【文章內(nèi)容簡介】 于正常運行， 2補水泵用于備用，由于每組鍋爐系統(tǒng)的鍋爐罐體均為連通結(jié)構(gòu)，因此可通過向其中一個罐體補水，即可實現(xiàn)每個罐體同時補水，需補水罐體設(shè)有 4 個水位限值，分別為上上限值、上限值、下限值、下下限值。對于水位的檢測，可用 紅外 LED 與光接收器配合檢測 ，從 LED 的光直接到達(dá)傳感器頂端的棱鏡，當(dāng)沒有液體存在時， LED 中的光在棱鏡中被反射到接受器。當(dāng)上升的液體侵入棱鏡時，光被折射到液體中，只有少許或無光到達(dá)接受器。感應(yīng)這個變化，接受器開動了單元中的電動開關(guān)，外部報警或控制電路從而工作 。用此方法來檢測水位 ， 當(dāng)水位到達(dá)下限值，自動開啟 1補水泵，當(dāng)水位到達(dá)下下限值，報警系統(tǒng)開啟， 2補水泵開始工作，兩臺補水泵都故障時整個系統(tǒng)斷電，系統(tǒng)停止工作。當(dāng)水位值到達(dá)上限值時，自動關(guān)閉 1補水泵 ， 當(dāng)水位值供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 6 到達(dá)上上限值時，系統(tǒng)報警，并使 1補水泵控 制系統(tǒng)斷電 ， 停止工作。到達(dá)相應(yīng)水位所產(chǎn)生的電信號，傳送給 PLC，經(jīng) PLC 計算分析后，產(chǎn)生控制信號，實現(xiàn)補水泵電機的停止，啟動以及整個補水泵系統(tǒng)的通斷電。 爐排、鼓風(fēng)和引風(fēng)系統(tǒng) 對于 AB兩組供暖鍋爐系統(tǒng)，每臺鍋爐的出水溫度均需保持在一定的設(shè)定范圍內(nèi)，若出水溫度低于設(shè)定值，此時就需要 PLC發(fā)出加大爐排電機和鼓風(fēng)機控制頻率的輸出信號傳送給其相應(yīng)的控制變頻器，提高爐排和鼓風(fēng)電機的轉(zhuǎn)速，加大爐膛內(nèi)的燃煤量，從而產(chǎn)生更多的熱量；對于當(dāng)出水溫度高于設(shè)定值，此時就需要 PLC發(fā)出減小爐排電機和鼓風(fēng)機控制頻率的輸出信 號傳送給其相應(yīng)的控制變頻器，降低爐排和鼓風(fēng)電機的轉(zhuǎn)速，減小爐膛內(nèi)的燃煤量，從而減少產(chǎn)生的熱量，用以滿足實際需要。在加大爐排電機和鼓風(fēng)機頻率的同時，還需要考慮相應(yīng)的風(fēng)煤比，因為只有在保持一定比例的風(fēng)煤比情況下，才能使燃料充分的燃燒，保證了鍋爐內(nèi)部處在最佳的燃燒狀態(tài)，因此爐排電機和鼓風(fēng)機的頻率應(yīng)按提前設(shè)定好的比例增大或者減小。同時還應(yīng)在爐膛內(nèi)部安裝壓力傳感器用于檢測爐膛負(fù)壓， 保持爐膛壓力在一定的負(fù)壓范圍內(nèi)。爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量與鼓風(fēng)量的 適應(yīng)程度 。如果爐膛負(fù)壓太小，爐膛容易想外噴火，危及設(shè)備與工作人員的安 全。負(fù)壓過大，爐膛的漏風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機的電耗和煙氣帶走的熱量損失。本系統(tǒng)根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定爐膛負(fù)壓，并測量爐膛負(fù)壓， 由 PLC的模數(shù)轉(zhuǎn)換智能模塊將傳感器采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并經(jīng)過 PLC內(nèi)部計算模塊的運算得出實際的爐膛負(fù)壓，再與提前設(shè)定好的數(shù)值相比較，由 PLC內(nèi)部的 PID調(diào)節(jié)模塊進行分析調(diào)整使 爐膛負(fù)壓保持在一定的范圍內(nèi)，從而 確定了 PLC對引風(fēng)機變頻器輸出頻率信號， 確定引風(fēng)機的轉(zhuǎn)速 ，調(diào)節(jié)了引風(fēng)量 。 本章小結(jié) 本章主要介紹了循環(huán)泵、補水泵、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機和爐排電機的詳細(xì)設(shè)計思路，闡述了針對本設(shè)計 中所涉及到的變頻技術(shù)和 PLC控制技術(shù)具體應(yīng)用，并同時介紹了每臺電機的控制參數(shù)及其控制依據(jù)。供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 7 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PLC選型及模塊選擇 由于供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對簡單，因此 PLC 選用德國西門子公司的 S7— 200 型 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)，西門子公司的 PLC 具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點。