文献综述-PLC在锅炉供暖系统中的应用

PLC 在锅炉供暖系统中的应用摘要：本文主要采用温度传感器来采集室外温度信号、 锅炉出回水温度信号、锅炉内水温信号及用水位传感器来采集锅炉水位信号，并把 这些信号通 过模数转换模块送给 PLC,与 PLC内部设定的参数进行比较，以判断是否需要用 变频器来调节 循环泵的转速变化、 锅炉炉膛负压是否需要调节及锅炉是否需要补水，从而 实现 PLC 的自 动控制的目的。关键词：可编程控制器（PLC）， 传感器，变频器，自动控制， Abstract：The text mostly adopts temperature transducer to collect signal of the temperature outside room、signal of out and in water temperature and boiler water temperature, adopts water level transducer to collect signal of boiler water level, makes use of transducer controlling rotate speed of circulation pump and sends the signals to PLC with modulus diversion. Then, the signals compare with parameter of enactment inside of PLC, in order to judge whether PLC need to put up relevant operation, and that realize auto-control of PLC. Key words: Programmable Logic Controller; sensor; transducer; Auto-control1 引言20 世纪 60 年代，供暖锅炉控制的 过程主要是继电器控制系 统，但 继电器控制存在着很多的缺陷。而且目前应用的锅炉供暖循 环和补水系统中,大都存在着能耗大、稳定性不高、操作劳动强度大的问题,造成了极大的资源浪费。针对这一系列 问题,采用 PLC 控制的变频调速系统对其进行改造,对循环泵、 补水泵进行自动控制,稳定性得到很大提高 ,节能效果显著，并且循环泵电机实现软启动,补水泵电机实现软启、 软停,减少了 对电器和机械的冲击,延长了其使用寿命,有效地减少了维护量。 PLC 在供暖锅炉的控制有着十分重要的作用，它有通用性强、安装简单、维修方便、可靠性高、抗干 扰能力强、 编程简单等特点。2 系统设计方案本系统的主要组成部分有:温度和水位控制部分功能 ,循环控制部分, 故障报警部分。 组成框图如图1所示。循环泵部分,循环系统有2 台75 kW循环泵,互为备用，根据锅炉的出回水温度的差来控制循环泵的转速。补水部分,补水系统有2 台7. 5kW补水泵,互为备用,根据水位传感器检测到的水位确定PLC给执行怎样做。温度控制部分,当室外温度低于设定的值时，需要开气引 风 机和加快循环泵的转速，否 则不需要；当水温在设定范围内，自 动运行。当水温不在 设定范 围内，需要开引风机和加煤。3 系统硬件部分配置加热模块温度检测模块水位检测模块加水模块显示模块循环模块图 1 系统框图PLC2整个供暖控制系统由可编程序控制器( PLC) 、变频器 1 台、传感器 9 台（室外温度、出水温度、回水温度、锅炉水温、下下限水位、下限水位、上限水位、上上限水位、锅炉压力）、2台循环电机和 2 台补水电机、引 风机、送煤机等 设备组成。3.1 PLC 的配置本系统采用了松下公司的 FPO 系列 PLC，由于它的模块化设计为适应具体的应用提供了极大的灵活性，便于扩展功能，有效的提高了系统的经济 性。FPO-C32 的主要功能有：快速的中央处理运算能力，极丰富的编程指令集，操作便捷，易于掌握；强大的通讯能力，丰富的 扩展模块，系 统设计与调试 周期短。3.2 变频器配置在本系统中选用 ABB 公司的 ACS600 变频器。ACS600 变频器具有很宽的功率范围（2.23000kw）可以满足本设计 的要求 75kw 和 7.5kw，优良的速度控制和转矩控制，并具有完整的保护功能以及灵活的编程能力 1。3.3 调节阀配置电动调节阀选用西门子的 VVF592。该电动调解阀的额定冲程 20mm 的法兰二通阀PN25，适用于开路或 闭路中的低 压热水，生活 热水，高压热水，热油，饱和或过热蒸汽，介 质温度为 1-220OC。手动调解阀采用上海良工品牌的铸钢涡轮 蝶阀。3.4 传感器配置在系统中用到了温度传感器、水位 传感器、 压力传感器。采用温度传感器 PT100 检测温度 ,它是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热阻传感器,可以工作在 -200 至 6500C 的范围。采用光敏三极管检测水位用高亮二极管与光敏三极管 3DU 配合检测水位 2。