集中供热锅炉控制系统的PLC控制
第26卷第9期
2006年9月
电力自动化设备
Electric
V01.26No.9
PowerAutomationEquipment
sepf.2006囝
集中供热锅炉控制系统的PLC控制
彭桂力.刘知贵
(西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010)
摘要:针对目前对集中供热锅炉控制中没有远距离控制的现状,基于西门子S7—200系列可编程逻
辑控制器PLC(Pmgr锄mable
hgicContmller)设计了一种集中供热锅炉自动控制系统,介绍其工作
原理:控制现场传感器标准信号经过信号调理模块送到现场控制单元PLC。控制单元通过以太网相连,将需要监控的信号送入上位机,实现人机交互和远程控制。对系统的控制核心S7—200作了详细的介绍.并给出了软、硬件结构设计方案。
关键词:可编程逻辑控制器;锅炉;温度控制;压力;水位中图分类号:TP
273
文献标识码:B
文章编号:1006—6047(2006)09—0075—03
224作为控制器进行控制.主要是
PLCS7—200CPU
0引言
近年来.大型集中供热锅炉房的控制系统开始采用可编程逻辑控制器PLC(ProgrammableL0鲥cCon—tmller)控制方式。在集中供热锅炉房,PLC主要用于输煤、驱动风机及进行比例积分微分PID(PmponionalIntegralDerivative)调节控制系统中[1|。当前国内许多地方的锅炉控制系统主要是采用分布式控制系统
DCS(DistributedControlSvstem)‘2_。这是由于锅炉系
对燃煤锅炉进行控制。包括风机、给煤机的开关,根据液位变化对进出水口阀门的控制.根据锅炉内温度变化进行自动控制.利用PLC中所带有的PID调节器进行调节.以控制锅炉内的温度.再利用远程传输的功能.可以在用户处装上温度传感器.将其温度转成标准信号传到PLC主机上.观测到的温度根据需要进行调节,提高或降低锅炉的温度.直接控制传到用户的温度。在锅炉内装有压力传感器.这是十分必要的,如果压力过高,可能会降低锅炉的寿命,甚至发生危险,所以一定要控制压力.当压力超过一定的数值,需报警。并迅速进行处理.降低锅炉内的压力.以免发生危险[3-41。
根据系统的要求.选取西门子PLCS7—200CPU
224作为控制核心.同时还扩展了2个EM231模拟量输入模块、1个EM223数字量输入模块和1个CP243—1以太网模块。CPU224的I/0点数是14/10。所以要扩展1个EM223的数字量输入/输出模块.它的I/O点数是16/16.作用是提供附加的输入、输出点。这样完全可以满足系统的要求。同时.选用了
EM
统的仪表信号较多.采用此系统性价比相对较好,但随着PLC技术的不断发展.PLC在仪表控制方面的功能已经不断强化。用于回路调节和组态画面的功能不断完善.而且PLC的抗干扰能力也很强.对电源的质量要求比较低。
基于PLC在工业控制系统中的良好应用.本文将西门子S7—200PLC用于集中供热系统锅炉控制系统。整个系统的工作原理为:从控制现场传感器送来的4。20mA或0。5v的标准信号经过信号调理模块送到现场控制单元(PLC).经过智能运算后形成控制信号.控制信号再经过信号调理模块返送到现场执行单元(电磁阀)。各个控制单元通过以太网相连.将需要监控的信号送人上位机,实现人机交互和远程控制。
1
231模块.它是AD转换模块,具有4个模拟量
输入,12位AD,其采样速度25¨s,温度传感器、压力传感器、流量传感器以及含氧检测传感器的输出信号经过调理和放大处理后.成为0。5V的标准信号.EM231模块自动完成AD转换。
PLC通过检测温度、水位、压力、流量和气体中的含氧量给出控制信号控制燃烧机、真空泵、给媒机、电磁阀等输出设备[5-刚。为实现人机对话功能.如系统
系统结构和控制方案
系统结构如图1所示。本系统主要是用西门子
向户
状态以及变量图形显示、参数修改等。还扩展了一块TD200触摸显示屏,操作控制简单、方便,可用于设置系统参数。显示锅炉温度等。还有一个以太网模块CP243—1.其作用是可以让S7—200直接连入以太网.通过以太网进行远距离交换数据.与其他的S7—200进行数据传输.通信基于TCP/IP,安装方便、简单。机组控制系统如图2所示j
图1系统结构图
Fig.1
System
stmcture