選用西門子公司的 S7200 系列的 CPU224 為主機 ， 它有 14/10 共 24 個數(shù)字量 I/O 點 ， 可連接 7 個擴展模塊，最大擴展到 168 點數(shù)字量 I/O或 35 路模擬量 I/O， 6 個獨立的 30kHz 高速計數(shù)器，兩路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出， 13k 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間 ， 內(nèi)置有 PID 控制器 。 1 個 RS485 通訊 /編程口及多種通訊協(xié)議 ， 數(shù)據(jù)設(shè)定值、信號數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理、控制信號輸入輸出等由PLC 來實現(xiàn) 。 數(shù)據(jù)設(shè)定值包括壓力上下值、水位上下值及頻率上下值等 ， 信號數(shù)據(jù)讀取包括讀取負(fù)壓、水位、頻率、變頻泵號等 ， 控制信號輸入輸出包括 5 部分：起動、運行、停止、切換、報警及故障自診斷，根據(jù)本系統(tǒng)中所涉及到的數(shù)字量 I/O 點個數(shù)，需要使用擴展模塊來增加 CPU224 的 I/O 點，進行來滿足系統(tǒng)的需要。 本設(shè)計 中 A 和 B 組系統(tǒng) PLC 設(shè)計程序原理完全相同，且 A 組簡單于 B 組，在此只介紹 B 組鍋爐系統(tǒng)的 PLC 硬件設(shè)計和流程圖。 B 組供暖鍋爐系統(tǒng)的 數(shù)字量擴展模塊選用 4 個 EM223 模塊，其具有 16/16 共 32 個數(shù)字量 I/O 點。模擬量擴展模塊選用3 個 EM235 模擬量輸出 /輸入模塊 ， 它是 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ， 具有 4 個模擬量輸入和 2 個模擬量輸出 ， 12 位 A/D 輸入信號是由多路開關(guān)依次采集的 ， 所使用的數(shù)值是數(shù)字濾波器求取采樣值的平均值 。 溫度傳感器和壓力傳感器的輸入信號 ， 經(jīng)過變送器調(diào)理和放大處理后 ， EM235 模塊自動完成 A/D 轉(zhuǎn)換，成為 05V 的標(biāo)準(zhǔn)信號 ， 這樣完全可以滿足系統(tǒng)的要求 。 PLC的 I/O地址分配 本設(shè)計的 B 組 鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計主要涉及到 82 個數(shù)字量輸入和 12 個模擬量輸入 ， 55 個數(shù)字量輸出和 14 個模擬量輸出。其類型包括操作鍵、開關(guān)量傳感器、開關(guān)量開關(guān)和模擬量傳感器，上述作為輸入信號；操作鍵包括：啟動開關(guān)、停機開關(guān)、自動 / 手動轉(zhuǎn)換開關(guān)、報警解除開關(guān)；開關(guān)量傳感器包括：反映拖動循環(huán)泵、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機和爐排的電機堵轉(zhuǎn)故障的熱繼電器開關(guān)信號 ， 反映水位高、低開關(guān)信號，變頻器上、下限頻率 開關(guān)信號；用于測量溫度值的模擬量輸入信號和用于測量鍋爐內(nèi)氣壓值的模擬量輸入信號。數(shù)字 /模擬輸入開關(guān)量分配表 見附錄 2。 供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 8 PLC 的輸出端口包括各種故障指示，給變頻器發(fā)出的頻率控制信號，控制各個電機的啟停， PLC 與這些控制電機的交流接觸器的連接是通過中間繼電器來實現(xiàn)的，可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強電和弱電之間的隔離，保護 PLC 設(shè)備，增強系統(tǒng)工作的可靠性。數(shù)字 /模擬輸出開關(guān)量分配表 見附錄 3。 PLC接線原理圖 PLC 與各功能擴展模塊 、 變頻器 以及各電氣元件 接線原理 圖見附錄 4。 PLC控制系統(tǒng)框圖 PLC 與各個硬件部分連接及有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)的整體控制結(jié)構(gòu)如圖 41 所示： 系統(tǒng)程序 總 流程圖 供暖鍋爐系統(tǒng) 的程序總流程圖見附錄 5。 系統(tǒng)各個子程序設(shè)計 系統(tǒng)整體的啟動 /停止子程序 B 組 系統(tǒng)整體啟動 /停止程序主要實現(xiàn)整個鍋爐系統(tǒng)的啟動 /停止控制，有手動 /自動切換功能，首先對 PLC 狀態(tài)初始化，然后通過人為控制，實現(xiàn)整個鍋爐系統(tǒng)手動或者自動運行自由切換。其流程圖如圖 42 所示： 圖 41 PLC 控制系統(tǒng)框圖 供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 9 圖 42 系統(tǒng)整體啟 /?？