趙亞平

河南商電鋁業(yè)集團(tuán)，河南 商丘 476000

0 引言

隨著世界能源日益枯竭，各國都越來越關(guān)注節(jié)約能源。節(jié)約能源除采用高能效的新設(shè)備和新工藝外，采用余熱鍋爐回收各類余熱源也是一次能源利用率的重要手段。本設(shè)計(jì)通過PLC實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐的各種控制調(diào)節(jié)功能,汽包水位控制系統(tǒng)采用的是二沖量給水控制系統(tǒng)，它依據(jù)水位，同時(shí)參照蒸汽流量的變化控制給水閥，實(shí)現(xiàn)汽包水位的動(dòng)態(tài)平衡，該設(shè)計(jì)方案大大節(jié)約了余熱鍋爐供水系統(tǒng)的水耗和電耗，同時(shí)也減少了余熱鍋爐供水系統(tǒng)的設(shè)備故障率，進(jìn)一步完善了余熱鍋爐控制系統(tǒng)的信號(hào)報(bào)警和事故連鎖功能，保證了余熱鍋爐安全、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

1 余熱鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

余熱鍋爐是利用高溫的煙氣、工藝氣、產(chǎn)品的余熱，以產(chǎn)生蒸汽的熱交換備。 該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求如下：

1）在中央控制室利用閉路電視系統(tǒng)和工業(yè)電視，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽包水位和汽包壓力的遠(yuǎn)程監(jiān)視；

2）對(duì)鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)采用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制；

3）利用PLC的基本單元完成各種動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（如水泵、風(fēng)機(jī)的啟/停，執(zhí)行閥的開/關(guān)等）的監(jiān)視，各種動(dòng)力設(shè)備遠(yuǎn)方操作（啟/停）；

4）利用觸摸屏完成各種控制參數(shù)的輸入、鍋爐運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)（如壓力、水位等）的顯示；

5）用A/D轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)水位、壓力、溫度等模擬量信號(hào)的輸出；

6）利用D/A轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)水泵的控制。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）PLC的選型可編程控制器都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實(shí)現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持，實(shí)際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。本設(shè)計(jì)采用的是三菱FX2N可編程控制器。

可編程控制器中常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機(jī)和雙極型位片式微處理器三種類型。

通用微處理器有8080、8086、80286、80386等；單片機(jī)有8031、8096等；位片式微處理器的AM2900、AM2903等。FX2N可編程控制器使用的微處理器是16位的8096單片機(jī)。

可編程控制器配有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器是用來存放系統(tǒng)管理程序，用只讀存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)，不能修改，可以使用。用戶存儲(chǔ)器是用來存放用戶編制的控制程序，一般用RAM實(shí)現(xiàn)或固化到只讀存儲(chǔ)器中。

2）PLC擴(kuò)展模塊接口電路設(shè)計(jì)

作用：這個(gè)電路要求連接用戶的輸入輸出設(shè)備以及控制器，將各個(gè)輸入進(jìn)來的信號(hào)轉(zhuǎn)變成PLC標(biāo)準(zhǔn)電平供PLC處理，然后將處理好的信號(hào)轉(zhuǎn)換成用戶所要去的信號(hào)來帶動(dòng)外部負(fù)載。同時(shí)要求輸入輸出接口要有很好的抗干擾能力和匹配能力。

PLC輸入輸出接口的類型包括模擬量輸入輸出接口、開關(guān)量輸入輸出接口（直流、交流及交直流）。外圍設(shè)備：編程器、打印機(jī)、演示板等，應(yīng)用編程器可以將用無所需要的程序或者所要修改的程序進(jìn)行輸入，還可以應(yīng)用編程器來監(jiān)視PLC的工作情況。用戶輸入輸出設(shè)備∶用戶輸入器件有控制開關(guān)和檢測元件，即各種開關(guān)、按鈕、傳感器等；用戶輸出設(shè)備主要有接觸器、電磁閥、指示燈等。

2.2 變頻器控制電路設(shè)計(jì)

變頻器的控制電路與主電路相對(duì)應(yīng)，為主電路提供所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。變頻器可控制電路還包括對(duì)電流、電壓、電動(dòng)機(jī)速度進(jìn)行檢測的信號(hào)檢測電路，為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供保護(hù)的電路，對(duì)外接口電路和對(duì)數(shù)字操作器的控制電路。

1）變頻器主控制電路 變頻器主控制電路的中心是一個(gè)高性能的微處理器，并配以ASIC,PROM,RAM芯片和其他必要的周邊電路。這種處理器可以使用檢測來的信號(hào)和接收來的信號(hào)以及所給定的參數(shù)設(shè)定值，利用用戶所給定的軟件設(shè)定來進(jìn)行必要的處理，同時(shí)它還可以給變頻器提供可以控制的信號(hào)和所想要顯示的信息；

2）檢測電路 變頻器和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)可以用檢測電路來檢測出來，檢測出來的信息返回給處理器，由處理器按照給定的算法來進(jìn)行處理，處理后變成控制喜好和保護(hù)信號(hào)，從而達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)及控制變頻器的作用；

3）保護(hù)電路 對(duì)于檢測電路得到的各種信號(hào)，通過微處理器處理有一部分變成保護(hù)信號(hào)，連接而成一種保護(hù)電路。他可以判斷變頻器有無故障，從而對(duì)應(yīng)的進(jìn)行處理，故障嚴(yán)重的情況下可以停止變頻器的輸出以保護(hù)它的各個(gè)系統(tǒng)；

4）外部接口電路 變頻器的外部接口電路通常包括以下硬件電路：順序控制指令輸入電路、頻率指令（模擬信號(hào)）輸入電路、檢測信號(hào)輸出電路以及通信接口電路；

5）數(shù)字操作器 數(shù)字操作器是人機(jī)對(duì)話的一個(gè)窗口。我們可以使用它來進(jìn)行變頻器的停機(jī)及運(yùn)行的操作，它還可以檢查變頻的工作狀態(tài)，故障情況，以及對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的修改等；

6）變頻器的保護(hù)電路變頻器的保護(hù)功能可以分為3類：對(duì)變頻器本身的保護(hù)、對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)和對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。變頻器本身的保護(hù)由微處理器來完成；而對(duì)驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)的保護(hù)，則需要用戶根據(jù)負(fù)載和外部環(huán)境設(shè)置必要的工作條件。

3 結(jié)論

本文實(shí)現(xiàn)了基于PLC（三菱FX2N）的余熱鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括熱工信號(hào)檢測、PLC控制系統(tǒng)、變頻器控制電路、模擬量輸入輸出模塊等。整個(gè)控制系統(tǒng)具有及時(shí)性、可靠性、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，具有一定的工業(yè)推廣及應(yīng)用價(jià)值。

[1]張本舉.煤氣余熱鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].中國計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2008年會(huì)論文集，2008.

[2]馬永富，楊多佳，蘇拉玉，董園園.AOD轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)[D].2009年河北省冶金學(xué)會(huì)煉鋼—連鑄技術(shù)與學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2009.

[3]王春艷，王孝紅，吳姝芹.水泥余熱發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D].水泥生產(chǎn)關(guān)鍵檢測及控制技術(shù)研討會(huì)論文集，2005.