燃气热水锅炉控制方案要求.docx

基于PLC的锅炉供热控制系统及节能管理平台的设计需求一、需求目的：一个锅炉监控系统应主要包含以下几个部分：（1） 各种设备状态和系统状态的采集；（2） 锅炉和各种执行机构的控制。设备状态的采集主要是锅炉输出的状态点，循环泵和补水泵给出的状态点，以及水箱等设备的状态点。锅炉的状态点主要包括锅炉的运行状态点、水箱的液位状态点、锅炉故障状态点、锅炉出水温度、锅炉回水温度、锅炉排烟温度；循环泵、补水泵以及电动调节阀等辅助其工作的变频设备的状态点。系统状态的采集主要分为一次侧和二次侧。一次侧是锅炉到换热器之间的水循环系统，二次侧是到末端的水循环系统主要是指换热器循环系统。一次侧采集的状态包括一次侧供水温度、一次侧回水温度、一次侧供水压力、一次侧回水压力、烟温及燃烧机的工作状态及水箱水位、；二次侧采集的状态包括二次侧供水温度、二次侧回水温度、二次侧供水压力、二次侧回水压力；还有室外温度的采集，即可根据室外温度实现锅炉监控系统的自动控制。锅炉和各种执行机构的控制主要是对锅炉本体的启停控制和各种电动阀门的控制。将锅炉房内各个设备、仪器仪表、传感器、执行机构及通讯模块组成在线监控系统，通过完成对锅炉房和其它现场设备的数据采集和控制功能从而实现锅炉房的全自动控制，能够安全启停机组，达到无人值守。 供热管网通过控制系统的在线监测应实现以下目的：（1）监控各管网节点的实时数据，为系统管理和科学管理进行调度提供参数数据；（2）系统平衡功能计算，供热管网内的热水流动需要一定的水泵做功来完成，不合理的管网设计和建造将带来极大的能源浪费，通过对管网的相关部位的压力检测、增设压力调节阀，对管网的各部分压力进行合理的平衡分配（水平衡、热平衡等），可以大大地降低管网水泵的能源消耗；（3）异常报警，做到对管网异常及时准确响应；（4）可以监测各个主、支线管网，重要客户的实时用气量、对水、电、气实时采集，以便监管和控制。二、燃气锅炉供热控制系统硬件部分：1、PLC是整个控制系统的核心部件,采用西门子系列可编程逻辑控制器；2、现场数据采集系统由温度传感器、压力传感器、燃气报警器、火焰监视器、水位传感器等组成；3、智能化触摸屏人机界面可采用西门子相关设备（含软键盘、显示器）。它的主要用途有:显示信息;设定和修改参数;提供自定义功能键;提供密码保护；4、管道传感器采用PT100；5、环境传感器采用无线传输；6、安装声光报警装置；7、一次泵采用接触器控制；三、控制柜人机界面要求：1、中文显示：本系统通过专为热水锅炉设计的面板，可方便地通过中文信息实现直观的人机对话。2、供热系统中需实时显示的各项监测数据如下：（1）燃烧机开、停机及遇故障紧急停机显示；（2）炉膛火焰的形式显示：小火、大火(根据回水温度自动切换)；（3）热力循环系统温度、压力显示：一次侧供、回水系统；二次侧供、回水系统；（4）锅炉排烟温度显示，温度过高则自动停炉；（5）环境温度参数显示：三个室外天气环境监测点；三个室内末端用户监测点；（6）对锅炉系统各类当前故障用中文实时显示；（7）室外供热管网系统各个监测点压力、温度实时显示；（8）燃烧机实时用气量显示；（9）采暖供水温度、采暖回水温度、采暖供水压力、采暖回水压力、生活供水温度、生活回水温度、生活供水压力、生活回水压力、水流量、供热量等各种数据实时上传；（10）各个运转设备（给水泵，循环水泵，风机，阀门等）的运行状态；3、设置功能键显示；4、指纹采集功能并可导出；5、有历史故障的发生时间、内容及故障原因记录（黑匣子）功能并中文显示。四、锅炉及供热管网运行系统的监测控制程序 热水锅炉运行前的准备通常热水锅炉是与热水网路连在一体的，因此必须着重做好全网路运行前的准备。