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摘要：简述了PLC技术的特点，并结合上海外滩国际金融服务中心5台热水锅炉房，详细介绍了该自控系统在燃气热水锅炉房的设计应用，以及总结了该设计方案的优点。

关键词：PLC技术；锅炉房；硬件构架；软件；检测

由于时代与科技的持续进步，对于优化能源结构的问题，越来越被社会所关注。常用的燃煤锅炉与传统能源锅炉正在被燃气锅炉所取代，已然成为实现环保节能的重要措施。燃气锅炉的应用，对城市生活与工业生产越来越显重要。近几年，国家不断加强燃气锅炉房安全生产管控，从而实现对采集相关燃气计量信息与远程传输、可燃气体报警监控、人员监控、工艺管道自动控制以及快速推进安全管理技术。为了能够从本质上保障燃气锅炉房的安全与正常运行，除了要提升技术装备的质量和性能外，还需要建立安全、稳定、高灵敏、经济以及完善的监控体系和安全管理平台。

1形成PLC技术原因

PLC是一种以微处理器为核心内容，结合通信技术、自动控制技术、计算机技术于一体的通用电子系统设备。它作为专门为工业的应用而设计产生。PCL是一种可编程存储器，以此用于存储和定时计数、顺序控制、算术运算和执行逻辑运算等。通过数字或模拟输入（输出）接口控制不同类型的机器。而作为工业上使用的控制器，其配置组成包括存储器、电源、外部接口、中央处理器、不同功能的模块、输入/输出单元等。具体情况如图所示。

PLC的监控技术是指运用PLC与其中包含的功能模块来采集物理参量（液位、温度、压力、流量等等）和实际运行状态（报警、执行和停止等等）。将工业生产现场被监控对象的物理参量转变成标准的（电流信号）电压，而后把这些表示实际物理参量与表示状态的开关量的模拟量输入到相应的控制器中。这些信号由用户程序处理，然后通过现场通讯总线发送到主机。通过曲线、数字、指示灯的形式显示在主机上。若是出现不正常情况时，会通过声光警报来提示工作人员，同时让操作员直观、快速地了解被监控目标产生变化的具体情况。此外，计算机可以随时对保存（收集到）的数据进行统计、分析与制作不同形式的报表。当需要控制具体监控对象时，要通过分析判断，计算机的应用软件中所收集的状态量与物理参量变化情况，而后在输出装置中将相应的电信号输出，且促进执行装置的开启（电动机、调节阀等等），从而使相应的控制指令顺利实现。

PLC监控系统近些年取得了长足的进步。从发展的整个过程的角度分析，硬件结构发展的模式已然从集中式结构向分布式结构转变。而集中式结构是单个PLC单元对全部功能进行控制，并且对控制对象进行统一控制的形式。与集中式结构相比，分布式结构确是因时代发展而产生的新式PLC控制系统。因为对现场总线技术的使用，从而更加适合应用至具有许多复杂控制对象的系统中。如今它是计算机监控系统的常用结构模式。

2上海外滩国际金融服务中心锅炉房PLC技术应用

上海外滩国际金融服务中心锅炉房监视控制系统之使命是为了能集中监测、监视锅炉房内5台热水锅炉（3.5MW×2、2.8MW×3）及配套设备使用时运行状态与具体参数，及时对设备的光报警提示、设备的故障与设备的超限位报警，而且记录系统设备的运行参数、状态和故障与超限位报警信息；并实施对各锅炉以及主要配套设备的自动控制与必要的手动遥控控制；同时，充分运用计算机软、硬件技术，以便值班工程师或操作人员在计算机LCD显示器上监视其锅炉及配套设备工作模拟图和运行参数与状态，了解设备的运行全貌；必要时快速及时对相关事件进行应急处理。为此，设置该锅炉房监控系统的主要目的是为了全面地确保锅炉及其配套设备的系统安全、实现节能经济运行，有利于保护环境；同时又能提高自动化程度和工作效率、减轻劳动强度、减少操作维修人员；从而节约管理成本而长期受益。

3PLC组成结构

3.1设计思路

本系统设计成分层式监控结构，极大地提高了系统的可靠性，以适用于锅炉房的特殊重要场所。系统采用PLC控制技术的信息处理装置和计算机系统作为监控主体。第一层次除设置一次仪表检测和二次仪表进行参数监视外，利用高可靠性的PLC信息处理装置对锅炉及配套设备的运行、故障和各种限位状态的信号进行采样、综合分析、判别处理并执行指示、报警和控制。然后，由本系统设置的第二层次设备，即计算机监视中心（或称工程师/操作员工作站）在PLC信息处理装置对系统设备的运行状态进行判别处理并对主要参数进行A／D转换的基础上，对这些运行状态与参数进行实时记录与保存。在设计编制的系统应用软件运作下，接收本系统PLC信息处理装置对锅炉与附属设备已经过预处理的信息，实现对锅炉系统和各配套子系统以动态模拟运行图进行组态监视和控制，以参数曲线或棒图与表格的形式显示运行参数与状态、报警信息，以及进行设备的历史档案事件与运行值班记录和打印拷贝等。

