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锅炉供暖控制系统设计

摘要：在我国部分偏远地区普遍使用的锅炉供暖技术中，相当多的锅炉仍旧

采用传统方式对整个供暖过程进行控制，整个过程能源浪费严重，设备的启停、

燃料的投放等都过度依赖操作员人工操作，无论是从工作效率还是工作安全角度，

都不是很好的选择。针对上述问题，本项目针对自供暖对内部供暖要求设计了以

自动化控制核心的燃气供暖锅炉控制系统，并配置计算机控制与管理系统，结合

现代工业组态软件对整个控制系统进行实时监控，构建人机界面。整个供暖系统

全部由计算机实现自动控制，系统的操作除了工程师外，操作员也可以很容易操

作整个系统的运行，这样就节省了大量的人力资源，并且整个操作过程可以在操

作室进行，保证了整个操作的安全性。

关键词：锅炉供暖；PLC；WinCC

引言

目前，农村或城市供暖受到能源、供暖距离等多方面的限制，农村采用集中

供暖成本太高，用户只能采用暖炉或空调供暖，暖炉燃烧煤炭污染环境，且可能

造成CO中毒；空调制热供暖效率低，制热效果差，电量消耗大，且没有自动换

风系统，室内空气质量变差，容易引发呼吸道疾病。城市采用集中供暖的方式，

但多数住户没有换风系统和报警系统，长时间未开窗通风导致细菌滋生引发疾病

等，多功能供暖控制系统采用电热水器和天然气两种加热方式提供热源，对于个

体供暖和集中供暖都适用，系统排出的水经过循环之后再次进入系统进行加热，

整个系统节能环保，还能实时监测室内的空气质量，且能连入物联网。

1锅炉供暖系统工艺简介

整个燃气锅炉供暖系统的工作流程为：向燃烧器内供应天然气与空气的混合

燃料，点燃后对锅炉内的水进行一次加热，同时，锅炉内的进口与出口的水是通

过水温造成的重度差进行循环，将热水传输给需要供暖的区域，对循环回来的冷

水进行加热。整个系统主要由管道内水循环和锅炉燃烧两部分构成：1）管道内

水循环：自来水经过过滤软化处理以后，经由分水器进入供暖管道内部，送入锅

炉中，进行加热后，经由换热泵管网送至用户处用于取暖。经由用户出散热后，

经过换热站，再次经由循环泵管网送至锅炉内加热。2）锅炉燃烧系统：由鼓风

机向燃烧炉内输送一定比例的天然气和空气，进行点燃后，对锅炉内的水进行加

热。

2锅炉供暖控制系统设计

2.1控制中心硬件设计

控制中心由单片机最小系统、LoRa无线通信模块、GPRS模块、对码键、功

能键以及TFT彩屏显示模块组成。GPRS模块和MCU采用串口协议进行通信，采用

全透传的模式接收手机发来的命令；LoRa无线射频模块和单片机采用SPI协议进

行通信。LoRa无线射频模块的核心是SX1276/8系列的扩频调制射频芯片，采用

扩频调制技术，功耗低，休眠电流0.2uA，接收电流12mA，发射电流29mA@13dBm，

和常见的GFSK芯片Si4438和CC1125接近，但是通信距离是GFSK芯片的3倍。

对码键是控制中心和多个子系统组网时的配对按键，只有和控制中心配对成功的

子系统才能和控制中心进行通信，配对的原理是配对双方都按下对码键，控制中

心向子系统发送子系统的地址，子系统接收到地址后将地址保存到flash内部，

以后启动时首先读取地址，子系统接收数据后首先对比地址是否和自己相同，相

同的话对数据进行处理，否则不做任何处理，控制中心和下一个子系统配对时，

发送的地址自动增加，以此来区分是给谁的数据。功能键是为了设置温湿度上下

限以及供暖形式。

2.2监控系统软件设计

整个监控系统软件由上位机软件WinCC和下位机软件STEP－7两部分组成。

其中下位机软件设计采用西门子STEP－7编程软件进行子程序的控制，包括通信

子程序；控制子程序包括温度控制子程序、压力控制子程序、燃气量控制子程序

和采样子程序等。上位机监控软件采用WinCC7．4，工控机使用研华公司的IPC

－610H，通过以太网与PLC程序相连接，将整个控制系统的运行情况以动态形式

显示出来。监控画面包括参数设定区域：操作员可以在监控室对监控系统的参数

进行调整；报警区域：监控画面可以实时显示整个控制系统的运行情况，当整个

系统操作过程中锅炉压力、天然气浓度、送水温度以及回水温度不在设定范围内

时，启动报警程序，工作人员对整个运行系统进行参数调整或者急停等；数据报

表：方便工作人员参考和查找历史数据，对整个系统运行过程把握更准确。

2.3负荷估算

负荷估算方法是对新建建筑进行模拟，对