電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計探究
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摘要：文章設(shè)計了一種以可編程邏輯控制器為控制器的電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要利用模擬量輸入/輸出模塊將傳感感器采集的模擬量輸入可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器通過計算選擇合適的控制方案，從而得到一套自動化程度較高的電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器控制加熱管及水泵，通過添加EM235模塊，使可編程邏輯控制器采集傳感器中的模擬量，以STEP7-MicroWin為開發(fā)工具，用梯形圖語言對可編程邏輯控制器進行編程，使電熱鍋爐得到自動化程度高的控制。文章還進行了大量仿真實驗，在實驗過程中，隨著模擬量的變化，電熱鍋爐的控制方式也不斷變化，從而實現(xiàn)鍋爐自動控制與報警等。
關(guān)鍵詞：電熱鍋爐；供熱系統(tǒng)；自動控制
1電熱鍋爐供熱系統(tǒng)概述
隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社會生產(chǎn)率的提高，鍋爐在各個方面廣泛使用，成為生產(chǎn)力發(fā)展的重要熱工裝置之一。在現(xiàn)代化過程中需要很多能源，但我國能源的利用率并不高，提高鍋爐的加熱效率非常重要。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，鍋爐控制方法進入人們的視野，人們對控制系統(tǒng)的要求越來越高。沒有好的控制裝置，就不能反映鍋爐的優(yōu)點。鍋爐最重要的標(biāo)準(zhǔn)是控制系統(tǒng)水平。電爐自動控制的主要作用是限制鍋爐壓力、溫度和其他物理參數(shù)，并根據(jù)負荷的變化自動控制，使鍋爐的操作安全可靠?？紤]環(huán)境保護條件和我國的實際情況，煤炭燃燒鍋爐效率低、污染重，且存在安全問題，燃料供給不便，正在逐漸消失。在人口密集的學(xué)校、醫(yī)院、酒店、住宅區(qū)等地，燃煤、燃氣鍋爐逐漸被電爐取代。電熱鍋爐供熱系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：1）通過啟停按鈕控制系統(tǒng)的啟停。2）當(dāng)選擇循環(huán)泵手動控制時，將循泵啟1號或循泵啟2號的按鈕按下則啟動相對應(yīng)的泵，啟動后按下循泵1手停或循泵2手停按鈕則可以停止相對應(yīng)的循環(huán)泵。當(dāng)某臺水泵出現(xiàn)缺相時系統(tǒng)會馬上停止該臺水泵并立刻啟動另外一臺水泵，同時警燈亮起。當(dāng)兩臺水泵同時缺相時，系統(tǒng)全停，同時警燈亮起。3）當(dāng)選擇循環(huán)泵自動控制時，一臺循環(huán)泵首先啟動，運行3h后停止，同時另一臺循環(huán)泵開始工作，如此往復(fù)循環(huán)。當(dāng)某臺水泵出現(xiàn)缺相時，系統(tǒng)會馬上停止該臺水泵并立刻啟動另外一臺水泵，同時警燈亮起。當(dāng)兩臺水泵同時缺相時，系統(tǒng)全停同時警燈亮起[1]。4）當(dāng)選擇循環(huán)泵定時控制時，點按定時按鈕一次則兩個循環(huán)泵一起工作30min，當(dāng)連續(xù)點按時，循環(huán)泵工作時間為30min乘點按次數(shù)。當(dāng)某臺水泵出現(xiàn)缺相時系統(tǒng)會馬上停止該臺水泵并立刻啟動另外一臺水泵，同時警燈亮起。當(dāng)兩臺水泵同時缺相時，系統(tǒng)全停同時警燈亮起。5）當(dāng)選擇鍋爐手動控制時，可通過點按手投某管使相應(yīng)的電熱管啟動。當(dāng)出現(xiàn)某根電加熱管缺相時，停止對應(yīng)的電加熱管，同時警燈亮起[2]。6）當(dāng)選擇鍋爐自動控制時，根據(jù)選擇的溫度對比對象采集的溫度，通過采集到的溫度與設(shè)定溫度進行對比得到對應(yīng)的控制方案，并根據(jù)得到的控制方案啟動對應(yīng)的電加熱管。為防止某根電加熱管損耗嚴(yán)重，電加熱管每隔3h輪換一次，采集的溫度越高，電加熱管的數(shù)量越少，采集的溫度越低，電加熱管的數(shù)量越多。當(dāng)出現(xiàn)某根電加熱管缺相時，停止對應(yīng)的電加熱管，同時警燈亮起[3]。7）當(dāng)選擇鍋爐定時控制時，點按定時按鈕一次則所有加熱管一起工作30min，當(dāng)連續(xù)點按時，加熱管工作時間為30min乘點按次數(shù)。當(dāng)某根加熱管出現(xiàn)缺相時，系統(tǒng)會馬上停止對應(yīng)的加熱管，同時警燈亮起。8）從啟動系統(tǒng)開始，PLC控制根據(jù)采集到的壓力選擇補水泵工作，當(dāng)壓力高于設(shè)定壓力時，上限泵停止，反之，低于設(shè)定壓力下限時，泵啟動。兩臺水泵每隔3h輪換一次，當(dāng)某臺水泵出現(xiàn)缺相時，系統(tǒng)會馬上停止該臺水泵，并立刻啟動另外一臺水泵，同時警燈亮起。當(dāng)兩臺水泵同時缺相時，系統(tǒng)全停，同時警燈亮起[4]。9）出現(xiàn)報警時則對應(yīng)的燈閃，同時警鈴響。消鈴按鈕按下后警燈停閃，警鈴?fù)?，只有警報消除時警燈才會滅[5]。
