探究基于PLC和FCS集中供热锅炉控制系统设计

白铭珍

（中国船舶重工集团公司第七〇三研究所，黑龙江哈尔滨 150078）

探究基于PLC和FCS集中供热锅炉控制系统设计

白铭珍

（中国船舶重工集团公司第七〇三研究所，黑龙江哈尔滨 150078）

随着城市建设规模的不断扩大和生活水平的不断提高，对城市供暖的需求也越来越大，我国很多地区仍然以热锅炉供暖为主，针对目前一些供热锅炉系统相对简单、操作性能不高的缺陷，运用一种基于PLC和FCS集中供热锅炉控制系统，可提高锅炉系统运行的可靠性和操作的便捷性。

供热锅炉 PLC FCS 控制系统

目前，我国供热锅炉自动控制系统配置还比较落后，传统的手动控制已经无法满足城市集中供热高质量和大规模的要求。为了改善传统落后的控制系统配置，提高集中供热锅炉的自动化水平，基于可编程控制器PLC技术和现场总线控制系统FCS技术，在实际生活中运用越来越广泛，对PLC和FCS集中供热锅炉控制系统设计研究也在不断发展。本文对供热锅炉整体控制系统设计和PLC控制系统程序设计加以分析，并对供热锅炉控制系统监督功能的实现进行了介绍。

1 供热锅炉控制系统总体设计

1.1 供热锅炉燃烧控制系统分析

要分析锅炉燃烧控制系统，首先要对锅炉燃烧过程产生的热量进行计算。影响锅炉燃烧总热量的因素很多，我们计锅炉燃烧总热量为Q、有效利用热量为Q1、散热损失热量为Q2、烟气热损失热量Q3、灰渣物理量损失热量为Q4、气体不完全燃烧损失热量为Q5、过程中不完全燃烧损失热量为Q6，那么锅炉燃烧过程热量公式为：

由上述公式可以看出，锅炉总热量的影响因素很多，在供热过程中损失的热量也较多，一方面，热量的损失造成热量资源的浪费，另一方面，锅炉在供热过程中的不完全燃烧也会带来环境污染问题。

1.2 锅炉运行控制系统总体结构分析

基于PLC和FCS技术相结合的锅炉供热控制体系，总体结构如下图1：

1.3 供热锅炉运行监控策略和参数变化

按不同的功能，锅炉系统包括了风烟系统、减温减压系统、汽水系统、燃烧系统以及公用系统等。在锅炉运行过程中，应有效监控各功能系统的参数，其中最重要的影响因素包括锅炉水位和锅炉燃烧过程等。锅炉水位变化对锅炉运行很有大影响，水位过高或者水位过低都不能保证锅炉的正常运作，水位过高，会影响到蒸汽的质量，甚至有时会对汽轮机的安全运行产生影响；水位过低，会造成供热锅炉被烧坏等。因此，必须建立准确的锅炉水位控制系统。对锅炉燃烧过程的控制也可以归结为对燃烧量、风量、炉膛压力的控制。对蒸汽压力（P）、送风量（V）、燃料量（B）、炉膛负压（ST）、引风量（L）等进行综合考量分析，以保持气压的相对稳定，将蒸汽压力的变化控制在允许的范围内。对燃烧过程的控制，就是要对以上参数进行数学建模，采用信息采集器和处理器对参数进行采集与处理。

1：电流传感器；2：温度传感器；3：水位传感器；4：流量传感器；5：压力传感器图1：供热锅炉运行监控体系总体结构

A：手动启停控制；B：手动频率设定；C：电机和泵控制程序；D：调节参数设定；E：量程变换；F：数据类型变换；G：状态指示程序；H：故障报警程序；I：循环泵运行连锁；J：风机启停连锁。图2：PLC程序组成模块

2 供热锅炉系统PLC控制的程序设计

根据供热锅炉工作原理和其预期的功能要求，设计PLC和FCS集中供热锅炉控制系统的控制流程。PLC程序设计包括自动控制和手动控制，两种控制方式之间可以手动进行切换。在供热初期，燃烧过程会比较缓慢，水文波动会比较大，通常情况下采用手动控制，一般由操作工完成。对锅炉的鼓风机、炉排、引风机等进行手动操作，等到锅炉运行达到稳定状态后，就切换到自动控制程序。图2是PLC程序组成模板示意图。

3 供热锅炉控制系统监督功能的实现

（1）供热锅炉系统监控主界面。在主界面采用流程的形式，观察图形符号、各类参数的变化，进而得以对供热锅炉的运行状态加以监测，操作人员可以根据主界面各类参数和指示灯的变化，监控供热锅炉整个燃烧供热过程。（2）考核参数表画面。供热锅炉系统的主要运行状态可以通过参数来反映，在实际操作中将不同状态参数以表格的形式反映出来，运用统计学和数学相关方法加以总结分析，以便于操作人员的便捷操作，同时也有利于提高供热锅炉的生产效率。（3）报警窗口和指示灯。供热锅炉在运行中如果出现运行故障，会在画面报警窗口栏显示出来；并通过指示灯的变化，将整个操作系统运行的动态过程完全呈现出来。（4）画面操控。在控制系统设计中，热锅炉系统的控制生产运行状态和相关的参数都会以图形方式显示出来，工作人员可以利用键盘等及时控制参数，对相关参数进行在线修正。同时，随时做好手动控制和自动控制的切换，更好实现供热锅炉控制系统的功能效用。

4 结语

综上所述，可编程控制器PLC和现场总线控制系统FCS技术相结合的控制体系，在供热锅炉控制系统中的运用，能够对供热锅炉系统进行实时、动态监控，为集中供热锅炉系统运行的操作性和可靠性提供了保障。系统设计安全可靠且经济高效，也为操作人员的工作提供了很大的便捷。对PLC和FCS技术的探究运用，很好地实现了供热锅炉运行状态的自动化控制，也对老旧设备控制系统的改进提供了很好的借鉴。

［1］仝兴林.PLC在锅炉抗干扰系统中的优化设计与应用［J］.中国新技术新产品，2012（11）：124.

［2］赵钢，徐杰，刘红苗.基于PLC和IFIX的小区供热锅炉控制系统［J］.自动化与仪表，2012（14）：38-41.