PLC在锅炉控制中的应用

[摘 要]伴随着我国国民经济发展驶入快车道，以及工业逐步实现现代化，作为现代能源的重要转化设备锅炉，在现代工业中依旧扮演着重要角色。现阶段为了更加高效的利用能源，促进能源转化，避免环境污染、资源浪费，在锅炉的控制与管理上需要更加科学合理的措施。可编程序控制器（Programmable logic contoroller）简称PLC，这一依靠计算机终端控制的高科技设备在锅炉控制中扮演着重要角色，但是在实际应用的过程中也存在着一些不足，使得可编程序控制器这一技术难以进一步发展广泛，更有甚造成了不必要的经济损失，所以必须要对PLC在锅炉控制与管理的应用上认真研究与总结，本文对此进行了深入细致的分析和探讨。仔细分析了PLC的功能与特性，设计了控制系统的硬件组成。在实践中，验证了本套控制系统控制性能优良，可靠程度高。

[关键词]PLC、 锅炉控制、应用

中图分类号：TK223.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0377-01

1 PLC及其优越性简介

Programmable logic contoroller中文译为可编程序控制器，简称PLC，其核心是微处理器，是工业生产中用于控制的计算机设备，由于可编程序控制器的关键技术就是微机技术，因此PLC既具备逻辑控制性能，又具有数据处理、计算等微机具备的基本功能。现阶段社区供暖采用的锅炉必须进行精确的实时控制，然而当前仍有部分锅炉设备采用较为落后的继电器逻辑控制。继电器逻辑控制自动化程度不高，绝大多数操作需要手工完成，所能完成的逻辑控制功能极少，程序的模拟数量不能很好的控制，即使锅炉的开关可以控制，但是其电气线路复杂，性能得不到保证，且维修繁琐，实际锅炉系统控制中每台炉就需要一套继电器控制系统，然而本文所介绍的可编程控制器设计的控制系统则是在集中供热系统的基础上实现了系统的自动控制功能，而且整套系统的控制是经过优化处理。

2 系统硬件构成

（1）硬件配置 如下：P4 1.8G CPU，256M DDR 内存 ，32M显卡 ；40G硬盘 ；4个 USB2.0接口；17英寸戴尔 CRT显示器，触摸式工业键盘，鼠标套装。

（2）可编程控制器 PLC。德国西门子的S7― 300系列，CPU选用 S7―315一DP可编程控制器，48k存储器，I/O能扩展到 2048点， 内置 PID模块，西门子 CP5611通信卡。

3 系统的功能

3.1 监控功能

在运行系统的过程中，下位机采集到的锅炉运行数据和热力站传送上来的运行参数会经过上机位的及时处理，主要操作是对数据进行分析判断，锅炉运行过程中的温度、压力、液位、流量、烟气含氧量等工艺过程参数的模拟动态显示，现场通过上位机手动和自动切换，实现风机，水泵的启、停控制。系统与现场仪表，电气设备配合可实现多变量闭环调节和联锁控制。

3.2 调节控制功能

多变量系统构成了供暖燃煤锅炉，多种变量关系十分密切，所以在系统中配备了经过优化的控制程序，控制程序把炉内用水的温度，炉膛的压力等指标均纳入了控制范围，炉外温度作为新增指标也实现了PID有效控制，同时系统还配备了前馈系统、风与煤的数据之比，用以增加或删除用煤调节，送风机与引风机之间的调节实现了前馈联锁，送煤的数据也会及时反馈，送风与引风实现最佳调控，使得燃料的效率达到最高。这三个环节的实现主要依靠电机，因此PID实现转换时，采用的是无扰动转换。

3.3 故障报警功能

当锅炉的风机、水泵、上煤系统的开、关灯发生故障时系统就会产生自动产生报警功能，当锅炉内水位超高、超低、压力过大或过小、流量过快、温度过低等异常指数出现时，系统也会启动报警程序。

3.4 上煤联锁功能

这一功能可以使用手动操作，也可以与计算机联合操作与自动控制。

3.5 数据报表记录功能

当用户对供热提出要求时，就会对供热系统的水压、水温、水的供给、回流量、炉内压力等供热参数以及电机的工作状况，及时汇总形成报表，可供用户查阅。

3.6 查询数据的功能

当工作人员或是用户对供热系统的数据有需求时，系统会自动保存数据，用户可以对数据进行查询、打印。

3.7 数据趋势直观显示功能

对于锅炉运行的关键参数，例如温度、水流量等，系统会及时的折线统计图的形式，将历史数据直观呈现出来。

3.8 压力棒图功能

为了方便的对供热进行实时调度，系统可以对收集到的数据进行整理，会呈现出供水水压图、热力图等，对于出现的不利状况实时监测。

3.9 远程通讯功能

系统内调制解调器的安装使得控制中心与热力站之间完成了联网，关键数据可以相互传输，实现了远程通讯。

3.10 密码功能

为了预防非工作人员对数据参数进行随意改动，造成对锅炉的控制的误差操作，系统专门设置了操作密码，只有输入正确的操作验证码与操作口令进入较高级的操作系统，才能对参数和操作进行修改。

4 系统控制简述

本套系统控制的是3台由长春锅炉厂出产的新型速热型DEL14-1625/115/70-AⅡ热水炉，该系列锅炉升温迅速，反应灵敏，煤在燃烧过程中会直接从煤斗直接滑落到炉排，炉排电机带动燃料。鼓风机将空气经空气加热器第一次、第二次处理后流入炉内，煤在燃烧过程中生成高温烟气，热量流向对流管，多余的烟气则经除尘器排出。

5 系统的软件设计

5.1 模拟量收集与滤波处理

系统会对水压、水温等现场收集到的模拟数据传递到PLC进行转化处理。因为工作现场环境较差，AI模块的电流值经变送器送入后会因为干扰出现波动或者尖峰等意外情况，所以AI收集到的数据CPU是不可以直接处理的，之前要进行滤波技术处理，将存在的波动或干扰尖峰滤掉才能进行处理，还有就是本套系统存在着很大的惯性，滤波的过程中主要采用取平均值的方式进行处理，每一个扫描周期内主程序会对子程序的数据模拟量进行一次收集，然后进行滤波技术处理，最终将处理结果安全的交由主程序。本套系统采用的是“AI331”模块，最终形成的转换结果为12bit，子程序会将采集到的模拟量的累加值存入累加器中，当采集次数达到预置值后，累加器的值会取均值，作为本次采集的最终结果送主程序使用。

5.2 实施优化

系统采样时会选取时间为20S的炉内温度，截取炉排转动5米的平均值，根据锅炉的过剩空气系数γ，将含氧量的设定值做好，记录好炉内温度，根据炉内温度设置好风与煤比例的上限和下限，炉排的最快转速，依照含氧量参数的偏差值调节风与煤之比的设定值，可将5米设定为各个值之间的更新周期。在本系统运投当中，工作人员还可以重新设置风与煤之比的设定值，系统以此科学合理的设置设定值的时候，再进行优化计算，不仅仅是一步计算得出最终结果。操作者根据自身经验优化操作步骤，使系统操作高效、便捷，在参数设定值的问题上，循序渐进，确保系统稳定运行。

6 结束语

本系统现已运行使用，并且运用了PLC进行控制，系统功能逐步完善，结构精进优化，耗能少，操作灵活，维护方便，性能可靠，极大地提高了供热企业的生产效率和经济效益。

参考文献

[1] 宋德玉.可编程序控制器原理及应用系y设计技术[M]北京：冶金工业出版社，1999.

[2] 朱华.基于PROFIBUS-DP网络的控制系统[M] 中国自动化在线，2002