鍋爐溫度控制系統生產廠家

鍋爐溫控系統原理及結構

燃氣爐控制系統時, 首先要實現控制所有的控制要求, 其次要確保系統的穩定性和可靠性。設計一種基于PLC和觸摸屏的中小型燃氣鍋爐控制系統。通過PLC和觸摸屏HMI, 結合組態編程, 構建良好的人機界面, 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, 使得控制過程簡化, 改善工作條件, 最大程度上改善設備投入, 降低生產成本。

燃氣鍋爐控制系統的組成如圖1所示, 其中PLC負責數據采集和控制, 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制系統中, 被控對象共有4個, 分別是燃燒機、水泵、鼓風機和引風機。燃燒機的工作原理是, 采集出回水溫度和壓力信號, 由PLC控制燃燒機的啟停和大小火的切換。鍋爐在進出時管道上壓力和溫度傳感器, 爐膛內部溫度傳感器, PLC通過模擬量輸入模塊將這些模擬量數據讀入PLC, 然后通過這些數據來進行鍋爐的判斷、報警和控制。

機型選擇與配置

通過統計系統的所有輸入信號和輸出信號, 溫度和壓力的模擬量輸入, 控制變頻器運行的模擬量輸出信號, 系統報警等連鎖關系, 選用無錫信捷生產的XD系列可編程控制器, 型號為XD3-32RT。作為國產小型PLC的領軍企業, 該PLC具有體積小巧結構緊湊、便于安裝的優點, 可直接安裝在電控柜常用的35 mm標準導軌上。主機模塊配有256 K的EEPROM, 它還裝有Flash ROM及鋰電池, 可永久性的存儲用戶程序和其他重要的系統參數;本機帶有18/14個IO點, 還可擴展多個模塊, 包括模擬量輸入輸出模塊、溫度采集模塊、通訊模塊等, 最多可以擴展10個模塊;本體具有1路DC24 V電源, 滿足常用的兩線制溫度、壓力變送器等模擬量的控制要求;CPU處理指令的執行時間為0.05 us。

模擬量的處理

燃燒器和水泵所用的開關量輸入輸出控制、定時運行、互鎖保護等基本控制由PLC主程序完成, 這里不贅述。作為鍋爐運行的核心控制條件, 重點介紹溫度和壓力模擬量的采集和計算方法。鍋爐的出回水溫度、爐膛溫度、壓力信號是通過兩線制溫度變送器輸出4～20 m A電流信號, 該信號進入到溫度和模擬量模塊XD-E4AD2DA中, CPU通過采集存儲到寄存器中數值并處理該值。通過和觸摸屏設定的鍋爐工作值、報警保護值進行比較。當溫度低于設定值時, 鍋爐開始運行, 當溫度高于工作上限時, 鍋爐停爐。如果超過上限保護值, 系統發出聲光報警。同時為保證溫度控制的精度和動態響應, 對采集到PLC控制器中的溫度值進行PID控制。根據上述的控制要求, 編寫PLC控制程序, 程序編譯正確無誤后將其下載到PLC中, 開始調試程序, 觀察每個模擬量的輸入寄存器, 發現隨著溫度或壓力值的變化, 傳感器的電流信號跟隨變化, 當輸出電流值為0m A時, 寄存器的值為0, 電流值為20 m A時, 寄存器的值達到最大16383, 由于沒有對輸入的模擬量信號進行處理, 每個寄存器的數值變化都比較大, 這種情況導致溫度控制精度無法滿足要求。因此在程序中加入平均值算法, 采取均值PID控制, 通過定時采集數據, 并去掉最大值和最小值, 同時對讀取的數字進行平均值計算, 經過這種優化PID控制后系統讀取到的數值基本是最后一位數字在跳。完全滿足溫度控制要求。

鍋爐溫控儀器軟件設計

系統控制要求及流程圖

通過優化PLC溫度控制系統軟件主體, 使PLC梯形圖更加簡單明了, 極大降低系統存儲空間。監控系統的溫度控制邏輯流程圖如圖2所示, 控制系統要求鍋爐具有自動和手動功能。當鍋爐在手動工作狀態下時, 可以任意啟停鍋爐, 大小火可以任意切換。當鍋爐工作于自動運行方式下時, 通過與設置的鍋爐出回水溫度保護的上下限值進行比較, 當出水溫度低于溫度下限55℃時自動啟動燃燒器, 出水溫度達到溫度上限85℃時鍋爐自動停止, 當溫度高于90℃時, 系統顯示超溫報警, 同時蜂鳴器響起, 并且連鎖停止鼓引風機。

鍋爐溫控儀器程序設計

針對上述情況, 位確保采集數據的準確性, 在軟件算法上進行優化, 從每個模擬量輸入寄存器中多次采集數據, 將采集出的數據進行加權均值計算, 結果放于中間存儲寄存器, 該結果和設定值進行運算處理從而實現鍋爐的運行控制。由于XD3系列PLC運行速度快, AD轉換速度只有幾十us, 且模擬量讀數靈敏度較高。鍋爐屬于惰性運行系統, 對溫度調節速度要求不高, 因此我們在算法中采用加權平均值算法來處理輸入值。計算后的平均值放在內部寄存器VD200中, 觀察VD200中的數值變化:12347-12351) 。經過上述平均值的處理后, 采集數據又提高了一個數量級, 寄存器VD200中的數值只是個位數發生變化, 大大提高模擬量采集的精度。在對VD200中的數值進行PID運算, 控制精度又提高了一個數量級, 保證了系統的運行精度和可靠性。

使用可編程序控制器 (PLC) 和模擬量及溫度擴展模塊實現的鍋爐監控系統, 具有配置簡單, 運行可靠, 抗干擾能力強等特點。通過采用溫度值多次加權的PID控制算法, 在滿足溫度響應要求的同時, 極大的提高了溫度控制精度。該控制系統已在新疆某鍋爐現場持續穩定運行兩年多, 極大降低了操作工的工作強度, 也為供暖企業帶來可觀的經濟效益。