基于PLC的水暖鍋爐控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

目錄1緒論.12供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)思路.12.1供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)要求.12.2鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).22.3整體方案選擇.23變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用.33.1變頻調(diào)速基本原理.33.2變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用.44鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).44.1系統(tǒng)功能分析.44.2總體設(shè)計(jì)思路.54.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu).55系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).65.1可編程控制器PLC的選型.65.2PLC配置.65.3I/O接線.85.4變頻器配置.85.5傳感器與變送器.95.5.1壓力變送器工作原理.105.5.2壓力變送器選型.105.5.3溫度傳感器選型.106系統(tǒng)構(gòu)成.116.1補(bǔ)水泵控制系統(tǒng).116.2循環(huán)泵控制系統(tǒng).136.3燃燒控制系統(tǒng).157PID控制原理.158程序設(shè)計(jì).188.1主程序設(shè)計(jì).158.2子程序設(shè)計(jì).159結(jié)束語(yǔ).26致謝.25參考文獻(xiàn).2611緒論鍋爐是供熱設(shè)備中最普遍的動(dòng)力設(shè)備之一，它的功能是把燃料中的貯能，通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化成熱能，以蒸汽或熱水的形式輸向各種設(shè)備。目前，大多數(shù)鍋爐都是人工控制的，或簡(jiǎn)單的儀表單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，燃料浪費(fèi)很大。鍋爐作為一個(gè)設(shè)備總體，有許多被控制量與控制量，許多參數(shù)之間明顯地存在著復(fù)雜的關(guān)系。對(duì)于鍋爐這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由于其內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換機(jī)理過(guò)于復(fù)雜，采用常規(guī)的方式進(jìn)行控制，難以達(dá)到理想的控制效果，因此，必須采用智能控制方式控制，才能獲得最佳控制效果?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)既能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng),又具有擴(kuò)展各種輸入輸出模塊,如A/D模塊、熱電偶熱電阻模塊,構(gòu)成多功能控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代PLC集成度高、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、組態(tài)靈活、工作穩(wěn)定。在傳統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化改造中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。供暖鍋爐，是連接用戶極為重要的功能性環(huán)節(jié)，不僅其工作的安全性、可靠性直接影響到等前級(jí)產(chǎn)熱設(shè)備的安全性及供熱質(zhì)量，提高其工作效能，還具有十分重大的節(jié)能意義。目前供暖鍋爐大都采用人工監(jiān)控，一方面浪費(fèi)人力；另一方面在出現(xiàn)事故隱患時(shí)，操作人員難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，很容易造成運(yùn)行中設(shè)備的事故。該設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)、報(bào)警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運(yùn)行，除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鍋爐水位、鍋爐壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報(bào)警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故。系統(tǒng)由可編程邏輯控制器(PLC)、變頻器組成，能完成對(duì)給水、鼓風(fēng)等進(jìn)行自動(dòng)控制，使鍋爐的水位、蒸汽壓力保持在規(guī)定的數(shù)值上，以保證鍋爐的安全運(yùn)行，達(dá)到降低能耗、提高供氣質(zhì)量的目的，同時(shí)對(duì)運(yùn)行參數(shù)如壓力、溫度等進(jìn)行顯示，還可對(duì)水位、壓力、爐溫等參數(shù)越限時(shí)報(bào)警，發(fā)出聲光信號(hào)。由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護(hù)、自診斷等功能，所以抗干擾能力強(qiáng)，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，故障率低。PLC編程簡(jiǎn)單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，用于水暖鍋爐控制能提高性能價(jià)格比，如果從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，其壽命長(zhǎng)，故障率低，易于維修，所以選用1。2供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)思路2.1供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)要求(1)PLC容量和性能要與任務(wù)相適應(yīng)，PLC運(yùn)行速度要滿足實(shí)時(shí)控制的要求(2)要確定PLC的型號(hào)、需要的傳感器和變頻器的型號(hào)、PLC硬件接線圖和梯形圖2(3)要有PLC的I/O接口地址分配表(4)系統(tǒng)具有手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、在線監(jiān)控及在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)熱保護(hù)2.2鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)鍋爐控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、補(bǔ)水箱、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵等部分組成。補(bǔ)水箱內(nèi)的水由兩路提供。一路是來(lái)自用戶網(wǎng)通過(guò)熱交換形成的冷凝水。一路是來(lái)自自來(lái)水管的自來(lái)水。當(dāng)回水不足以維持供熱所需的水時(shí)。啟動(dòng)補(bǔ)水泵，用補(bǔ)水箱內(nèi)的水，加入到鍋爐。圖1總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3整體方案選擇以往供暖鍋爐系統(tǒng)中帶有循環(huán)泵、補(bǔ)水泵等水泵類的設(shè)備，通常是根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量、壓力、水位等信號(hào)的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費(fèi)，管路、閥門等密封性能的破壞，還加速了閥體的磨損，嚴(yán)重時(shí)損壞設(shè)備而影響生產(chǎn)。目前，風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備，時(shí)常出現(xiàn)泵損壞同時(shí)電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。對(duì)于如何供暖鍋爐的基本功能和它存在的缺陷等問(wèn)題提出兩種改造方案。第一種就是利用單片機(jī)進(jìn)行控制中心的，但是由于單片機(jī)工作狀態(tài)的不穩(wěn)定性，抗干擾能力比較差。所以不在此處選用。第二種就是用可編程控制器PLC進(jìn)行改造，把原來(lái)的繼電接觸式電控系統(tǒng)改造為PLC控制。不僅可以消除掉它原來(lái)存在的所有缺陷，而且增加了故障檢修功用戶回水補(bǔ)水箱補(bǔ)水泵鼓風(fēng)機(jī)循環(huán)水泵鍋爐自來(lái)水3能，可以在發(fā)生故障的部位進(jìn)行報(bào)警。第二個(gè)方案用可編程控制器PLC對(duì)原來(lái)的繼電接觸式電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，改造后可以減少?gòu)?qiáng)電元?dú)饧?shù)目，而且增加了一些故障自診斷功能。提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，安全性。使電氣控制系統(tǒng)的工作更加靈活，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件。因此我們選擇第二種方案。3變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用3.1變頻調(diào)速基本原理目前，隨著大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為一項(xiàng)成熟的交流調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速器作為該技術(shù)的主要應(yīng)用產(chǎn)品經(jīng)過(guò)幾代技術(shù)更新，己日趨完善，能夠適應(yīng)較為惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，目能提供較為完善的控制功能，能滿足各種生產(chǎn)設(shè)備異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的要求。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系水泵多配用交流異步電機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，既可節(jié)約能量，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：pSfSnn/)1(60)1(0(1)式中，n異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速r/min；0n異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速r/min；p電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；f電源頻率，電動(dòng)機(jī)定子電壓頻率；S轉(zhuǎn)速差；%10000nnns(2)由公式可見改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)P、改變轉(zhuǎn)速差S及改變電源頻率f都可以改變轉(zhuǎn)速。通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術(shù)，集電