PLC和变频器在锅炉给水控制系统中的应用

PLC和变频器在锅炉给水控制系统中的应用
摘要：文章主要对PLC控制的变频调速锅炉给水系统进行了详细阐述，通过PID
运算将变频器的输出频率进行逻辑控制，从而完成闭环自动调节流量变量给水工作，实现锅炉给水控制的目标。

将系统规划与系统组成进行完善，并详细讲解了
系统的硬件结构。

关键词：PLC；变频器；锅炉给水控制系统；应用
引言
在供热设备当中，应用最为广泛的动力设备就是锅炉，其功效是将燃料中的
贮能通过燃烧变成所需要的热能，在利用蒸汽或者热水的方式输给其他设备。

锅
炉系统是否安全稳定运行主要取决于过锅炉给水系统的工作效率，因为锅炉运行
的效率低、资源损耗量大、周围环境差、工作人员工作量大以及自动化程度低等
问题，导致锅炉系统在运行方面出现一些问题。

为了解决这类问题，首先就要提
升锅炉的自动化程度，将PLC和变频器应用到锅炉给水控制系统当中，提高锅炉
的运行效率。

1.锅炉给水系统的主要结构
PLC、变频器、补水箱、传感器、补水泵以及锅炉本体是锅炉给水系统的重要
组成部分。

系统结构的主控单元是PLC，被控原件是变频运行的补水泵，感应水
位变化的器件是传感器，锅炉内水位变化的数据是控制参数的核心，控制算法使
用的是PID控制。

PLC是利用传感器来读取锅炉内水位的变化情况，并将数据保
存下来，在通过PID控制器以及算法规则对变频器的输出情况进行掌控，进而调
整水泵电机的运转速度，更好的掌控锅炉内的水位，实现维持水位恒定与节约的
目标。

如图1所示，锅炉给水系统结构图。

图1 锅炉给水系统结构图
2.电气控制系统主电路图
手动控制与自动控制是电气控制系统的主要模式。

手动控制模式是在变频器
出现故障问题时使用的模式，变频控制模式是当系统恢复常态时使用的模式。

电
气控制系统主要有两台补水泵电动机，控制模式使用的是变频器一拖二的形式，
使得可变频与工频能够自行调节。

电气控制系统的工作原理为：当系统在工作过
程中，1#泵变频处于运行状态，2#泵处于静止状态。

一旦系统勘察到锅炉水位与
标准水位相比偏低，那么就要提升变频器的输出频率，当提升到最高点时，1#泵
转换为工频运行，2#泵变频开始工作。

当锅炉水位与标准水位相比偏高，那么就
要减小变频器的输出频率，减到制定频率时，1#泵停止运行，2#泵变频运行。

当
系统用水量逐渐增加时，1#泵变频开始工作，2#泵转化为工频运行。

当系统用水
量再次变少时，就需要停止2#泵的工作，1#泵开始进行变频运行，长此循环下去。

如图2所示，电气控制系统主电路图。

图2 电气控制系统主电路图
3.控制系统硬件的选择与接线
3.1选择合适的控制系统硬件
S7-200 型的PLC 框架相对紧密，价格偏低，性价比极高，在多数小型控制系
统中被广泛应用，对此CPU224就成为S7-200 型PLC 框架的主模块。

为了能够让PLC 更好的接收锅炉水位传来的数据信号，将PID计算出的数据转变成变频器可
以控制和识别的信号，对此就要选择EM235 模拟量扩展模块来完成工作。

CPU224模块拥有一个模拟输出信号和四个模拟输入信号，变频器选择的是
MM420通用型变频器。

3.2 PLC 输入接线
如图3所示的PLC 输入接线图中，输出点Q0.0连接的是1#变频接触器，Q0.1连接的是1#泵工频接触器，Q0.2连接的是2#泵变频接触器，Q0.3连接的是2#泵工频接触器，变频器起停控制继电器连接的是Q0.4，报警指示灯控制继电器连接的是Q0.5，报警电铃控制继电器连接的是Q0.6。

图3 PLC 输入接线图
4.程序设计
控制系统中补水泵电机的开关控制、变频器频率按钮以及补水压力PID控制是通过控制程序来完成的。

当系统开始工作时，将变频器移动到1#补水泵，系统结合水位数据和水位变送器所检测出来的数据对PID进行掌控。

对变频器频率进行调整，如果1#泵运行的频率高于工频时，系统会自行调整为工频运行，2#泵开始变频运行。

如果水位过高，1#泵就会停止工作，2#泵开始变频工作。

如图4所示，补水泵控制程序的设计流程图。

图4 补水泵控制程序的设计流程图
5.结语
综上所述，随着我国科学技术的不断发展与进步，PLC 不仅替代了传统继电接触器控制系统的工作模式，还研发出了一些新型输入输出模块，比如热电偶热电阻模块和A/D模块等，成为多功能控制系统的重要组成部分。

PLC 和变频器是智能控制系统的核心部件，在一定程度上节省了大量资源，提升了企业自动化水平与社会经济效益，为日后的发展奠定了坚实基础。

参考文献：
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