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用PLC及觸摸屏實(shí)現(xiàn)群爐聯(lián)控供熱
用PLC及觸摸屏實(shí)現(xiàn)群爐聯(lián)控供熱
中小型工業(yè)和民用鍋爐,，強(qiáng)烈地受控于國家能源和環(huán)保政策,。多極化的用熱格局,，尤其是分散式的中小鍋爐,，改用一次能源中的清潔原料，即油,、天然氣,，近年來發(fā)展異常迅猛。環(huán)保法規(guī)的實(shí)施加速了清潔能源的使用,，以油,、氣為燃料的中小型鍋爐，在本體結(jié)構(gòu)趨同的情況下,，其自控水平已成為衡量鍋爐運(yùn)行好壞的重要法碼,。
中小型燃油、氣熱水鍋爐傳統(tǒng)的控制方式為：用鍋爐循環(huán)水出口溫度來改變?nèi)紵鞯霓D(zhuǎn)火,、啟停,。實(shí)際外循環(huán)管網(wǎng)的水溫變化并不能實(shí)時反映內(nèi)循環(huán)（鍋爐本體和熱交換器之間的循環(huán)）水溫度變化情況，而是有一個非常大的換熱延遲,。這種間接控制還未考慮環(huán)境溫度和管網(wǎng)散熱損失對鍋爐負(fù)荷的影響,。
采用單臺PLC及觸摸屏，用主管網(wǎng)回水溫度作為負(fù)荷調(diào)節(jié)溫度,，通過在北京總參某部四臺2.8MW燃?xì)忮仩t聯(lián)控兩個采暖期的實(shí)際運(yùn)行,，以及信息產(chǎn)業(yè)部西安某所貳臺5.6MW燃?xì)忮仩t的試運(yùn)行，這種控制方式非常有效,。
二、聯(lián)控基本原理及方案設(shè)計
1,、聯(lián)控思想的形成
隨著能源系統(tǒng)的分散化和多樣化,，中小型鍋爐及鍋爐房配置日益增多。小區(qū),、企事業(yè)單位的集中供熱,、工業(yè)生產(chǎn)等，大都將鍋爐集中在一個區(qū)域,，便于司爐和管理,。在燃油（氣）中小型鍋爐控制領(lǐng)域，熱水型鍋爐較多用傳統(tǒng)的控制方式,。目前,，集中在一起的鍋爐，其控制系統(tǒng)都是獨(dú)立的,，即“單爐單柜",。在“單爐單柜"控制系統(tǒng)中，鍋爐的運(yùn)行工況僅由該臺鍋爐出口參數(shù)的設(shè)定值控制,。由于熱水鍋爐采用的是內(nèi)外兩個循環(huán)系統(tǒng),，用鍋爐的出水溫度作為參照來調(diào)節(jié)外管網(wǎng)負(fù)荷明顯滯后,，即當(dāng)負(fù)載一定時，外管網(wǎng)的溫度升高或降低某一溫度值時,，內(nèi)循環(huán)需要較長的時間來響應(yīng)這一變化,，造成負(fù)荷的跟隨性差和能源浪費(fèi)。因此,，可以用外循環(huán)的回水溫度來控制內(nèi)循環(huán)負(fù)荷,；同時，還注意到,，這類系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)是并聯(lián)于內(nèi)循環(huán)母管上的,，當(dāng)某臺或幾臺鍋爐不用時，未投入使用的鍋爐相當(dāng)于散熱器,。為使各臺鍋爐投運(yùn)的頻度相近,，減少設(shè)備運(yùn)行損耗和燃燒器啟停次數(shù)，對多臺鍋爐的聯(lián)控很有必要,。
如何將獨(dú)立的鍋爐運(yùn)行模式協(xié)調(diào)起來,，既方便操作運(yùn)行，又能很好地調(diào)整單臺鍋爐的出力,，節(jié)省投資和運(yùn)行管理費(fèi)用,，這就是鍋爐聯(lián)控的初步設(shè)想。
2,、聯(lián)控功能描述
（1） 每次從冷態(tài)啟動時要求每臺鍋爐同時以最大負(fù)荷開始運(yùn)行,，使管網(wǎng)快速升溫；
（2） 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定后,，檢測回水溫度,，若回水溫度達(dá)到設(shè)定回水溫度值，進(jìn)行邏輯判斷,，停止先運(yùn)行的那一臺鍋爐,；
