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摘要：根據(jù)燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的應用需求和電氣自動化控制技術的發(fā)展趨勢，本文構建了基于RPC2000系列可編程控制器的燃氣鍋爐控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)方案設計的基礎上，描述了燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的主要功能，闡述了該系統(tǒng)在穩(wěn)定性、先進性、經(jīng)濟性等方面的優(yōu)勢。
關鍵字：燃氣鍋爐控制系統(tǒng)，RPC2000系列可編程控制器
資料提供：本文涉及方案已在用戶現(xiàn)場實施，技術方案先進，運行穩(wěn)定。歡迎聯(lián)系藍普鋒索取資料、探討交流。
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1 概述
鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換設備。鍋爐的輸入能量一般是燃料化學能和電能，鍋爐的輸出是具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體。鍋爐在我國北方城市供暖中使用廣泛。部分中小型供熱鍋爐的控制系統(tǒng)相對簡單，能源浪費嚴重，控制效果差，而且其可靠性不能滿足需求，需要鍋爐工人在惡劣的環(huán)境中工作來保證鍋爐的正常安全運行。而且由于控制工藝不足，導致燃料燃燒不充分，產(chǎn)生煙塵和廢氣造成大氣污染。如果采用復雜的控制系統(tǒng)，例如DCS或FCS，又會在控制設備和人力部分投入太大成本[1][2]。為了解決這些問題，本文設計了基于RPC2000系列可編程控制器的燃氣鍋爐控制系統(tǒng)，并且取得了良好的效果。
2 燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的工作原理與方案設計
在設計燃氣鍋爐控制系統(tǒng)時，首先要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，其次要考慮系統(tǒng)的開放性和先進性。本文旨在設計一種基于PLC和觸摸屏的中小型燃氣鍋爐控制系統(tǒng)。通過PLC和觸摸屏HMI，結合組態(tài)編程，構建良好的人機界面，同時實現(xiàn)監(jiān)控、監(jiān)測、報警、參數(shù)設定、故障查詢、數(shù)據(jù)記錄等功能，使得控制過程簡化，改善工作條件，最大程度上改善設備投入，降低生產(chǎn)成本。
燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的組成如圖1所示，其中PLC負責數(shù)據(jù)采集和控制，觸摸屏HMI負責數(shù)據(jù)顯示、指令發(fā)送和參數(shù)設定。在本次設計的燃氣鍋爐控制系統(tǒng)中，被控對象共有4個，分別是燃燒機、循環(huán)泵1、循環(huán)泵2和冷凝泵。燃燒機接收來自PLC的兩個開關量控制信號，分別控制燃燒機的啟停和大小火的切換。燃燒機的工作原理是，根據(jù)外部PLC的控制信號，按照內(nèi)部程序啟動燃燒機。循環(huán)泵和冷凝泵類似，由一個開關量來進行控制。爐體上裝有水位、壓力和溫度等傳感器，PLC通過模擬量輸入模塊將這些模擬量數(shù)據(jù)讀入PLC，然后通過這些數(shù)據(jù)來進行鍋爐的判斷、報警和控制。
圖1 燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的組成
3 燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的硬件選型與配置
PLC或基于PLC技術的專用控制器是燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的核心基礎部件，控制器的選擇決定了燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的性能和檔次。從產(chǎn)品性能、穩(wěn)定性、開放性等方面考慮，本方案設計的燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的硬件平臺選擇RPC2000系列PLC。
RPC2000系列PLC是北京藍普鋒科技有限公司開發(fā)的新一代PLC產(chǎn)品，該產(chǎn)品融先進、實用的信號處理技術、通訊技術、計算機技術和自動控制技術于一身，在性能、質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性、開放性和易用性等方面達到了國際先進水平[3]。
