鍋爐供暖控制系統設計分析

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了鍋爐供暖控制系統設計分析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：針對某大廈完成一整套燃氣熱水鍋爐的手自動控制系統，采用西門子軟件PLC控制，同時使用上位機監控的數字化生產系統，最終通過驗收并投入生產使用。降低了人工的工作強度，在保證供暖系統高效運行的同時，提升了整個流程的安全性和經濟性。

關鍵詞：鍋爐供暖；PLC；WinCC

在我國部分偏遠地區普遍使用的鍋爐供暖技術中，相當多的鍋爐仍舊采用傳統方式對整個供暖過程進行控制，整個過程能源浪費嚴重，設備的啟停、燃料的投放等都過度依賴操作員人工操作，無論是從工作效率還是工作安全角度，都不是很好的選擇［1］。針對上述問題，本項目針對大連某大廈自供暖項目對大廈內部供暖要求設計了以西門子S7－300PLC為控制核心的燃氣供暖鍋爐控制系統，并配置計算機控制與管理系統，結合現代工業組態軟件對整個控制系統進行實時監控，構建人機界面。該大廈位于大連金州區，地上8層和地下一層，采暖面積20000m2，設備間位于半地下一層。整個供暖系統全部由計算機實現自動控制，系統的操作除了工程師外，操作員也可以很容易操作整個系統的運行，這樣就節省了大量的人力資源，并且整個操作過程可以在操作室進行，保證了整個操作的安全性。

1燃氣鍋爐供暖系統簡介

1．1鍋爐供暖系統工藝簡介

整個燃氣鍋爐供暖系統的工作流程為：向燃燒器內供應天然氣與空氣的混合燃料，點燃后對鍋爐內的水進行一次加熱，同時，鍋爐內的進口與出口的水是通過水溫造成的重度差進行循環，將熱水傳輸給需要供暖的區域，對循環回來的冷水進行加熱［2］。整個系統主要由管道內水循環和鍋爐燃燒兩部分構成：1）管道內水循環：自來水經過過濾軟化處理以后，經由分水器進入供暖管道內部，送入鍋爐中，進行加熱后，經由換熱泵管網送至用戶處用于取暖。經由用戶出散熱后，經過換熱站，再次經由循環泵管網送至鍋爐內加熱。2）鍋爐燃燒系統：由鼓風機向燃燒爐內輸送一定比例的天然氣和空氣，進行點燃后，對鍋爐內的水進行加熱。

1．2控制系統設計

考慮到系統的安全性和穩定性，本次設計一種由PLC和觸摸屏以及組態軟件WinCC共同控制的人機合作控制系統，同時實現對整個燃氣供暖過程的監控、監測、參數設定以及數據記錄［3］。保證安全運行的同時也保證整個控制過程更加高效。整個控制系統的結構如圖1所示。鍋爐控制是一個多輸入多輸出的系統，PLC負責數據的采集和控制，其中的被控變量一共有三個，燃氣量、鼓風量和送水量。通過控制燃氣比例閥的開度控制天然氣的輸入量、通過控制鼓風機的頻率來判斷空氣的輸入量；通過控制進水口的開關開度控制進水量［4］。PLC同時接受鍋爐上的水位、壓力和溫度傳感器，通過模擬量數據模塊讀入數據，通過這些來控制鍋爐的運行。整個監控系統共有97個模擬量輸入輸出點；158數字量輸入輸出點。如表1所示。

2燃氣鍋爐監控系統的硬件設計

本次控制系統采用IPC－610H為工控主機，S7－300PLC和ET200M分站作為下位機的設備，中間用PROFINET總線相連接；PLC與三個ET200M分站之間采用PROFIBUS總線以樹形方式連接［5］。整個硬件設計圖如圖2所示。本次系統選用的CPU是西門子的315－2DP模塊；電源選用LRS－350模塊；數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，并根據經驗把余量控制在10％～15％。

3監控系統軟件設計

整個監控系統軟件由上位機軟件WinCC和下位機軟件STEP－7兩部分組成。如圖3所示：其中下位機軟件設計采用西門子STEP－7編程軟件進行子程序的控制，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、燃氣量控制子程序和采樣子程序等［6］；PLC主程序如圖4所示。上位機監控軟件采用WinCC7．4，工控機使用研華公司的IPC－610H，通過以太網與PLC程序相連接，將整個控制系統的運行情況以動態形式顯示出來［7］。監控畫面包括參數設定區域：操作員可以在監控室對監控系統的參數進行調整；報警區域：監控畫面可以實時顯示整個控制系統的運行情況，當整個系統操作過程中鍋爐壓力、天然氣濃度、送水溫度以及回水溫度不在設定范圍內時，啟動報警程序，工作人員對整個運行系統進行參數調整或者急停等；數據報表：方便工作人員參考和查找歷史數據，對整個系統運行過程把握更準確［8］。監控主頁面如圖5所示。

4結束語

本系統采用西門子S7－300和WinCC組態軟件相配合，投入使用以來，系統穩定，不但減少了燃料的浪費，還節省了大量的人力，在保證設備高效運行的同時也保障了安全性。

參考文獻

［1］房廣海．燃氣鍋爐的發展與經濟性比較［J］．煤炭技術，2009，28（4）：195

［2］徐竟天，張甜甜，程瑞洲，等．基于S7－300PLC的電鍍恒溫控制系統設計［J］．電鍍與涂飾，2015，34（12）：690－695

［3］姜映紅．基于PROFIBUS現場總線技術的啤酒發酵過程PLC自動控制系統［D］．蘭州：蘭州理工大學，2006

［4］任天翔．基于PLC的燃氣鍋爐供暖控制系統設計開發［D］．北京：華北電力大學，2016

［5］周忠臣．基于PLC的鍋爐自動化監控系統的設計與實現［D］．北京：北京工業大學，2018

［6］于英利，韓義，蔡斌，等．電力行業鍋爐技術監督現狀與發展［J］．電力與能源，2017（6）：809－811

［7］王亞民．組態軟件設計與開發［M］．西安：西安電子科技大學出版社，2003

［8］王艷凱．燃氣鍋爐自動控制的設計與應用［J］．沈陽：東北大學，2007

作者：汪依銳 單位：西安石油大學電子工程學院