基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)及方法，由物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備和鍋爐控制系統(tǒng)構(gòu)成，該系統(tǒng)將先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)終端與PLC工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，并具備遠(yuǎn)程通信能力，使得異地鍋爐能夠統(tǒng)一受到監(jiān)控。不在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，可以通過物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端實(shí)時(shí)監(jiān)控鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，提高鍋爐生產(chǎn)作業(yè)效率和安全性；利用人機(jī)界面彩色觸摸屏來監(jiān)視供暖系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)兼?zhèn)溥B鎖與報(bào)警的自動(dòng)故障應(yīng)急處理能力；根據(jù)室外溫度、回水溫度等實(shí)際工況，引入模糊自適應(yīng)PID控制器，對(duì)爐排轉(zhuǎn)速、給水泵、補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行最優(yōu)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)鍋爐供暖系統(tǒng)智能、高效、平穩(wěn)、可靠地運(yùn)行。
【專利說明】基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鍋爐供暖領(lǐng)域，特別涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)城市生活供暖質(zhì)量的要求也越來越高。目前，冬季采用鍋爐供暖在我國(guó)北方仍然占據(jù)著主導(dǎo)地位，但絕大多數(shù)鍋爐房?jī)?nèi)各控制系統(tǒng)的配置相對(duì)來說比較落后，對(duì)風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵電機(jī)以及水泵電機(jī)的變頻調(diào)速還是停留在PID控制方式的階段，這樣并不能很好的對(duì)各變頻裝置進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的最優(yōu)化，從而無法達(dá)到對(duì)水溫的實(shí)時(shí)、穩(wěn)定控制的目的。
[0003]另外，對(duì)鍋爐房安全的監(jiān)控多數(shù)只停留在了現(xiàn)場(chǎng)階段，各鍋爐房之間無法傳達(dá)運(yùn)行狀況信息，無法及時(shí)的根據(jù)異地鍋爐的故障來找到解決和防范的措施，提高安全性能。就上述問題，我們有必要開發(fā)一套既能夠?qū)┡到y(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行平穩(wěn)、可靠的控制，又能夠集中地對(duì)多地鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、有效監(jiān)控的控制系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的
為了克服鍋爐供暖控制系統(tǒng)現(xiàn)有不足，本發(fā)明提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)及方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多地供暖鍋爐的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)反饋各地鍋爐的運(yùn)行狀況，及早獲悉故障信息，某一處鍋爐出現(xiàn)問題時(shí)也能夠及時(shí)通知異地鍋爐，加以檢查和防范，大大提高供暖鍋爐的安全性能。
[0005]技術(shù)方案
一種基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)，由物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備和鍋爐控制系統(tǒng)構(gòu)成，其特征在于:物聯(lián)網(wǎng)顯示與監(jiān)控終端與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備的GPRS調(diào)制解調(diào)器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)通信連接；鍋爐控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備的GPRS調(diào)制解調(diào)器通過RS232串口通信連接。
[0006]物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端包括PC工控機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)接入裝置。
[0007]遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備包括RS232串口裝置、GPRS調(diào)制解調(diào)器、SIM卡；RS232串口裝置包括RS232通信接口和RS232串口線；RS232串口線的一端連接在鍋爐控制系統(tǒng)的RS232通信接口上，RS232串口線的另一端連接在GPRS調(diào)制解調(diào)器上的RS232通信接口上；SIM卡插在GPRS調(diào)制解調(diào)器的SM插槽內(nèi)。
[0008]鍋爐控制系統(tǒng)包括PLC控制設(shè)備、人機(jī)界面彩色觸摸屏、操作按鈕、指示燈、八路報(bào)警閃光燈、傳感器；PLC控制設(shè)備分別連接人機(jī)界面彩色觸摸屏、操作按鈕、指示燈、八路報(bào)警閃光燈、傳感器，PLC控制設(shè)備還與燃燒系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)以及管網(wǎng)系統(tǒng)中的泵機(jī)相連接。