收稿日期:2005—12—13;修回日期:2006—03—04
万方数据
电力自动化设备
第26卷
匝酽S7—2001塞窒至降=
<;习温度传愿器l
CPU224
e爿压力传感器I
EM231模块e刊锅炉水位传感仄丽酌
叵辩匾鲴仁
EM223模块C爿气体含氧传感
CP243—1模块
e爿鎏量箜壁l
图2控制系统框图
Fig.2
Blockdiagramofcontml
system
为满足集中供热锅炉控制系统、自动控制的工艺要求.规定如下的控制方案。
控制参数:集中供热系统锅炉出水口温度、用户家中温度、炉内温度、锅炉水位、锅炉压力、出水口和进水口的流量、气体中含氧量。
控制内容:燃烧机开关、真空泵开关、电磁阀开关、给煤机开关、报警。
系统根据锅炉内水温高、低控制燃烧机大、小火。水温控制值可以设定(例如,锅炉出水口温度设为70℃。大、小火转换温度为10℃,则温度小于60℃时开大火.大于70℃时开小火)。
根据锅炉内空气的含氧量控制真空泵自启动.当含氧量过低时,真空泵启动,向锅炉内吹人空气,控制炉内的温度,当锅炉内温度低于一定值时,同样可以控制真空泵自启动.向锅炉内吹人空气以提高炉内的温度。
根据液位的高低实现锅炉内的自动调节.当液位降低时,进水口的电磁阀开大一些.向锅炉内加入水;锅炉内液位过高。进水口的电磁阀开小一些。以保持炉内的液位平衡。
同样.根据出水管内的流量大小也可来控制出水口电磁阀的开关。当流量过大时,关小电磁阀。自动调节流量。
根据用户家中的温度高低。通过以太网模块CP243一l把传感器检测到的数据传人PLC中.根据它的温度同样可以控制燃烧机大、小火和真空泵开启。故障报警:锅炉内温度高、水位低、水位高、锅炉内压力高、出水管内的流量高、出水管内的流量低、燃烧机故障等。
以上所控制的内容根据现场的实际情况.设定温度值、压力值、液位值、流量值以及炉内空气的含氧量的百分比[8.91。
2控制系统设计
2.1
CPU224的I/O地址分配
集中供热锅炉控制系统的设计主要涉及了7个
数字量输入,8个数字量输出,外加5个模拟量输入。其中扩充了2个EM231的模拟量输入模块.主要是用于测量温度值的.另外扩充的CP243—1以太网通信模块。可以把远距离的模拟量温度值传到主控中心。它也可以完成PLC之间的互相通信.这样就可以及时地对用户温度进行检测.然后根据返回的信息对集中供热锅炉进行控制,进行加煤、加热和真空泵的启动【埘。
万方数据
CPU224的I/O地址分配如表1所示。
表1输入/输出地址
rI铀.1
AddressesofI/Opoints
输
入
输
出
序号
名称地址
序号
名称地址1
燃烧机故障IO.3l燃烧机Q0.02
锅炉内压力值
10.62
真空泵QO.13
水位低I1.O
3
报警
Q0.3
4
水位高
I1.14进水口电磁阀Q1.0
5出水管内的流量大11.2
5出水口电磁阀Q1.1
6出水管内的流量小
11.36
大火Q1.2
7含氧量检测I1.47
小火Q
1.3
8
出水管温度8
1.4
;
EMQ进水管温度231
给煤电机
lO
炉内温度
ll12
刳皇的望戤嬲用户温度
2.2
PLC的硬件连接
S7—200系列PLC采用的是专用的轨道进行连接CPU模块相连组网或同其他扩展模块相连很方便①。
PLC系统用于自动控制具有诸多优点。方便可靠.另外还加入了人机界面。系统更加直观。控制器上设有按键,可以设定系统运行参数,如:温度和压力值。控制器上设有显示窗口.用于显示时间及系统各部位温度、压力,另外,还有报警指示灯指示系统的故障情况。控制器上的非易失性存储器,用来存储一些数据可供查询②。
2.3控制系统软件
锅炉是一个复杂的控制对象.其控制回路非线性严重。锅炉的压力(或出水温度)、鼓风控制回路构成锅炉的燃烧控制系统.其控制方案是采用压力或出水温度为主调量.通过调整炉排转速使蒸汽压力或出水温度尽快达到给定值.同时配合风一煤配比控制鼓风量达到经济燃烧.最终达到所需要的温度值。使输出水温是一个固定值。
热水锅炉的出水温度设定值跟随室外温度的变化自动修正。使用户室内的温度保持恒定,且实现经济供热。锅炉水位控制回路使锅炉水位保持恒定,根据锅炉出口流量控制以保持出水的流量恒定。控制程序采用STEP7一Micr0/Win软件以梯形图方式编写.程序运行方式如图3所示。
图3系统主流程图
Fig.3
Flowchartofsystemmain
pIDg】.am
①西门子s7—200PLc用户指南,2004.
