供暖鍋爐溫度和壓力的PLC控制

蔣恩寶

摘 要：本文首先對(duì)PLC發(fā)展現(xiàn)狀做了介紹，然后詳細(xì)闡述了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，其中著重介紹了PLC如何實(shí)現(xiàn)供暖鍋爐溫度以及壓力的控制，最后對(duì)供暖鍋爐溫度和壓力的PLC控制進(jìn)行了評(píng)價(jià)，希望對(duì)供暖鍋爐溫度和壓力的PLC控制研究有所幫助。

關(guān)鍵詞：供暖鍋爐；溫度；壓力；PLC控制

隨著電子自動(dòng)化的發(fā)展，可編程邏輯控制器PLC作為自動(dòng)控制的重要組成部分已經(jīng)成為大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)。使用PLC來(lái)進(jìn)行對(duì)供暖鍋爐溫度以及壓力進(jìn)行控制可以保證供暖鍋爐安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

一、PLC發(fā)展現(xiàn)狀

50多年來(lái)，PLC有了長(zhǎng)足的發(fā)展，其性能有了很大的提高，功能更加豐富，體積也越來(lái)越小，在鍋爐的應(yīng)用中也越來(lái)越廣泛。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，PLC越來(lái)越模塊化，因?yàn)槟K化更容易擴(kuò)展以滿(mǎn)足不同用戶(hù)多種多樣的需求，所以模塊式構(gòu)造PLC成為PLC的主流。PLC作為自動(dòng)化控制的關(guān)鍵組成部分，需要處理大量的數(shù)據(jù)，因此這需要PLC硬件具備極強(qiáng)的處理能力。近些年來(lái)，PLC故障自檢系統(tǒng)受到越來(lái)越多的重視，它可以幫助PLC更好地對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)從而幫助PLC故障的發(fā)生，保障PLC的安全性可靠性【1】。

二、控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)控制方案概述

該控制系統(tǒng)的系統(tǒng)控制量為兩個(gè)，分別為溫度及壓力。系統(tǒng)控制功能由鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)電機(jī)、補(bǔ)水電機(jī)、上煤機(jī)、爐排電機(jī)、排渣機(jī)這七個(gè)電機(jī)完成。

鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和上煤機(jī)之間的協(xié)調(diào)配合可以起到控制溫度的作用。具體溫度控制設(shè)計(jì)如下，溫度閉環(huán)回路會(huì)控制鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使得溫度控制在一個(gè)穩(wěn)定值。鼓風(fēng)機(jī)在對(duì)溫度控制的同時(shí)，爐膛負(fù)壓會(huì)發(fā)生一定的改變，這樣信號(hào)會(huì)傳入引風(fēng)機(jī)控制回路環(huán)的反饋信號(hào)端，經(jīng) PID 運(yùn)算之后，將控制信號(hào)送往變頻器，引風(fēng)機(jī)的調(diào)速會(huì)有一定的變化。在供暖過(guò)程中，為了更好地節(jié)能環(huán)保，需要提高供暖鍋爐煤塊的燃燒效率，PLC可以對(duì)上煤機(jī)的調(diào)速進(jìn)行控制來(lái)提高燃燒效率。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不斷增快，燃燒的氧氣供給會(huì)不斷增多，這是上煤速度的加快可以很好地提高燃燒效率，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。因此PLC在風(fēng)機(jī)速度不斷增快的同時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)整上煤機(jī)的速度，從而讓風(fēng)機(jī)和上煤機(jī)更好地配合以此來(lái)提高燃燒效率。采用壓力變送器、變頻器、PLC 內(nèi)部的 PID 控制器組成的壓力閉環(huán)回路自動(dòng)控制循環(huán)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制水壓的調(diào)節(jié)。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為密閉系統(tǒng)，從理論上來(lái)講，在水壓和溫度控制過(guò)程中，水不會(huì)出現(xiàn)損失的狀況。但是實(shí)際操作中，系統(tǒng)的氣密性可能并不是很強(qiáng)，所以會(huì)存在出現(xiàn)水減少的現(xiàn)象。因此，在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還需要注意到液位問(wèn)題。在設(shè)計(jì)時(shí)可采用變頻器來(lái)控制補(bǔ)水電機(jī)從而保持液面穩(wěn)定在一個(gè)水平上，保證供暖鍋爐壓力和溫度控制的正常進(jìn)行。具體使用PLC調(diào)節(jié)補(bǔ)水電機(jī)過(guò)程如下，首先要使用液壓傳感器來(lái)對(duì)液面進(jìn)行感知，當(dāng)液面處于最佳液位點(diǎn)時(shí)，PLC不會(huì)對(duì)補(bǔ)水電機(jī)進(jìn)行控制，保證水的正常循環(huán)應(yīng)用。當(dāng)液面低于最低液位點(diǎn)或者液面高于最高液位點(diǎn)時(shí)，PLC會(huì)控制補(bǔ)水電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)水，從而將液面控制在合適的液位點(diǎn)處。

