供暖鍋的壓力溫度檢測及PLC控制裝置的設(shè)計.doc

畢業(yè)設(shè)計說明書 供暖鍋的壓力、溫度檢測及 plc 控制裝置的設(shè)計 學 院：電氣學院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 學生姓名： 學 號： 指導(dǎo)教師： 2012 年 6 月 摘 要 i 摘 要 本畢業(yè)設(shè)計是利用 plc 控制供暖鍋爐的各個電機，主要包括以下部分：鼓 風機、引風機、爐排機、上煤機等電機的啟停，并利用變頻器來調(diào)整鼓風機的 速度，從而達到了控制供暖鍋爐的壓力和溫度的目的。本設(shè)計的 plc 采用全自 動的控制方法，同時具有測量、顯示、數(shù)據(jù)處理和報警的功能。采用了變頻器 可以達到節(jié)約能源的目的，同時還有利于環(huán)保。plc 具有強大的數(shù)據(jù)處理功能， 它也可以擴展多個模塊，增加其輸入/輸出口。 通過溫度、壓力傳感器將電流信號傳送至 em235，它是一個模擬量輸入/ 輸出模塊，它可以將電流信號送至 plc 變?yōu)閿?shù)字量，plc 將對這個信號進 行處理，將處理后的結(jié)果送至 em235，em235 將模擬信號即電流信號傳送至 變頻器進行調(diào)節(jié)。從而實現(xiàn)了對溫度和壓力的檢測。 關(guān)鍵詞： 供暖鍋爐，變頻器，plc abstract ii abstract this subject is about the plc control heating boiler control motor: blower, blower, grate, the coal machine motor start and stop, and controlled by frequency converter blower speed, thereby controlling the pressure and temperature of heating boiler. the design of the plc using automatic control method, simultaneously with the measurement, display, data processing and alarm function. converter with energy saving, environmental protection. plc has a powerful function of data processing, it also can be extended to multiple modules, increasing the input / output port. using the temperature, pressure sensor to the current signal to the analog input / output module of em235, the current signal is sent to the plc into digital quantity, plc on the signal processing, the processed results are sent to the em235, em235 analog signal is current signal is transmitted to the frequency regulator. to realize the temperature and pressure detection. key words: heating boiler， frequency converter， plc 目 錄 iii 目 錄 摘 要i abstract（英文摘要）ii 目 錄 .iii 第一章 引 言 .1 1.1 課題的背景 1 1.2 供暖鍋爐的發(fā)展1 第二章 設(shè)計內(nèi)容及方案.3 