1 引言
目前，常規(guī)供暖設(shè)備有燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、電熱水鍋爐等。燃煤鍋爐效率低，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重;燃油或燃?xì)忮仩t雖然污染較小，但運(yùn)行費(fèi)用較高;電熱水鍋爐屬于無(wú)污染設(shè)備，但運(yùn)行費(fèi)用仍然很高，不能滿足用戶的廉價(jià)要求。新近發(fā)展的自儲(chǔ)能電鍋爐蓄熱技術(shù)以電為消耗能源，通過(guò)電鍋爐將電能轉(zhuǎn)化為熱能，蓄熱水箱儲(chǔ)存熱能并在需要時(shí)釋放。該技術(shù)不僅對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，更重要的是在電網(wǎng)谷值(夜間)電力加熱儲(chǔ)熱介質(zhì)，平段和高峰時(shí)段不用電，或在平段時(shí)少用電。利用公司在谷值時(shí)段優(yōu)惠電價(jià)，從而大大降低了供暖費(fèi)用，并且對(duì)供電系統(tǒng)起到了很好的“削峰添谷”的均衡高效供電作用，具有很大的節(jié)能效益。因此，在新建和改造供暖設(shè)備中具備很大的推廣價(jià)值。
2 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)
自儲(chǔ)能電鍋爐主要由電加熱器、儲(chǔ)熱箱、可控式熱管、取熱管、取熱加熱控制器、水溫調(diào)節(jié)器以及若干管道、閥門等構(gòu)成。其工作原理是以儲(chǔ)熱箱為主體，其中有若干個(gè)電加熱器，用于加熱儲(chǔ)熱箱儲(chǔ)熱。為了從儲(chǔ)熱箱中取出熱量，利用可控式環(huán)行熱管原理，構(gòu)成一個(gè)取熱循環(huán)系統(tǒng)，由熱交換器、水泵、管網(wǎng)等構(gòu)成，與常規(guī)的供熱系統(tǒng)基本相同。另外，還有一個(gè)供熱外循環(huán)系統(tǒng)，由氣液熱交換器、液液熱交換器、水泵和供暖網(wǎng)管等組成。在取熱過(guò)程中，取熱管的作用是使進(jìn)入管中的液體工質(zhì)蒸發(fā)，從而帶走貯熱箱中貯存的熱量，送入氣液熱交換器中，由氣液熱交換器把熱量交換給供暖外循環(huán)系統(tǒng)。此后，氣體工質(zhì)進(jìn)入冷凝器冷凝成液體，由外循環(huán)泵送回取熱管。取熱控制器的作用是控制取熱管閥門的大小，從而控制取熱量的多少，供熱外循環(huán)系統(tǒng)和常規(guī)的供暖系統(tǒng)基本相同。在這套系統(tǒng)中，我們采用HOLLiAS-LEC G3作為自儲(chǔ)能電鍋爐的控制系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著整個(gè)系統(tǒng)的加熱、取熱控制，并且對(duì)取熱溫度和外界溫度進(jìn)行監(jiān)控。
2.2 控制功能設(shè)計(jì)
(1) 加熱貯能:由控制器實(shí)現(xiàn)鍋爐在電網(wǎng)高峰時(shí)段不用電，在平電時(shí)段有條件用電，低谷時(shí)段加熱、儲(chǔ)存能量;并且實(shí)現(xiàn)再啟動(dòng)加熱的控制，對(duì)加熱限溫以防止超溫，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
(2) 取熱供暖:通過(guò)觸摸屏設(shè)定出口溫度，PLC采集的出口溫度與設(shè)定值進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度，以達(dá)到調(diào)節(jié)出口溫度的要求。
(3) 溫度監(jiān)控:溫度變送器對(duì)加熱爐、出口水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，將爐溫和出口水溫實(shí)時(shí)傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)采樣的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，提高鍋爐運(yùn)行的安全性、可靠性。
(4) 故障報(bào)警處理:系統(tǒng)具有運(yùn)行故障報(bào)警或超溫限報(bào)警等功能，報(bào)警時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)提示操作 人員，方便于工作人員及時(shí)排除故障。
3 控制系統(tǒng)硬件配置
