燃气蒸汽供暖锅炉控制系统的设计与实现

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燃气蒸汽供暖锅炉控制系统的设计与实现

章俊华,王 义,朱 理

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(1.贵州省电子产品监督检验所,贵州贵阳 550081;2.贵州师范大学物理与电子科学学院,贵州贵阳 550001)

摘要:基于PLC、触摸屏人机界面、工控机进行系统设计,实现了从锅炉启动、运行到停炉整个过程的全自动控制,并通过设计两级监控、三级安全保护措施和故障自诊断,提高了锅炉运行的稳定性、安全性和可靠性,达到了对燃气蒸汽供暖锅炉运行的有效控制和管理,降低了能耗。关键词:燃气蒸汽供暖锅炉;智能控制;现场总线;故障诊断;热效率

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1000-8829(2010)10-0063-04

DesignandImplementationofGasSteamHeatingBoilerIntelligentControlSystem

ZHANGJun-hua1,WANGYi2,ZHULi1

(1.GuizhouElectronicProductSupervisionandTestingBureau,Guiyang550081,China;2.SchoolofPhysicsandElectronicScience,GuizhouNormalUniversity,Guiyang550001,China)

Abstract:AcontrolsystembasedonPLC,humanmachineinterfaceandIPCisdesigned,whichcanrealizeau-tomaticcontrolofthewholeprocessfromtheboilerstartandruntoshutdown.Theboileroperationstability,safetyandreliabilityareimproved,viadesignwithtwolevelsofmonitoringandthethreelevelsofsafetyprotec-tingmeasuresandfailurediagnosisbysel.fTheeffectivecontrolandmanagementofgassteamheatingboileroperationareachieved,andenergyconsumptionisreduced.Keywords:gassteamheatingboiler;intelligentcontro;lfield-bus;faultdiagnosis;thermalefficiency 燃气蒸汽供暖锅炉,是使用燃气作为能源,产生蒸汽,通过管道输送蒸汽为建筑物内提供热能的锅炉。民用的供暖锅炉,一般为中小型锅炉,锅炉房通常由2~4台锅炉组成。受锅炉生产企业电控技术水平的限制,锅炉控制器一般为简单的电气元件组成的逻辑控制器,有部分锅炉生产厂家配置了PLC控制器。笔者专门针对居民密集区的燃气蒸汽供暖锅炉房,设计了一套基于PLC+触摸屏人机界面+工控机的燃气蒸汽供暖锅炉控制系统,有效地保障了锅炉运行的安全稳定性,节省了燃气消耗量,降低了操作人员的劳动强度。

系统由PLC可编程控制器和采样装置、输出驱动装置构成DDC级控制,采集、控制燃气蒸汽锅炉的工艺参数和运行过程;工控机作为上位机接收DDC级采集的水位、压力、温度等信息并显示、存储、打印,设置系统参数、组态,对锅炉的运行故障进行报警;根据实时采集的工艺参数和设置的系统参数对燃烧机和水泵实施智能控制,以提高热效率,达到节能效果;通过故障自诊断和联锁保护等技术,保障锅炉运行的安全性。

燃气易燃易爆,蒸汽锅炉属于压力容器,危险性大,因此要求控制系统提供足够的安全保障,以预防和避免起火、爆炸、干烧等安全事故的发生。

锅炉的发展趋势是采用计算机控制,实现机电一体化,并将安全保护与自动控制相结合,以改善劳动环境,降低劳动强度,提高管理水平。

锅炉能耗很高,燃气价格相对较高,因此应提高锅炉的热效率,降低能耗。1.2 技术方案

本系统选取基于日本OMRON的PLC、台湾HITECH的触摸屏和研华的工控机组成集散控制方式,使系统既可单独控制单台锅炉运行,又可集中统一1 系统总体设计

1.1 工作原理及技术要求

收稿日期:2010-07-22

基金项目:贵州省科技创新基金资助项目(黔科合计字(2006)5008号)

作者简介:章俊华(1963 ),女,工学学士,高级工程师,主要研究方向为自动控制系统及电子信息技术;王义(1957 ),男,教授,博士,主要研究方向为控制理论与控制工程、电路与系统;朱理(1978 ),男,理学学士,工程师,主要研究方向为电子电

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锅炉房的每一台锅炉都由两级控制系统控制。第1级为单机控制系统,在触摸屏人机界面及PLC的控制下,可以独立地控制单台锅炉的运行;第2级为集中控制系统,在工控机及多台PLC的控制下,可以同时控制和管理多台锅炉的运行。系统总体框图如图1所示,单机控制系统如图2

所示。

测控技术 2010年第29卷第10期

对燃烧机和水泵,设计了自动、手动控制方式,可以进行无扰切换。系统默认为自动,必要时可由操作员切换为手动。1.2.2 系统高效节能设计 对燃烧机燃烧过程进行智能控制,提高锅炉的热效率。

一是通过采集和分析锅炉的排烟温度判断锅炉的燃烧状况及换热效率。如果燃烧不正常,烟管将积炭产生阻塞、产生二次燃烧,排烟温度会较快上升,锅炉热效率低下;如果燃烧机火焰过大,也会使排烟温度偏高,导致锅炉热效率低下。锅炉排烟温度的正常值一般为170~210 ,一旦超过210 ,系统自动调小燃烧机的火焰;若火焰调节后排烟温度继续上升,超过250 时,可能是由于烟管积炭阻塞产生二次燃烧,此时系统报警,提示 停炉检查烟管积炭 ,并控制燃烧机停机。

二是以蒸汽压力作为能量平衡的指标。锅炉的负荷调节理论上应是对蒸汽温度的调节,由于蒸汽温度的检测与控制较难实现及时和准确的要求,而饱和蒸汽的压力与温度之间存在唯一的对应值关系,故锅炉的负荷调节可以通过直接对蒸汽压力进行调节来实现。系统动态地根据蒸汽压力的变化,实时调节燃烧机的燃气输入量和送风量,实现了燃气的充分燃烧和热量的充分利用,提高了热效率。

对汽包水位进行智能控制,维持锅炉进出水量的平衡。以水位作为水量平衡与否的控制指标,通过

图2 单机控制系统框图