0引言
近年来.大型集中供热锅炉房的控制系统开始采用可编程逻辑控制器PLC(Programmable L0鲥c Con—tmller)控制方式。在集中供热锅炉房，PLC主要用于输煤、驱动风机及进行比例积分微分PID(PmpoNIonalIntegral Derivative)调节控制系统中。当前国内许多地方的锅炉控制系统主要是采用分布式控制系统DCS(Distributed Control Svstem)‘2_。这是由于锅炉系统的仪表信号较多.采用此系统性价比相对较好，但随着PLC技术的不断发展.PLC在仪表控制方面的功能已经不断强化。用于回路调节和组态画面的功能不断完善.而且PLC的抗干扰能力也很强.对电源的质量要求比较低。
基于PLC在工业控制系统中的良好应用.本文将西门子S7—200PLC用于集中供热系统锅炉控制系统。整个系统的工作原理为：从控制现场传感器送来的4。20 mA或0。5 v的标准信号经过信号调理模块送到现场控制单元(PLC).经过智能运算后形成控制信号.控制信号再经过信号调理模块返送到现场执行单元(电磁阀)。各个控制单元通过以太网相连.将需要监控的信号送人上位机，实现人机交互和远程控制。
1 系统结构和控制方案
系统结构如图1所示。本系统主要是用西门子PLC S7—200 CPU 224作为控制器进行控制.主要是对燃煤锅炉进行控制。包括风机、给煤机的开关，根据液位变化对进出水口阀门的控制.根据锅炉内温度变化进行自动控制.利用PLC中所带有的PID调节器进行调节.以控制锅炉内的温度.再利用远程传输的功能.可以在用户处装上温度传感器.将其温度转成标准信号传到PLC主机上.观测到的温度根据需要进行调节，提高或降低锅炉的温度.直接控制传到用户的温度。在锅炉内装有压力传感器.这是十分必要的，如果压力过高，可能会降低锅炉的寿命，甚至发生危险，所以一定要控制压力.当压力超过一定的数值，需报警。并迅速进行处理.降低锅炉内的压力.以免发生危险。
根据系统的要求.选取西门子PLCS7—200 CPU224作为控制核心.同时还扩展了2个EM 231模拟量输入模块、1个EM 223数字量输入模块和1个CP243—1以太网模块。CPU224的I/0点数是14/10。所以要扩展1个EM223的数字量输入/输出模块.它的I/O点数是16/16.作用是提供附加的输入、输出点。这样完全可以满足系统的要求。同时.选用了EM 231模块.它是AD转换模块，具有4个模拟量输入，12位AD，其采样速度25¨s，温度传感器、压力传感器、流量传感器以及含氧检测传感器的输出信号经过调理和放大处理后.成为0。5V的标准信号.EM231模块自动完成AD转换。
PLC通过检测温度、水位、压力、流量和气体中的含氧量给出控制信号控制燃烧机、真空泵、给媒机、电磁阀等输出设备[5-刚。为实现人机对话功能.如系统状态以及变量图形显示、参数修改等。还扩展了一块TD200触摸显示屏，操作控制简单、方便，可用于设置系统参数。显示锅炉温度等。还有一个以太网模块CP243—1.其作用是可以让S7—200直接连入以太网.通过以太网进行远距离交换数据.与其他的S7—200进行数据传输.通信基于TCP/IP，安装方便、简单。机组控制系统如图2所示。
为满足集中供热锅炉控制系统、自动控制的工艺要求.规定如下的控制方案。
控制参数：集中供热系统锅炉出水口温度、用户家中温度、炉内温度、锅炉水位、锅炉压力、出水口和进水口的流量、气体中含氧量。
控制内容：燃烧机开关、真空泵开关、电磁阀开关、给煤机开关、报警。
系统根据锅炉内水温高、低控制燃烧机大、小火。水温控制值可以设定(例如，锅炉出水口温度设为70℃。大、小火转换温度为10℃，则温度小于60℃时开大火.大于70℃时开小火)。
根据锅炉内空气的含氧量控制真空泵自启动.当含氧量过低时，真空泵启动，向锅炉内吹人空气，控制炉内的温度，当锅炉内温度低于一定值时，同样可以控制真空泵自启动.向锅炉内吹人空气以提高炉内的温度。