2.1 設(shè)計內(nèi)容3 2.2 設(shè)計方案4 第三章 變頻器原理及其設(shè)置.6 3.1 西門子 mm420 變頻器簡介.6 3.2 變頻器的調(diào)速原理8 3.3 變頻器參數(shù)設(shè)置8 3.4 變頻器的控制方式9 第四章 控制設(shè)備的選型.10 4.1 plc 的選型 10 4.2 em235 簡介12 4.3 溫度和壓力傳感器15 4.4 td200 文本顯示器15 第五章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計.18 5.1 主電路圖18 5.2 控制電路圖18 第六章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計.21 6.1 主要梯形圖21 6.2 主要指令表25 結(jié) 論 .27 目 錄 iv 參考文獻 .28 致 謝 .29 附 錄 .30 第一章 引 言 1 第一章 引 言 1.1課題的背景 以前的供暖鍋爐的爐排都采用固定的方式，以煤或燃氣做燃料，加煤操作 和除渣操作常用人工控制。隨著機械化的發(fā)展逐漸采用自動化的方式，在此期 間人們想到了鏈條式的，可以自動控制的爐排。 爐膛在剛發(fā)明出不久，它其實并不高，由此見得煤的使用率不高。之后， 人們對爐膛有了更深刻的研究，有了更深的認識，對爐膛進行改造，加裝了爐 拱和更好的通風系統(tǒng)。從而大大提高了效率。 之前的鍋爐通過控制擋風板來控制調(diào)節(jié)進氣量，這種方式過于浪費能源， 鼓風機，經(jīng)常處于滿負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)。造成了不必要的損失。同時也對環(huán)境造成 了較大的污染。這種落后的調(diào)節(jié)方式勢必遭到歷史的淘汰。改善資源的利用率， 節(jié)約能源的困境逐漸顯露在人類面前。 1.2 供暖鍋爐的發(fā)展 隨著改革開放的不斷深入，社會取得了巨大的成就，人們幸福指數(shù)大大提 高，人們更加在意供熱質(zhì)量，每到冬季，我國的北方便變得寒冷，許多地方都 采用集中供暖的方式為用戶供暖。而原有的設(shè)備相對落后，與時代脫節(jié)。多數(shù) 采用手工操作，這樣的話就離不開人。這樣便既不節(jié)約時間也不節(jié)約精力，極 不科學，有悖于科學發(fā)展觀。這一情況需要進一步的優(yōu)化，為了提高能源利用 率，使自動化的控制方式在鍋爐控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，將 plc 應(yīng)用于鍋爐控制， 將落后的方式逐漸淘汰，新方法逐漸推廣。 變頻器的一大功能是能夠完成無級調(diào)速。變頻調(diào)速備受人們青睞，它是較 為先進的控制速度的方式之一。它要比異步電動機調(diào)壓調(diào)速方式更為可靠。而 串級調(diào)速的方式不具有平滑性。在鍋爐系統(tǒng)中它逐漸地引人關(guān)注。要想把鼓風 機控制好，人們想到用變頻器控制它。 往往在鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)中，人們對風速、風量等控制對象的調(diào)整根據(jù) 第一章 引 言 2 生產(chǎn)的實際情況來滿足客戶的需求。而現(xiàn)在人們還采用慣有的方法即調(diào)節(jié)風門， 改變擋板的開度的大小，由此來調(diào)整被控制的裝置。在這種情況下，風機一直 處于全速運行狀態(tài)，這樣的運行則使得能量白白的浪費在風門和擋板處。 近年來，為貫徹和落實科學發(fā)展觀，同時也為廣大用戶著想，變頻調(diào)速器 逐漸受到人們的青睞。它的操作方便、維護容易等優(yōu)勢是其它裝置所不具備的， 它的功能更加強大，所以采用變頻器調(diào)速的手段開始逐漸取代原有控制方案。 