探究基于PLC和FCS集中供熱鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計

白銘珍

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇三研究所，黑龍江哈爾濱 150078）

探究基于PLC和FCS集中供熱鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計

白銘珍

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇三研究所，黑龍江哈爾濱 150078）

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和生活水平的不斷提高，對城市供暖的需求也越來越大，我國很多地區(qū)仍然以熱鍋爐供暖為主，針對目前一些供熱鍋爐系統(tǒng)相對簡單、操作性能不高的缺陷，運(yùn)用一種基于PLC和FCS集中供熱鍋爐控制系統(tǒng)，可提高鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和操作的便捷性。

供熱鍋爐 PLC FCS 控制系統(tǒng)

目前，我國供熱鍋爐自動控制系統(tǒng)配置還比較落后，傳統(tǒng)的手動控制已經(jīng)無法滿足城市集中供熱高質(zhì)量和大規(guī)模的要求。為了改善傳統(tǒng)落后的控制系統(tǒng)配置，提高集中供熱鍋爐的自動化水平，基于可編程控制器PLC技術(shù)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS技術(shù)，在實際生活中運(yùn)用越來越廣泛，對PLC和FCS集中供熱鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計研究也在不斷發(fā)展。本文對供熱鍋爐整體控制系統(tǒng)設(shè)計和PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計加以分析，并對供熱鍋爐控制系統(tǒng)監(jiān)督功能的實現(xiàn)進(jìn)行了介紹。

1 供熱鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 供熱鍋爐燃燒控制系統(tǒng)分析

要分析鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，首先要對鍋爐燃燒過程產(chǎn)生的熱量進(jìn)行計算。影響鍋爐燃燒總熱量的因素很多，我們計鍋爐燃燒總熱量為Q、有效利用熱量為Q1、散熱損失熱量為Q2、煙氣熱損失熱量Q3、灰渣物理量損失熱量為Q4、氣體不完全燃燒損失熱量為Q5、過程中不完全燃燒損失熱量為Q6，那么鍋爐燃燒過程熱量公式為：

由上述公式可以看出，鍋爐總熱量的影響因素很多，在供熱過程中損失的熱量也較多，一方面，熱量的損失造成熱量資源的浪費，另一方面，鍋爐在供熱過程中的不完全燃燒也會帶來環(huán)境污染問題。

1.2 鍋爐運(yùn)行控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析

基于PLC和FCS技術(shù)相結(jié)合的鍋爐供熱控制體系，總體結(jié)構(gòu)如下圖1：

1.3 供熱鍋爐運(yùn)行監(jiān)控策略和參數(shù)變化

按不同的功能，鍋爐系統(tǒng)包括了風(fēng)煙系統(tǒng)、減溫減壓系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)以及公用系統(tǒng)等。在鍋爐運(yùn)行過程中，應(yīng)有效監(jiān)控各功能系統(tǒng)的參數(shù)，其中最重要的影響因素包括鍋爐水位和鍋爐燃燒過程等。鍋爐水位變化對鍋爐運(yùn)行很有大影響，水位過高或者水位過低都不能保證鍋爐的正常運(yùn)作，水位過高，會影響到蒸汽的質(zhì)量，甚至有時會對汽輪機(jī)的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響；水位過低，會造成供熱鍋爐被燒壞等。因此，必須建立準(zhǔn)確的鍋爐水位控制系統(tǒng)。對鍋爐燃燒過程的控制也可以歸結(jié)為對燃燒量、風(fēng)量、爐膛壓力的控制。對蒸汽壓力（P）、送風(fēng)量（V）、燃料量（B）、爐膛負(fù)壓（ST）、引風(fēng)量（L）等進(jìn)行綜合考量分析，以保持氣壓的相對穩(wěn)定，將蒸汽壓力的變化控制在允許的范圍內(nèi)。對燃燒過程的控制，就是要對以上參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，采用信息采集器和處理器對參數(shù)進(jìn)行采集與處理。