[0009]傳感器包括鍋爐流量傳感器、鍋爐液位傳感器、鍋爐壓力傳感器和鍋爐溫度傳感器。
[0010]PLC控制設(shè)備的硬件模塊包括CPU 224XP模塊、EM223擴(kuò)展模塊、第一 EM235擴(kuò)展模塊、第二 EM235擴(kuò)展模塊、第三塊EM235擴(kuò)展模塊、EM231擴(kuò)展模塊、第四EM235擴(kuò)展模塊以及EM232擴(kuò)展模塊；CPU 224XP模塊一端連接計(jì)算機(jī)，CPU 224XP模塊另一端與EM223擴(kuò)展模塊的一端連接；EM223擴(kuò)展模塊的另一端與第一 EM235擴(kuò)展模塊的一端連接;第一EM235擴(kuò)展模塊的另一端與第二 EM235擴(kuò)展模塊的一端連接；第二 EM235擴(kuò)展模塊的另一端與第三EM235擴(kuò)展模塊的一端連接；第三EM235擴(kuò)展模塊的另一端與EM231擴(kuò)展模塊的一端連接；EM231擴(kuò)展模塊的另一端與第四EM235擴(kuò)展模塊的一端連接；第四EM235擴(kuò)展模塊的另一端與EM232擴(kuò)展模塊的一端連接。
[0011]一種如上所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:步驟如下:
步驟一:設(shè)置鍋爐操作臺(tái)人機(jī)界面彩色觸摸屏界面的菜單欄上功能鍵的訪問用戶名和密碼；
步驟二:設(shè)置GPRS調(diào)制解調(diào)器上SM卡的用戶名和密碼；
步驟三:設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的PC工控機(jī)的動(dòng)態(tài)域名；
步驟四:鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行后，傳感器將測(cè)得的溫度、液位、壓力、流量信號(hào)送入PLC專用模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理，PLC結(jié)合模糊自適應(yīng)PID控制器完成對(duì)溫度、液位、壓力、流量控制系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)量控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行最優(yōu)變頻調(diào)速，給水泵、補(bǔ)水泵電機(jī)的自動(dòng)啟停，以及各水泵的工作、備用運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)切換；其運(yùn)行工況信息也會(huì)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，再通過RS232串口傳送到觸摸屏計(jì)算機(jī)上，顯示出鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面；
步驟五:設(shè)置GPRS調(diào)制解調(diào)器，使之處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，接收鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)RS232串口傳來的安全數(shù)據(jù)信息；這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后再經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器上的TCP/IP協(xié)議棧發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)上去；
步驟六:物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的PC工控機(jī)在連上互聯(lián)網(wǎng)后，登錄GPRS網(wǎng)絡(luò)的IP并輸入預(yù)先設(shè)定好的SIM卡的用戶名和密碼，顯示屏上隨即顯示出多地鍋爐運(yùn)行畫面。
[0012]優(yōu)點(diǎn)及效果
本發(fā)明是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)及方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
(I)采用基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)，不受地域限制，能匯聚各地的鍋爐安全信息，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，便于離線監(jiān)控。另外，統(tǒng)一監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)還在于能夠盡早獲悉異地鍋爐的安全信息，一處鍋爐出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)通知?jiǎng)e處的鍋爐工作人員加強(qiáng)防范，從而提高了鍋爐作業(yè)的安全性能。
[0013](2)采用模糊自適應(yīng)PID控制器，實(shí)現(xiàn)了各類變頻器的最優(yōu)調(diào)速，有效解決了傳統(tǒng)PID控制方式精確度和穩(wěn)定性差的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的總結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明的鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖4為本發(fā)明的管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖5為本發(fā)明的三沖量模糊自適應(yīng)PID控制結(jié)構(gòu)圖；
圖6為本發(fā)明的模糊自適應(yīng)PID控制器結(jié)構(gòu)圖；
圖7為本發(fā)明整個(gè)系統(tǒng)電氣控制設(shè)備的主電路圖(圖中M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11分別表示引風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵、備用循環(huán)泵、鼓風(fēng)機(jī)、補(bǔ)水泵、備用補(bǔ)水泵、除渣機(jī)、上煤機(jī)、爐排機(jī)、脫硫機(jī)、除塵機(jī));
