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摘要：根據燃氣鍋爐控製係統的應用需求和電氣自動化控製技術的發展趨勢，本文構建了基於RPC2000係列可編程控製器的燃氣鍋爐控製係統。在係統方案設計的基礎上，描述了燃氣鍋爐控製係統的主要功能，闡述了該係統在穩定性、先進性、經濟性等方麵的優勢。
關鍵字：燃氣鍋爐控製係統，RPC2000係列可編程控製器
資料提供：本文涉及方案已在用戶現場實施，技術方案先進，運行穩定。歡迎聯係藍普鋒索取資料、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(gao)溫(wen)水(shui)或(huo)有(you)機(ji)熱(re)載(zai)體(ti)。鍋(guo)爐(lu)在(zai)我(wo)國(guo)北(bei)方(fang)城(cheng)市(shi)供(gong)暖(nuan)中(zhong)使(shi)用(yong)廣(guang)泛(fan)。部(bu)分(fen)中(zhong)小(xiao)型(xing)供(gong)熱(re)鍋(guo)爐(lu)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)相(xiang)對(dui)簡(jian)單(dan)，能(neng)源(yuan)浪(lang)費(fei)嚴(yan)重(zhong)，控(kong)製(zhi)效(xiao)果(guo)差(cha)，而(er)且(qie)其(qi)可(ke)靠(kao)性(xing)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)需(xu)求(qiu)，需(xu)要(yao)鍋(guo)爐(lu)工(gong)人(ren)在(zai)惡(e)劣(lie)的(de)環(huan)境(jing)中(zhong)工(gong)作(zuo)來(lai)保(bao)證(zheng)鍋(guo)爐(lu)的(de)正(zheng)常(chang)安(an)全(quan)運(yun)行(xing)。而(er)且(qie)由(you)於(yu)控(kong)製(zhi)工(gong)藝(yi)不(bu)足(zu)，導(dao)致(zhi)燃(ran)料(liao)燃(ran)燒(shao)不(bu)充(chong)分(fen)，產(chan)生(sheng)煙(yan)塵(chen)和(he)廢(fei)氣(qi)造(zao)成(cheng)大(da)氣(qi)汙(wu)染(ran)。如(ru)果(guo)采(cai)用(yong)複(fu)雜(za)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，例(li)如(ru)DCS或FCS，又會在控製設備和人力部分投入太大成本[1][2]。為了解決這些問題，本文設計了基於RPC2000係列可編程控製器的燃氣鍋爐控製係統，並且取得了良好的效果。
2 燃氣鍋爐控製係統的工作原理與方案設計
在設計燃氣鍋爐控製係統時，首先要考慮係統的穩定性和可靠性，其次要考慮係統的開放性和先進性。本文旨在設計一種基於PLC和觸摸屏的中小型燃氣鍋爐控製係統。通過PLC和觸摸屏HMI，結合組態編程，構建良好的人機界麵，同時實現監控、監測、報警、參數設定、故障查詢、數據記錄等功能，使得控製過程簡化，改善工作條件，最大程度上改善設備投入，降低生產成本。
燃氣鍋爐控製係統的組成如圖1所示，其中PLC負責數據采集和控製，觸摸屏HMI負責數據顯示、指令發送和參數設定。在本次設計的燃氣鍋爐控製係統中，被控對象共有4個，分別是燃燒機、循環泵1、循環泵2和冷凝泵。燃燒機接收來自PLC的兩個開關量控製信號，分別控製燃燒機的啟停和大小火的切換。燃燒機的工作原理是，根據外部PLC的控製信號，按照內部程序啟動燃燒機。循環泵和冷凝泵類似，由一個開關量來進行控製。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據讀入PLC，然後通過這些數據來進行鍋爐的判斷、報警和控製。
圖1 燃氣鍋爐控製係統的組成
3 燃氣鍋爐控製係統的硬件選型與配置
PLC或基於PLC技術的專用控製器是燃氣鍋爐控製係統的核心基礎部件，控製器的選擇決定了燃氣鍋爐控製係統的性能和檔次。從產品性能、穩定性、開放性等方麵考慮，本方案設計的燃氣鍋爐控製係統的硬件平台選擇RPC2000係列PLC。
RPC2000係列PLC是北京藍普鋒科技有限公司開發的新一代PLC產品，該產品融先進、實用的信號處理技術、通訊技術、計算機技術和自動控製技術於一身，在性能、質量、可靠性、穩定性、開放性和易用性等方麵達到了國際先進水平[3]。
RPC2000係列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係列PLC具有如下優點：
1）CPU性能優越，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，並實現電氣保護功能。
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，可與各類組態軟件和人機界麵無縫集成。
5）支持Modbus、GPRS、Profibus等通訊協議，可與各類設備互聯互通。
6）接線端子可插拔，方便係統實施和售後維護。
7）具有良好的環境適應性，電磁兼容性好，抗幹擾能力強。
在控製邏輯的硬件配置部分，綜合了功能的實現及生產成本，采用的控製器為藍普鋒RPC2000係列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，即可以實現燃氣鍋爐控製係統的基本功能。
在界麵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(cao)作(zuo)按(an)鈕(niu)和(he)觸(chu)摸(mo)屏(ping)被(bei)固(gu)定(ding)在(zai)控(kong)製(zhi)櫃(gui)的(de)麵(mian)板(ban)上(shang)，這(zhe)樣(yang)，操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)很(hen)容(rong)易(yi)地(di)觀(guan)察(cha)設(she)備(bei)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)，同(tong)時(shi)也(ye)能(neng)很(hen)方(fang)便(bian)地(di)對(dui)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)操(cao)作(zuo)。