RPC2000系列PLC為模塊式結構，模塊種類豐富，包括CPU、DI、DO、AI、AO、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、交流信號采集等模塊，以及GPRS、Profibus等通訊模塊。RPC2000系列PLC具有如下優(yōu)點：
1）CPU性能優(yōu)越，單指令處理時間為10-7s，CPU本體自帶RS232和RS485串口各一個，單CPU可擴展10個模塊。
2）可直接采集交流信號，并實現(xiàn)電氣保護功能。
3）編程語言符合IEC61131-3國際標準，具有ST、LD、IL、FBD和SFC五種語言。
4）支持各類標準軟硬件接口，可與各類組態(tài)軟件和人機界面無縫集成。
5）支持Modbus、GPRS、Profibus等通訊協(xié)議，可與各類設備互聯(lián)互通。
6）接線端子可插拔，方便系統(tǒng)實施和售后維護。
7）具有良好的環(huán)境適應性，電磁兼容性好，抗干擾能力強。
在控制邏輯的硬件配置部分，綜合了功能的實現(xiàn)及生產(chǎn)成本，采用的控制器為藍普鋒RPC2000系列PLC，CPU模塊選用具有14路開關量輸入和10路開關量輸出的RPC2107，再配以具有8路模擬量輸入的擴展模塊RPC2313，即可以實現(xiàn)燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的基本功能。
在界面顯示的硬件配置部分，主要包括觸摸屏、指示燈和操作按鈕等。觸摸屏采用北京昆侖通態(tài)公司的10寸TPC1061Ti彩色觸摸屏，分辨率為1024×600，采用R232串口將觸摸屏與PLC連接。指示燈、操作按鈕和觸摸屏被固定在控制柜的面板上，這樣，操作人員可以很容易地觀察設備的運行狀態(tài)，同時也能很方便地對設備進行控制操作。
4 燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的控制邏輯程序設計
燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的程序采用了模塊化設計，程序結構清楚，并且降低了程序的設計難度。控制系統(tǒng)要求水泵具有自動和手動功能。當水泵在手動時，可以任意啟停水泵。當水泵在自動時，鍋爐水位低于中低水位時自動啟動水泵，當鍋爐水位高于中高水位時水泵自動停止。鍋爐水位極低或鍋爐水位超高時，均報警，并且連鎖停止給水泵。
燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的水泵控制邏輯流程圖如圖2所示，燃燒機的控制邏輯流程圖如圖3所示。鍋爐具有手動和自動功能。當手動控制時，可以任意啟停鍋爐，大小火可以任意切換。當自動控制時，壓力低于0.4MPa時，自動啟動鍋爐，高于1MPa時，自動停止鍋爐。當壓力低于0.8MPa時，大火啟動，高于0.8MPa時，自動轉(zhuǎn)換到小火啟動。燃燒機和冷凝泵，同時運行，同時停止。鍋爐水位極低時，蒸汽壓力超高連鎖停爐。
圖2 水泵控制邏輯流程圖
圖3 燃燒機控制邏輯流程圖
5 燃氣鍋爐控制系統(tǒng)的觸摸屏程序設計
觸摸屏主要實現(xiàn)運行狀態(tài)監(jiān)控、報警指示、故障查詢、數(shù)據(jù)記錄等功能。為了使用戶更方便地使用觸摸屏進行控制，在主控界面上繪制與實際設備相對應的圖形和動畫來展示工藝流程，并在相應設備上或者旁邊顯示過程值及控制按鈕。在參數(shù)設定界面上可以設定眾多參數(shù)，用戶可以根據(jù)自己的需求來進行設定。數(shù)據(jù)記錄和故障查詢畫面可以供用戶查詢歷史數(shù)據(jù)和故障信息。另外，觸摸屏中還設置了諸多提示功能，方便用戶操作。觸摸屏的主控畫面如圖4所示，參數(shù)畫面如圖5所示。
圖4觸摸屏的主控畫面
圖5觸摸屏的參數(shù)畫面
6 系統(tǒng)特點
本文設計的燃氣鍋爐控制系統(tǒng)使用簡單，操作方便，能夠很好地滿足控制需求，而且可靠性高，設備投入少，維護方便，成本低，能夠達到最初的設計目的。
參考文獻
[1]劉國華，基于PLC和FCS集中供熱鍋爐控制系統(tǒng)設計[J]，電力科學與技術學報，2011年6月，第26卷第2期，P.118-122
[2]王婕，艾紅，基于SIMATIC PCS7的鍋爐控制系統(tǒng)研究[J]，計算機測量與控制，2013年9月，第21卷第9期，P.2455-2456
[3]北京藍普鋒科技有限公司網(wǎng)站www.runpower.cn，2014年
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