(一) 该控制系统需对于新投入或长期停运后的锅炉及网路系统设置运行前的管网冲洗、充水检测。（二）在锅炉投运前，应对锅炉及采暖系统进行必要的检测，检查的内容是：锅炉的启动前需要自动检测各反馈信号是否达到安全运行要求，若未达到启动条件则显示报警，启动保护主要如下：低水位报警、蒸汽超压报警、熄火故障报警、燃气压力故障报警、限位故障报警、天然气检漏失败报警、燃气阀开、燃烧机无故障、循环水泵无故障并且运行等必要的前提条件。只能在所有条件都满足的条件下才能从PLC给燃烧机输出允许锅炉启动的信号。这个条件无论是自动控制还是手动控制都需要给到锅炉燃烧机才能启动锅炉。（三）锅炉启动的程序。判断是否有启动信号，是何种启动信号（自动启动/手动启动），通过判断锅炉循环给水泵是否能够形成水循环。这样做的目的是处于安全的考虑，如果锅炉本体水流不能循环会发生危险。燃气电磁阀阀没有打开，那么锅炉启动前提条件必不满足，锅炉允许启动信号不满足导致锅炉不能启动。待锅炉满足启动条件后，启动程序方可输出启动信号。需要注意的一点是自动启动和手动启动信号的互锁，即选择自动控制时，复位手动启动信号，选择手动控制时，复位自动启动信号。按下启动开关，引风机便开始动作，待引风机电流正常后，送风机随之动作，进行前吹扫。若无其他异常变化，点火系统的阀门打开将点火所需燃料供给喷嘴；喷嘴燃烧控制阀打开，此时应处于低流量燃烧状态，火焰检测器依据燃烧情况，发出检测信号来加大燃料流量调节阀及风机风门开度；燃烧状态正常后，点火系统阀门即关闭。启动程序完成后，进入燃烧控制程序。根据采集的实时数据，控制燃烧机的送风量，来调节火焰的大小。锅炉的大、小火调节转换需要按照锅炉运行的温度或压力来进行调整。当实际压力或温度接近设置温度或压力时实现火位转换即可。例如，既温度在某个设定点如75度以下时烧大火，超过75度烧小火，到85度停机。如果烧小火温度不够，可以将设定温度调高，如调到80度再转小火。本控制系统应具有燃气泄漏保护、燃气压力高保护、燃气压力低保护和对燃烧机的燃烧故障及燃烧风机的故障有完整的报警保护及记录。（四）锅炉停止的程序。锅炉停止是相对于锅炉启动的一个逆向过程。锅炉在运行过程通过对各个状态点的监测，一旦发现有异常情况发生，控制系统应及时报警并紧急停炉。例如，锅炉水位低于水位计可见水位或高于允许的最高水位时，即锅炉发生严重缺水或严重满水时；主给水管道、主蒸汽管道、再热蒸汽管道爆破时；炉膛内或烟道内发生爆燃，使设备遭到严重损坏时，以及炉膛灭火时；排烟温度突然不正常地升高时；安全阀动作后不回座，压力超出安全阀动作压力，而安全阀不动作；所有水位计损坏及所有水位计失去指示时。（五）热水锅炉正常运行后，对供热系统的控制1、实行稳定控制与动态识别控制相互切换，使其控制起来比较人性化。 稳定控制是指整个系统按照时间进行控制，对于不同的用户和不同的时间段按照固定温度进行供暖。比如居民区一天内，从凌晨4点到上午10点，按照一个温度值T1进行供暖；在10点到下午4点左右，按照温度值T2进行供暖；在下午4点到夜里10点，按照T3温度进行供暖；而在此以后到凌晨，则按照T4温度进行供暖。根据实际需要，其中T1，T3的值比T2，T4的值相对较高。而对于教学楼，办公楼等用户，则控制起来相对简单，在夜间只要采用低温供暖即可，白天则可以采用某一固定值进行供暖。动态识别控制策略（气候补偿功能）是指根据外界温度的变化，从而对室内的供热温度进行调节控制。整个冬季室外环境温度是差别是很大的。有的年份初冷期与深冷期的室外环境温度差可达到20。甚至一天24小时的温差也可达到10左右。这样就提出了锅炉必须按不同的环境温度提供不同的热量，同时在一天24小时根据不同的时间段提供相应的热量。