圖8?圖12為本發(fā)明的PLC硬件模塊接線圖。其中，圖8為CPU224XP模塊，圖9為EM223擴(kuò)展模塊，圖10為第一 EM235擴(kuò)展模塊與第二 EM235擴(kuò)展模塊的組合，圖11為第三EM235擴(kuò)展模塊與EM231擴(kuò)展模塊的組合，圖12為第四EM235擴(kuò)展模塊與EM232擴(kuò)展模塊的組合；圖8?圖12按照順序整體構(gòu)成PLC控制設(shè)備的硬件模塊電路圖(避免一幅圖放不下，按模塊拆分為5幅圖)。
[0015]附圖標(biāo)記說明:
10、物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；20、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備；30、鍋爐控制系統(tǒng)；40、PLC控制設(shè)備；50、人機(jī)界面彩色觸摸屏；60、操作按鈕；70、指示燈；80、八路報(bào)警閃光燈；90、傳感器；901、鍋爐流量傳感器；902、鍋爐液位傳感器；903、鍋爐壓力傳感器；904、鍋爐溫度傳感器;100、風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī);110、泵機(jī)；120、燃燒系統(tǒng)；130、管網(wǎng)系統(tǒng);140、CPU 224XP模塊；150、EM223擴(kuò)展模塊；160、第一 EM235擴(kuò)展模塊；170、第二 EM235擴(kuò)展模塊；180、第三EM235擴(kuò)展模塊；190、EM231模塊；200、第四EM235擴(kuò)展模塊；210、EM232擴(kuò)展模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0016]基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)，既將先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)終端與PLC工業(yè)自動(dòng)化相結(jié)合，又能夠根據(jù)室外溫度、回水溫度等實(shí)際工況，引入模糊自適應(yīng)PID控制，對(duì)爐排轉(zhuǎn)速、給水泵、補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行最優(yōu)變頻調(diào)速，從而能夠?qū)崿F(xiàn)供暖系統(tǒng)自動(dòng)、高效、平穩(wěn)、可靠的運(yùn)行。在原有鍋爐供暖系統(tǒng)上加以簡(jiǎn)單的改造，增加一些模塊，再添加一臺(tái)PC工控機(jī)作為遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，就能夠構(gòu)成該控制系統(tǒng)，成本較低，構(gòu)建方便，控制效果好，是控制鍋爐的理想裝置。本發(fā)明在鍋爐控制系統(tǒng)中的燃燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)中加入了模糊自適應(yīng)PID控制器如圖6所示，能夠有效解決系統(tǒng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)大幅度變化所帶來的系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，而傳統(tǒng)鍋爐使用的PID方式是達(dá)不到這樣的效果的。
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明:
本發(fā)明提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)，如圖1中所示，由物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端10、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備20和鍋爐控制系統(tǒng)30構(gòu)成，其特征在于:物聯(lián)網(wǎng)顯示與監(jiān)控終端10與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備20的GPRS調(diào)制解調(diào)器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)通信連接；鍋爐控制系統(tǒng)30與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備20的GPRS調(diào)制解調(diào)器通過RS232串口通信連接。
[0018]物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端10包括PC工控機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)接入裝置。
[0019]遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備20包括RS232串口裝置、GPRS調(diào)制解調(diào)器、SM卡；RS232串口裝置包括RS232通信接口和RS232串口線；RS232串口線的一端連接在鍋爐控制系統(tǒng)的RS232通信接口上，RS232串口線的另一端連接在GPRS調(diào)制解調(diào)器上的RS232通信接口上；SM卡插在GPRS調(diào)制解調(diào)器的SM插槽內(nèi)。
[0020]如圖2所示，鍋爐控制系統(tǒng)30包括PLC控制設(shè)備40、人機(jī)界面彩色觸摸屏50、操作按鈕60、指示燈70、八路報(bào)警閃光燈80、傳感器90 ;PLC控制設(shè)備40分別連接人機(jī)界面彩色觸摸屏50、操作按鈕60、指示燈70、八路報(bào)警閃光燈80、傳感器90 ;鍋爐控制系統(tǒng)30還包括燃燒系統(tǒng)120和管網(wǎng)系統(tǒng)130 (燃燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖見圖3和圖4)，PLC控制設(shè)備40與燃燒系統(tǒng)120中的風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)100以及管網(wǎng)系統(tǒng)130中的泵機(jī)110相連接。
[0021]傳感器90包括鍋爐流量傳感器901、鍋爐液位傳感器902、鍋爐壓力傳感器903和鍋爐溫度傳感器904。
