摘要：根據燃氣鍋爐控制系統的應用需求和電氣自動化控制技術的發展趨勢，本文構建了基于RPC2000系列可編程控制器的燃氣鍋爐控制系統。在系統方案設計的基礎上，描述了燃氣鍋爐控制系統的主要功能，闡述了該系統在穩定性、先進性、經濟性等方面的優勢。

關鍵字：燃氣鍋爐控制系統，RPC2000系列可編程控制器

資料提供：本文涉及方案已在用戶現場實施，技術方案先進，運行穩定。歡迎聯系藍普鋒索取資料、探討交流。

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1 概述

鍋爐是一種能量轉換設備。鍋爐的輸入能量一般是燃料化學能和電能，鍋爐的輸出是具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體。鍋爐在我國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相對簡單，能源浪費嚴重，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境中工作來保證鍋爐的正常安全運行。而且由于控制工藝不足，導致燃料燃燒不充分，產生煙塵和廢氣造成大氣污染。如果采用復雜的控制系統，例如DCS或FCS，又會在控制設備和人力部分投入太大成本^[1][2]。為了解決這些問題，本文設計了基于RPC2000系列可編程控制器的燃氣鍋爐控制系統，并且取得了良好的效果。

2 燃氣鍋爐控制系統的工作原理與方案設計

在設計燃氣鍋爐控制系統時，首先要考慮系統的穩定性和可靠性，其次要考慮系統的開放性和先進性。本文旨在設計一種基于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、循環泵1、循環泵2和冷凝泵。燃燒機接收來自PLC的兩個開關量控制信號，分別控制燃燒機的啟停和大小火的切換。燃燒機的工作原理是，根據外部PLC的控制信號，按照內部程序啟動燃燒機。循環泵和冷凝泵類似，由一個開關量來進行控制。爐體上裝有水位、壓力和溫度等傳感器，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。

圖1 燃氣鍋爐控制系統的組成

3 燃氣鍋爐控制系統的硬件選型與配置

PLC或基于PLC技術的專用控制器是燃氣鍋爐控制系統的核心基礎部件，控制器的選擇決定了燃氣鍋爐控制系統的性能和檔次。從產品性能、穩定性、開放性等方面考慮，本方案設計的燃氣鍋爐控制系統的硬件平臺選擇RPC2000系列PLC。

RPC2000系列PLC是北京藍普鋒科技有限公司開發的新一代PLC產品，該產品融先進、實用的信號處理技術、通訊技術、計算機技術和自動控制技術于一身，在性能、質量、可靠性、穩定性、開放性和易用性等方面達到了國際先進水平^[3]。

RPC2000系列PLC為模塊式結構，模塊種類豐富，包括CPU、DI、DO、AI、AO、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、交流信號采集等模塊，以及GPRS、Profibus等通訊模塊。RPC2000系列PLC具有如下優點：

1）CPU性能優越，單指令處理時間為10^-7s，CPU本體自帶RS232和RS485串口各一個，單CPU可擴展10個模塊。

2）可直接采集交流信號，并實現電氣保護功能。

3）編程語言符合IEC61131-3國際標準，具有ST、LD、IL、FBD和SFC五種語言。

4）支持各類標準軟硬件接口，可與各類組態軟件和人機界面無縫集成。

5）支持Modbus、GPRS、Profibus等通訊協議，可與各類設備互聯互通。

6）接線端子可插拔，方便系統實施和售后維護。

7）具有良好的環境適應性，電磁兼容性好，抗干擾能力強。

在控制邏輯的硬件配置部分，綜合了功能的實現及生產成本，采用的控制器為藍普鋒RPC2000系列PLC，CPU模塊選用具有14路開關量輸入和10路開關量輸出的RPC2107，再配以具有8路模擬量輸入的擴展模塊RPC2313，即可以實現燃氣鍋爐控制系統的基本功能。

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備的運行狀態，同時也能很方便地對設備進行控制操作。

4 燃氣鍋爐控制系統的控制邏輯程序設計

燃氣鍋爐控制系統的程序采用了模塊化設計，程序結構清楚，并且降低了程序的設計難度。控制系統要求水泵具有自動和手動功能。當水泵在手動時，可以任意啟停水泵。當水泵在自動時，鍋爐水位低于中低水位時自動啟動水泵，當鍋爐水位高于中高水位時水泵自動停止。鍋爐水位極低或鍋爐水位超高時，均報警，并且連鎖停止給水泵。

燃氣鍋爐控制系統的水泵控制邏輯流程圖如圖2所示，燃燒機的控制邏輯流程圖如圖3所示。鍋爐具有手動和自動功能。當手動控制時，可以任意啟停鍋爐，大小火可以任意切換。當自動控制時，壓力低于0.4MPa時，自動啟動鍋爐，高于1MPa時，自動停止鍋爐。當壓力低于0.8MPa時，大火啟動，高于0.8MPa時，自動轉換到小火啟動。燃燒機和冷凝泵，同時運行，同時停止。鍋爐水位極低時，蒸汽壓力超高連鎖停爐。

圖2 水泵控制邏輯流程圖

圖3 燃燒機控制邏輯流程圖

5 燃氣鍋爐控制系統的觸摸屏程序設計

觸摸屏主要實現運行狀態監控、報警指示、故障查詢、數據記錄等功能。為了使用戶更方便地使用觸摸屏進行控制，在主控界面上繪制與實際設備相對應的圖形和動畫來展示工藝流程，并在相應設備上或者旁邊顯示過程值及控制按鈕。在參數設定界面上可以設定眾多參數，用戶可以根據自己的需求來進行設定。數據記錄和故障查詢畫面可以供用戶查詢歷史數據和故障信息。另外，觸摸屏中還設置了諸多提示功能，方便用戶操作。觸摸屏的主控畫面如圖4所示，參數畫面如圖5所示。

圖4觸摸屏的主控畫面

圖5觸摸屏的參數畫面

6 系統特點

本文設計的燃氣鍋爐控制系統使用簡單，操作方便，能夠很好地滿足控制需求，而且可靠性高，設備投入少，維護方便，成本低，能夠達到最初的設計目的。

參考文獻

[1]劉國華，基于PLC和FCS集中供熱鍋爐控制系統設計[J]，電力科學與技術學報，2011年6月，第26卷第2期，P.118-122

[2]王婕，艾紅，基于SIMATIC PCS7的鍋爐控制系統研究[J]，計算機測量與控制，2013年9月，第21卷第9期，P.2455-2456

[3]北京藍普鋒科技有限公司網站www.runpower.cn，2014年