根据天气情况的变化来调整总出水温度，通过对三个室外环境监测点温度的采集，从而对总出水温度的设定值起到动态补偿的作用。这样可以避免天气转暖时，出水温度设定过高导致循环水在供热过程中的热损失，从而达到节能降耗的目的。锅炉供水热量公式为：Q=KF(T供-T回)Q：热量F：出水流量K：系数根据实际情况，结合本地历年冬季室外环境温度数据和经验，我们可以制定出锅炉出口水温度随室外温度变化的曲线，使自控系统根据室外温度的变化自动调整锅炉出口水温度的给定值，即做到了实时调整，又避免了人为修改给定值给系统带来的较大扰动，同时节约能源。另外，考虑到在冬季初冷期和深冷期，白天和晚上所需的的热量（负荷）不同，因此，我们考虑，可使自控系统自动跟踪室外温度变化24小时时间变化来自动来自动无扰改变锅炉出口水温度的给定值，至使锅炉提供出的热量与所需热量保持一致其具体的控制方法如下：将出水温度的设定值和室外温度及热量（负荷）的变化联系起来，以出水温度为调节信号，构成回路调节，调节输出控制，即改变燃气量，使锅炉燃烧参数随之改变，以达到出水温度和设定值的一致。设定值随室外温度变化规律室外温度-30-20-10-5 0 5 10设定值 90 80 70 605040 30设定值在一天当中随负荷的变化规律2、给水控制：自动控制给水泵，确保炉内液位在规定的范围内调节。一般情况下，系统补水量应控制在系统循环水量的1%以内。3、锅炉报警、联锁安全保护功能锅炉安全保护系统，应以高精度的数据采集和逻辑判断，进行锅炉和辅机的联锁保护和紧急停机，确保锅炉运行的安全。在断水、超温、超压、熄火、停电的情况下，控制停炉和停泵。对压力、温度等主要参数实现上、下限超限报警、联锁保护。上、下限可由操作人员在线设定、修改。锅炉运行需报警参数如下： (1).锅炉出水压力上下限报警；(2).锅炉出水温度上下限报警；(3).炉膛温度上限报警；(4).系统回水压力上下限报警；(5).系统供水压力上下限报警；(6).系统供水温度上下限报警；(7).炉膛负压上下限报警；(8).补水水箱水位上下限报警；(9).锅炉供水流量下限报警；(10).回水压力过低报警(11).炉内液位缺水保护功能。通过水位电极传感信号检测实现保护。当锅炉缺水时，中文显示屏会显示锅炉缺水故障并停机报警。(12).本控制系统对排烟温度不仅起显示作用，还起保护作用：当锅炉满负荷运行正常后，当排烟温度值高于排温度最高设定值时，系统声光报警。(13).供水温度过高报警、超高联锁停炉；(14).供水压力过低报警、超低联锁停炉；(15).锅炉出水流量过低报警、超低联锁停炉；(16).当联锁停炉时，控制系统应按先停燃烧机，循环水泵正常实则不得立即停泵，到锅炉出口水温降到50以下时，才能停止循环水泵的运转顺序停炉。排除故障后需人工复位，方能重新开机。 （17).冬季低温防冻功能：当冬季寒冷运行时，锅炉回水温度低于预定最低防冻温度时开始自启动锅炉防冻功能，防止管道和设备冻裂意外情况发生。 （18).循环水泵自投备用功能：两台循环水泵互为备用/联机自启动功能，一旦某一水泵发生故障另一台水泵立即自动投入运行。保证了热水循环系统的安全性五、供热管网系统节能管理控制 1、锅炉的运行记录数据统计分析后，形成各种图形报表（1）起停记录（2）超温保护及报警记录（3）超压保护及报警记录（4）熄火保护及报警记录（5）燃气泄露保护及报警记录 2、末端服务质量采集分析（用户室内温度）通过对三个末端用户室内环境监测点温度的采集，分析采集数据，及时调整运行中的供热系统。3、收费系统交费情况的统计分析，并形成相应报表4、实时采集天然气用量、用电量、用水量、补水泵的补水量并形成相应的报表。5、供热管网的热平衡数据统计分析，并提供数据分析的相应报表。6、供热管网的水