[0022]如圖8-圖12所示，PLC控制設(shè)備40的硬件模塊包括CPU 224XP模塊140、EM223擴(kuò)展模塊150、第一 EM235擴(kuò)展模塊160、第二 EM235擴(kuò)展模塊170、第三塊EM235擴(kuò)展模塊180、EM231擴(kuò)展模塊190、第四EM235擴(kuò)展模塊200以及EM232擴(kuò)展模塊210 ；CPU 224XP模塊140 —端連接計(jì)算機(jī)，CPU 224XP模塊140另一端與EM223擴(kuò)展模塊150的一端連接；EM223擴(kuò)展模塊150的另一端與第一 EM235擴(kuò)展模塊160的一端連接；第一 EM235擴(kuò)展模塊160的另一端與第二 EM235擴(kuò)展模塊170的一端連接；第二 EM235擴(kuò)展模塊170的另一端與第三EM235擴(kuò)展模塊180的一端連接；第三EM235擴(kuò)展模塊180的另一端與EM231擴(kuò)展模塊190的一端連接；EM231擴(kuò)展模塊190的另一端與第四EM235擴(kuò)展模塊200的一端連接；第四EM235擴(kuò)展模塊200的另一端與EM232擴(kuò)展模塊210的一端連接。
[0023]一種如上所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:步驟如下:
步驟一:設(shè)置鍋爐操作臺(tái)人機(jī)界面彩色觸摸屏界面的菜單欄上功能鍵的訪問用戶名和密碼；
步驟二:設(shè)置GPRS調(diào)制解調(diào)器上SM卡的用戶名和密碼；
步驟三:設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的PC工控機(jī)的動(dòng)態(tài)域名；
步驟四:鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行后，傳感器將測(cè)得的溫度、液位、壓力、流量信號(hào)送入PLC專用模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理，PLC結(jié)合模糊自適應(yīng)PID控制器完成對(duì)溫度、液位、壓力、流量控制系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)量控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行最優(yōu)變頻調(diào)速，給水泵、補(bǔ)水泵電機(jī)的自動(dòng)啟停，以及各水泵的工作、備用運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)切換；其運(yùn)行工況信息也會(huì)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，再通過RS232串口傳送到觸摸屏計(jì)算機(jī)上，顯示出鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面；
步驟五:設(shè)置GPRS調(diào)制解調(diào)器，使之處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，接收鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)RS232串口傳來的安全數(shù)據(jù)信息；這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后再經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器上的TCP/IP協(xié)議棧發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)上去；
步驟六:物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的PC工控機(jī)在連上互聯(lián)網(wǎng)后，登錄GPRS網(wǎng)絡(luò)的IP并輸入預(yù)先設(shè)定好的SIM卡的用戶名和密碼，顯示屏上隨即顯示出多地鍋爐運(yùn)行畫面。
[0024]本發(fā)明工作流程如下:
(I)設(shè)置GPRS調(diào)制解調(diào)器，使之處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，接收鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)RS232串口傳來的安全數(shù)據(jù)信息。
[0025](2)這些數(shù)據(jù)經(jīng)過通訊處理程序的解包后，篩選出有用的數(shù)據(jù)，再封裝成包，在經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器上的TCP/IP協(xié)議棧發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)上去。
[0026](3)因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)都是基于TCP/IP協(xié)議的，因此，只要物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的PC工控機(jī)通過ADSL寬帶(或者別的方式)連接到網(wǎng)絡(luò)上，在輸入事先設(shè)好的用戶名和密碼后，就能夠共享GPRS網(wǎng)絡(luò)上的鍋爐安全數(shù)據(jù)信息，在PC工控機(jī)顯示屏上實(shí)時(shí)顯示鍋爐運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控畫面。
[0027](4)一旦有異樣情況發(fā)生時(shí)，PC工控機(jī)會(huì)通過互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)發(fā)送查詢和控制命令給GPRS調(diào)制解調(diào)器，然后再由調(diào)制解調(diào)器做出數(shù)據(jù)處理并通過RS232接口和通信線發(fā)送到鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在人機(jī)界面彩色觸摸屏上就能夠顯示發(fā)過來的查詢和控制命令，根據(jù)此命令對(duì)鍋爐故障處進(jìn)行排查并進(jìn)行控制。如果接收的是異地鍋爐的故障信息，也能夠和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面產(chǎn)生對(duì)比，起到一個(gè)故障預(yù)防的作用。
