电热锅炉供热控制系统设计探究

摘要：文章设计了一种以可编程逻辑控制器为控制器的电热锅炉供热控制系统，该系统主要利用模拟量输入/输出模块将传感感器采集的模拟量输入可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器通过计算选择合适的控制方案，从而得到一套自动化程度较高的电热锅炉供热控制系统。此外，该系统采用可编程逻辑控制器控制加热管及水泵，通过添加EM235模块，使可编程逻辑控制器采集传感器中的模拟量，以STEP7-MicroWin为开发工具，用梯形图语言对可编程逻辑控制器进行编程，使电热锅炉得到自动化程度高的控制。文章还进行了大量仿真实验，在实验过程中，随着模拟量的变化，电热锅炉的控制方式也不断变化，从而实现锅炉自动控制与报警等。

关键词：电热锅炉；供热系统；自动控制

1电热锅炉供热系统概述

随着产业的发展和社会生产率的提高，锅炉在各个方面广泛使用，成为生产力发展的重要热工装置之一。在现代化过程中需要很多能源，但我国能源的利用率并不高，提高锅炉的加热效率非常重要。随着科学技术的快速发展，锅炉控制方法进入人们的视野，人们对控制系统的要求越来越高。没有好的控制装置，就不能反映锅炉的优点。锅炉最重要的标准是控制系统水平。电炉自动控制的主要作用是限制锅炉压力、温度和其他物理参数，并根据负荷的变化自动控制，使锅炉的操作安全可靠。考虑环境保护条件和我国的实际情况，煤炭燃烧锅炉效率低、污染重，且存在安全问题，燃料供给不便，正在逐渐消失。在人口密集的学校、医院、酒店、住宅区等地，燃煤、燃气锅炉逐渐被电炉取代。电热锅炉供热系统可实现以下功能：1）通过启停按钮控制系统的启停。2）当选择循环泵手动控制时，将循泵启1号或循泵启2号的按钮按下则启动相对应的泵，启动后按下循泵1手停或循泵2手停按钮则可以停止相对应的循环泵。当某台水泵出现缺相时系统会马上停止该台水泵并立刻启动另外一台水泵，同时警灯亮起。当两台水泵同时缺相时，系统全停，同时警灯亮起。3）当选择循环泵自动控制时，一台循环泵首先启动，运行3h后停止，同时另一台循环泵开始工作，如此往复循环。当某台水泵出现缺相时，系统会马上停止该台水泵并立刻启动另外一台水泵，同时警灯亮起。当两台水泵同时缺相时，系统全停同时警灯亮起[1]。4）当选择循环泵定时控制时，点按定时按钮一次则两个循环泵一起工作30min，当连续点按时，循环泵工作时间为30min乘点按次数。当某台水泵出现缺相时系统会马上停止该台水泵并立刻启动另外一台水泵，同时警灯亮起。当两台水泵同时缺相时，系统全停同时警灯亮起。5）当选择锅炉手动控制时，可通过点按手投某管使相应的电热管启动。当出现某根电加热管缺相时，停止对应的电加热管，同时警灯亮起[2]。6）当选择锅炉自动控制时，根据选择的温度对比对象采集的温度，通过采集到的温度与设定温度进行对比得到对应的控制方案，并根据得到的控制方案启动对应的电加热管。为防止某根电加热管损耗严重，电加热管每隔3h轮换一次，采集的温度越高，电加热管的数量越少，采集的温度越低，电加热管的数量越多。当出现某根电加热管缺相时，停止对应的电加热管，同时警灯亮起[3]。7）当选择锅炉定时控制时，点按定时按钮一次则所有加热管一起工作30min，当连续点按时，加热管工作时间为30min乘点按次数。当某根加热管出现缺相时，系统会马上停止对应的加热管，同时警灯亮起。8）从启动系统开始，PLC控制根据采集到的压力选择补水泵工作，当压力高于设定压力时，上限泵停止，反之，低于设定压力下限时，泵启动。两台水泵每隔3h轮换一次，当某台水泵出现缺相时，系统会马上停止该台水泵，并立刻启动另外一台水泵，同时警灯亮起。当两台水泵同时缺相时，系统全停，同时警灯亮起[4]。9）出现报警时则对应的灯闪，同时警铃响。消铃按钮按下后警灯停闪，警铃停，只有警报消除时警灯才会灭[5]。