另外该系统还设有RS485或网络接口，将本系统的模拟组态画面和主要运行参数和状态表发送给楼宇中控管理系统（BMS），实现现场计算机监视中心与“BMS”系统的双重监视，提高了管理层次，进一步保证锅炉房设备的安全；同时避免了检测设备与仪表的重复设置。

显然，上述系统配备的两个结构层次不但具有较强的独立性，还有其互补性，而且选；用的设备与仪器、仪表性能优越、质量可靠，有利于系统的可靠、安全运行，提高工作效率、圆满实现本系统的任务使命。

3.2系统功能设计方案

在本项目锅炉房监测系统中设置锅炉及配套的烟气、热水、供水及所供燃气等子系统所属设备的运行参数实时监测和监视功能。还设置锅炉热效率仪，以检测锅炉烟道烟气的含氧量、排烟温度并计算热效率，使操作人员能实时了解锅炉的运行情况和燃烧效果，便于及时采取调正空气／燃料比等措施，达到提高热效率，节约能源和保护环境之目的。同时对4台热水锅炉供、回水管和供、回水总管的温度进行实时检测、监视，随时了解锅炉所供热水回路之各点工作温度情况，并根据工况对其进行自动控制。设置对软水箱的水位进行实时检测、监视与报警，随时确保锅炉需补供的软水，保证锅炉运行的安全。同时，以便设置相应的水位控制点，对软水箱的进水进行自动控制和出现意外情况时进行报警提示。设置对各台锅炉供水管路之流（能）量进行实时检测、监视，以便掌握各锅炉的供能之情况，并实时观察其瞬时流（能）量和累积流（能）量。设置对所供燃气总管的压力进行实时检测、监视；随时了解所供燃气的压力等情况，以便出现异常情况时及时采取相应措施。

系统根据实际所需热能的大小实现对各台锅炉进行群控；本系统不单纯地的设定锅炉出水温度，而是根据供热系统中的实际热能量需要进行综合控制；避免出现供热大于热能需求而造成能源的浪费；以此达到降低能耗的目标。与此同时，按照特定的原则和规则，对应使用的各台锅炉的工作时间，使其自动更换每台锅炉的启停次序，从而促进设备的均衡使用，延长设备的使用寿命。另外，可以依据控制原则通过软件预先设定锅炉启停运行顺序。

此系统会依据锅炉投入运行的数量、出水温度、循环水流量和实际测算的瞬时总能量等运行参数进行检测、判别、计算与处理，同时根据锅炉的联（撤）网原则和锅炉的运行序列发出锅炉并网或撤离控制指令，从而实现锅炉的群控。而每台锅炉的运行序列，可根据其每台锅炉累积的运行时间，合理选定锅炉的启、停次序，既保证整个系统处于最经济运行状态，又可延长设备的使用寿命。

3.3系统的硬件功能方案

硬件选型是设计锅炉监控系统的一个重要组成部分。不仅要考虑系统功能是否满足硬件条件，还要考虑硬件的可靠性与使用成本等。与此同时，对于硬件系统的具体软件环境也是系统设计中非常重要的考虑因素。因此，在基于PLC的分布式监控系统中，要求PLC既能轻易地和上位机PC通信，又能通过I/O和现场总线进行通信。然而由于可以与I/0模块通讯，所以很容易与上位机进行通讯，同时可以通过现场总线与I/0模块通讯，故而需要选择PLC的类型要支持现场总线技术。另外，由于系统的应用范围较广，需要使用大型（中型）PLC构成系统模式，但是由于大型的PLC使用成本较高。故而根据实际情况选择中型PLC的来实现其系统功能。

在本项目锅炉房锅炉房监测监视、控制系统中涉及到的一、二次仪表的主要运行参数监视功能有36个，锅炉及配套设备的工作方式监视功能12个，具有工作指示功能22个，主要设备的故障声、光报警功能14个，主要设备的超限位声、光报警功能18个，自动或手动控制功能21台。

该锅炉房监控系统设有高可靠性的PLC信息处理装置，该装置为模块式结构，它承担现场信息的实时采样、转换、判别处理与锅炉及相关设备的控制，通过配置的相应I/O接口功能模块和设计编制的信息处理软件；实施采集、转换、判别处理各台锅炉及配套子系统设备的运行参数与工作状态并对相应设备进行自动控制。

检测系统设置工程师/操作员监控工作站，该工程师/操作员站配置工业控制机（配置的性能满足或高于标书要求）、23″LCD液晶显示器和A4幅面激光打印机各1台，并配1KVAUPS不间断电源1台，以实现不间断供电。