自儲(chǔ)能電鍋爐控制系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的HOLLiAS-LEC G3系列小型一體化PLC，G3系列PLC具有良好的擴(kuò)展性能和較高的穩(wěn)定性，并且具備豐富的指令系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用1個(gè)24點(diǎn)CPU模塊LM3107、1個(gè)4輸入4輸出的開(kāi)關(guān)量擴(kuò)展模塊LM3231、3個(gè)4通道熱電偶擴(kuò)展模塊LM3311和1個(gè)4通道熱電阻擴(kuò)展模塊LM3312。熱電偶與熱電阻模塊采集溫度信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后送入CPU模塊。PLC的輸出部分有報(bào)警燈與中間繼電器，觸摸屏與LM3107通過(guò)RS-232口采用Modbus協(xié)議連接，線圈部分均有滅弧裝置。該系統(tǒng)具備自動(dòng)、手動(dòng)控制方式，并可以通過(guò)觸摸屏進(jìn)行控制，簡(jiǎn)潔明了。該系統(tǒng)方案參見(jiàn)圖1:
圖1 自儲(chǔ)能電鍋爐控制系統(tǒng)
4 程序流程圖
控制系統(tǒng)軟件部分由加熱控制、取熱控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)三部分組成。
加熱程序執(zhí)行時(shí)，首先讀取PLC硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘，判定當(dāng)前在谷電、峰電還是平電時(shí)段。若在谷電時(shí)段，則判斷儲(chǔ)熱箱是否儲(chǔ)滿能量。如果已滿則不加熱，否則進(jìn)行加熱。若在峰電時(shí)段，則不進(jìn)行加熱。若在平電時(shí)段，則判斷儲(chǔ)熱箱內(nèi)的能量是否即將耗完，如果低于最低設(shè)定值則進(jìn)行加熱，否則停止。
取熱程序執(zhí)行時(shí)，將外部擴(kuò)展模塊讀入的出口溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過(guò)2個(gè)開(kāi)關(guān)量(一個(gè)開(kāi)關(guān)量使閥門開(kāi)度增大，另一個(gè)開(kāi)關(guān)量使閥門開(kāi)度減小)控制取熱閥的開(kāi)度，以達(dá)到控制水溫的目的。
狀態(tài)檢測(cè)程序執(zhí)行時(shí)，當(dāng)有溫度值過(guò)高或者過(guò)低等故障發(fā)生時(shí)，PLC會(huì)采取相應(yīng)的報(bào)警措施，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序。
程序流程圖分別如圖2、圖3、圖4所示。
圖2 加熱控制流程圖
圖3 取熱控制流程圖
圖4 狀態(tài)檢測(cè)流程圖
5 結(jié)束語(yǔ)
本文提出的自儲(chǔ)能電鍋爐控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1) PLC運(yùn)行可靠、編程簡(jiǎn)單，一套PLC即可實(shí)現(xiàn)自儲(chǔ)能電鍋爐加熱、儲(chǔ)能、取熱的控制，并且可對(duì)爐溫和出口水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;
(2) LM3311、LM3312溫度采集模塊直接采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度信號(hào)，不需要溫度變送器，信號(hào)直接進(jìn)入PLC進(jìn)行處理，精確度高，使用方便;
(3) 適應(yīng)現(xiàn)代工廠自動(dòng)化對(duì)系統(tǒng)開(kāi)放性和互聯(lián)性的需要，和利時(shí)的小型一體化PLC具備強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，可以通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)或者M(jìn)odem進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，具備可升級(jí)性。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)試和試運(yùn)行，HOLLiAS-LEC G3系列PLC為核心控制系統(tǒng)的解決方案已成功應(yīng)用于自儲(chǔ)能電鍋爐設(shè)備，運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單，并且系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性都有很大的提高。
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