第二章 設(shè)計內(nèi)容及方案 3 第二章 設(shè)計內(nèi)容及方案 2.1 設(shè)計內(nèi)容 為了加強對學生智能的培養(yǎng)，更好的使理論與實踐相結(jié)合，真正做到增長 知識與發(fā)展能力的統(tǒng)一，本次畢業(yè)設(shè)計的基本任務(wù)，是著重提高學生在電力電 子技術(shù)、電氣控制方面的實踐技能和科學作風，將理論和實踐更好的統(tǒng)一起來， 加深認識。通過本次畢業(yè)設(shè)計，初步掌握工程設(shè)計方法和組織實踐的基本技能， 逐漸熟悉開展科學實踐的程序辦法。通過“供暖鍋爐的 plc 控制”的畢業(yè)設(shè)計， 期望實現(xiàn)以下的目的：1 了解供暖鍋的工作工程；2 熟悉 plc 的使用，同時對 其編程方法和調(diào)試步驟有較為深刻的認識；3 溫度、壓力的檢測的方法以及對 模擬信號的處理；4 保護環(huán)節(jié)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用；5 通過畢業(yè)設(shè)計寫作，掌 握其基本方法、步驟及要求。供暖鍋爐的工作示意圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1 供暖鍋爐的工作示意圖 隨著社會的發(fā)展，對環(huán)境要求的提高，居民對生活質(zhì)量的提高，對家庭供 暖的要求也不斷提高，這要求供暖的質(zhì)量，確保安全、可靠、經(jīng)濟。特安排此 次畢業(yè)設(shè)計，主要目的是培養(yǎng)同學的分析問題和解決問題的能力，加深理論與 實際的結(jié)合的能力，涉及的主要內(nèi)容為可編程控制器的使用、編程方法、調(diào)試 及運行，以及電力電子技術(shù)中有關(guān)變頻的技術(shù)，變頻器的挑選和操作，其它必 備的知識。 第二章 設(shè)計內(nèi)容及方案 4 2.2 設(shè)計方案 plc 的作用是接收現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元傳來的數(shù)據(jù)，控制現(xiàn)場的變頻器和風 機等執(zhí)行機構(gòu)。plc 是整個控制系統(tǒng)的核心部件，采用西門子 s7-200 系列可編 程邏輯控制器，cpu226，它的運算能力以及通訊能力比其它 plc 優(yōu)越，可方 便地進行數(shù)據(jù)處理和通訊。 輸入單元可以將現(xiàn)場的壓力和溫度收集起來。溫度傳感器同時還有壓力變 送器等負責接收各個信號。其中，對于模擬信號的輸入和輸出，較為廣泛使用 的是德國西門子公司出產(chǎn)的 em235 模塊，它的模擬量輸入模塊可以收集各種 傳感器送來的 4ma20ma 信號，同樣模擬量輸出模塊可以輸出 4ma20ma 信 號，利用它輸入到變頻器來調(diào)節(jié)變頻器的頻率。 執(zhí)行單元由各個風機、變頻器等組成。 plc 程序要用梯形圖來制作，這個程序可劃分為多個小部分，例如有數(shù)據(jù) 采集，也包含數(shù)據(jù)處理，同時具有故障報警等功能，它們各自的功能是： 數(shù)據(jù)采集部分收集各個溫度和壓力參數(shù)，以便做出判斷。 故障報警與處理模塊是比較重要的一部分，它判斷系統(tǒng)是否正常工作，并 在出現(xiàn)故障時發(fā)出報警信號。 數(shù)據(jù)處理部分是重中之重。它根據(jù)采集到的回水溫度，同時還要測量爐膛 的負壓，依靠偏差算法，控制變頻器的頻率。 在本設(shè)計中變頻器控制鼓風機來控制其風速，而引風機，爐排機，上煤機 等由 plc 直接控制。鼓風機向爐膛送風的大小直接影響著溫度，由此看出對于 溫度的控制鼓風機是關(guān)鍵。但這里面也有引風機和上煤機的參與。測鍋爐的溫 度即間接地測量水管中的回水的溫度。溫度變送器將信號傳至 plc,plc 再對信 號處理，處理后的信號再傳至變頻器，依靠設(shè)計的編程，變頻器再控制鼓風機。 