燃气锅炉温度的PLC控制系统_

毕业论文题目：燃气锅炉的P L C控制系统学生姓名：系别：专业班级：指导教师：二〇一一年五月摘要燃气锅炉PLC自动控制系统。

本系统根据实际供暖中负荷多变的特点,采用先进的变频技术和模糊控制技术专门进行研发的,其主要功能是改变锅炉的燃气量,使锅炉节能运行。

该系统对提高燃料利用率有明显效果。

目前,人们对环境保护的意识越来越高,改变供暖的燃料品种,燃烧清洁燃料,是降低空气污染的有效措施。

近几年来,我国城市燃气结构发生很大变化,西气东输、西电东运等工程的实施,更为燃气锅炉PLC控制系统的应用起到了至关重要的推动作用。

关键词：PLC；燃气锅炉；控制系统目录一、PLC的由来 (1)（二）PLC的基本概念 - PLC的定义及燃气锅炉PLC自动控制系统的特点.. 1 二、燃气锅炉PLC自动控制系统的程序概述 (2)（一）燃气锅炉PLC自动控制系统的结构 (2)（二）、燃气锅炉PLC自动控制系统中的各种模拟量的内存配置 (3)（三）、燃气锅炉PLC自动控制系统 (4)（1）锅炉的控制程序 (4)（2）燃气锅炉控制的应用 (5)（3）汽压调节工作的应用 (5)三、应用前景预测 (6)四、总结 (6)参考文献 (8)谢辞 (9)一、PLC的由来（一）PLC技术系统的由来可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

（二）PLC的基本概念 - PLC的定义及燃气锅炉PLC自动控制系统的特点燃气锅炉PLC自动控制系统特点：本系统根据实际供暖中负荷多变的特点,采用先进的变频技术和模糊控制技术,改变锅炉的燃气量,使锅炉节能运行。

该系统对提高燃料利用率有明显效果，同时兼顾安全性和稳定性：（1）高可操控性：首先所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；其次各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10—20ms；第三各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；第四采用性能优良的开关电源。

第五对采用的器件进行严格的筛选；第六良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大；第七大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可*性更进一步提高。

（2）丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。

有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

（3）采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。

PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

（4）编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

（5）安装简单，维修方便不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。

使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。

各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

二、燃气锅炉PLC自动控制系统的程序概述（一）燃气锅炉PLC自动控制系统的结构一个锅炉监控系统主要包含一下几个部分：设备状态的采集；系统状态的采集；锅炉和各种执行机构的控制。

设备状态的采集主要是锅炉输出的状态点，循环泵和补水泵给出的状态点，以及水箱等其他设备的状态点。

锅炉输出的状态点主要包括锅炉的运行状态点、锅炉故障状态点、锅炉出水温度、锅炉回水温度、锅炉排烟温度；循环泵和补水泵以及辅助其工作的变频设备的状态点一般是由水泵控制柜或变频控制柜中集中取出的。

水箱的液位状态一般直接送到PLC控制柜。

系统状态的采集根据锅炉系统的不同有差别。

一般来讲，目前设计的系统主要分为一次侧与二次侧。

一次侧的是锅炉水循环系统，二次侧水循环系统常用的换热器有两种一种是板式换热器，另一种是容积式换热器。

一次侧采集的状态包括一次侧供水温度、一次侧回水温度、一次侧供水压力、一次侧回水压力；二次侧采集的状态包括二次侧供水温度、二次侧回水温度、二次侧供水压力、二次侧回水压力；如果需要根据室外温度实现锅炉监控系统的自动控制那么还需要增加室外温度的采集。

锅炉和各种执行机构的控制主要是对锅炉本体的启停控制和各种电动阀门的控制。

这里所说的对锅炉本体的启停控制主要是通过锅炉自身的控制器提供的控制点控制锅炉。

锅炉本体自带的控制器这里暂不介绍。

锅炉提供的控制点是开关量控制点，一般是常开点。

根据影响锅炉运行的状态点的组合条件，给出允许锅炉启动信号。

简单的说就是需要什么样的条件锅炉才能启动或停止。

阀门的控制有两种方式，一种是开关量控制阀门打开与关闭，另一种是模拟量输出控制阀门打开与关闭。

（二）、燃气锅炉PLC自动控制系统中的各种模拟量的内存配置我们的锅炉系统中存在大量的模拟量信号，这些信号一般来说输入都是由模拟量采集模块将连续的变化量（大部分为4－20mA的电流信号，0－5V或0－10V的电压信号）转换离散的数字量，存储到PLC内存里的；输出是由模拟量输出模块将我们要输出的存储在内存中的数字离散信号转换为电压信号或者电流信号。

无论是内存中采集上来的数值还是我们输出的数值都不是我们得到的理想的数值，还需要转换程序将这些量转换成可读懂的数据。

锅炉控制系统中的模拟量输入值主要是：锅炉出水温度、锅炉回水温度、锅炉排烟温度、锅炉出水压力、锅炉回水压力、一次供水压力、一次回水压力、一次供水温度、一次回水温度、采暖供水温度、采暖回水温度、采暖供水压力、采暖回水压力、生活供水温度、生活回水温度、生活供水压力、生活回水压力、水流量、供热量、阀门开度、室外温度、变频器频率等等。

