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摘要：根據(jù)燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求和電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，本文構(gòu)建了基于RPC2000系列可編程控制器的燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，描述了燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的主要功能，闡述了該系統(tǒng)在穩(wěn)定性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等方面的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵字：燃?xì)忮仩t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(chǎng)實(shí)施，技術(shù)方案先進(jìn)，運(yùn)行穩(wěn)定。歡迎聯(lián)系藍(lán)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(shè)備。鍋爐的輸入能量一般是燃料化學(xué)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(jī)熱載體。鍋爐在我國(guó)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(duì)簡(jiǎn)單，能源浪費(fèi)嚴(yán)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(lái)保證鍋爐的正常安全運(yùn)行。而且由于控制工藝不足，導(dǎo)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(fù)雜的控制系統(tǒng)，例如DCS或FCS，又會(huì)在控制設(shè)備和人力部分投入太大成本[1][2]。為了解決這些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了基于RPC2000系列可編程控制器的燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)，并且取得了良好的效果。
2 燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的工作原理與方案設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)時(shí)，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(kāi)放性和先進(jìn)性。本文旨在設(shè)計(jì)一種基于PLC和觸摸屏的中小型燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)。通過(guò)PLC和觸摸屏HMI，結(jié)合組態(tài)編程，構(gòu)建良好的人機(jī)界面，同時(shí)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、報(bào)警、參數(shù)設(shè)定、故障查詢、數(shù)據(jù)記錄等功能，使得控制過(guò)程簡(jiǎn)化，改善工作條件，最大程度上改善設(shè)備投入，降低生產(chǎn)成本。
燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的組成如圖1所示，其中PLC負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和控制，觸摸屏HMI負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)顯示、指令發(fā)送和參數(shù)設(shè)定。在本次設(shè)計(jì)的燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象共有4個(gè)，分別是燃燒機(jī)、循環(huán)泵1、循環(huán)泵2和冷凝泵。燃燒機(jī)接收來(lái)自PLC的兩個(gè)開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)，分別控制燃燒機(jī)的啟停和大小火的切換。燃燒機(jī)的工作原理是，根據(jù)外部PLC的控制信號(hào)，按照內(nèi)部程序啟動(dòng)燃燒機(jī)。循環(huán)泵和冷凝泵類似，由一個(gè)開(kāi)關(guān)量來(lái)進(jìn)行控制。爐體上裝有水位、壓力和溫度等傳感器，PLC通過(guò)模擬量輸入模塊將這些模擬量數(shù)據(jù)讀入PLC，然后通過(guò)這些數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行鍋爐的判斷、報(bào)警和控制。
圖1 燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的組成
3 燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的硬件選型與配置
PLC或基于PLC技術(shù)的專用控制器是燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)部件，控制器的選擇決定了燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的性能和檔次。從產(chǎn)品性能、穩(wěn)定性、開(kāi)放性等方面考慮，本方案設(shè)計(jì)的燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)選擇RPC2000系列PLC。
RPC2000系列PLC是北京藍(lán)普鋒科技有限公司開(kāi)發(fā)的新一代PLC產(chǎn)品，該產(chǎn)品融先進(jìn)、實(shí)用的信號(hào)處理技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)于一身，在性能、質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性、開(kāi)放性和易用性等方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平[3]。
RPC2000系列PLC為模塊式結(jié)構(gòu)，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(hào)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(diǎn)：
1）CPU性能優(yōu)越，單指令處理時(shí)間為10-7s，CPU本體自帶RS232和RS485串口各一個(gè)，單CPU可擴(kuò)展10個(gè)模塊。
2）可直接采集交流信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)電氣保護(hù)功能。
3）編程語(yǔ)言符合IEC61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，具有ST、LD、IL、FBD和SFC五種語(yǔ)言。
4）支持各類標(biāo)準(zhǔn)軟硬件接口，可與各類組態(tài)軟件和人機(jī)界面無(wú)縫集成。
5）支持Modbus、GPRS、Profibus等通訊協(xié)議，可與各類設(shè)備互聯(lián)互通。
6）接線端子可插拔，方便系統(tǒng)實(shí)施和售后維護(hù)。
7）具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，電磁兼容性好，抗干擾能力強(qiáng)。
在控制邏輯的硬件配置部分，綜合了功能的實(shí)現(xiàn)及生產(chǎn)成本，采用的控制器為藍(lán)普鋒RPC2000系列PLC，CPU模塊選用具有14路開(kāi)關(guān)量輸入和10路開(kāi)關(guān)量輸出的RPC2107，再配以具有8路模擬量輸入的擴(kuò)展模塊RPC2313，即可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t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(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也能很方便地對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制操作。
4 燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的控制邏輯程序設(shè)計(jì)
燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的程序采用了模塊化設(shè)計(jì)，程序結(jié)構(gòu)清楚，并且降低了程序的設(shè)計(jì)難度。控制系統(tǒng)要求水泵具有自動(dòng)和手動(dòng)功能。當(dāng)水泵在手動(dòng)時(shí)，可以任意啟停水泵。當(dāng)水泵在自動(dòng)時(shí)，鍋爐水位低于中低水位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)水泵，當(dāng)鍋爐水位高于中高水位時(shí)水泵自動(dòng)停止。鍋爐水位極低或鍋爐水位超高時(shí)，均報(bào)警，并且連鎖停止給水泵。
燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的水泵控制邏輯流程圖如圖2所示，燃燒機(jī)的控制邏輯流程圖如圖3所示。鍋爐具有手動(dòng)和自動(dòng)功能。當(dāng)手動(dòng)控制時(shí)，可以任意啟停鍋爐，大小火可以任意切換。當(dāng)自動(dòng)控制時(shí)，壓力低于0.4MPa時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)鍋爐，高于1MPa時(shí)，自動(dòng)停止鍋爐。當(dāng)壓力低于0.8MPa時(shí)，大火啟動(dòng)，高于0.8MPa時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換到小火啟動(dòng)。燃燒機(jī)和冷凝泵，同時(shí)運(yùn)行，同時(shí)停止。鍋爐水位極低時(shí)，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(jī)控制邏輯流程圖
5 燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的觸摸屏程序設(shè)計(jì)
觸摸屏主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、報(bào)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(jìn)行控制，在主控界面上繪制與實(shí)際設(shè)備相對(duì)應(yīng)的圖形和動(dòng)畫(huà)來(lái)展示工藝流程，并在相應(yīng)設(shè)備上或者旁邊顯示過(guò)程值及控制按鈕。在參數(shù)設(shè)定界面上可以設(shè)定眾多參數(shù)，用戶可以根據(jù)自己的需求來(lái)進(jìn)行設(shè)定。數(shù)據(jù)記錄和故障查詢畫(huà)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(shè)置了諸多提示功能，方便用戶操作。觸摸屏的主控畫(huà)面如圖4所示，參數(shù)畫(huà)面如圖5所示。
圖4觸摸屏的主控畫(huà)面
圖5觸摸屏的參數(shù)畫(huà)面
6 系統(tǒng)特點(diǎn)
本文設(shè)計(jì)的燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單，操作方便，能夠很好地滿足控制需求，而且可靠性高，設(shè)備投入少，維護(hù)方便，成本低，能夠達(dá)到最初的設(shè)計(jì)目的。
參考文獻(xiàn)
[1]劉國(guó)華，基于PLC和FCS集中供熱鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，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(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013年9月，第21卷第9期，P.2455-2456
[3]北京藍(lán)普鋒科技有限公司網(wǎng)站www.runpower.cn，2014年
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