溫度的控制由此實現(xiàn)。鼓風機速度的變化必然導(dǎo)致壓力的變化，若爐膛負壓在 要求范圍內(nèi)，則不需調(diào)整，若爐膛負壓超過規(guī)定范圍，應(yīng)按照控制壓力優(yōu)先的 原則，會對鼓風機有相應(yīng)的調(diào)速。 水壓的控制要通過控制鼓風機，采用壓力變送器接受壓力信號，控制水的 第二章 設(shè)計內(nèi)容及方案 5 壓力保持在規(guī)定的值。 溫度的實現(xiàn)：溫度的傳感器要用到熱電偶，它將溫度信號經(jīng)過一系列的變 化轉(zhuǎn)化為 4ma20ma 的標準電流信號，而且這個電流信號還要和溫度信號建 立一個關(guān)系，這個關(guān)系最好是線性關(guān)系。將此信號送至 em235 模塊，在進入 plc，經(jīng)過一系列處理好變?yōu)楹蜏囟鹊戎档臄?shù)，顯示該數(shù)，同時與設(shè)定值作比 較。經(jīng)過 plc 的處理輸出 4 ma20ma 的信號，這個信號會經(jīng)過 em235 模塊， 送至變頻器，再由變頻器控制鼓風機。 壓力的控制方法同溫度的控制方法類似，不再贅述。控制圖見圖 2-2。 plcplc td200 上煤機 正反轉(zhuǎn) 引風機 爐排機 出渣機 plc em235 壓力、溫度 信號 補水泵 變頻器鼓風機 圖 2-2 系統(tǒng)控制圖 第三章 變頻器原理及其設(shè)置 6 第三章 變頻器原理及其設(shè)置 3.1 西門子mm420變頻器簡介 西門子 mm420 系列變頻器是專門用于控制三相交流電機的轉(zhuǎn)速的裝置。 這個系列有多種型號，從單相供電電壓，額定功率為 120w 三相電源電壓，額 定功率 11kw，供用戶選擇。該驅(qū)動器是由微處理器控制，并與現(xiàn)代先進技術(shù) 水平的 igbt 作為功率輸出部分。 選用的 mm420 額定參數(shù)為： 電源電壓：380v 額定輸出功率：0.75kw 額定輸入電流：9.9a 額定輸出電流：3.9a 外形尺寸：a 型 操作面板：基本操作板（bop） mm420 變頻器的內(nèi)部方塊圖如圖 3-1。 進行主電路接線時，變頻器模塊面板上的 l1、l2、l3 插孔接三相電源， 接地插孔接保護地線。三個電動機的插孔 u、v、w 則與三相電動機連接到一 塊。 mm420 西門子變頻器模塊面板上引出了 mm420 的數(shù)字輸入點： din1（端子）；din2（端子）；din3（端子）；內(nèi)部電源+24v（端子 ）；內(nèi)部電源 0v（端子）。數(shù)字輸入量端子可連接到 plc 的輸出點（端 子接一個輸出公共端，例如 2l）。當變頻器命令參數(shù) p0700=2（外部端子控 制）時，可由 plc 控制變頻器的啟動/停止以及變速運行等。 第三章 變頻器原理及其設(shè)置 7 圖 3-1 變頻器內(nèi)部方塊圖 基本操作面板的功能概述： bop 具有 7 段顯示的功能，而且它能夠顯示五位數(shù)字，它可以顯示故障， 第三章 變頻器原理及其設(shè)置 8 而且能夠報警。同樣能夠設(shè)定數(shù)值。 3.2 變頻器的調(diào)速原理 變頻器顧名思義是把工頻電通過既定好的變化轉(zhuǎn)換成其它各種頻率的交流 電，這樣就使電動機的運行方式處于改變速度的運行的狀態(tài)。當今時代采用的 變頻器都流行 vvvf 變頻方式，首先讓工頻交流電和整流器連接起來，通過它 繼而變?yōu)橹绷麟娫?，之后把直流電源進行進一步的變換，轉(zhuǎn)換后的頻率可以進 一步調(diào)節(jié)，同樣轉(zhuǎn)換后的電壓也可以進一步地調(diào)節(jié)，將此信號傳送至電動機。 變頻器的電路主要包括四個部分，具體的來說：第一部分即最先開始的是整流 環(huán)節(jié)，第二部分為中間直流部分，緊隨其后的是第三部分是逆變環(huán)節(jié)，最后的 是第四部分為控制環(huán)節(jié)。