 结 束语 P L C应用于污水厂清污机的 自动控制 ， 实现了清 污抓斗下行、开耙、闭耙 、提升、卸渣 5 个机械动作 ， 按照预先设定的时间运行，直至限制各个动作的接近 开关接到信号为止 。运行实践证明，与传统继电器控 制相 比， P L C控制节省了大量时间继电器、 计数器 、 步 进控制开关等设备 ，提高了自动控制的准确性和可靠 性 ，同时保障了被控设备的运行安全 ，具有 良好的经 济效益和社会效益 。 参考文献 [ 1 ] 陈富安 ， 朱 运利 ， 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ma c hi ne 上接 第 1 3 6页 [ 2 3 齐占庆． 机床电气控制技术[ M] ． 第 3 版． 北京 机械工业 参考 文献 出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 1 3 西 门子 中 国 有 限公 司 自动化与驱 动集 团． 深入 浅 出西 [ 3 3 贺平 ， 孙刚． 供热工程[ M] ． 第 3版． 北京 中国建筑 工业出 门子 7 --2 0 0 P L C [ M] ． I L F , ； 北 京航空航天 大学 出版社 ， 版社 ， 1 9 9 3 ． 20 03 ． I m p r o v e m e nt o f Co n t r o l S y s t e m f o r No r m a l Pr e s s u r e H 0 t wa t e r Bo i l e r wi t h S 7 2 0 0 PLC LI Qi p i n g ， WANG F u b i n ， LI Xi a o y i 1 ．Co mpu t e r a n d Au t o m a t i c Co n t r o l Co l l e g e，He b e i Po l y t e c h ni c Un i v e r s i t y．Ta n g s h a n 06 3 00 9 ，Ch i n a；2 ．Libr a r y，Nor t h Chi n a Co a l M e d i c a l U n i v e r s i t y， Ta n g s h a n 0 6 3 0 0 0， Ch i n a Abs t r a c t The s ho r t c omi ngs of c o nt r o l s ys t e m a nd wo r ke r s’un s ui t ab l e op e r a t i o n r e s ul t i n f a ul t t a ki n g p l a c e f r e q ue nt l y whe n t he f o r me r b o i l e r wo r k i n g ． To i mp r o v e t h e s e c u r i t y a n d r e l i a b i l i t y o f t h e b o i l e r s y s t e m ， t h e p a p e r a p p l i e d S7 2 0 0 PLC t O t h e b o i l e r c o nt r ol s y s t e m ． The i mpr o v e d s y s t e m wo r ks we l 1 ． Ke y wo r ds bo i l e r c ont r o l c i r c ui t； t e c h nol og y i mpr o v e m e n t； PLC 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m