[0028]上述的用于物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)終端遠(yuǎn)程監(jiān)控智能化供暖鍋爐控制系統(tǒng)當(dāng)中的PLC控制部分的工作流程如下:
(I)系統(tǒng)運(yùn)行后，鍋爐控制系統(tǒng)中的傳感器將測(cè)得的水溫、液位、壓力、流量信號(hào)通過通訊系統(tǒng)送入PLC專用模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理。
[0029](2)PLC按照預(yù)置程序結(jié)合相應(yīng)的模糊自適應(yīng)PID控制器完成對(duì)水溫、液位、壓力、流量控制系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)量控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行最優(yōu)變頻調(diào)速，給水泵、補(bǔ)水泵電機(jī)的自動(dòng)啟停，以及各水泵的工作、備用運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)切換，使得鍋爐的運(yùn)行處于最佳狀態(tài)。
[0030]本發(fā)明的工作原理如下:
所有監(jiān)測(cè)開關(guān)量和模擬量被送入PLC輸入口，傳感器將測(cè)得的水溫、液位、壓力、流量信號(hào)通過通訊系統(tǒng)送入PLC專用模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理。PLC按照預(yù)置程序完成對(duì)水溫、液位、壓力、流量控制系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)量控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行最優(yōu)變頻調(diào)速，給水泵、補(bǔ)水泵電機(jī)的自動(dòng)啟停，以及各水泵的工作、備用運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)切換，使得鍋爐的運(yùn)行處于最佳狀態(tài)。
[0031]邏輯控制模塊(使用PLC為西門子S7-PLC，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，完全能滿足供暖系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的要求。該P(yáng)LC所采用CPU的開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)為14點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為8點(diǎn)，
4-20mA模擬量輸入為3點(diǎn),擴(kuò)展了 6個(gè)模塊,具體配置情況見表1_表4,表I和表2為本發(fā)明的PLC開關(guān)量I/O分配表，表3和表4為本發(fā)明的PLC模擬量I/O分配表)，顯示模塊(由人機(jī)界面彩色觸摸屏、指示燈和操作按鈕構(gòu)成，用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的人機(jī)界面彩色觸摸屏，通過RS232通訊設(shè)備與PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，并且能夠接收遠(yuǎn)程控制中心發(fā)來的控制命令并顯示在屏幕上)，物聯(lián)網(wǎng)通訊模塊(采用GPRS模塊，具有強(qiáng)大的遠(yuǎn)程通信能力)。
[0032]表I^μ—J'VitI
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PLC控制設(shè)備所構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有手動(dòng)控制功能、自動(dòng)控制功能、系統(tǒng)分測(cè)試和運(yùn)行功能、故障報(bào)警及保護(hù)功能、鍋爐安全保護(hù)功能。人機(jī)界面彩色觸摸屏具有操作指南、防誤操作、故障自診斷、參數(shù)顯示、手動(dòng)調(diào)試、工況監(jiān)控、自動(dòng)控制、聯(lián)動(dòng)控制、菜單加密等功能。
[0033]自動(dòng)控制和手動(dòng)控制可米用專用控制器如數(shù)控、機(jī)器人系統(tǒng)。
[0034]手動(dòng)控制可以直接對(duì)各種負(fù)載設(shè)備進(jìn)行操作。
[0035]自動(dòng)控制采用模糊自適應(yīng)PID控制方式，控制鍋爐的相關(guān)參數(shù)。
[0036]故障報(bào)警及保護(hù)采集鍋爐的壓力、溫度、水位、流量信號(hào)進(jìn)行報(bào)警及保護(hù)。
[0037]鍋爐安全保護(hù)是在發(fā)出報(bào)警時(shí)對(duì)鍋爐采取保護(hù)。
[0038]用于燃煤供暖鍋爐的PLC控制方法，由PLC控制設(shè)備執(zhí)行: (I)聯(lián)鎖控制:為保證鍋爐安全運(yùn)行，系統(tǒng)具有可靠的報(bào)警機(jī)制，當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障或異常時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)，相應(yīng)與之關(guān)聯(lián)的設(shè)備能夠自動(dòng)聯(lián)鎖動(dòng)作。
[0039]I)鍋爐鼓引風(fēng)、爐排的聯(lián)鎖:在鍋爐運(yùn)行剛剛啟爐或者運(yùn)行以后，都要考慮鼓引風(fēng)、爐排的聯(lián)鎖問題。啟爐時(shí)的聯(lián)鎖方式是先啟引風(fēng)，再啟鼓風(fēng)，最后啟動(dòng)爐排，這保證煤先燃燒以后再跟著爐排走。在運(yùn)行過程中，也是有聯(lián)鎖的，如果引風(fēng)、鼓風(fēng)出現(xiàn)故障的話，風(fēng)機(jī)和爐排都會(huì)停止運(yùn)行，這保證了鍋爐的安全運(yùn)行和節(jié)能。為保證鍋爐安全運(yùn)行，系統(tǒng)具有可靠的報(bào)警機(jī)制，當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障或異常時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，同時(shí)，相應(yīng)與之關(guān)聯(lián)的設(shè)備能夠自動(dòng)聯(lián)鎖動(dòng)作，切斷正在運(yùn)行的電氣設(shè)備。
