基于PLC 的锅炉补水泵控制系统研究朱成俊1，王笛1，张绚艳2（1.河南工业职业技术学院机械工程系，河南南阳473009； 2.南阳市锅炉压力容器检验所，河南南阳473000）摘要：设计了一套水暖锅炉自动调温系统应用于农业生产，主要部件包括主机、辅机、控制系统和水暖管道装置等。
基于P LC 的锅炉补水泵控制系统能够对整个锅炉的运行状况进行监测、报警、控制，保证锅炉正常、可靠地运行。
该设计克服了以往养殖水暖锅炉中存在的缺陷，可以保证锅炉补水泵控制系统稳定可靠工作。
关键词：锅炉；控制系统；设计中图分类号：TU833文献标志码：Adoi ：10.3969/jissn.1671-9646（X ）.2012.02.042Design for Water Pump Control S ystem of Boiler Based on PLCZHU Che ng -jun 1,WANG Di 1,ZHANG Xua n-ya n 2（1.Me cha nica l De pa rtme nt,He 'na n P o lyte chnic Institute ，Na nya ng ，He 'na n 473009，China ；2.Na nya ng Bo ile r a nd P re ssure Ve sse l Institute ，Na nya ng ，He 'na n 473000，China）Abstra ct ：This pa pe r de sig ns a bre e ding plumbing bo ile r with a uto ma tic te mpe ra ture a djustme nt syste m a pplie d in a g riculture pro ductio n.The bo ile r ma inly co nstitute d by ho st ，a uxilia ry e ng ine ，co ntro l syste m a nd plumbing pipe s.The co ntro l syste m o f wa te r pump co ntro l syste m ba se d o n P LC te chno lo g y ke e p mo nito ring ，a la rming a nd co ntro lling the who le wo rking co nditio n ，which ca n g ua ra nte e the no rma l ，re lia ble o pe ra tio n.This de sig n ha s o ve rco me so me de fe cts e xisting in the fo rme r bre e ding plumbing bo ile r ，which ca n g ua ra nte e the bo ile r wa te r pump co ntro l syste m wo rks sta bility a nd re lia bility.Ke y wo rds ：bo ile r ；co ntro l syste m ；de sig n收稿日期：2011-10-10基金项目：河南省教育厅科技攻关计划（2010550076）。
作者简介：朱成俊（1977—），男，河南人，工学硕士，讲师，研究方向：快速成型、检测技术、CAD/CAM 。
文章编号：1671-9646（2012）02-0143-03第2期（总第271期）农产品加工·学刊No .22012年2月Aca de m ic Pe rio dica l o f Fa rm Pro ducts Pro ce s s ingFe b.0引言养殖水暖锅炉是一种动力设备，它的功能是把燃料中的贮能通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。
目前，大多数养殖水暖锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。
锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，许多参数之间明显地存在着复杂的关系。
对于锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以达到理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最佳控制效果[1-3]。
可编程逻辑控制器（PLC）既能代替传统的继电器接触器控制系统，又具有扩展各种输入输出模块，如A/D 模块、热电偶热电阻模块，构成多功能控制系统。
现代P LC 集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定，在传统工业的现代化改造中发挥着越来越重要的作用。
水暖锅炉系统是主要由主机、辅机（冷暖风机）、控制系统及水暖管道组成，具有在冬季升高温度，夏季降低温度的功能[4-5]。
该系统的主机是风暖水暖结合的整机，同时也是配装提供风暖和水暖的风机，主要以燃煤为燃料。
水暖系统由于采用了水包火多管结合的常压设计技术，使得设备运行安全可靠性得到保障；风暖系统的设计融合了多根风管组合的技术，使得热风量加大，热利用率可达到95%以上，该设备具有结构紧凑、节能清洁等特点。
