【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 于正常運(yùn)行， 2補(bǔ)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(guò)向其中一個(gè)罐體補(bǔ)水，即可實(shí)現(xiàn)每個(gè)罐體同時(shí)補(bǔ)水，需補(bǔ)水罐體設(shè)有 4 個(gè)水位限值，分別為上上限值、上限值、下限值、下下限值。對(duì)于水位的檢測(cè)，可用 紅外 LED 與光接收器配合檢測(cè) ，從 LED 的光直接到達(dá)傳感器頂端的棱鏡，當(dāng)沒(méi)有液體存在時(shí)， 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(shí)，光被折射到液體中，只有少許或無(wú)光到達(dá)接受器。感應(yīng)這個(gè)變化，接受器開(kāi)動(dòng)了單元中的電動(dòng)開(kāi)關(guān)，外部報(bào)警或控制電路從而工作 。用此方法來(lái)檢測(cè)水位 ， 當(dāng)水位到達(dá)下限值，自動(dòng)開(kāi)啟 1補(bǔ)水泵，當(dāng)水位到達(dá)下下限值，報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)啟， 2補(bǔ)水泵開(kāi)始工作，兩臺(tái)補(bǔ)水泵都故障時(shí)整個(gè)系統(tǒng)斷電，系統(tǒng)停止工作。當(dāng)水位值到達(dá)上限值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉 1補(bǔ)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(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并使 1補(bǔ)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(hào)，傳送給 PLC，經(jīng) PLC 計(jì)算分析后，產(chǎn)生控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水泵電機(jī)的停止，啟動(dòng)以及整個(gè)補(bǔ)水泵系統(tǒng)的通斷電。 爐排、鼓風(fēng)和引風(fēng)系統(tǒng) 對(duì)于 AB兩組供暖鍋爐系統(tǒng)，每臺(tái)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(shí)就需要 PLC發(fā)出加大爐排電機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)控制頻率的輸出信號(hào)傳送給其相應(yīng)的控制變頻器，提高爐排和鼓風(fēng)電機(jī)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(duì)于當(dāng)出水溫度高于設(shè)定值，此時(shí)就需要 PLC發(fā)出減小爐排電機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)控制頻率的輸出信 號(hào)傳送給其相應(yīng)的控制變頻器，降低爐排和鼓風(fēng)電機(jī)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(shí)際需要。在加大爐排電機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)頻率的同時(shí)，還需要考慮相應(yīng)的風(fēng)煤比，因?yàn)橹挥性诒３忠欢ū壤娘L(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(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的頻率應(yīng)按提前設(shè)定好的比例增大或者減小。同時(shí)還應(yīng)在爐膛內(nèi)部安裝壓力傳感器用于檢測(cè)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(guò)大，爐膛的漏風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。本系統(tǒng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定爐膛負(fù)壓，并測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并經(jīng)過(guò) PLC內(nèi)部計(jì)算模塊的運(yùn)算得出實(shí)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(jìn)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(duì)引風(fēng)機(jī)變頻器輸出頻率信號(hào)， 確定引風(fēng)機(jī)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(bǔ)水泵、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和爐排電機(jī)的詳細(xì)設(shè)計(jì)思路，闡述了針對(duì)本設(shè)計(jì) 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(shí)介紹了每臺(tái)電機(jī)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(jì) PLC選型及模塊選擇 由于供暖鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，因此 PLC 選用德國(guó)西門(mén)子公司的 S7— 200 型 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性價(jià)比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)，西門(mén)子公司的 PLC 具有可靠性高，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。