根据液位的高低实现锅炉内的自动调节.当液位降低时，进水口的电磁阀开大一些.向锅炉内加入水;锅炉内液位过高。进水口的电磁阀开小一些。以保持炉内的液位平衡。同样.根据出水管内的流量大小也可来控制出水口电磁阀的开关。当流量过大时，关小电磁阀。自动调节流量。
根据用户家中的温度高低。通过以太网模块CP243一l把传感器检测到的数据传人PLC中.根据它的温度同样可以控制燃烧机大、小火和真空泵开启。
故障报警：锅炉内温度高、水位低、水位高、锅炉内压力高、出水管内的流量高、出水管内的流量低、燃烧机故障等。
以上所控制的内容根据现场的实际情况.设定温度值、压力值、液位值、流量值以及炉内空气的含氧量的百分比。
2控制系统设计
2.1 CPU224的I/O地址分配
集中供热锅炉控制系统的设计主要涉及了7个数字量输入，8个数字量输出，外加5个模拟量输入。其中扩充了2个EM231的模拟量输入模块.主要是用于测量温度值的.另外扩充的CP243—1以太网通信模块。可以把远距离的模拟量温度值传到主控中心。它也可以完成PLC之间的互相通信.这样就可以及时地对用户温度进行检测.然后根据返回的信息对集中供热锅炉进行控制，进行加煤、加热和真空泵的启动。CPU224的I/O地址分配如表1所示。
2.2 PLC的硬件连接
S7—200系列PLC采用的是专用的轨道进行连接CPU模块相连组网或同其他扩展模块相连很方便。
PLC系统用于自动控制具有诸多优点。方便可靠.另外还加入了人机界面。系统更加直观。控制器上设有按键，可以设定系统运行参数，如：温度和压力值。控制器上设有显示窗口.用于显示时间及系统各部位温度、压力，另外，还有报警指示灯指示系统的故障情况。控制器上的非易失性存储器，用来存储一些数据可供查询。
2.3控制系统软件
锅炉是一个复杂的控制对象.其控制回路非线性严重。锅炉的压力(或出水温度)、鼓风控制回路构成锅炉的燃烧控制系统.其控制方案是采用压力或出水温度为主调量.通过调整炉排转速使蒸汽压力或出水温度尽快达到给定值.同时配合风一煤配比控制鼓风量达到经济燃烧.最终达到所需要的温度值。使输出水温是一个固定值。
热水锅炉的出水温度设定值跟随室外温度的变化自动修正。使用户室内的温度保持恒定，且实现经济供热。锅炉水位控制回路使锅炉水位保持恒定，根据锅炉出口流量控制以保持出水的流量恒定。
控制程序采用STEP7一Micr0/Win软件以梯形图方式编写.程序运行方式如图3所示。
由图可知，按下启动键后。首先检测锅炉水位.如果水位低就停机.否则就正常运行。接下来是点燃燃烧机和开启真空泵.给锅炉进行大火加热.当达到设定的温度值时.开始向用户输出热水.进水口开启，不断地向锅炉内加入冷水，保持液位平衡.同时检测锅炉内的压力和温度，利用PLC进行控制.使其保持在一个稳定值。
程序还具有报警功能，报警值有炉内温度高、锅炉内压力高、燃烧机故障、水位高、水位底、出水管内的流量高、出水管内的流量低。其中，燃烧机故障由燃烧机本身自带的故障输出点给出：水位高低由水位传感器给出;锅炉内压力由压力开关给出;温度报警值由温度传感器给出.流量的大小也是由流量传感器给出。除了低水位报警停止整机工作和炉温高报警停燃烧机外.其他报警不影响机组的运行(见STEP7Micm编程手册)。
3结论
集中供热系统采用西门子的PLC控制.不仅简化了系统。提高了设备的可靠性和稳定性.同时也大幅地提高了燃烧能的热效率。通过操作面板修改系统参数可以满足不同的工况要求.机组的各种信息，如工作状态、故障情况等可以声光报警及文字形式表示出来.主要控制参数(温度值)的实时变化情况以趋势图的形式记录显示.方便了设备的操作和维护该系统通用性好、扩展性强。直观易操作。
由于本系统只是在计算机上进行了仿真运算.并没有在实际的现场进行应用.可能还存在着很多的不足之处需要改进.例如，以太网的传输速度和准确性问题.锅炉控制时的稳定性都是应该考虑在内的。通过这次设计.笔者发现可编程控制器领域有很大的发展空间.需要研究人员不断的对其完善，使其能在工业上发挥更大的作用。