變頻器的調(diào)速技術(shù)的作用機理是依賴電動機的轉(zhuǎn)速與 工作時的電源的輸入頻率成正比的關(guān)系得到的即： psfn160 其中表示電機轉(zhuǎn)速； n f 為電動機正常工作時的電源的頻率； s 為電動機的轉(zhuǎn)差率； p 為電動機所固有的磁極對數(shù)。 由以上的公式得，頻率變化了轉(zhuǎn)速也隨之變化，這就是變頻器調(diào)速的原理。 3.3 變頻器參數(shù)設(shè)置 對 bop 面板的參數(shù)的設(shè)置如表 3-1 所示。 表 3-1 bop 參數(shù) 參數(shù)設(shè)定的值參數(shù)設(shè)定的值 p00031p00101 p01000p02051 p03001p0304380 p030577p030730000 第三章 變頻器原理及其設(shè)置 9 3.4 變頻器的控制方式 變頻器的控制方式有很多，本畢業(yè)設(shè)計采用的是 u/f 控制方式即 u/f=常數(shù) 控制方式 。所謂 u/f 控制，就是通過變頻器調(diào)整輸出側(cè)的電壓頻率比，來改 變電動機在調(diào)速過程中機械特性的控制方式。 經(jīng)由簡易方便的方法調(diào)整電源頻率并不能滿足對異步電動機調(diào)速控制的需 要。而能夠滿足對異步電動機調(diào)速控制的變頻器應(yīng)當是一個能將保持不變的電 壓，保持不變的交流電調(diào)節(jié)為可以變化電壓，可以變化頻率交流電的變換器。 在 u/f 控制的方式中，為了得到比較滿意的轉(zhuǎn)矩特性，變頻器的輸出電壓頻率 f 和輸出電壓幅值 u 變?yōu)榭烧{(diào)。這就是人們把變頻器稱為 vvvf 變頻器的原因。 模擬量的控制：變頻器所輸出的頻率要受到連接它的模擬電壓或電流信號 來調(diào)整。這個電壓或電流與變頻器的所輸出的頻率建立一定的關(guān)系，由此實現(xiàn) 調(diào)速的目的。對于電壓的信號，通常情況下取 010v。而對于電流信號人們一 般往往取 420ma。 由于 plc 不具有直接接收模擬量信號的功能，而且也不能直接輸出模擬量 信號，所以要用到模擬擴展模塊。plc 可以控制它輸出相應(yīng)的模擬信號，由此 擴展了變頻器的輸入信號。進一步地調(diào)節(jié)了變頻器所具有的輸出頻率，電動機 的轉(zhuǎn)速得以按照既定規(guī)律變化。 在本次畢業(yè)設(shè)計中，溫度和壓力的采集都是電流信號，而且變頻器要無極 調(diào)速。由此可以看出，要使變頻器正常工作的方式是采用模擬量控制的方式。 p03080.8p031050 p03350p06402 p07001p10002 p112015p112120 p11355p13000 p19101p39001 第四章 控制設(shè)備的選型 10 第四章 控制設(shè)備的選型 4.1 plc的選型 cpu 22x 主機的技術(shù)指標如表 4-1 所列。 表 4-1 cpu 22x 系列的技術(shù)指標 項目名稱cpu221cpu222cpu224cpu226cpu226xm 用戶程序區(qū)4kb4kb8kb8kb16kb 數(shù)據(jù)存儲區(qū)2kb2kb5kb5kbl 0kb 主機數(shù)字量輸入/輸出 點數(shù) 6/48/614/1024/1624/16 模擬量輸入/輸出點數(shù) 無16/1632/3232/3232/32 最大輸入/輸出點數(shù)256256256256256 定時器256256256256256 計數(shù)器256256256256256 允許最大的擴展模塊無2 模塊7 模塊7 模塊7 模塊 s7-200 cpu 22x 的電源，對于每個型號，西門子廠家都提供 24v dc 和 120v/240vac 兩種電源供電的 cpu 類型?？稍谥鳈C模塊外殼的側(cè)面看到電源 規(guī)格。輸入接口電路也分有連接外信號源直流和交流這二個型號。