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摘要:文章設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,該系統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。此外,該系統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,從而實現鍋爐自動控制與報警等。
關鍵詞:電熱鍋爐;供熱系統;自動控制
1電熱鍋爐供熱系統概述
隨著產業的發展和社會生產率的提高,鍋爐在各個方面廣泛使用,成為生產力發展的重要熱工裝置之一。在現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。隨著科學技術的快速發展,鍋爐控制方法進入人們的視野,人們對控制系統的要求越來越高。沒有好的控制裝置,就不能反映鍋爐的優點。鍋爐最重要的標準是控制系統水平。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,并根據負荷的變化自動控制,使鍋爐的操作安全可靠。考慮環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。在人口密集的學校、醫院、酒店、住宅區等地,燃煤、燃氣鍋爐逐漸被電爐取代。電熱鍋爐供熱系統可實現以下功能:1)通過啟停按鈕控制系統的啟停。2)當選擇循環泵手動控制時,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的循環泵。當某臺水泵出現缺相時系統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。當兩臺水泵同時缺相時,系統全停,同時警燈亮起。3)當選擇循環泵自動控制時,一臺循環泵首先啟動,運行3h后停止,同時另一臺循環泵開始工作,如此往復循環。當某臺水泵出現缺相時,系統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。當兩臺水泵同時缺相時,系統全停同時警燈亮起[1]。4)當選擇循環泵定時控制時,點按定時按鈕一次則兩個循環泵一起工作30min,當連續點按時,循環泵工作時間為30min乘點按次數。當某臺水泵出現缺相時系統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。當兩臺水泵同時缺相時,系統全停同時警燈亮起。5)當選擇鍋爐手動控制時,可通過點按手投某管使相應的電熱管啟動。當出現某根電加熱管缺相時,停止對應的電加熱管,同時警燈亮起[2]。6)當選擇鍋爐自動控制時,根據選擇的溫度對比對象采集的溫度,通過采集到的溫度與設定溫度進行對比得到對應的控制方案,并根據得到的控制方案啟動對應的電加熱管。為防止某根電加熱管損耗嚴重,電加熱管每隔3h輪換一次,采集的溫度越高,電加熱管的數量越少,采集的溫度越低,電加熱管的數量越多。當出現某根電加熱管缺相時,停止對應的電加熱管,同時警燈亮起[3]。7)當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,當連續點按時,加熱管工作時間為30min乘點按次數。當某根加熱管出現缺相時,系統會馬上停止對應的加熱管,同時警燈亮起。8)從啟動系統開始,PLC控制根據采集到的壓力選擇補水泵工作,當壓力高于設定壓力時,上限泵停止,反之,低于設定壓力下限時,泵啟動。兩臺水泵每隔3h輪換一次,當某臺水泵出現缺相時,系統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。當兩臺水泵同時缺相時,系統全停,同時警燈亮起[4]。9)出現報警時則對應的燈閃,同時警鈴響。消鈴按鈕按下后警燈停閃,警鈴停,只有警報消除時警燈才會滅[5]。
2系統設計方案
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自動控制的微型計算機,其具有簡單的結構、強大的屏障、廣泛的環境適應能力和較高的控制能力。使用PLC完成電熱鍋爐供熱系統的設計,易于學習掌握、調試簡單、安全、性能優越。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根據選擇的參考溫度以及溫度傳感器采集到的溫度選擇對應的加熱管投入方案,各加熱管每隔30min循環投入;手動模式下,PLC可自主選擇加熱管的投入數量;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,循環泵有一臺正常使用,另一臺停機,每隔3h循環一次;手動模式下,可自主選擇循環泵的工作數量;定時模式下將循環泵全部投入使用30min,每按一次定時按鈕,定時周期增加一次。補水泵根據PLC采集到的壓力數據自動調節工作數量。
3電熱鍋爐供熱控制系統程序設計
電熱鍋爐供熱控制系統程序設計主要包含子程序編寫及調用、循環移位指令、雙整數轉實數指令、實數傳送指令、字傳送指令、字節傳送指令、整數轉雙整數指令、整數加法指令、實數除法指令、實數比較指令、計時器指令、計數器指令等。主程序通過啟停按鈕控制系統,調用各個子程序。通過給各個子程序提供切換脈沖,切換各個子程序。子程序包含循環泵自動控制子程序、報警子程序、循環泵手動控制子程序、循環泵定時控制子程序、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
鍋爐電氣控制系統的主要任務就是將各種參數調整到合適的范圍內,并根據負荷的變化進行調整,讓系統安全穩定運行。調整的參數主要包含壓力、溫度、水位等。鍋爐水位會隨著負荷的變化而變化,轉而影響溫度的參數和蒸汽量的大小,反饋成壓力值。為了保證運行的安全性,要及時調整壓力值、水位、溫度,將其控制在合理的范圍內。在特殊情況下,還需要進行對應的電氣控制保護裝置設計,包含低水位時候的聲光報警、緊急情況下的系統停機、電源的過壓及低壓保護等。對應的程序控制命令,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節,保證系統的安全與穩定。
5結論
鍋爐的供熱系統具有非常明顯的特點,如大滯后、大干擾、非線性、緊耦合等,是一個非常復雜的動態過程。為了達到想要的控制效果與理想的運行效率,傳統的控制方法需要替換為先進控制方法,這對整個系統的節能和環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的功能特點實現對應目的的控制方法,保證了鍋爐的經濟性,并將調節效果整合為最優控制方案,為鍋爐系統的整體安全性、可靠性提供了有力的保障。
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作者:耿雁南 單位:青島工學院