采用 MS3 系列 压力变送器检测压力，它 产生具有压力范围广、耐磨 损、抗冲击及耐腐蚀等突出特点，能在严寒地区及高温地区 长期工作。4 系统的具体设计与实现本系统的主要功能有: 检测部分功能、控制部分功能、故障 报警功能。系统原理框图如图 2 所示。4.1 温度控制部分本系统中，采用供暖温度自动调节 功，即根出水温度 回水温度可编程控制器 PLC循环变频器1 循环泵2 循环泵 保护、报警补水系统1 补水泵2 补水泵水温水位下限下下限和上上限水位上限图 2 原理框图据室外温度变化，能自动调节给 定温度。 这可以用一个室外的 传感器，来采集并把它送到PLC，并与设定的温度相比，看是否需要供暖和是否需要开气引风机和送煤。当室外温度低于某一值时，就需要开始供暖，否则就不需要了。在负载一定时，该部分用一个温度传感器来测量水温，并把这个温度之送入 PLC，进行计算。把所得的值与给定温度通过 PID 算法来控制是否需要开引风机和加煤、是否需要加大 电磁阀的阀门 、是否需要加快循 环泵的转速。 4.2 补水控制部分用高亮二极管与光敏三极管 3DU 配合检测水位，不透明悬浮物随水位而上下移动 ，其以安装在最下面的高亮二极管和三极管为例，来 说明其检测 水位的原理。 实现方法如图 4 所示。当水位未到达安装位置时 ，高亮二极管 发出的光就能透过 玻璃管和水到达光敏三极管，此时光敏三极管就会导通；当水位到达安装位置时，不透明 悬 浮 图 3 水位检测实现方法图 物就会挡住高亮二极管发出的光，此 时光敏三极管不导通。用此方法来检测水位，当水位到达下限值，自动开启补水泵 1；当水位值到达上限值时，自动关闭补水泵 1；当水位到达下下限值，系统报警；当水位值到达上限 值时，系 统报警。报警系统开启，补水泵 2 开 始工作。当补水泵 1 出现故障时即该停止补水时没有停止， 该补水时 没有补水。两台 补水泵都故障时整个系统断电，系统停止工作。 4.3 循环泵部分循环泵部分的子程序部分当出水温度和回水温度在规定范围之内，开启循环泵 1，有 变频器控制循环泵的转速，使锅 炉内水循环达到供暖。当循 环泵 1 出现故障时，用备用的循环泵 2。循环泵 1 出现故障即是出水温度与回水温度的差 值 非常大即设定的最大温差时，循 环泵故障报警，改用循环泵 2 来替代循 环泵 1 工作。被替代的泵在循环顺序中可以自动跳过,顺沿循环。循环框图如图 4 所示 4。4.4 手动/ 自动切换部分对原系统的控制电路进行改造时,保留原系统的手动控制功能,以备变频调速系统出故障时使用.在控制台上设有手动/ 自动选择的万能转换开关。系统在启动时，不能用自动控制，所以设置一个手动控制功能。当采用手 动控制时， 电动调节阀处 于全开状态，PLC 不再起控制作用而相当于一个接口。入汽流量有手动控制阀门来控制。设定值、当开关置于自动位置图 4 循环控制流程图 循环泵 故障 吗？温差为设 定值吗？开启循环泵 1温度 检测YNN循环泵 2 工作Y开始返回4时系统的启动控制权在 PLC ,置于手动位置时,利用原系统进 行手动控制。4.5 报警与保护补水失灵报警，再补水过程中，当水位到达下下限水位 时，报警系统报警，开启补水泵。当水位到达上上限水位时，报 警系统报警，关 闭补水泵。 循环泵故障报警，开启循环泵 后，一定 时间内出水温度和回水温 读的差值很大，认为此循环泵故障报警，开启另一台循 环泵。5 系统软件的实现5.1 I/O 口的分配表 1 I/O 口分配表输入口分配 输出口分配X0 SB1 室外温度设置 Y0 引风机X1 SB2 出回水温度差设置 2 Y1 循环泵 1X2 SB3 取消报警 Y2 循环泵 2X3 SB4 压力设置 Y3 补水泵 1X4 下下限水位 Y4 补水泵 2X5 下限水位 Y5 故障报警铃X6 上限水位 Y6 报警灯X7 上上限水位 Y7 送煤机X8 室外温度采集X9 压力采集XA 出水温度采集XB 入水温度采集图 5 PLC 接线图系统选用日本松下的FPO-C32可编程序控制器,压力传感器选用电阻远传压力表;温度传感器选用pt100,测得的温度电压 信号5V送到PLC 的 A/D 模块. 接线图如图5所示。5.2 初始化子程序部分这一部分包括状态初始化子程序和 PID 初始化子程序. 状态初始化子程序主要在 PLC每 1 个扫描周期开始时对系统参数及状态进行设置;而 PID 初始化子程度是对锅炉内的高低水位、回水温度和出水温度、室外温度的模拟量 PID 控制参数表的写入和地址分配 5。6 结束语本文利用 PLC 完善的功能与温度传感器、光敏三极管、压力传感器、变频器等相结合，有效而可靠地实现了对供暖锅炉的自动控制。 实践表明 PLC 抗干扰能力好，寿命长，可靠性高，非常适合工业控制系统及 类似的生产线，大有推广 应用的价 值。循环泵子程序部分，循环泵控制梯形 图如6所示。图6 循环泵控制梯形图温度控制部分梯形图如图7所示。图 7 温度控制部分梯形图6参考文献 1 袁希光等.传感器技术手册M. 北京国防工业出版社,19862 王永平，陈建华.基于 S7200PLC 的高性能电热锅炉控制