輸出接口電 路主要有三種類型，第一種也是較為常用的即交流繼電器輸出型，第二種是直 流晶體管，第三種是晶閘管輸出型。cpu 22x 系列 plc 可為用戶給出五個型 號各異的 10 種基本單元 cpu 供用戶選用，其類型及參數(shù)如表 4-2 所示。 第四章 控制設(shè)備的選型 11 表 4-2 s7-200 系列 cpu 的電源 型號電源/輸入/輸出類型主機 i/o 點數(shù) dc/dc/dc cpu 221 ac/dc/繼電器 6 輸入/4 輸出 dc/dc/dc cpu 222 ac/dc/繼電器 8 輸入/6 輸出 dc/dc/dc ac/dc/繼電器cpu 224 ac/dc/繼電器 14 輸入/10 輸出 dc/dc/dc cpu 226 ac/dc/繼電器 24 輸入/16 輸出 dc/dc/dc cpu 226xm ac/dc/繼電器 24 輸入/16 輸出 表 4-2 中的電源/輸入/輸出類型的含義，如為 dc/dc/dc，則表示電源 的輸入的類型為直流 24v，輸出的類型為直 24v 的晶體管型。如為 ac/dc 繼電器，則表示電源類型為 220v 交流，輸入類型為 24v 的直流， 輸出類型則為繼電器型。 cpu 22x 電源供電接線 的圖如圖 4-1。 圖（a）直流供電 圖（b）交流供電 圖 4-1 cpu 22x 電源供電接線圖 為使操作更加簡單，將鼓風機、爐排機、上煤機正轉(zhuǎn)和出渣機啟動按鈕 設(shè)為一個。這樣做的好處是節(jié)省了按鈕，操作人員更加一目了然地工作 i/0 分配表見表 4-3。 第四章 控制設(shè)備的選型 12 表 4-3 i/0 分配表 輸入/輸 出地址 符號輸入/輸出設(shè)備 輸入/輸出 地址 符號 輸入/輸出設(shè) 備 i0.0sb1 鼓風機、爐排機、上煤機正轉(zhuǎn) 和出渣機啟動 q0.0km1 引風機星型 繼電器 i0.1sb2引風機啟動q0.1km2 引風機三角 形熱繼電器 i0.2sb3上煤機反轉(zhuǎn)q0.2km3 鼓風機繼電 器 i0.3sb4 鼓風機、爐排機、上煤機和出 渣機停止 q0.3km4 上煤機正轉(zhuǎn) 繼電器 i0.4sb5引風機停止q0.4km5 上煤機反轉(zhuǎn) 繼電器 i0.5sb6補水泵啟動q0.5km6 出渣機繼電 器 i0.6sb7補水泵停止q0.6km7 補水泵繼電 器 i0.7sb8引風機熱繼電器動合觸點q0.7km8爐排繼電器 i1.0sb9上煤機熱繼電器動合觸點q1.0l1超溫指示燈 i1.1sb10補水泵熱繼電器動合觸點q1.1l2超壓指示燈 i1.2sb11出渣機熱繼電器動合觸點q1.2ka變頻器正轉(zhuǎn) i1.3sb12變頻器正轉(zhuǎn)啟動q1.3kr1 引風機熱繼 電器 i1.4sb13變頻器正轉(zhuǎn)停止q1.4kr2 上煤機熱繼 電器 i1.5sb14變頻器故障q1.5kr3 補水泵熱繼 電器 q1.6kr4 出渣機熱繼 電器 因為本設(shè)計使用了 14 個輸入端子，15 個輸出端子。外接的信號為交流的 信號，輸出接口電路為交流繼電器。對比分析知本設(shè)計應(yīng)采用的是 cup 226 型 號。 4.2 em235簡介 em235 是廣為熟知的、使用率極高的，而且廣泛被人接受的模擬量擴展模 第四章 控制設(shè)備的選型 13 塊，它有四個輸入和一個輸出。本設(shè)計中要采集溫度和壓力信號，需要兩個模 擬量輸入，同時還要將信號輸送到變頻器，需要一個模擬量輸出。em235 很合 適。以下將對它進行進一步地說明。其接線圖，如圖 4-2。 圖4-2 em235模擬量擴展的模塊 圖 4-2 說明了模擬量擴展模塊的接線方法，如果接電壓信號，則需要把正、 負極直接和 x和 x相連；如果接電流信號，則需將 rx 和 x短接后再接 入電流輸入信號的“”端；什么都沒連的通道只要把 x和 x短接即可。 鑒于這一模塊，它的輸入端子必須設(shè)置同一個量程，同理它的分辨率也必 須是統(tǒng)一的。