[0040]2)鼓風(fēng)電機(jī)聯(lián)鎖:當(dāng)引風(fēng)電機(jī)、循環(huán)泵電機(jī)、鍋爐出口壓力超出高高限報(bào)警值、進(jìn)水壓力低于低低限報(bào)警值時(shí)，鼓風(fēng)電機(jī)自動(dòng)關(guān)閉，鼓風(fēng)電機(jī)運(yùn)行起來的條件是當(dāng)引風(fēng)電機(jī)、循環(huán)泵電機(jī)不發(fā)生故障，鍋爐出水溫度、壓力不超出高高限報(bào)警值時(shí)，發(fā)出鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)控制信號(hào)，鼓風(fēng)電機(jī)才可以啟動(dòng)運(yùn)行，而當(dāng)以上任何條件不滿足時(shí)，鼓風(fēng)電機(jī)自動(dòng)停止。
[0041]3)引風(fēng)電機(jī)聯(lián)鎖:當(dāng)循環(huán)泵電機(jī)、鍋爐出口壓力超出高限報(bào)警值時(shí)、進(jìn)水壓力低于低低限報(bào)警值時(shí)，引風(fēng)電機(jī)自動(dòng)關(guān)閉，引風(fēng)電機(jī)運(yùn)行起來的條件是循環(huán)泵電機(jī)不發(fā)生故障，鍋爐出水溫度、壓力不超出高高限報(bào)警值時(shí)，發(fā)出引風(fēng)機(jī)控制信號(hào)，引風(fēng)電機(jī)才可啟動(dòng)運(yùn)行，而當(dāng)以上任何條件不滿足時(shí)，引風(fēng)電機(jī)自動(dòng)停止。
[0042]4)爐排電機(jī)聯(lián)鎖:要求當(dāng)鼓風(fēng)電機(jī)或引風(fēng)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，那么爐排電機(jī)立即停止。
[0043]5)鍋爐保護(hù)聯(lián)鎖:鍋爐出水溫度、壓力過高，出現(xiàn)以上異常時(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)聯(lián)鎖條件決定報(bào)警閃光燈常亮或閃爍，直到報(bào)警信號(hào)消除為止。
[0044](2)手動(dòng)控制:在硬件手動(dòng)狀態(tài)下，手動(dòng)控制具有系統(tǒng)控制的最高優(yōu)先級(jí)。無論設(shè)備本身處于手動(dòng)控制或自動(dòng)狀態(tài)，聯(lián)鎖行為總是有效，當(dāng)設(shè)備處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通過人為操作控制柜上或上位機(jī)界面上的啟動(dòng)和停止按鈕控制設(shè)備運(yùn)行，該方式主要供設(shè)備調(diào)試、故障和檢修時(shí)使用，手動(dòng)行為有效，并且根據(jù)儀表作相應(yīng)指示，發(fā)生出水溫度、壓力極低等嚴(yán)重故障時(shí)，儀表顯示故障部位，同時(shí)自動(dòng)切斷電源，聲光報(bào)警提示操作者，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。
[0045](3)自動(dòng)控制:鍋爐出水溫度、壓力是工業(yè)鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，是自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)。在鍋爐運(yùn)行過程中，影響溫度的擾動(dòng)主要是給水量的變化，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中采取模糊自適應(yīng)PID控制方式，根據(jù)給水量來對(duì)給水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行變頻調(diào)速，從而達(dá)到控制水溫的目的。壓力這一塊主要是對(duì)爐膛負(fù)壓的控制，利用模糊自適應(yīng)PID控制器來對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，控制其轉(zhuǎn)動(dòng)所帶來的風(fēng)力，使得爐膛負(fù)壓值能夠保持在鍋爐能夠正常、平穩(wěn)運(yùn)行所需值的范圍之內(nèi)。保持汽包液位在規(guī)定的范圍內(nèi)也是保證鍋爐安全運(yùn)行的必要條件。水位過高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離效果，使得飽和蒸汽中的含鹽量增高，降低熱蒸汽品質(zhì)，增加過熱器管壁上的水垢，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生因蒸汽堵塞而造成的爆管事故。水位過低，可能會(huì)破壞鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)中的某些薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致局部水暖管壁被燒壞。因此，可采用模糊自適應(yīng)PID控制方式來對(duì)汽包水位進(jìn)行調(diào)節(jié)，此系統(tǒng)能夠適應(yīng)外界參數(shù)的大幅度變化，有效消除鍋爐中的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的水位偏差，彌補(bǔ)傳統(tǒng)PID控制方法所帶來的不足。
[0046](4)故障報(bào)警及保護(hù): I)鍋爐缺水保護(hù):鍋內(nèi)水位低于警戒水位時(shí)，進(jìn)入聯(lián)鎖鼓、引風(fēng)機(jī)及爐排的工作狀態(tài)，并聲光報(bào)警。故障顯示“鍋爐水位超低限”。故障消除后，經(jīng)復(fù)位才能重新正常工作。
[0047]2)爐膛壓力超高報(bào)警:當(dāng)爐膛壓力超過設(shè)定值時(shí)，聲光報(bào)警提示但不聯(lián)鎖設(shè)備。
[0048]3)設(shè)備上不參與控制的傳感器故障(溫度、壓力、流量、液位):當(dāng)傳感器出現(xiàn)問題時(shí)，故障顯示并報(bào)警，不聯(lián)鎖設(shè)備。
[0049](5)鍋爐安全保護(hù):鍋爐安全保護(hù)設(shè)備具有在鍋爐超壓、超溫、鍋爐熄火、突然停電及燃燒系統(tǒng)壓力高于、低于設(shè)定值，和鍋爐控制元件、燃燒器故障時(shí)有效地將運(yùn)行中的設(shè)備停機(jī)的功能，確保設(shè)備和人身的安全。