3.4软件方案

该系统的软件方案应围绕PLC信息处理装置的实时信息采集、判别、处理与控制和工程师/操作员站所需实现的全部监、控功能以及相应的系统管理和网络通讯等使命展开设计。本锅炉房监控系统要求至少提供以下软件主要包括正版系统操作软件、实时数据库及数据库管理软件、接口或网络通讯软件、信息处理软件、专用组态软件、画面组态、编辑软件、软件开发包、系统管理程序、系统专用设备驱动程序。

3.4.1锅炉房监控系统的作用

该系统具有较高的实时性与可靠性；使用先进和成熟的开发工具，保证其开放性和可扩展性，设计符合标准化、规范化要求。具有良好的可扩性、稳定性和联网功能。方便系统的功能升级与扩展，为用户的投资提供全面保护，能够使系统适应增加功能与扩展规模的需求。主要功能包括密码保护、监控点摘要、监控点报警、监控点历史、动态记录、动态图形、表格监视、运行时间累积。

3.4.2锅炉房监控系统软件运行下的监视和控制功能

系统计算机监视系统的LCD液晶显示器上实时监控软件操作画面包括：系统模拟动态运行流程图总貌、烟气、热水、供水、和供气等各子系统的工作流程与状态，报警一览、数据一览等。系统对获取的锅炉相关监测点与设备运行信号进行持续采集和处理，实时向工作人员提供设备运行具体情况。为了确保锅炉运行得安全，如果出现异常状况，报警要及时发出，从而提高锅炉的使用效率。本系统主要包含：报警显示、模拟显示、表格显示、值班记录、分组显示、制表记录以及打印、检索与存储的历史数据的功能等等。

监控工作站运用的监控软件会使用图形控制软件进行配置设计，所拥有的功能为操作提示、辅助系统与中文界面。其中操作界面由整体流程图到具体每个流程图的形式来表示。可以通过点击流程图中显示设备的功能来查看设备的详细数据或控制设备。通过图形方式显示设备状态、技术流程以及运行参数等。

3.4.3生成的数据库的作用

能够为整个监控系统提供所有设备状态、数据参数、设备运行的历史数据与实时数据，依据信息的种类变化情况形成专属数据库，并可以通过数据库管理软件在线处理、查询、打印、修改等工作，相关维护与具体操作可在平时进行，可与其他相关联的数据库构建共享关联，还可与相关管理系统在未来进行联网作业。

存储在内存中的数据库应该包含所有监控目标运动数据。 此外，数据更新周期必须是可配置的，从而确保重要数据的及时反应情况。 组合数据与实时数据能够在短期历史数据库存储7天的时间，期间数据会持续不断更新（具体数据来源实时数据库）。每个设备的事故记录、报警记录、调度指令、运行参数等都可以保存在历史数据库中。 此外，所执行的数据具有保存3个月或更长时间的功能。

3.4.4生成图形与使用功能

系统组态软件拥有实用有效且功能强大的图形显示功能，可绘制整体工艺图和布局图的设置等。由于可以通过图符的组态、设计、连接，从而生成实时的监控画面，用户可以在监视器（显示画面）上查询到所有监控对象的动态操作， 产生的故障信息与超限位可以采用直方图、图像、曲线、报告的形式来表示。

同时，它还拥有突显汉文化的中文人机界面，便于工作人员通过图形，可以使用键盘与鼠标轻松完成的控制与管理的工作。通过切换监控图像完成：查询状态、数据的查询、数据存储、控制管理等相关操作。

可根据用户需求选择打印内容，输出至激光打印机。

3.4.5锅炉房监控系统组态图

系统通过显示屏显示运行状态，工作人员通过显示屏定期监控和操作锅炉的整个执行过程。显示屏的每个屏幕都显示有关过程变量和操作设备状态的实时数据，并且每秒更新一次。整个控制系统被分为多个子系统，且所设计的各子系统要完全遵循“独立完整”的规则。 在进行自动控制操作时，控制系统会进入自动化模式，无需人工进行干预。 控制系统通过调节控制设备达到指定功能目标，控制装置满足性能要求的能力不会受到控制系统的制约。控制系统有连锁保护功能，以防止控制系统误动作，保证锅炉正常运行。

3.5提供给“BMS”楼宇集中监视管理系统的监视方案

本系统设有RS485或网络接口，将本系统的模拟组态画面和主要运行参数和状态表发送给楼宇中控管理系统（BMS）的局域网总线上，使之实现现场计算机监视中心与“BMS”系统的双重监视，提高了管理层次，进一步保证锅炉房设备的安全；实现上一管理层对本系统的二次监视；以进一步提高系统的安全性。同时避免检测设备与仪表的重复设置。计算机系统对锅炉及各配套设备所监视的主要运行参数和运行状态中任意选取。

结束语

PLC技术可靠性高、抗干扰能力强、调整方便，从而便于实现锅炉的自动监控。它不仅满足了便于管理、设计与成本控制的要求，而且在节能环保方面也发挥着非常重要的作用。事实证明，PLC控制技术在锅炉房监控功能系统中的应用的意义非常重要。

参考文献

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