（3） 經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定后，若回水溫度繼續(xù)升高時,，經(jīng)邏輯運(yùn)算再停一臺,，依此，直至使回水溫度穩(wěn)定在某一設(shè)定范圍內(nèi),；
（4） 當(dāng)系統(tǒng)的回水溫度下降到設(shè)定的轉(zhuǎn)火溫度時,，必須馬上增加運(yùn)行鍋爐臺數(shù)或增大已運(yùn)行鍋爐的負(fù)荷。若此時多臺鍋爐已運(yùn)行但還沒有使每臺鍋爐達(dá)到最大負(fù)荷,，則先啟動的那臺鍋爐應(yīng)先增大負(fù)荷,，依此類推；
（5） 每次增加一臺鍋爐運(yùn)行,，都要經(jīng)過一段時間的平衡,，待增加的鍋爐內(nèi)的爐水參與循環(huán)后,，才進(jìn)行回水溫度的測控，根據(jù)回水溫度實(shí)時情況,，決定是否還要增加鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷或臺數(shù),；
（6） 運(yùn)行原則要求當(dāng)只需要一臺鍋爐運(yùn)行時，盡量只用一臺,，使單臺鍋爐的設(shè)備利用率達(dá)到或接近100%,，減少鍋爐設(shè)備的運(yùn)行損耗；
（7） 每臺鍋爐的運(yùn)行燃燒狀態(tài)要根據(jù)該臺鍋爐的出水溫度的高,、低,，自動調(diào)節(jié)該燃燒器的起停；
（8） 在系統(tǒng)的出水管道上裝設(shè)有液體流量開關(guān),，只有檢測到循環(huán)水在流動后,，才允許該臺鍋爐系統(tǒng)中的燃燒器起動，確保系統(tǒng)安全,、可靠運(yùn)行,；
（9） 每臺鍋爐均單獨(dú)設(shè)置有爐水超壓、爐內(nèi)缺水,、氣體泄漏,、燃?xì)獾蜌鈮骸⒊鏊瑴氐缺Ｗo(hù)功能,；
（10） 每臺燃燒器控制起動回路,，均設(shè)置有短路、超載,、缺相等保護(hù)功能,，保障燃燒器安全運(yùn)行；
（11） 系統(tǒng)還可對外循環(huán)回路的溫度,、環(huán)境溫度、衛(wèi)生熱水系統(tǒng)溫度及管網(wǎng)壓力進(jìn)行測控,，在觸摸屏上分屏設(shè)置顯示相應(yīng)狀態(tài),，采用主、輔菜單調(diào)用方式進(jìn)行屏幕信息切換,；
（12） 運(yùn)行原則是,，冬夏季節(jié)性使用、主用及增補(bǔ),、分時段運(yùn)行等功能,，由屏上功能開關(guān)實(shí)現(xiàn)選擇；
（13） 每臺鍋爐主要運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)動態(tài)顯示在屏幕的功能狀態(tài)畫面上,；
（14） 每臺鍋爐均設(shè)置能獨(dú)立手動運(yùn)行的功能,；
（15） 任何一臺鍋爐出現(xiàn)故障時,，不影響其它鍋爐聯(lián)控運(yùn)行。
3,、控制系統(tǒng)選型
PLC和觸模屏是目前中小型工業(yè)及民用鍋爐較多使用的控制設(shè)備,。本系統(tǒng)選用OMRON公司CQM1H系列小型PLC控制器，它采用積木式拼裝,，易于擴(kuò)展,，預(yù)置通信模塊可實(shí)現(xiàn)本機(jī)與上位機(jī)間的通信。選用富士公司的UG320-SC4C真彩觸摸屏作為人機(jī)對話界面,，通過PLC的RS232串口與觸摸屏通訊,。該觸摸屏對比度強(qiáng)，有各種標(biāo)準(zhǔn)接口,，其動畫制作簡單,，采樣形式多樣。為了采集故障,、漏氣,、低氣壓、缺水等數(shù)字量信號,，并驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作,，這類信號進(jìn)出PLC進(jìn)行了強(qiáng)弱電的轉(zhuǎn)換。聯(lián)控設(shè)備主要配置見表1,。
三,、控制系統(tǒng)實(shí)施
1、節(jié)能算法