下表 4-4 將說明 dip 開關(guān)對這個模塊的設(shè)置。 表 4-4 dip 開關(guān)設(shè)置 em235 開關(guān) sw1 sw2 sw3 sw4 sw5 sw6 單/雙極性選擇增益選擇衰減選擇 on單極性 off 雙極性 off off x1 off on x10 onoff x100 onon 無效 onoff off 0.8 第四章 控制設(shè)備的選型 14 off onoff 0.4 off off on 0.2 由表可得出結(jié)論，sw6 的作用是確定究竟是單極性還是雙極性。當 sw6 的顯示狀態(tài)為 on 時，則意味著模塊為單極性的輸入，sw6 的顯示狀態(tài)為 off 時，則意味著為模塊為雙極性的輸入。輸入模擬量的增益選擇由兩個開關(guān) 即由 sw4 和 sw5 共同決定，模擬量的衰減選擇則由三個開關(guān)共同控制管理， 分別為 sw1，sw2，sw3。 根據(jù)之前 6 個 dip 開關(guān)的功能進行排列組合，所含有的輸入設(shè)置如下表 4- 5： 表 4-5 dip 開關(guān)的功能的所有組合 單極性 sw1 sw2sw3 sw4 sw5 sw6 滿量程輸入分辨率 onoffoffonoffon0 到 50mv 12.5v offonoffonoffon0 到 100mv 25v onoffoffoffonon0 到 500mv125ua offonoffoffonon0 到 1v 250v onoffoffoffoffon0 到 5v1.25mv onoffoffoffoffon0 到 20ma 5a offonoffoffoffon0 到 10v 2.5mv 雙極性 sw1 sw2sw3sw4sw5sw6 滿量程輸入分辨率 onoff off onoff off 25mv 12.5v off onoff onoff off 50mv 25v off off ononoff off 100mv 50v onoff off off onoff 250mv 125v off onoff off onoff 500 250v off off onoff onoff 1v 500v onoff off off off off 2.5v 1.25mv off onoff off off off 5v 2.5mv off off onoff off off 10v 5mv 第四章 控制設(shè)備的選型 15 6 個 dip 開關(guān)的確定也即意味著在這個模塊的輸入部分的定型。開關(guān)設(shè)置 也只有在重新上電后才能生效。 本設(shè)計采用單極性，因為溫度和壓力都為正數(shù)，而且單極性操作的話會更 加簡單。所以 dip 開關(guān)設(shè)置為 100001。 尋址方式：都是按照擴展順序進行的。模擬量所具有的數(shù)據(jù)格式的大小通 常為一個字長，因此得出地址須從帶有偶數(shù)的字節(jié)開始。每個模擬量所應(yīng)有至 少兩個通道，按此規(guī)律發(fā)展。 4.3 溫度和壓力傳感器 熱電偶：測溫原理為兩個不同的組件兩端連接合成回路，在接點處產(chǎn)生電 動勢將這種跡象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶溫度就是利用這個原理，對于它，一端 被稱為工作端，直接用于介質(zhì)溫度的測量，另一端則被稱為冷端，冷端則會和 顯示儀表連接，表明熱電偶所具有的熱電動勢可以顯示被測介質(zhì)的溫度。 測溫范圍：本設(shè)計的溫度為 40上下在熱電偶的測量范圍之內(nèi)。熱電偶完 全滿足需要。 yht3015 壓力變送器，接管嘴和外殼均采用不銹鋼材質(zhì)，具有很強的抗腐 蝕性和長期穩(wěn)定性。傳感器在寬溫度的范圍內(nèi)進行了溫度補償，保證了傳感器 的技術(shù)指標。有多種壓力接口螺紋形式和接線方式，能最大限度的滿足客戶需 要。