（二）數(shù)據(jù)采集及傳送

溫度信號(hào)的采集與傳送步驟如下，首先會(huì)測(cè)量水的溫度然后轉(zhuǎn)化為PLC可用的數(shù)據(jù)，溫度數(shù)據(jù)傳送到PLC后還可以通過(guò)認(rèn)為計(jì)算再轉(zhuǎn)化為實(shí)際測(cè)量溫度。為了保證轉(zhuǎn)化的準(zhǔn)確性，需要在測(cè)量溫度時(shí)精確性要高而且減少在傳送過(guò)程中的損耗。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，將輸入和輸出信號(hào)設(shè)計(jì)為線(xiàn)性，這可以很好的進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，從而保證數(shù)據(jù)傳送的順利。

（三）溫度、壓力和液位控制實(shí)現(xiàn)

采用PID實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度以及壓力的控制。PID其作用原理是使用偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行對(duì)溫度以及壓力的控制。PID控制有很多的優(yōu)點(diǎn)，首先PID控制器可以很好地對(duì)靜差進(jìn)行消除，從而保證系統(tǒng)的靜態(tài)特性。其次PID可以加快調(diào)節(jié)溫度以及水壓的過(guò)渡過(guò)程，從而保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。這樣PID可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)特性的調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)更為完善，更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度以及壓力的控制。PID在應(yīng)用于溫度以及壓力控制過(guò)程中，可以減少程度響應(yīng)的時(shí)間，從而更快地實(shí)現(xiàn)對(duì)水壓以及溫度的控制，使供暖鍋爐更為高效【2】。

對(duì)于供暖鍋爐溫度的控制是通過(guò)PLC調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)、上煤機(jī)以及引風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體運(yùn)作流程如下，首先是一系列信號(hào)的轉(zhuǎn)變傳送，熱電阻會(huì)將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為阻值信號(hào)，然后阻值信號(hào)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的處理轉(zhuǎn)化為PLC可用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。在設(shè)計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和溫度信號(hào)是按照線(xiàn)性關(guān)系轉(zhuǎn)化的。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)會(huì)在模擬量擴(kuò)展單元的作用下進(jìn)入PLC進(jìn)一步處理，一方面PLC會(huì)將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)再次轉(zhuǎn)化為溫度信號(hào)顯示在溫度顯示屏上，另一方面PLC會(huì)將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)所攜帶的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前溫度并不符合設(shè)計(jì)的要求，則會(huì)輸出電流信號(hào)去控制變頻器，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果溫度過(guò)高，電流信號(hào)會(huì)控制變頻器降低鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)上煤機(jī)的速度也會(huì)下降，減少煤炭的燃燒從而將溫度控制在合理的范圍之內(nèi)。如果溫度過(guò)低，電流信號(hào)會(huì)控制變頻器提高鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)上煤機(jī)的速度也會(huì)上升，增加煤炭的燃燒從而將溫度控制在一定的數(shù)值之內(nèi)。這樣經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)機(jī)以及上煤機(jī)的調(diào)節(jié)就完成了對(duì)供暖鍋爐的控制。對(duì)于供暖鍋爐壓力的控制是通過(guò)壓力變送器、變頻器、PLC 內(nèi)部的 PID 控制器、自動(dòng)控制循環(huán)電機(jī)以及循環(huán)水泵實(shí)現(xiàn)的。首先會(huì)對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量，將壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)化變?yōu)镻LC可用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，從而壓力數(shù)據(jù)會(huì)傳送到PLC中來(lái)，一方面PLC會(huì)將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)再次轉(zhuǎn)化為壓力信號(hào)顯示在壓力顯示屏上，另一方面PLC會(huì)將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)所攜帶的壓力數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)壓力過(guò)高或者過(guò)低，會(huì)通過(guò)壓力閉環(huán)回路控制循環(huán)點(diǎn)擊的轉(zhuǎn)速，從而控制循環(huán)水泵，將壓力控制在合理的范圍之內(nèi)，保證供暖鍋爐供暖的正常進(jìn)行【3】。

