鍋爐供暖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

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摘要：針對(duì)某大廈完成一整套燃?xì)鉄崴?a href="http://mug-factory.cn/lunwen/kzxtlw/167311.html" target="_blank">鍋爐的手自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用西門子軟件PLC控制，同時(shí)使用上位機(jī)監(jiān)控的數(shù)字化生產(chǎn)系統(tǒng)，最終通過(guò)驗(yàn)收并投入生產(chǎn)使用。降低了人工的工作強(qiáng)度，在保證供暖系統(tǒng)高效運(yùn)行的同時(shí)，提升了整個(gè)流程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：鍋爐供暖；PLC；WinCC

在我國(guó)部分偏遠(yuǎn)地區(qū)普遍使用的鍋爐供暖技術(shù)中，相當(dāng)多的鍋爐仍舊采用傳統(tǒng)方式對(duì)整個(gè)供暖過(guò)程進(jìn)行控制，整個(gè)過(guò)程能源浪費(fèi)嚴(yán)重，設(shè)備的啟停、燃料的投放等都過(guò)度依賴操作員人工操作，無(wú)論是從工作效率還是工作安全角度，都不是很好的選擇［1］。針對(duì)上述問(wèn)題，本項(xiàng)目針對(duì)大連某大廈自供暖項(xiàng)目對(duì)大廈內(nèi)部供暖要求設(shè)計(jì)了以西門子S7－300PLC為控制核心的燃?xì)夤┡仩t控制系統(tǒng)，并配置計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)組態(tài)軟件對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，構(gòu)建人機(jī)界面。該大廈位于大連金州區(qū)，地上8層和地下一層，采暖面積20000m2，設(shè)備間位于半地下一層。整個(gè)供暖系統(tǒng)全部由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，系統(tǒng)的操作除了工程師外，操作員也可以很容易操作整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，這樣就節(jié)省了大量的人力資源，并且整個(gè)操作過(guò)程可以在操作室進(jìn)行，保證了整個(gè)操作的安全性。

1燃?xì)忮仩t供暖系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1．1鍋爐供暖系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)介

整個(gè)燃?xì)忮仩t供暖系統(tǒng)的工作流程為：向燃燒器內(nèi)供應(yīng)天然氣與空氣的混合燃料，點(diǎn)燃后對(duì)鍋爐內(nèi)的水進(jìn)行一次加熱，同時(shí)，鍋爐內(nèi)的進(jìn)口與出口的水是通過(guò)水溫造成的重度差進(jìn)行循環(huán)，將熱水傳輸給需要供暖的區(qū)域，對(duì)循環(huán)回來(lái)的冷水進(jìn)行加熱［2］。整個(gè)系統(tǒng)主要由管道內(nèi)水循環(huán)和鍋爐燃燒兩部分構(gòu)成：1）管道內(nèi)水循環(huán)：自來(lái)水經(jīng)過(guò)過(guò)濾軟化處理以后，經(jīng)由分水器進(jìn)入供暖管道內(nèi)部，送入鍋爐中，進(jìn)行加熱后，經(jīng)由換熱泵管網(wǎng)送至用戶處用于取暖。經(jīng)由用戶出散熱后，經(jīng)過(guò)換熱站，再次經(jīng)由循環(huán)泵管網(wǎng)送至鍋爐內(nèi)加熱。2）鍋爐燃燒系統(tǒng)：由鼓風(fēng)機(jī)向燃燒爐內(nèi)輸送一定比例的天然氣和空氣，進(jìn)行點(diǎn)燃后，對(duì)鍋爐內(nèi)的水進(jìn)行加熱。

1．2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，本次設(shè)計(jì)一種由PLC和觸摸屏以及組態(tài)軟件WinCC共同控制的人機(jī)合作控制系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)燃?xì)夤┡^(guò)程的監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、參數(shù)設(shè)定以及數(shù)據(jù)記錄［3］。保證安全運(yùn)行的同時(shí)也保證整個(gè)控制過(guò)程更加高效。整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。鍋爐控制是一個(gè)多輸入多輸出的系統(tǒng)，PLC負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和控制，其中的被控變量一共有三個(gè)，燃?xì)饬?、鼓風(fēng)量和送水量。通過(guò)控制燃?xì)獗壤y的開(kāi)度控制天然氣的輸入量、通過(guò)控制鼓風(fēng)機(jī)的頻率來(lái)判斷空氣的輸入量；通過(guò)控制進(jìn)水口的開(kāi)關(guān)開(kāi)度控制進(jìn)水量［4］。PLC同時(shí)接受鍋爐上的水位、壓力和溫度傳感器，通過(guò)模擬量數(shù)據(jù)模塊讀入數(shù)據(jù)，通過(guò)這些來(lái)控制鍋爐的運(yùn)行。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)共有97個(gè)模擬量輸入輸出點(diǎn)；158數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)。如表1所示。

2燃?xì)忮仩t監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本次控制系統(tǒng)采用IPC－610H為工控主機(jī)，S7－300PLC和ET200M分站作為下位機(jī)的設(shè)備，中間用PROFINET總線相連接；PLC與三個(gè)ET200M分站之間采用PROFIBUS總線以樹(shù)形方式連接［5］。整個(gè)硬件設(shè)計(jì)圖如圖2所示。本次系統(tǒng)選用的CPU是西門子的315－2DP模塊；電源選用LRS－350模塊；數(shù)字量輸入輸出模塊選用16通道的SM321，模擬量輸入輸出模塊選用8路通道的SM322模塊，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)把余量控制在10％～15％。

3監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)軟件由上位機(jī)軟件WinCC和下位機(jī)軟件STEP－7兩部分組成。如圖3所示：其中下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用西門子STEP－7編程軟件進(jìn)行子程序的控制，包括通信子程序；控制子程序包括溫度控制子程序、壓力控制子程序、燃?xì)饬靠刂谱映绦蚝筒蓸幼映绦虻龋?］；PLC主程序如圖4所示。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用WinCC7．4，工控機(jī)使用研華公司的IPC－610H，通過(guò)以太網(wǎng)與PLC程序相連接，將整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況以動(dòng)態(tài)形式顯示出來(lái)［7］。監(jiān)控畫面包括參數(shù)設(shè)定區(qū)域：操作員可以在監(jiān)控室對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；報(bào)警區(qū)域：監(jiān)控畫面可以實(shí)時(shí)顯示整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)操作過(guò)程中鍋爐壓力、天然氣濃度、送水溫度以及回水溫度不在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警程序，工作人員對(duì)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整或者急停等；數(shù)據(jù)報(bào)表：方便工作人員參考和查找歷史數(shù)據(jù)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程把握更準(zhǔn)確［8］。監(jiān)控主頁(yè)面如圖5所示。

4結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)采用西門子S7－300和WinCC組態(tài)軟件相配合，投入使用以來(lái)，系統(tǒng)穩(wěn)定，不但減少了燃料的浪費(fèi)，還節(jié)省了大量的人力，在保證設(shè)備高效運(yùn)行的同時(shí)也保障了安全性。

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作者：汪依銳 單位：西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院