[0050]上述對(duì)PLC控制設(shè)備采用合理設(shè)定的循環(huán)泵、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率能夠使節(jié)能效果更佳，可通過以下兩個(gè)系統(tǒng)說明:
(I)燃燒系統(tǒng):根據(jù)室外溫度和回水溫度決定燃煤量的大小，即增減煤層厚度和爐排轉(zhuǎn)動(dòng)速度(變頻速度)，其中若回水溫度低則增大給煤量，即增加煤層厚度或者用爐排調(diào)速器或爐排變頻器增速，若增大鼓風(fēng)風(fēng)量(提高鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)速)則要提高引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0051](2)管網(wǎng)系統(tǒng):包含循環(huán)系統(tǒng)和補(bǔ)水系統(tǒng)這兩個(gè)部分。
[0052]I)循環(huán)系統(tǒng):若供水溫度或供水與回水溫度差增大時(shí)則增加循環(huán)泵投入臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速，若爐膛溫度降低時(shí)則減少循環(huán)泵的投入臺(tái)數(shù)或降低轉(zhuǎn)數(shù)。
[0053]2)補(bǔ)水系統(tǒng):穩(wěn)壓補(bǔ)水，采取模糊自適應(yīng)PID控制方式并且是閉環(huán)全自動(dòng)控制的，實(shí)踐證明這樣一來變頻補(bǔ)水不但采暖效果好，而且能夠達(dá)到節(jié)能的功效。
[0054]現(xiàn)場(chǎng)的鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在采集到鍋爐的安全數(shù)據(jù)之后，經(jīng)過升級(jí)的通訊處理程序處理，從計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的RS232接口發(fā)送到GPRS調(diào)制解調(diào)器。GPRS調(diào)制解調(diào)器接送到數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，取出必要的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總并重新封裝成包，再發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)中去。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)都是基于IP協(xié)議的，而且兩者是互相連接的，所以說，物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的PC工控機(jī)只要能夠連接上網(wǎng)絡(luò)就能夠接受到鍋爐的安全數(shù)據(jù)，其查詢和控制命令也可以通過互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到GPRS調(diào)制解調(diào)器，再由GPRS調(diào)制解調(diào)器通過RS232接口傳送給鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，顯示在人機(jī)界面彩色觸摸屏上。
[0055]對(duì)燃煤鍋爐控制系統(tǒng)的監(jiān)控分為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控這兩個(gè)部分?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控是通過彩色觸摸屏控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，鍋爐的安全數(shù)據(jù)由PLC通信模塊直接通過操作臺(tái)內(nèi)部的RS232接口傳送到觸摸屏控制系統(tǒng)，在其工況監(jiān)控一欄點(diǎn)擊現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控圖標(biāo)，就能看到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的動(dòng)態(tài)畫面。遠(yuǎn)程監(jiān)控則是通過物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的PC工控機(jī)來實(shí)現(xiàn)，工控機(jī)上網(wǎng)接收GPRS網(wǎng)絡(luò)上多地鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)來的安全數(shù)據(jù)信息，點(diǎn)擊界面上的遠(yuǎn)程工況監(jiān)控一欄，刷新過后，各地鍋爐的動(dòng)態(tài)監(jiān)控畫面就會(huì)顯示在工控機(jī)顯示屏上。
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)，由物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端(10)、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備(20)和鍋爐控制系統(tǒng)(30)構(gòu)成，其特征在于:物聯(lián)網(wǎng)顯示與監(jiān)控終端(10)與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備(20)的GPRS調(diào)制解調(diào)器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)通信連接；鍋爐控制系統(tǒng)(30)與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備(20)的GPRS調(diào)制解調(diào)器通過RS232串口通信連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)，其特征在于:物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端(10)包括PC工控機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