在供暖系統(tǒng)中,，鍋爐,、建筑物和供暖管道的熱損失是導(dǎo)致鍋爐系統(tǒng)熱效率降低的主要因素，鍋爐系統(tǒng)溫度越高,，熱損失越大,。為最大限度地降低鍋爐系統(tǒng)的熱損耗，采用室外溫度來控制循環(huán)水溫度的算法,。隨著室外溫度變冷,，管道散熱量增加，用戶的用熱需求加大,，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷要求自動調(diào)定供水溫度,。供暖曲線如圖1。
不同的環(huán)境溫度,，對應(yīng)著不同的采暖溫度,。通過觸摸屏選定供暖曲線后，PLC將自動調(diào)整外循環(huán)的回水溫度。例如：選用2.0曲線,，室外溫度每降低1度,，供水溫度要提高2.0度。如果設(shè)定溫暖天氣關(guān)閉點(diǎn)為22℃,，而且室外溫度為-1℃,，則供水溫度為68℃。
2,、輸入輸出及外圍執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制原理設(shè)計
四臺鍋爐本體的測點(diǎn),，如：進(jìn)出口水溫、集汽罐溫度,、排煙溫度,、管道流動開關(guān)、爐水壓力變送器,、水位探頭等一次儀表測控點(diǎn),，有的不能直接進(jìn)出PLC或者不能直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，必須經(jīng)過中間繼電器轉(zhuǎn)換,。
3,、觸摸屏程序設(shè)計
觸摸屏是人機(jī)對話界面，本系統(tǒng)設(shè)計了八大功能模塊,，即手控運(yùn)行方式,、聯(lián)控運(yùn)行方式、動態(tài)測點(diǎn)顯示,、事件歷史記錄,、常見故障處理、操作說明,、口令修改,、使用與幫助。采用FUJI高分辨率的彩色液晶觸摸屏,，屏上設(shè)置漢化的菜單,、按鈕、指示燈及功能開關(guān),；畫面之間采用翻屏形式進(jìn)行選擇切換,；運(yùn)行界面以動畫形式顯示，圖文并茂（如圖2）,；設(shè)有開機(jī)密鑰和主要參數(shù)設(shè)置權(quán)限（如圖3），以及緊急求助畫面,，方便了用戶操作,、使用與維護(hù)。
4、PLC軟件設(shè)計
PLC實(shí)時監(jiān)測各測點(diǎn)的溫度,、壓力和輸入量,，經(jīng)邏輯運(yùn)算后，由輸出模塊控制每臺鍋爐及爐前泵的啟停,、負(fù)荷比例開大或關(guān)小以及報警等,。程序設(shè)置思想是：先初始化PLC及觸摸屏，檢測每臺鍋爐的輸入信號是否正常,，再設(shè)置鍋爐的運(yùn)行參數(shù),，通過可修改時間的定時器TIM0和上升沿觸發(fā)指令DIFU（13）、功能指令等等,，依回水溫度,、采暖曲線來實(shí)現(xiàn)對四臺鍋爐的聯(lián)控。OMRON公司的PLC可同時支持梯形圖和助記符編程,。采用助記符編程的部分程序如圖4所示,。
圖4 PLC輸入輸出原理圖
根據(jù)需要，系統(tǒng)可設(shè)定任意工作時間或若干個時段,，每時段里可分別設(shè)置鍋爐的起動和停止,，實(shí)行無人操作。也可配置網(wǎng)絡(luò)通訊模塊,，通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊和異地監(jiān)控,。
四、結(jié)論
（1） 改變了熱水鍋爐控制中以鍋爐出水溫度來控制鍋爐負(fù)荷的方法,，采用系統(tǒng)回水溫度控制,，出水溫度僅作為該臺鍋爐的聯(lián)鎖保護(hù)，鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)具有很好的跟隨性,；
（2） 采用聯(lián)控方式運(yùn)行,，能自動分配參與運(yùn)行的單臺鍋爐的負(fù)荷，鍋爐運(yùn)行的工況變化平穩(wěn),，而且節(jié)省投資和運(yùn)行管理費(fèi)用,，減少設(shè)備運(yùn)行損耗；
（3） 在電站鍋爐的配風(fēng),、給料等協(xié)調(diào)控制中,，采用滑動比例調(diào)節(jié)執(zhí)行器開大關(guān)小信號，有重要的參考價值,。