摘要：本文针对自储能电锅炉供热系统，采用和利时公司新一代小型一体化PLC，提出了自储能电锅炉控制系统解决方案。目前该系统已成功应用于自储能电锅炉的控制，具有较高的性价比。
关键词：自储能电锅炉、PLC
Abstract: Aimed at self energy storage electrical boiler，a new control system based on HOLLiAS-LEC G3 PLC is put forward in this thesis. The system was used successfully in self energy storage electrical boiler system and the ratio of cost and performance of the system is satisfied.
Keyword: Self energy storage electrical boiler、PLC
1前言
目前，常规供暖设备有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、电热水锅炉等。燃煤锅炉效率低，对环境污染严重；燃油或燃气锅炉虽然污染较小，但运行费用较高；电热水锅炉属于无污染设备，但运行费用仍然很高，不能满足用户的廉价要求。新近发展的自储能电锅炉蓄热技术以电为消耗能源，通过电锅炉将电能转化为热能，蓄热水箱储存热能并在需要时释放。该技术不仅对环境没有污染，而且是利用电网谷值（夜间）加热储热介质，平段和高峰时段不用电，或在平段时少用电。大多电力公司在谷值时段都推出优惠电价，从而大大降低了供暖费用，并且对供电系统起到了很好的“削峰添谷”的作用，具有很大的节能效益。因此，它是目前的发展方向，在新建和改造供暖设备中具备很大的推广价值。
2 系统介绍
自储能电锅炉主要由电加热器、储热箱、可控式热管、取热管、取热加热控制器、水温调节器以及若干管道、阀门等构成。其工作原理是以储热箱为主体，其中有若干个电加热器，用于加热储热箱储热。为了从储热箱中取出热量，利用可控式环行热管原理，构成一个取热循环系统，由热交换器、水泵、管网等构成，与常规的供热系统基本相同。另外，还有一个供热外循环系统，由气液热交换器、液液热交换器、水泵和供暖网管等组成。在取热过程中，取热管的作用是使进入管中的液体工质蒸发，从而带走贮热箱中贮存的热量，送入气液热交换器中，由气液热交换器把热量交换给供暖外循环系统。此后，气体工质进入冷凝器冷凝成液体，由外循环泵送回取热管。取热控制器的作用是控制取热管阀门的大小，从而控制取热量的多少，供热外循环系统和常规的供暖系统基本相同。在这套系统中，我们采用HOLLiAS-LEC G3作为自储能电锅炉的控制系统，担负着整个系统的加热、取热控制，并且对取热温度和外界温度进行监控。控制的功能主要分为以下四个方面：
1. 加热贮能：由控制器实现锅炉在电网高峰时段不用电，在平电时段有条件用电，低谷时段加热、储存能量；并且实现再启动加热的控制，对加热限温以防止超温，提高系统运行的经济性和安全性。
2. 取热供暖：PLC可以采取两种方式控制供暖，第一种方式为分时段调节出口温度以达到供暖要求，第二种方式是在分时段调节出口温度的基础上再加上环境温度调节以更好地满足供暖要求。
3. 温度监控：温度变送器对加热炉、出口水温进行实时采样，将炉温和出口水温实时传递给控制系统，控制系统根据采样的温度进行实时处理，提高锅炉运行的安全性、可靠性。
4. 故障报警处理：系统具有运行故障报警或超温限报警等功能，报警时控制系统会提示操作人员，方便于工作人员及时排除故障。
3 控制系统硬件配置
自储能电锅炉控制系统采用和利时公司的HOLLiAS-LEC G3系列小型一体化PLC，G3系列PLC具有良好的扩展性能和较高的稳定性，并且具备丰富的指令系统。该系统使用1个24点CPU模块LM3107、1个4输入4输出的开关量扩展模块LM3231、3个4通道热电偶扩展模块LM3311和1个4通道热电阻扩展模块LM3312。热电偶与热电阻模块采集温度信号，经过处理后送入CPU模块。PLC的输出部分有报警灯与中间继电器，触摸屏与LM3107通过RS232口采用Modbus协议连接，线圈部分均有灭弧装置。该系统具备自动、手动控制方式，并可以通过触摸屏进行控制，简洁明了。
该系统方案如图1。
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4程序流程图
控制系统软件部分由加热控制、取热控制和状态监测三部分组成。
加热程序执行时，首先读取PLC硬件实时时钟，判定当前在谷电、峰电还是平电时段。若在谷电时段，则判断储热箱是否储满能量。如果已满则不加热，否则进行加热。若在峰电时段，则不进行加热。若在平电时段，则判断储热箱内的能量是否即将耗完，如果低于最低设定值则进行加热，否则停止。
取热程序执行时，将外部扩展模块读入的各个温度值与设定值进行比较，从而控制取热阀的开度。
状态检测程序执行时，当有温度值过高或者过低等故障发生时，PLC会采取相应的报警措施，并转入相应的处理程序。
程序流程图分别如图2、图3、图4所示：
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5 结束语
本文提出的自储能电锅炉控制系统具有以下优点：
1. PLC运行可靠、编程简单，一套PLC即可实现自储能电锅炉加热、储能、取热的控制，并且对炉温和出口水温进行实时监控。
2. LM3311、LM3312温度采集模块直接采集工业现场的温度信号，不需要温度变送器，信号直接进入PLC进行处理，精确度高，使用方便。
3. 适应现代工厂自动化对系统开放性和互联性的需要，和利时的小型一体化PLC具备强大的网络通信功能，可以通过DP网络或者Modem进行远程监控，具备可升级性。
经过一段时间的调试和试运行，HOLLiAS-LEC G3系列PLC为核心控制系统的解决方案已成功应用于自储能电锅炉设备，运行稳定、操作简单，并且系统的安全性、经济性都有很大的提高。
