锅炉供暖控制系统设计分析

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摘要：针对某大厦完成一整套燃气热水锅炉的手自动控制系统，采用西门子软件PLC控制，同时使用上位机监控的数字化生产系统，最终通过验收并投入生产使用。降低了人工的工作强度，在保证供暖系统高效运行的同时，提升了整个流程的安全性和经济性。

关键词：锅炉供暖；PLC；WinCC

在我国部分偏远地区普遍使用的锅炉供暖技术中，相当多的锅炉仍旧采用传统方式对整个供暖过程进行控制，整个过程能源浪费严重，设备的启停、燃料的投放等都过度依赖操作员人工操作，无论是从工作效率还是工作安全角度，都不是很好的选择［1］。针对上述问题，本项目针对大连某大厦自供暖项目对大厦内部供暖要求设计了以西门子S7－300PLC为控制核心的燃气供暖锅炉控制系统，并配置计算机控制与管理系统，结合现代工业组态软件对整个控制系统进行实时监控，构建人机界面。该大厦位于大连金州区，地上8层和地下一层，采暖面积20000m2，设备间位于半地下一层。整个供暖系统全部由计算机实现自动控制，系统的操作除了工程师外，操作员也可以很容易操作整个系统的运行，这样就节省了大量的人力资源，并且整个操作过程可以在操作室进行，保证了整个操作的安全性。

1燃气锅炉供暖系统简介

1．1锅炉供暖系统工艺简介

整个燃气锅炉供暖系统的工作流程为：向燃烧器内供应天然气与空气的混合燃料，点燃后对锅炉内的水进行一次加热，同时，锅炉内的进口与出口的水是通过水温造成的重度差进行循环，将热水传输给需要供暖的区域，对循环回来的冷水进行加热［2］。整个系统主要由管道内水循环和锅炉燃烧两部分构成：1）管道内水循环：自来水经过过滤软化处理以后，经由分水器进入供暖管道内部，送入锅炉中，进行加热后，经由换热泵管网送至用户处用于取暖。经由用户出散热后，经过换热站，再次经由循环泵管网送至锅炉内加热。2）锅炉燃烧系统：由鼓风机向燃烧炉内输送一定比例的天然气和空气，进行点燃后，对锅炉内的水进行加热。

1．2控制系统设计

考虑到系统的安全性和稳定性，本次设计一种由PLC和触摸屏以及组态软件WinCC共同控制的人机合作控制系统，同时实现对整个燃气供暖过程的监控、监测、参数设定以及数据记录［3］。保证安全运行的同时也保证整个控制过程更加高效。整个控制系统的结构如图1所示。锅炉控制是一个多输入多输出的系统，PLC负责数据的采集和控制，其中的被控变量一共有三个，燃气量、鼓风量和送水量。通过控制燃气比例阀的开度控制天然气的输入量、通过控制鼓风机的频率来判断空气的输入量；通过控制进水口的开关开度控制进水量［4］。PLC同时接受锅炉上的水位、压力和温度传感器，通过模拟量数据模块读入数据，通过这些来控制锅炉的运行。整个监控系统共有97个模拟量输入输出点；158数字量输入输出点。如表1所示。

2燃气锅炉监控系统的硬件设计

本次控制系统采用IPC－610H为工控主机，S7－300PLC和ET200M分站作为下位机的设备，中间用PROFINET总线相连接；PLC与三个ET200M分站之间采用PROFIBUS总线以树形方式连接［5］。整个硬件设计图如图2所示。本次系统选用的CPU是西门子的315－2DP模块；电源选用LRS－350模块；数字量输入输出模块选用16通道的SM321，模拟量输入输出模块选用8路通道的SM322模块，并根据经验把余量控制在10％～15％。

3监控系统软件设计

整个监控系统软件由上位机软件WinCC和下位机软件STEP－7两部分组成。如图3所示：其中下位机软件设计采用西门子STEP－7编程软件进行子程序的控制，包括通信子程序；控制子程序包括温度控制子程序、压力控制子程序、燃气量控制子程序和采样子程序等［6］；PLC主程序如图4所示。上位机监控软件采用WinCC7．4，工控机使用研华公司的IPC－610H，通过以太网与PLC程序相连接，将整个控制系统的运行情况以动态形式显示出来［7］。监控画面包括参数设定区域：操作员可以在监控室对监控系统的参数进行调整；报警区域：监控画面可以实时显示整个控制系统的运行情况，当整个系统操作过程中锅炉压力、天然气浓度、送水温度以及回水温度不在设定范围内时，启动报警程序，工作人员对整个运行系统进行参数调整或者急停等；数据报表：方便工作人员参考和查找历史数据，对整个系统运行过程把握更准确［8］。监控主页面如图5所示。

4结束语

本系统采用西门子S7－300和WinCC组态软件相配合，投入使用以来，系统稳定，不但减少了燃料的浪费，还节省了大量的人力，在保证设备高效运行的同时也保障了安全性。

参考文献

［1］房广海．燃气锅炉的发展与经济性比较［J］．煤炭技术，2009，28（4）：195

［2］徐竟天，张甜甜，程瑞洲，等．基于S7－300PLC的电镀恒温控制系统设计［J］．电镀与涂饰，2015，34（12）：690－695

［3］姜映红．基于PROFIBUS现场总线技术的啤酒发酵过程PLC自动控制系统［D］．兰州：兰州理工大学，2006

［4］任天翔．基于PLC的燃气锅炉供暖控制系统设计开发［D］．北京：华北电力大学，2016

［5］周忠臣．基于PLC的锅炉自动化监控系统的设计与实现［D］．北京：北京工业大学，2018

［6］于英利，韩义，蔡斌，等．电力行业锅炉技术监督现状与发展［J］．电力与能源，2017（6）：809－811

［7］王亚民．组态软件设计与开发［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2003

［8］王艳凯．燃气锅炉自动控制的设计与应用［J］．沈阳：东北大学，2007

作者：汪依锐 单位：西安石油大学电子工程学院