4 燃氣鍋爐控製係統的控製邏輯程序設計
燃(ran)氣(qi)鍋(guo)爐(lu)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)程(cheng)序(xu)采(cai)用(yong)了(le)模(mo)塊(kuai)化(hua)設(she)計(ji)，程(cheng)序(xu)結(jie)構(gou)清(qing)楚(chu)，並(bing)且(qie)降(jiang)低(di)了(le)程(cheng)序(xu)的(de)設(she)計(ji)難(nan)度(du)。控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)水(shui)泵(beng)具(ju)有(you)自(zi)動(dong)和(he)手(shou)動(dong)功(gong)能(neng)。當(dang)水(shui)泵(beng)在(zai)手(shou)動(dong)時(shi)，可(ke)以(yi)任(ren)意(yi)啟(qi)停(ting)水(shui)泵(beng)。當(dang)水(shui)泵(beng)在(zai)自(zi)動(dong)時(shi)，鍋(guo)爐(lu)水(shui)位(wei)低(di)於(yu)中(zhong)低(di)水(shui)位(wei)時(shi)自(zi)動(dong)啟(qi)動(dong)水(shui)泵(beng)，當(dang)鍋(guo)爐(lu)水(shui)位(wei)高(gao)於(yu)中(zhong)高(gao)水(shui)位(wei)時(shi)水(shui)泵(beng)自(zi)動(dong)停(ting)止(zhi)。鍋(guo)爐(lu)水(shui)位(wei)極(ji)低(di)或(huo)鍋(guo)爐(lu)水(shui)位(wei)超(chao)高(gao)時(shi)，均(jun)報(bao)警(jing)，並(bing)且(qie)連(lian)鎖(suo)停(ting)止(zhi)給(gei)水(shui)泵(beng)。
燃氣鍋爐控製係統的水泵控製邏輯流程圖如圖2所示，燃燒機的控製邏輯流程圖如圖3所示。鍋爐具有手動和自動功能。當手動控製時，可以任意啟停鍋爐，大小火可以任意切換。當自動控製時，壓力低於0.4MPa時，自動啟動鍋爐，高於1MPa時，自動停止鍋爐。當壓力低於0.8MPa時，大火啟動，高於0.8MPa時，自動轉換到小火啟動。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 水泵控製邏輯流程圖
圖3 燃燒機控製邏輯流程圖
5 燃氣鍋爐控製係統的觸摸屏程序設計
觸摸屏主要實現運行狀態監控、報警指示、故障查詢、數shu據ju記ji錄lu等deng功gong能neng。為wei了le使shi用yong戶hu更geng方fang便bian地di使shi用yong觸chu摸mo屏ping進jin行xing控kong製zhi，在zai主zhu控kong界jie麵mian上shang繪hui製zhi與yu實shi際ji設she備bei相xiang對dui應ying的de圖tu形xing和he動dong畫hua來lai展zhan示shi工gong藝yi流liu程cheng，並bing在zai相xiang應ying設she備bei上shang或huo者zhe旁pang邊bian顯xian示shi過guo程cheng值zhi及ji控kong製zhi按an鈕niu。在zai參can數shu設she定ding界jie麵mian上shang可ke以yi設she定ding眾zhong多duo參can數shu，用yong戶hu可ke以yi根gen據ju自zi己ji的de需xu求qiu來lai進jin行xing設she定ding。數shu據ju記ji錄lu和he故gu障zhang查zha詢xun畫hua麵mian可ke以yi供gong用yong戶hu查zha詢xun曆li史shi數shu據ju和he故gu障zhang信xin息xi。另ling外wai，觸chu摸mo屏ping中zhong還hai設she置zhi了le諸zhu多duo提ti示shi功gong能neng，方fang便bian用yong戶hu操cao作zuo。觸chu摸mo屏ping的de主zhu控kong畫hua麵mian如ru圖tu4所示，參數畫麵如圖5所示。
圖4觸摸屏的主控畫麵
圖5觸摸屏的參數畫麵
6 係統特點
本(ben)文(wen)設(she)計(ji)的(de)燃(ran)氣(qi)鍋(guo)爐(lu)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)使(shi)用(yong)簡(jian)單(dan)，操(cao)作(zuo)方(fang)便(bian)，能(neng)夠(gou)很(hen)好(hao)地(di)滿(man)足(zu)控(kong)製(zhi)需(xu)求(qiu)，而(er)且(qie)可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)，設(she)備(bei)投(tou)入(ru)少(shao)，維(wei)護(hu)方(fang)便(bian)，成(cheng)本(ben)低(di)，能(neng)夠(gou)達(da)到(dao)最(zui)初(chu)的(de)設(she)計(ji)目(mu)的(de)。
參考文獻
[1]劉國華，基於PLC和FCS集中供熱鍋爐控製係統設計[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，基於SIMATIC PCS7的鍋爐控製係統研究[J]，計算機測量與控製，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站www.runpower.cn，2014年
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