基于RPC2000系列可编程控制器的燃气锅炉控制系统
发布时间：2018-12-17
摘要：根据燃气锅炉控制系统的应用需求和电气自动化控制技术的发展趋势，本文构建了基于RPC2000系列可编程控制器的燃气锅炉控制系统。在系统方案设计的基础上，描述了燃气锅炉控制系统的主要功能，阐述了该系统在稳定性、先进性、经济性等方面的优势。
关键字：燃气锅炉控制系统，RPC2000系列可编程控制器
资料提供：本文涉及方案已在用户现场实施，技术方案先进，运行稳定。欢迎联系米乐m6易游索取资料、探讨交流。
________________________________________________________________________
1 概述
锅炉是一种能量转换设备。锅炉的输入能量一般是燃料化学能和电能，锅炉的输出是具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅炉在我国北方城市供暖中使用广泛。部分中小型供热锅炉的控制系统相对简单，能源浪费严重，控制效果差，而且其可靠性不能满足需求，需要锅炉工人在恶劣的环境中工作来保证锅炉的正常安全运行。而且由于控制工艺不足，导致燃料燃烧不充分，产生烟尘和废气造成大气污染。如果采用复杂的控制系统，例如DCS或FCS，又会在控制设备和人力部分投入太大成本[1][2]。为了解决这些问题，本文设计了基于RPC2000系列可编程控制器的燃气锅炉控制系统，并且取得了良好的效果。
2 燃气锅炉控制系统的工作原理与方案设计
在设计燃气锅炉控制系统时，首先要考虑系统的稳定性和可靠性，其次要考虑系统的开放性和先进性。本文旨在设计一种基于PLC和触摸屏的中小型燃气锅炉控制系统。通过PLC和触摸屏HMI，结合组态编程，构建良好的人机界面，同时实现监控、监测、报警、参数设定、故障查询、数据记录等功能，使得控制过程简化，改善工作条件，最大程度上改善设备投入，降低生产成本。
燃气锅炉控制系统的组成如图1所示，其中PLC负责数据采集和控制，触摸屏HMI负责数据显示、指令发送和参数设定。在本次设计的燃气锅炉控制系统中，被控对象共有4个，分别是燃烧机、循环泵1、循环泵2和冷凝泵。燃烧机接收来自PLC的两个开关量控制信号，分别控制燃烧机的启停和大小火的切换。燃烧机的工作原理是，根据外部PLC的控制信号，按照内部程序启动燃烧机。循环泵和冷凝泵类似，由一个开关量来进行控制。炉体上装有水位、压力和温度等传感器，PLC通过模拟量输入模块将这些模拟量数据读入PLC，然后通过这些数据来进行锅炉的判断、报警和控制。
图1 燃气锅炉控制系统的组成
3 燃气锅炉控制系统的硬件选型与配置
PLC或基于PLC技术的专用控制器是燃气锅炉控制系统的核心基础部件，控制器的选择决定了燃气锅炉控制系统的性能和档次。从产品性能、稳定性、开放性等方面考虑，本方案设计的燃气锅炉控制系统的硬件平台选择RPC2000系列PLC。
RPC2000系列PLC是米乐m6易游(中国)有限公司开发的新一代PLC产品，该产品融先进、实用的信号处理技术、通讯技术、计算机技术和自动控制技术于一身，在性能、质量、可靠性、稳定性、开放性和易用性等方面达到了国际先进水平[3]。
RPC2000系列PLC为模块式结构，模块种类丰富，包括CPU、DI、DO、AI、AO、热电偶、热电阻、热敏电阻、交流信号采集等模块，以及GPRS、Profibus等通讯模块。RPC2000系列PLC具有如下优点：
1）CPU性能优越，单指令处理时间为10-7s，CPU本体自带RS232和RS485串口各一个，单CPU可扩展10个模块。
2）可直接采集交流信号，并实现电气保护功能。
3）编程语言符合IEC61131-3国际标准，具有ST、LD、IL、FBD和SFC五种语言。
4）支持各类标准软硬件接口，可与各类组态软件和人机界面无缝集成。
5）支持Modbus、GPRS、Profibus等通讯协议，可与各类设备互联互通。
6）接线端子可插拔，方便系统实施和售后维护。
7）具有良好的环境适应性，电磁兼容性好，抗干扰能力强。
在控制逻辑的硬件配置部分，综合了功能的实现及生产成本，采用的控制器为米乐m6易游RPC2000系列PLC，CPU模块选用具有14路开关量输入和10路开关量输出的RPC2107，再配以具有8路模拟量输入的扩展模块RPC2313，即可以实现燃气锅炉控制系统的基本功能。
在界面显示的硬件配置部分，主要包括触摸屏、指示灯和操作按钮等。触摸屏采用北京昆仑通态公司的10寸TPC1061Ti彩色触摸屏，分辨率为1024×600，采用R232串口将触摸屏与PLC连接。指示灯、操作按钮和触摸屏被固定在控制柜的面板上，这样，操作人员可以很容易地观察设备的运行状态，同时也能很方便地对设备进行控制操作。
4 燃气锅炉控制系统的控制逻辑程序设计
燃气锅炉控制系统的程序采用了模块化设计，程序结构清楚，并且降低了程序的设计难度。控制系统要求水泵具有自动和手动功能。当水泵在手动时，可以任意启停水泵。当水泵在自动时，锅炉水位低于中低水位时自动启动水泵，当锅炉水位高于中高水位时水泵自动停止。锅炉水位极低或锅炉水位超高时，均报警，并且连锁停止给水泵。
燃气锅炉控制系统的水泵控制逻辑流程图如图2所示，燃烧机的控制逻辑流程图如图3所示。锅炉具有手动和自动功能。当手动控制时，可以任意启停锅炉，大小火可以任意切换。当自动控制时，压力低于0.4MPa时，自动启动锅炉，高于1MPa时，自动停止锅炉。当压力低于0.8MPa时，大火启动，高于0.8MPa时，自动转换到小火启动。燃烧机和冷凝泵，同时运行，同时停止。锅炉水位极低时，蒸汽压力超高连锁停炉。
图2 水泵控制逻辑流程图
图3 燃烧机控制逻辑流程图
5 燃气锅炉控制系统的触摸屏程序设计
触摸屏主要实现运行状态监控、报警指示、故障查询、数据记录等功能。为了使用户更方便地使用触摸屏进行控制，在主控界面上绘制与实际设备相对应的图形和动画来展示工艺流程，并在相应设备上或者旁边显示过程值及控制按钮。在参数设定界面上可以设定众多参数，用户可以根据自己的需求来进行设定。数据记录和故障查询画面可以供用户查询历史数据和故障信息。另外，触摸屏中还设置了诸多提示功能，方便用户操作。触摸屏的主控画面如图4所示，参数画面如图5所示。
图4触摸屏的主控画面
图5触摸屏的参数画面
6 系统特点
本文设计的燃气锅炉控制系统使用简单，操作方便，能够很好地满足控制需求，而且可靠性高，设备投入少，维护方便，成本低，能够达到最初的设计目的。
参考文献
[1]刘国华，基于PLC和FCS集中供热锅炉控制系统设计[J]，电力科学与技术学报，2011年6月，第26卷第2期，P.118-122
[2]王婕，艾红，基于SIMATIC PCS7的锅炉控制系统研究[J]，计算机测量与控制，2013年9月，第21卷第9期，P.2455-2456
[3]米乐m6易游(中国)有限公司网站www.runpower.cn，2014年