)接入裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)，其特征在于:遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊連接設(shè)備(20)包括RS232串口裝置、GPRS調(diào)制解調(diào)器、SM卡；RS232串口裝置包括RS232通信接口和RS232串口線；RS232串口線的一端連接在鍋爐控制系統(tǒng)的RS232通信接口上，RS232串口線的另一端連接在GPRS調(diào)制解調(diào)器上的RS232通信接口上；SM卡插在GPRS調(diào)制解調(diào)器的SM插槽內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)，其特征在于:鍋爐控制系統(tǒng)(30)包括PLC控制設(shè)備(40)、人機(jī)界面彩色觸摸屏(50)、操作按鈕(60)、指示燈(70)、八路報(bào)警閃光燈(80)、傳感器(90);PLC控制設(shè)備(40)分別連接人機(jī)界面彩色觸摸屏(50),操作按鈕(60)、指示燈(70)、八路報(bào)警閃光燈(80)、傳感器(90)，PLC控制設(shè)備(40)還與燃燒系統(tǒng)(120)中的風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)(100)以及管網(wǎng)系統(tǒng)(130)中的泵機(jī)(I 10)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)，其特征在于:傳感器(90)包括鍋爐流量傳感器(901)、鍋爐液位傳感器(902)、鍋爐壓力傳感器(903)和鍋爐溫度傳感器(904)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)，其特征在于:PLC控制設(shè)備(40 )的硬件模塊包括CPU 224XP模塊(140 )、EM223擴(kuò)展模塊(150 )、第一 EM235擴(kuò)展模塊(160 )、第二 EM235擴(kuò)展模塊(170 )、第三塊EM235擴(kuò)展模塊(180 )、EM231擴(kuò)展模塊(190 )、第四EM235擴(kuò)展模塊(200)以及EM232擴(kuò)展模塊(210) ；CPU 224XP模塊(140) —端連接計(jì)算機(jī)，CPU 224XP模塊(140)另一端與EM223擴(kuò)展模塊(150)的一端連接；EM223擴(kuò)展模塊(150)的另一端與第一 EM235擴(kuò)展模塊(160)的一端連接；第一 EM235擴(kuò)展模塊(160)的另一端與第二 EM235擴(kuò)展模塊(170)的一端連接；第二 EM235擴(kuò)展模塊(170)的另一端與第三EM235擴(kuò)展模塊(180)的一端連接；第三EM235擴(kuò)展模塊(180)的另一端與EM231擴(kuò)展模塊(190)的一端連接；EM231擴(kuò)展模塊(190)的另一端與第四EM235擴(kuò)展模塊(200)的一端連接；第四EM235擴(kuò)展模塊(200)的另一端與EM232擴(kuò)展模塊(210)的一端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐供暖智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:步驟如下: 步驟一:設(shè)置鍋爐操作臺(tái)人機(jī)界面彩色觸摸屏界面的菜單欄上功能鍵的訪問用戶名和密碼； 步驟二:設(shè)置GPRS調(diào)制解調(diào)器上SM卡的用戶名和密碼； 步驟三:設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的PC工控機(jī)的動(dòng)態(tài)域名； 步驟四:鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行后，傳感器將測(cè)得的溫度、液位、壓力、流量信號(hào)送入PLC專用模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理，PLC結(jié)合模糊自適應(yīng)PID控制器完成對(duì)溫度、液位、壓力、流量控制系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)量控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行最優(yōu)變頻調(diào)速，給水泵、補(bǔ)水泵電機(jī)的自動(dòng)啟停，以及各水泵的工作、備用運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)切換；其運(yùn)行工況信息也會(huì)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，再通過RS232串口傳送到觸摸屏計(jì)算機(jī)上，顯示出鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面； 步驟五:設(shè)置GPRS調(diào)制解調(diào)器，使之處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，接收鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)RS232串口傳來的安全數(shù)據(jù)信息；這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后再經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器上的TCP/IP協(xié)議棧發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)上去； 步驟六:物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的PC工控機(jī)在連上互聯(lián)網(wǎng)后，登錄GPRS網(wǎng)絡(luò)的IP并輸入預(yù)先設(shè)定好的SIM卡的用戶名和密碼，顯示屏上隨即顯示出多地鍋爐運(yùn)行畫面。
【文檔編號(hào)】F22B35/18GK104165412SQ201410420920
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】李英順, 陶加云, 付思, 佟維妍, 王德彪, 趙玉鑫 申請(qǐng)人:沈陽順義科技有限公司