②siemens.s7—200可编程控制器系统手册,2004
第9期
彭桂力,等:集中供热锅炉控制系统的PLc控制
囝
in
cogeneratio“
power
由图可知,按下启动键后。首先检测锅炉水位.如果水位低就停机.否则就正常运行。接下来是点燃燃烧机和开启真空泵.给锅炉进行大火加热.当达到设定的温度值时.开始向用户输出热水.进水口开启,不断地向锅炉内加入冷水,保持液位平衡.同时检测锅炉内的压力和温度,利用PLC进行控制.使其保持在一个稳定值。
程序还具有报警功能,报警值有炉内温度高、锅炉内压力高、燃烧机故障、水位高、水位底、出水管内的流量高、出水管内的流量低。其中,燃烧机故障由燃烧机本身自带的故障输出点给出:水位高低由水位传感器给出;锅炉内压力由压力开关给出;温度报警值由温度传感器给出.流量的大小也是由流量传感器给出。除了低水位报警停止整机工作和炉温高报警停燃烧机外.其他报警不影响机组的运行(见STEP7Micm编程手册)。
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3结论
集中供热系统采用西门子的PLC控制.不仅简化了系统。提高了设备的可靠性和稳定性.同时也大幅地提高了燃烧能的热效率。通过操作面板修改系统参数可以满足不同的工况要求.机组的各种信息,如工作状态、故障情况等可以声光报警及文字形式表示出来.主要控制参数(温度值)的实时变化情况以趋势图的形式记录显示.方便了设备的操作和维护。该系统通用性好、扩展性强。直观易操作。
由于本系统只是在计算机上进行了仿真运算.并没有在实际的现场进行应用.可能还存在着很多的不足之处需要改进.例如,以太网的传输速度和准确性问题.锅炉控制时的稳定性都是应该考虑在内的。通过这次设计.笔者发现可编程控制器领域有很大的发展空间.需要研究人员不断的对其完善,使其能在工业上发挥更大的作用。参考文献:
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(责任编辑:康鲁豫)
作者简介:
彭桂力(198l一),男,天津人,硕士研究生,从事自动控制、生物医学的生理仪器仪表开发与研制等方面的研究(Bmail:plallepeople678@sina.com.cn);
刘知贵(1966一),男,四川绵阳人,教授,博士,主要从事理论、计算机技术及其应用研究。
BonercontrolsvstemwithPLC
PENGGui一“,LIUZhi一#阻i
(SchoolofInfonnationEngineering,SouthwestUniversitvof
Science&Technolo#Ⅳ,Mianyang621010,China)
Abstract:Aimingsvstembasedfeatures
are
are
on
attheabsenceofremotecontrolforcentral
heating
boiler,an
automaticcontr01
S7—200
seriesPLC(ProgrammableLogic
working
pdncipleis
the
Contmller)ispresented.Itsfunctionsand
f而m
siten?ansducers
discussed,andtheintroduced:standardsi拿maIs
computerfor
as
transmittedtothe10calecontrol
are
unitthroughsignalprocessingmodule.Controlunitsconnectwith
sent
to
Ethemetandmonitoredsignals
—machine
interfhce.ThecontIDl
are
superordinate
remotecontmlandcorresponding
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kemelS7—200isintroduced,asweU
boiler;
temperature
hardwareand
softwaredesigns
of玷red.
control;
pressure;water
万方数据
Keywords:progmmmablelo舀ccontroller;
leVel