当然，这些数据种类根据设计院设计的不同，所需要采集的数据种类也不同。

锅炉控制系统中的模拟量输出值主要是：各中需要模拟量控制的阀门开启值和变频器的给定频率。

考虑到这些模拟量经过程序转换之后一般为实数类型(REAL)的数值,所以每个数值存储到内存后所占用的内存空间为4个字节，即32位的数值。

那么我们可以这样标准化采集量。

因为一个PLC控制锅炉台数的上限是10台，所以总供需要200个字节。

于是我们把VB100-VB299的内存段分配给与锅炉相关的采集值。

（三）、燃气锅炉PLC自动控制系统锅炉控制程序也是控制系统的核心部分。

锅炉控制程序的目的是保障锅炉的正常工作，故障时立即报警，并准确判断报警位置，为锅炉操作人员提供最大的方便。

一般来讲锅炉控制系统目前主要分为两种方式：自动控制与手动控制。

手动控制是最基本的控制功能，在这里就不再叙述，而熟悉自动控制系统的方式与方法对我们日常管理好锅炉的自安全和稳定有非常大的帮助。

（1）锅炉的控制程序锅炉的控制程序重要为控制启动程序和停止程序，需要控制的设备主要有锅炉燃烧机、锅炉碟阀、变频器、三通调节阀等等。

锅炉燃烧机控制锅炉的启动和停止，锅炉碟阀控制锅炉水循环的通断，通过变频器可以控制泵的运转实现系统水流的循环，三通阀的设置主要是为了节能的需要，可以调节整个系统的热量分配。

a.锅炉的启动前需要燃气阀开、锅炉碟阀开、燃烧机无故障、循环水泵无故障并且运行等必要的前提条件。

只能在所有条件都满足的条件下才能从PLC给燃烧机输出允许锅炉启动的信号。

这个条件无论是自动控制还是手动控制都需要给到锅炉燃烧机才能启动锅炉。

b、锅炉启动的程序。

判断是否有启动信号，是何种启动信号（自动启动/手动启动），通过判断锅炉碟阀是否打开，也就是说锅炉本体是否能够形成水循环。

这样做的目的是处于安全的考虑，如果锅炉本体水流不能循环会发生危险。

锅炉阀没有打开，那么锅炉启动前提条件必不满足，锅炉允许启动信号不满足导致锅炉不能启动。

待锅炉碟阀打开后启动条件满足，启动程序输出启动信号。

需要注意的一点是自动启动和手动启动信号的互锁，即选择自动控制时复位手动启动信号，选择手动控制时，复位自动启动信号。

c、锅炉停止的程序。

锅炉停止是相对于锅炉启动的一个逆向过程。

只要将锅炉启动程序逆向操作即可完成锅炉的停止操作。

（2）燃气锅炉控制的应用按下启动开关，引风机便开始动作，待引风机电流正常后，送风机随之动作，进行前吹扫。

若无其他异常变化，点火系统的阀门打开将点火所需燃料供给喷嘴；喷嘴燃烧控制阀打开，此时应处于低流量燃烧状态，火焰检测器依据燃烧情况，发出检测信号来加大燃料流量调节阀及风机风门开度；燃烧状态正常后，点火系统阀门即关闭。

应注意的是，当炉膛内燃气体积浓度达到爆炸区间时，如遇金属撞击或放电等产生的火花会发生爆炸，因此应由火焰检测器来确认主喷嘴部位的燃烧状态，实现对燃料流量的控制。

燃烧控制一般分有级调节和无级调节两种。

燃气锅炉所配燃烧器均配置为无级调节，其燃料供给量随热负荷改变而改变，克服了有级调节对锅炉热冲击力大的缺点，运行稳定，燃料损失少，但成本较高。

（3）汽压调节工作的应用系统实际上是由变频器驱动气阀向喷气嘴供天然气，由于燃气流量在满足一定条件下与蒸汽压力、流量存在某种控制关系，因此可利用这一关系实时调节燃气流量来达到调节蒸汽流量与压力的目的。

由设在蒸汽出口管处的压力传感器反馈蒸汽压力信号，并与变频器中的设定蒸汽压力值相比较构成闭环控制系统，即现地控制单元根据蒸汽压力实际情况，设定供气系统流量值。

当其蒸汽压力和流量需增加时，变频器输出电压和频率升高，天然气泵转速升高，泵口出气量增加；当蒸汽流量要减少时，变频器输出电压和频率降低，气泵转速降低，泵口出气量减少，并始终保持管网压力恒定，使其保持在设定压力值上。

变频供气采用数字式增量PID调节方式，自动闭环调节回路调节的量是该管路蒸汽实际流量值P和流量参考值P0相比较所产生的差值信号送PID调节器进行PID运算，其运算结果转换为适当模拟控制信号送变频器进行运转控制，以达到运行流量值P在任何流量状态始终接近于设定参考流量值P0。