三、供暖鍋爐溫度和壓力的PLC控制評(píng)價(jià)

采用PLC智能自動(dòng)化計(jì)算機(jī)技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)供暖鍋爐進(jìn)行自動(dòng)化控制，大大提高了供暖鍋爐的效率和安全程度，保證供暖鍋爐安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。PLC控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、邏輯計(jì)算、PID調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制功能。可以對(duì)鍋爐運(yùn)行過(guò)程中溫度、水壓等工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過(guò)程序進(jìn)行運(yùn)算和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐爐溫、爐膛負(fù)壓、含氧量、水位等重要工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，達(dá)到鍋爐自動(dòng)燃燒，提高熱效率。在控制溫度方面，PLC可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)、上煤機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精準(zhǔn)控制，從而保證了供暖溫度適宜，為居民提供更舒適的供暖環(huán)境。在控制水壓方面，PLC可以通過(guò)調(diào)節(jié)壓力變送器、變頻器、自動(dòng)控制循環(huán)電機(jī)以及循環(huán)水泵來(lái)對(duì)壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而保證供暖鍋爐的安全性。PLC還可以起到節(jié)能環(huán)保的作用，PLC通過(guò)協(xié)調(diào)上煤機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)的速度，從而使燃燒效率上升，減少了煤塊不充分燃燒排出的一氧化碳，而且同等體積的煤塊提供了更多地?zé)崃浚衔覈?guó)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會(huì)建設(shè)需求【4】。

結(jié)語(yǔ)：

隨著供暖鍋爐應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這對(duì)供暖系統(tǒng)的控制提出了更高的要求。PLC智能化信息化的程度進(jìn)一步加深，可以很好地滿(mǎn)足供暖鍋爐對(duì)于控制系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化的要求。PLC可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)供暖鍋爐溫度以及壓力的控制，從而保證供暖鍋爐的供暖效率以及供暖安全。我相信隨著PLC技術(shù)的進(jìn)一步提高，供暖鍋爐控制系統(tǒng)會(huì)進(jìn)一步智能化自動(dòng)化從而更好地為供暖服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫麗.鍋爐供暖現(xiàn)狀分析及運(yùn)行節(jié)能技術(shù)分析[J].暖通空調(diào)，1994，12（6）：3～9.

[2]姜鐵源，張來(lái)仁，王偉.多臺(tái)工業(yè)鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)[J].自動(dòng)化技術(shù)與用，1999，18（4）：26～28.

[3]李之光.常壓熱水鍋爐及其供暖系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[4]張亮明，夏桂娟.工業(yè)鍋爐熱工檢測(cè)與過(guò)程控制[J].天津：天津大學(xué)出版社，1992.