1：電流傳感器；2：溫度傳感器；3：水位傳感器；4：流量傳感器；5：壓力傳感器圖1：供熱鍋爐運(yùn)行監(jiān)控體系總體結(jié)構(gòu)

A：手動啟?？刂?；B：手動頻率設(shè)定；C：電機(jī)和泵控制程序；D：調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)定；E：量程變換；F：數(shù)據(jù)類型變換；G：狀態(tài)指示程序；H：故障報警程序；I：循環(huán)泵運(yùn)行連鎖；J：風(fēng)機(jī)啟停連鎖。圖2：PLC程序組成模塊

2 供熱鍋爐系統(tǒng)PLC控制的程序設(shè)計

根據(jù)供熱鍋爐工作原理和其預(yù)期的功能要求，設(shè)計PLC和FCS集中供熱鍋爐控制系統(tǒng)的控制流程。PLC程序設(shè)計包括自動控制和手動控制，兩種控制方式之間可以手動進(jìn)行切換。在供熱初期，燃燒過程會比較緩慢，水文波動會比較大，通常情況下采用手動控制，一般由操作工完成。對鍋爐的鼓風(fēng)機(jī)、爐排、引風(fēng)機(jī)等進(jìn)行手動操作，等到鍋爐運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，就切換到自動控制程序。圖2是PLC程序組成模板示意圖。

3 供熱鍋爐控制系統(tǒng)監(jiān)督功能的實現(xiàn)

（1）供熱鍋爐系統(tǒng)監(jiān)控主界面。在主界面采用流程的形式，觀察圖形符號、各類參數(shù)的變化，進(jìn)而得以對供熱鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)加以監(jiān)測，操作人員可以根據(jù)主界面各類參數(shù)和指示燈的變化，監(jiān)控供熱鍋爐整個燃燒供熱過程。（2）考核參數(shù)表畫面。供熱鍋爐系統(tǒng)的主要運(yùn)行狀態(tài)可以通過參數(shù)來反映，在實際操作中將不同狀態(tài)參數(shù)以表格的形式反映出來，運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)和數(shù)學(xué)相關(guān)方法加以總結(jié)分析，以便于操作人員的便捷操作，同時也有利于提高供熱鍋爐的生產(chǎn)效率。（3）報警窗口和指示燈。供熱鍋爐在運(yùn)行中如果出現(xiàn)運(yùn)行故障，會在畫面報警窗口欄顯示出來；并通過指示燈的變化，將整個操作系統(tǒng)運(yùn)行的動態(tài)過程完全呈現(xiàn)出來。（4）畫面操控。在控制系統(tǒng)設(shè)計中，熱鍋爐系統(tǒng)的控制生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)的參數(shù)都會以圖形方式顯示出來，工作人員可以利用鍵盤等及時控制參數(shù)，對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行在線修正。同時，隨時做好手動控制和自動控制的切換，更好實現(xiàn)供熱鍋爐控制系統(tǒng)的功能效用。

4 結(jié)語

綜上所述，可編程控制器PLC和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS技術(shù)相結(jié)合的控制體系，在供熱鍋爐控制系統(tǒng)中的運(yùn)用，能夠?qū)徨仩t系統(tǒng)進(jìn)行實時、動態(tài)監(jiān)控，為集中供熱鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的操作性和可靠性提供了保障。系統(tǒng)設(shè)計安全可靠且經(jīng)濟(jì)高效，也為操作人員的工作提供了很大的便捷。對PLC和FCS技術(shù)的探究運(yùn)用，很好地實現(xiàn)了供熱鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的自動化控制，也對老舊設(shè)備控制系統(tǒng)的改進(jìn)提供了很好的借鑒。

［1］仝興林.PLC在鍋爐抗干擾系統(tǒng)中的優(yōu)化設(shè)計與應(yīng)用［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（11）：124.

［2］趙鋼，徐杰，劉紅苗.基于PLC和IFIX的小區(qū)供熱鍋爐控制系統(tǒng)［J］.自動化與儀表，2012（14）：38-41.