1水暖锅炉系统设计功能（1）远程/就地控制。
系统具有远程控制和就地控制2种控制功能。
通过操作台和可编程控制器对锅炉系统中的鼓风机、引风机、炉排电机、循环泵和补水泵实现远程控制。
同时，也可直接操作变频控制柜，实现就地控制。
（2）单动/联动模式。
本系统工作在单动和联动2种工作模式下。
单动和联动模式下均可实现远程/就地控制和参数设定，但单动模式下，需人工根据气候、负荷的变化设定鼓风机、循环泵和补水泵等农产品加工·学刊2012年第2期图3电流互感器的接线电机的转速，相当于“开环控制”；联动模式下，操作人员只需根据室内温度和室外温度的变化设定锅炉的出水温度和炉膛负压等参数，系统自动地调节电机的转速，减少了人工干预，提高了自动化水平。
（3）检测功能。
系统通过安装在锅炉现场的各类传感器，可检测出水温度、回水温度、出水流量、回水压力、出水压力、补水流量、循环水泵压力等参数，并可以将这些数据通过变送器传送到可编程控制器处理，所有参数均可在操作台显示上显示出来。
（4）超温超压报警。
按规定，锅炉控制系统必须包含超温超压报警功能，当系统中的温度、压力等信号超过上下限时，必须提示报警信息，对某些重要参数，还设置了报警联动功能，即超限时停炉或停泵处理。
2水暖锅炉补水泵工作原理水暖锅炉的机械结构系统，一般是由锅炉本体、补水箱、循环水泵、补水泵等组成。
该系统中补水箱内的水的来源一般由两路提供：①热交换形成的冷凝水；②管道内的自来水。
当设备中循环流动的水不足以维持供热所需的水时，系统就会自动启动补水泵，将补水箱内的水加入到锅炉，以确保设备的正常运行。
锅炉的机械结构系统见图1。
图1锅炉的机械结构系统在本次设计中，水暖锅炉的控制系统是由水位检测、温度检测、压力检测、按键控制、水温控制、水位控制、循环控制、压力控制、显示部分、故障报警等几部分共同组成。
该控制系统主要用水位传感器检测水位，用数字温度传感器Dsl 8820来检测水温，用五个控制按键来实现按键控制，用三位LED 显示器来完成显示部分，用变频器来实现对循环泵的转速的控制，用压力传感器检测锅炉内部压力。
并且通过模数转换把这些信号送入P LC 中。
系统就会把这些信号与预先设定在PLC 内部固定参数值进行比较、分析、计算，以判断P LC 是否需要发出控制信号，以确定是否对相应的执行元件进行操作控制，即是否需要启动鼓风机，是否需要接通补水泵电路，是否需要加快循环泵的转速等操作，从而实现单片机自动控制的目的。
本设计采用P LC 控制具有以下优点：锅炉供暖功能易于实现，程序易于调试，一部分出现故障不会影响其他部分的工作，而且造价低、维修方便。
3水暖锅炉补水泵的系统设计方案补水系统方案见图2。
图2补水系统方案在硬件系统设计中，该补水系统采用了两台变频器，其中1号和3号水泵电机有2种工作状态即变频和工频。
变频器输出电源通过两个接触器与工频电源和电机相联，对于实现电机、变频器的接通，通常的做法是在变频器的输入电源前端接入一个空气开关，空气开关的容量主要依据电机的额定电流来确定。
而对于接触器来讲，接触器的选择必须依据电动机的容量的大小，来作出适当选择。
在控制电路的设计中，由于考虑到弱电和强电之间的隔离的问题，因此在整个控制系统中，所有控制电机、阀门接触器的动作都是按照PLC 的程序操作来完成的的。
为了保护PLC 设备，系统并不是将选用的PLC 的输出端口直接和交流接触器连接，而是通过中间继电器来实现控制电机或者阀门的动作。
为了实现系统中的强电和弱电之间的隔离，保护系统，延长系统的使用寿命，增强系统工作的可靠性，因此，在PLC 输出端口和交流接触器之间引入了中间继电器。
由于每台电机的工作电流都在几百安以上，为了使电机当前的工作电流能够显示出来，因此，需在每台电机三相输入电源前端都接入2个电流互感器，且电流互感器需要与热继电器、2个电流表连接。
电流互感器的接线见图3。
144··2012年第2期两个电流表分别安装在控制柜和操作台上，这样可以直观、方便地观察电机的三相工作电流，便于工作人员监测电机的工作状态，同时也可以实现热继电器对电动机的过热保护。
4补水泵系统电气控制方案补水泵系统电气控制见图4。
该系统中的补水泵有3台，即1号，2号，3号补水泵。
其中配有变频器的补水泵仅有1号和3号两台。
当1号补水泵采用变频控制启动后仍不能满足要求时，系统就会在1号补水泵工作处于工频工况的同时，再次启动2号补水泵，此时的2号补水泵采用工频控制。
以此类推启动3号。
变频器的主电路电源输入端子（R ，S ，T ）通过空气开关与三相电源连接，变频器主电路输出端子（U ，V ，W ）经接触器与三相电动机相连。
当电机旋转方向与预先设定状态不一致时，则只需调换输出端子（U ，V ，W）的任意两相，即可改变电机的旋转方向。
对于有变频/工频2种状态的电动机，必须保证在工频电源拖动和变频输出电源拖动2种情况下电机旋转方向的一致性，否则在变频/工频的切换过程中会产生很大的转换电流，致使转换操作无法完成。
由于控制电路之中存在电路之间互锁的问题，而控制系统又是实现分组的组内自动循环，因此，组内互锁和组间互锁共同组成了电路的自锁。
其中，组内互锁指的是同一组中电动机的互锁，而组间互锁指的是不同组之间电动机的互锁。
在实现组内互锁期间，系统要求变频器始终只能与一台电动机相连，即便是大容量电动机处于变频工作状态，小容量电动机也允许存在一种工作状态，即工频工作状态或停止工作状态，禁止电动机出现同时接在工频电源和变频电源的情况。