選用西門(mén)子公司的 S7200 系列的 CPU224 為主機(jī) ， 它有 14/10 共 24 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn) ， 可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展到 168 點(diǎn)數(shù)字量 I/O或 35 路模擬量 I/O， 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器，兩路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出， 13k 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 ， 內(nèi)置有 PID 控制器 。 1 個(gè) RS485 通訊 /編程口及多種通訊協(xié)議 ， 數(shù)據(jù)設(shè)定值、信號(hào)數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理、控制信號(hào)輸入輸出等由PLC 來(lái)實(shí)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(hào)數(shù)據(jù)讀取包括讀取負(fù)壓、水位、頻率、變頻泵號(hào)等 ， 控制信號(hào)輸入輸出包括 5 部分：起動(dòng)、運(yùn)行、停止、切換、報(bào)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(diǎn)個(gè)數(shù)，需要使用擴(kuò)展模塊來(lái)增加 CPU224 的 I/O 點(diǎn)，進(jìn)行來(lái)滿足系統(tǒng)的需要。 本設(shè)計(jì) 中 A 和 B 組系統(tǒng) PLC 設(shè)計(jì)程序原理完全相同，且 A 組簡(jiǎn)單于 B 組，在此只介紹 B 組鍋爐系統(tǒng)的 PLC 硬件設(shè)計(jì)和流程圖。 B 組供暖鍋爐系統(tǒng)的 數(shù)字量擴(kuò)展模塊選用 4 個(gè) EM223 模塊，其具有 16/16 共 32 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。模擬量擴(kuò)展模塊選用3 個(gè) EM235 模擬量輸出 /輸入模塊 ， 它是 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ， 具有 4 個(gè)模擬量輸入和 2 個(gè)模擬量輸出 ， 12 位 A/D 輸入信號(hào)是由多路開(kāi)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(hào) ， 經(jīng)過(guò)變送器調(diào)理和放大處理后 ， EM235 模塊自動(dòng)完成 A/D 轉(zhuǎn)換，成為 05V 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) ， 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(jì)的 B 組 鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要涉及到 82 個(gè)數(shù)字量輸入和 12 個(gè)模擬量輸入 ， 55 個(gè)數(shù)字量輸出和 14 個(gè)模擬量輸出。其類(lèi)型包括操作鍵、開(kāi)關(guān)量傳感器、開(kāi)關(guān)量開(kāi)關(guān)和模擬量傳感器，上述作為輸入信號(hào)；操作鍵包括：?jiǎn)?dòng)開(kāi)關(guān)、停機(jī)開(kāi)關(guān)、自動(dòng) / 手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、報(bào)警解除開(kāi)關(guān)；開(kāi)關(guān)量傳感器包括：反映拖動(dòng)循環(huán)泵、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和爐排的電機(jī)堵轉(zhuǎn)故障的熱繼電器開(kāi)關(guān)信號(hào) ， 反映水位高、低開(kāi)關(guān)信號(hào)，變頻器上、下限頻率 開(kāi)關(guān)信號(hào)；用于測(cè)量溫度值的模擬量輸入信號(hào)和用于測(cè)量鍋爐內(nèi)氣壓值的模擬量輸入信號(hào)。數(shù)字 /模擬輸入開(kāi)關(guān)量分配表 見(jiàn)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(hào)，控制各個(gè)電機(jī)的啟停， PLC 與這些控制電機(jī)的交流接觸器的連接是通過(guò)中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù) PLC 設(shè)備，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。數(shù)字 /模擬輸出開(kāi)關(guān)量分配表 見(jiàn)附錄 3。 PLC接線原理圖 PLC 與各功能擴(kuò)展模塊 、 變頻器 以及各電氣元件 接線原理 圖見(jiàn)附錄 4。 PLC控制系統(tǒng)框圖 PLC 與各個(gè)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(jiàn)附錄 5。 系統(tǒng)各個(gè)子程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)整體的啟動(dòng) /停止子程序 B 組 系統(tǒng)整體啟動(dòng) /停止程序主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的啟動(dòng) /停止控制，有手動(dòng) /自動(dòng)切換功能，首先對(duì) PLC 狀態(tài)初始化，然后通過(guò)人為控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)鍋爐系統(tǒng)手動(dòng)或者自動(dòng)運(yùn)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 /停控制程序流程圖 鼓風(fēng)機(jī)、爐排、引風(fēng)機(jī)控制子程序 本程序完成鍋爐中鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和爐排電機(jī)的啟動(dòng) /停止控制，具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種功能。手動(dòng)控制模式下通過(guò)人為設(shè)定實(shí)現(xiàn)各個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)、停止以及運(yùn)行的頻率設(shè)定。