基于PLC的余热锅炉控制系统硬件设计

赵亚平

河南商电铝业集团，河南 商丘 476000

0 引言

随着世界能源日益枯竭，各国都越来越关注节约能源。节约能源除采用高能效的新设备和新工艺外，采用余热锅炉回收各类余热源也是一次能源利用率的重要手段。本设计通过PLC实现余热锅炉的各种控制调节功能,汽包水位控制系统采用的是二冲量给水控制系统，它依据水位，同时参照蒸汽流量的变化控制给水阀，实现汽包水位的动态平衡，该设计方案大大节约了余热锅炉供水系统的水耗和电耗，同时也减少了余热锅炉供水系统的设备故障率，进一步完善了余热锅炉控制系统的信号报警和事故连锁功能，保证了余热锅炉安全、高效、经济的运行。

1 余热锅炉控制系统的设计要求

余热锅炉是利用高温的烟气、工艺气、产品的余热，以产生蒸汽的热交换备。 该控制系统的设计要求如下：

1）在中央控制室利用闭路电视系统和工业电视，实现对汽包水位和汽包压力的远程监视；

2）对锅炉的运行状态采用PLC控制系统进行监视和控制；

3）利用PLC的基本单元完成各种动力设备运行状态（如水泵、风机的启/停，执行阀的开/关等）的监视，各种动力设备远方操作（启/停）；

4）利用触摸屏完成各种控制参数的输入、锅炉运行状态和运行参数（如压力、水位等）的显示；

5）用A/D转换模块实现对水位、压力、温度等模拟量信号的输出；

6）利用D/A转换模块实现水泵的控制。

2 控制系统的硬件设计

2.1 PLC控制系统设计

1）PLC的选型可编程控制器都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持，实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。本设计采用的是三菱FX2N可编程控制器。

可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。

通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2N可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。

可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器是用来存放系统管理程序，用只读存储器实现，不能修改，可以使用。用户存储器是用来存放用户编制的控制程序，一般用RAM实现或固化到只读存储器中。

2）PLC扩展模块接口电路设计

作用：这个电路要求连接用户的输入输出设备以及控制器，将各个输入进来的信号转变成PLC标准电平供PLC处理，然后将处理好的信号转换成用户所要去的信号来带动外部负载。同时要求输入输出接口要有很好的抗干扰能力和匹配能力。

PLC输入输出接口的类型包括模拟量输入输出接口、开关量输入输出接口（直流、交流及交直流）。外围设备：编程器、打印机、演示板等，应用编程器可以将用无所需要的程序或者所要修改的程序进行输入，还可以应用编程器来监视PLC的工作情况。用户输入输出设备∶用户输入器件有控制开关和检测元件，即各种开关、按钮、传感器等；用户输出设备主要有接触器、电磁阀、指示灯等。

2.2 变频器控制电路设计

变频器的控制电路与主电路相对应，为主电路提供所需要的驱动信号。变频器可控制电路还包括对电流、电压、电动机速度进行检测的信号检测电路，为变频器和电动机提供保护的电路，对外接口电路和对数字操作器的控制电路。

1）变频器主控制电路 变频器主控制电路的中心是一个高性能的微处理器，并配以ASIC,PROM,RAM芯片和其他必要的周边电路。这种处理器可以使用检测来的信号和接收来的信号以及所给定的参数设定值，利用用户所给定的软件设定来进行必要的处理，同时它还可以给变频器提供可以控制的信号和所想要显示的信息；

2）检测电路 变频器和电动机的工作状态可以用检测电路来检测出来，检测出来的信息返回给处理器，由处理器按照给定的算法来进行处理，处理后变成控制喜好和保护信号，从而达到保护电动机及控制变频器的作用；

3）保护电路 对于检测电路得到的各种信号，通过微处理器处理有一部分变成保护信号，连接而成一种保护电路。他可以判断变频器有无故障，从而对应的进行处理，故障严重的情况下可以停止变频器的输出以保护它的各个系统；

4）外部接口电路 变频器的外部接口电路通常包括以下硬件电路：顺序控制指令输入电路、频率指令（模拟信号）输入电路、检测信号输出电路以及通信接口电路；

5）数字操作器 数字操作器是人机对话的一个窗口。我们可以使用它来进行变频器的停机及运行的操作，它还可以检查变频的工作状态，故障情况，以及对系统参数的修改等；

6）变频器的保护电路变频器的保护功能可以分为3类：对变频器本身的保护、对驱动电动机的保护和对系统的保护。变频器本身的保护由微处理器来完成；而对驱动器和系统的保护，则需要用户根据负载和外部环境设置必要的工作条件。

3 结论

本文实现了基于PLC（三菱FX2N）的余热锅炉控制系统的硬件设计，主要包括热工信号检测、PLC控制系统、变频器控制电路、模拟量输入输出模块等。整个控制系统具有及时性、可靠性、自动化程度高的特点，具有一定的工业推广及应用价值。

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