2系统设计方案

将PLC控制与继电器、单片机等控制进行比较可以看出，PLC控制是一种适合工业自动控制的微型计算机，其具有简单的结构、强大的屏障、广泛的环境适应能力和较高的控制能力。使用PLC完成电热锅炉供热系统的设计，易于学习掌握、调试简单、安全、性能优越。PLC控制器由CPU224XP及扩展模块EM223、模拟量扩展模块EM235组成，锅炉的控制方式有自动、手动和定时三种。其中，自动模式下，PLC根据选择的参考温度以及温度传感器采集到的温度选择对应的加热管投入方案，各加热管每隔30min循环投入；手动模式下，PLC可自主选择加热管的投入数量；定时模式下，PLC将加热管全部投入使用30min，每按一次定时按钮，定时周期增加一次。循环泵的控制方式同样具有自动、手动和定时三种。其中，自动模式下，循环泵有一台正常使用，另一台停机，每隔3h循环一次；手动模式下，可自主选择循环泵的工作数量；定时模式下将循环泵全部投入使用30min，每按一次定时按钮，定时周期增加一次。补水泵根据PLC采集到的压力数据自动调节工作数量。

3电热锅炉供热控制系统程序设计

电热锅炉供热控制系统程序设计主要包含子程序编写及调用、循环移位指令、双整数转实数指令、实数传送指令、字传送指令、字节传送指令、整数转双整数指令、整数加法指令、实数除法指令、实数比较指令、计时器指令、计数器指令等。主程序通过启停按钮控制系统，调用各个子程序。通过给各个子程序提供切换脉冲，切换各个子程序。子程序包含循环泵自动控制子程序、报警子程序、循环泵手动控制子程序、循环泵定时控制子程序、锅炉自动控制子程序、锅炉手动控制子程序、锅炉定时控制子程序、锅炉定时控制子程序等。

4电气控制系统 

锅炉电气控制系统的主要任务就是将各种参数调整到合适的范围内，并根据负荷的变化进行调整，让系统安全稳定运行。调整的参数主要包含压力、温度、水位等。锅炉水位会随着负荷的变化而变化，转而影响温度的参数和蒸汽量的大小，反馈成压力值。为了保证运行的安全性，要及时调整压力值、水位、温度，将其控制在合理的范围内。在特殊情况下，还需要进行对应的电气控制保护装置设计，包含低水位时候的声光报警、紧急情况下的系统停机、电源的过压及低压保护等。对应的程序控制命令，除了完成正常工作情况下的启动、停止外，还需要对过压力、低水位等特殊情况进行紧急调节，保证系统的安全与稳定。

5结论

锅炉的供热系统具有非常明显的特点，如大滞后、大干扰、非线性、紧耦合等，是一个非常复杂的动态过程。为了达到想要的控制效果与理想的运行效率，传统的控制方法需要替换为先进控制方法，这对整个系统的节能和环境的改善具有非凡的意义。文章引入了PLC的控制方案，利用PLC的功能特点实现对应目的的控制方法，保证了锅炉的经济性，并将调节效果整合为最优控制方案，为锅炉系统的整体安全性、可靠性提供了有力的保障。

参考文献：

[1]郭海山.供热电锅炉的PLC控制系统优化设计[J].黑龙江电力,2011(3):22-27.

[2]刘鑫.锅炉自动化控制的电气设计[J].机电信息,2013(21):143-144.

[3]王永华,陈建华.基于S7-200PLC的高性能电热锅炉控制系统[J].仪表技术与传感器,2002(7):28-30.

[4]樊泉桂,阎维平.锅炉原理[M].北京:中国电力出版社,2014.

[5]陈隆昌,阎治安,刘新正.控制电机[M].西安:西安电子科技大学出版社,2010.

作者：耿雁南 单位：青岛工学院