自動(dòng)控制模式下根據(jù)檢測(cè)到的每個(gè)鍋爐的出水溫度，通過(guò) PLC 運(yùn)算模塊，計(jì)算出實(shí)際運(yùn)行中的出水溫度值，經(jīng)過(guò)其內(nèi)置的溫度 PID 模塊進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)，確定爐排電機(jī)和鼓風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，既而可得到爐排電機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的控制頻率；再通過(guò) PLC運(yùn)算模塊計(jì)算出壓力傳感器所檢測(cè)到的實(shí)際爐膛壓力，經(jīng)過(guò)內(nèi)置壓力 PID 模塊進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)，確定引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，既而可得到引風(fēng)機(jī)的控制頻率。其流程圖如圖 43 所示： 開(kāi) 始 結(jié) 束 手動(dòng) /自動(dòng)？ 電機(jī)啟 /停？ 自動(dòng)結(jié)束？ 手動(dòng)控制 自動(dòng)控制 自動(dòng)運(yùn)行 自動(dòng)控制結(jié)束 手動(dòng)控制結(jié)束 啟動(dòng)電機(jī) 手動(dòng) 自動(dòng) 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(shí)現(xiàn)循環(huán)泵系統(tǒng)中水泵電機(jī)的啟動(dòng) /停止控制、變頻器頻率設(shè)定，具有手動(dòng) /自動(dòng)切換功能。手動(dòng)控制模式下通過(guò)人為設(shè)定循環(huán)泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、啟動(dòng)、停止以及運(yùn)行頻率。自動(dòng)控制模式下溫度檢測(cè)元件將鍋爐系統(tǒng)的總出回水溫度模擬信號(hào)傳入 PLC智能轉(zhuǎn)換模塊中，通過(guò)運(yùn)算模塊計(jì)算出總出回水口的溫差值，以鍋爐的實(shí)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(yùn)行信號(hào) 。 通過(guò)溫度 PID模塊檢測(cè)調(diào)節(jié)，與設(shè)定值相比較確定是否開(kāi)啟循環(huán)泵系統(tǒng)，當(dāng)開(kāi)啟后再通過(guò)溫度 PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵電機(jī)的工頻 /變頻切換和運(yùn)行頻率的控制。其流程圖如圖 44所示： 溫度 PID 檢測(cè) 確定爐排電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 壓力 PID 檢測(cè) 確定引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 確定鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)及爐排變頻器控制頻率頻率 開(kāi) 始 結(jié) 束 自動(dòng) /手動(dòng)？ 鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和爐排 啟停和頻率設(shè)定 自動(dòng) 手動(dòng) 圖 43 鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和爐排電機(jī)控制程序流程圖 供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 11 開(kāi) 始 啟動(dòng)循環(huán)泵？ 啟動(dòng) 1變頻器？ 啟動(dòng) 1變頻器 隨機(jī)啟動(dòng)某一臺(tái)泵 出回水溫差偏大？ 出回水溫差偏大？切換到工頻運(yùn)行 隨機(jī)啟動(dòng)另一臺(tái)泵 出回水溫差偏小？ 降低變頻狀態(tài)循環(huán)泵頻率 隨機(jī)選擇一臺(tái)泵切換到變頻運(yùn)行 停止變頻狀態(tài)循環(huán)泵 出回水溫差偏小？ 溫度 PID檢測(cè)調(diào)節(jié) 確定變頻器頻率 結(jié) 束 啟動(dòng) 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(bǔ)水泵 1有故障嗎？ 水位下限 水位嗎？ 開(kāi)啟 1補(bǔ)水泵進(jìn)行補(bǔ)水 水位檢測(cè) 是 否 否 補(bǔ)水泵 2工作 是 檢測(cè)水位為上限水位嗎？ 1補(bǔ)水泵停止補(bǔ)水 是 否 檢測(cè)水位為上限水位嗎？ 補(bǔ)水泵 2停止補(bǔ)水 是 否 故障報(bào)警 返 回 開(kāi) 始 補(bǔ)水泵控制子程序 本程序用于實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水系統(tǒng)的啟動(dòng) /停止控制，手動(dòng) /自動(dòng)切換和報(bào)警功能。在手動(dòng)控制模式下，通過(guò)人為控制補(bǔ)水泵的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的補(bǔ)水。自動(dòng)控制模式下，系統(tǒng)檢測(cè)水位，水位在下限，則開(kāi)啟 1補(bǔ)水泵，當(dāng)檢測(cè)到水位在上限，則關(guān)停 1補(bǔ)水泵，在補(bǔ)水過(guò)程中若檢測(cè)水位在上上限時(shí)，則發(fā)出警報(bào)同時(shí)補(bǔ)水泵整體進(jìn)行系統(tǒng)斷電，若檢測(cè)水位在下下限時(shí)，則發(fā)出警報(bào)同時(shí)開(kāi)啟 2補(bǔ)水泵進(jìn)行補(bǔ)水，達(dá)到上限水位時(shí)， 2補(bǔ)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(hào)，分別包括溫度模擬信號(hào)壓力模擬信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)溫度信號(hào)和壓力信號(hào)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(bào)警信號(hào)；如果均運(yùn)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(diǎn)數(shù)。其流程圖如圖 46所示：圖 45 補(bǔ)水泵控制程序流程圖 供暖鍋