刂瞥绦蛄鞒虉D 鼓風(fēng)機、爐排、引風(fēng)機控制子程序 本程序完成鍋爐中鼓風(fēng)機、引風(fēng)機和爐排電機的啟動 /停止控制，具有手動和自動兩種功能。手動控制模式下通過人為設(shè)定實現(xiàn)各個電機的啟動、停止以及運行的頻率設(shè)定。自動控制模式下根據(jù)檢測到的每個鍋爐的出水溫度，通過 PLC 運算模塊，計算出實際運行中的出水溫度值，經(jīng)過其內(nèi)置的溫度 PID 模塊進行運算調(diào)節(jié)，確定爐排電機和鼓風(fēng)電機的轉(zhuǎn)速，既而可得到爐排電機和鼓風(fēng)機的控制頻率；再通過 PLC運算模塊計算出壓力傳感器所檢測到的實際爐膛壓力，經(jīng)過內(nèi)置壓力 PID 模塊進行運算調(diào)節(jié)，確定引風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，既而可得到引風(fēng)機的控制頻率。其流程圖如圖 43 所示： 開 始 結(jié) 束 手動 /自動？ 電機啟 /停？ 自動結(jié)束？ 手動控制 自動控制 自動運行 自動控制結(jié)束 手動控制結(jié)束 啟動電機 手動 自動 否 是 停 PLC 狀態(tài)初始化 供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 10 循環(huán)泵控制子 程序 循環(huán)泵控制程序主要實現(xiàn)循環(huán)泵系統(tǒng)中水泵電機的啟動 /停止控制、變頻器頻率設(shè)定，具有手動 /自動切換功能。手動控制模式下通過人為設(shè)定循環(huán)泵的運行臺數(shù)、啟動、停止以及運行頻率。自動控制模式下溫度檢測元件將鍋爐系統(tǒng)的總出回水溫度模擬信號傳入 PLC智能轉(zhuǎn)換模塊中，通過運算模塊計算出總出回水口的溫差值，以鍋爐的實際溫差作為 PID的反饋 ， 以目標(biāo)溫差作為 PID的給定， PID的輸出作為變頻循環(huán)泵的頻率運行信號 。 通過溫度 PID模塊檢測調(diào)節(jié)，與設(shè)定值相比較確定是否開啟循環(huán)泵系統(tǒng)，當(dāng)開啟后再通過溫度 PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)循環(huán)泵電機的工頻 /變頻切換和運行頻率的控制。其流程圖如圖 44所示： 溫度 PID 檢測 確定爐排電機、鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速 壓力 PID 檢測 確定引風(fēng)機轉(zhuǎn)速 確定鼓風(fēng)機、引風(fēng)機及爐排變頻器控制頻率頻率 開 始 結(jié) 束 自動 /手動？ 鼓風(fēng)機、引風(fēng)機和爐排 啟停和頻率設(shè)定 自動 手動 圖 43 鼓風(fēng)機、引風(fēng)機和爐排電機控制程序流程圖 供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 11 開 始 啟動循環(huán)泵？ 啟動 1變頻器？ 啟動 1變頻器 隨機啟動某一臺泵 出回水溫差偏大？ 出回水溫差偏大？切換到工頻運行 隨機啟動另一臺泵 出回水溫差偏小？ 降低變頻狀態(tài)循環(huán)泵頻率 隨機選擇一臺泵切換到變頻運行 停止變頻狀態(tài)循環(huán)泵 出回水溫差偏小？ 溫度 PID檢測調(diào)節(jié) 確定變頻器頻率 結(jié) 束 啟動 2變頻器 否 否 是 是 否 是 否 是 否 是 圖 44 循環(huán)泵控制程序流程圖 供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 12 補水泵 1有故障嗎？ 水位下限 水位嗎？ 開啟 1補水泵進行補水 水位檢測 是 否 否 補水泵 2工作 是 檢測水位為上限水位嗎？ 1補水泵停止補水 是 否 檢測水位為上限水位嗎？ 補水泵 2停止補水 是 否 故障報警 返 回 開 始 補水泵控制子程序 本程序用于實現(xiàn)補水系統(tǒng)的啟動 /停止控制，手動 /自動切換和報警功能。在手動控制模式下，通過人為控制補水泵的啟動和停止，實現(xiàn)對鍋爐的補水。自動控制模式下，系統(tǒng)檢測水位，水位在下限，則開啟 1補水泵，當(dāng)檢測到水位在上限，則關(guān)停 1補水泵，在補水過程中若檢測水位在上上限時，則發(fā)出警報同時補水泵整體進行系統(tǒng)斷電，若檢測水位在下下限時，則發(fā)出警報同時開啟 2補水泵進行補水，達(dá)到上限水位時， 2補水泵關(guān)停。其流程圖如圖 45所示： 模擬量輸入子程序 模擬量輸入程序模塊主要接收外部輸入模擬信號，分別包括溫度模擬信號壓力模擬信號，通過檢測溫度信號和壓力信號與提前設(shè)定的上下限值相比較確定是否有故障發(fā)生，如果發(fā)生故障則發(fā)出報警信號；如果均運行良好，則存入共享數(shù)據(jù)塊中，并轉(zhuǎn)換為 IEEE758標(biāo)準(zhǔn)咒位浮點數(shù)。其流程圖如圖 46所示：圖 45 補水泵控制程序流程圖 供暖鍋