將PLC控制與繼電器、單片機等控制進行比較可以看出，PLC控制是一種適合工業(yè)自動控制的微型計算機，其具有簡單的結(jié)構(gòu)、強大的屏障、廣泛的環(huán)境適應(yīng)能力和較高的控制能力。使用PLC完成電熱鍋爐供熱系統(tǒng)的設(shè)計，易于學(xué)習(xí)掌握、調(diào)試簡單、安全、性能優(yōu)越。PLC控制器由CPU224XP及擴展模塊EM223、模擬量擴展模塊EM235組成，鍋爐的控制方式有自動、手動和定時三種。其中，自動模式下，PLC根據(jù)選擇的參考溫度以及溫度傳感器采集到的溫度選擇對應(yīng)的加熱管投入方案，各加熱管每隔30min循環(huán)投入；手動模式下，PLC可自主選擇加熱管的投入數(shù)量；定時模式下，PLC將加熱管全部投入使用30min，每按一次定時按鈕，定時周期增加一次。循環(huán)泵的控制方式同樣具有自動、手動和定時三種。其中，自動模式下，循環(huán)泵有一臺正常使用，另一臺停機，每隔3h循環(huán)一次；手動模式下，可自主選擇循環(huán)泵的工作數(shù)量；定時模式下將循環(huán)泵全部投入使用30min，每按一次定時按鈕，定時周期增加一次。補水泵根據(jù)PLC采集到的壓力數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)工作數(shù)量。
3電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)程序設(shè)計
電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)程序設(shè)計主要包含子程序編寫及調(diào)用、循環(huán)移位指令、雙整數(shù)轉(zhuǎn)實數(shù)指令、實數(shù)傳送指令、字傳送指令、字節(jié)傳送指令、整數(shù)轉(zhuǎn)雙整數(shù)指令、整數(shù)加法指令、實數(shù)除法指令、實數(shù)比較指令、計時器指令、計數(shù)器指令等。主程序通過啟停按鈕控制系統(tǒng)，調(diào)用各個子程序。通過給各個子程序提供切換脈沖，切換各個子程序。子程序包含循環(huán)泵自動控制子程序、報警子程序、循環(huán)泵手動控制子程序、循環(huán)泵定時控制子程序、鍋爐自動控制子程序、鍋爐手動控制子程序、鍋爐定時控制子程序、鍋爐定時控制子程序等。
4電氣控制系統(tǒng)
鍋爐電氣控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是將各種參數(shù)調(diào)整到合適的范圍內(nèi)，并根據(jù)負荷的變化進行調(diào)整，讓系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。調(diào)整的參數(shù)主要包含壓力、溫度、水位等。鍋爐水位會隨著負荷的變化而變化，轉(zhuǎn)而影響溫度的參數(shù)和蒸汽量的大小，反饋成壓力值。為了保證運行的安全性，要及時調(diào)整壓力值、水位、溫度，將其控制在合理的范圍內(nèi)。在特殊情況下，還需要進行對應(yīng)的電氣控制保護裝置設(shè)計，包含低水位時候的聲光報警、緊急情況下的系統(tǒng)停機、電源的過壓及低壓保護等。對應(yīng)的程序控制命令，除了完成正常工作情況下的啟動、停止外，還需要對過壓力、低水位等特殊情況進行緊急調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。
5結(jié)論
鍋爐的供熱系統(tǒng)具有非常明顯的特點，如大滯后、大干擾、非線性、緊耦合等，是一個非常復(fù)雜的動態(tài)過程。為了達到想要的控制效果與理想的運行效率，傳統(tǒng)的控制方法需要替換為先進控制方法，這對整個系統(tǒng)的節(jié)能和環(huán)境的改善具有非凡的意義。文章引入了PLC的控制方案，利用PLC的功能特點實現(xiàn)對應(yīng)目的的控制方法，保證了鍋爐的經(jīng)濟性，并將調(diào)節(jié)效果整合為最優(yōu)控制方案，為鍋爐系統(tǒng)的整體安全性、可靠性提供了有力的保障。
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作者：耿雁南 單位：青島工學(xué)院