廣泛應(yīng)用于氣/液壓力測控系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、制冷設(shè)備、恒壓供 水、過程控制等領(lǐng)域。 其量程為：0200kpa；輸出信號：0/0.5/1.0-4.0/4.5/5.0/10v(三線制)， 420ma(兩/三線制)；零點誤差：0.5% fs；滿度誤差：1.0% fs；安全過載 能力：150%。 4.4 td200文本顯示器 s7-200 td 設(shè)備是一個物優(yōu)價廉的人機界面(hmi)，使技術(shù)人員或用戶能夠 與應(yīng)用程序進行信息交流。 td 設(shè)備提供了更多功能，例如層級式用戶自定義菜單。 td 200c 和 td 第四章 控制設(shè)備的選型 16 200 與使用 td200 早期版本（早于 td 200 3.0 的版本，這些版本僅支持來自 s7-200 cpu 的位使能消息）創(chuàng)建的項目完全兼容。 您可以使用現(xiàn)存的 td 200c 或 td 200 設(shè)備，而不必修改 s7-200 cpu 中 的控制程序。 s7-200 產(chǎn)品系列可分為四種 td 設(shè)備： td 200c：具有 2 行文本顯示，每行能夠容納 20 個字符，總共可容納 40 個字符。td200c 的面板允許用戶完全靈活地設(shè)計鍵盤布局和面板。用戶可以 創(chuàng)建最多包含 20 個不同大小的按鍵（鍵）的自定義鍵盤，這些按鍵可以放到 任何背景圖片上，并且可以具有不同的形狀、顏色或字體。 td 設(shè)備由 s7-200 cpu 通過 td/cpu 電纜供電。td 200、td 200c 設(shè)備還 可以由加裝獨立的電源來實現(xiàn)供電。 td 設(shè)備包含以下元素：文本顯示區(qū)域，通信端口，當和一個或多個 s7- 200 cpu 的網(wǎng)絡(luò)中時，每個 td 設(shè)備都是一個網(wǎng)絡(luò)主站。 s7-200 的 cpu 在變量存儲區(qū)的參數(shù)模塊中存儲報警和畫面的文本、嵌入 變量和格式的資料。 可以使用軟件自帶的“文本顯示向?qū)А眮斫M態(tài)該參數(shù)塊在 v 存儲區(qū)中的起 始地址，然后“文本顯示向?qū)А睂⒎峙浯鎯?td 設(shè)備信息所需的存儲區(qū)的空間。 如果為 s7-200 的 cpu 組態(tài)多個參數(shù)塊（每個參數(shù)塊在 v 存儲區(qū)中都具有 不同的地址范圍）的話，則可以將若干 td 設(shè)備綁定到該 s7-200 cpu?？梢詾?用于每個 td 設(shè)備的特定參數(shù)塊組態(tài) v 存儲區(qū)地址。 當操作員使用 td 設(shè)備上的固有按鍵來選擇畫面時，td 設(shè)備將從（存儲在 s7-200 cpu 的 v 存儲區(qū)中的）參數(shù)塊讀取畫面的信息，并顯示相應(yīng)的畫面。 在組態(tài)報警時，還需要組態(tài)報警位以啟動特定報警。用戶程序的邏輯將設(shè)置此 報警位以在 td 設(shè)備上顯示相應(yīng)的報警。在為報警創(chuàng)建文本時，也要指定報警 位。 第四章 控制設(shè)備的選型 17 如果將報警組態(tài)為需要操作員確認，則該報警還具有一個確認位。td 設(shè) 備不斷輪詢這些報警位，以確定已啟動哪些報警。要在 td 設(shè)備上顯示報警， s7-200 中的 cpu 含有的用戶程序首先必須為特定的報警設(shè)置報警位。當用戶 程序設(shè)置了某個報警位后，td 設(shè)備就會從 s7-200 cpu 的參數(shù)塊中讀取該報警 位，并顯示相應(yīng)的報警信號。 td 設(shè)備必須與 s7-200 cpu 建立聯(lián)系后即通信才能讀取參數(shù)塊的東西。 必須將 td 設(shè)備組態(tài)為以與 s7-200 cpu 相同的波特率進行聯(lián)系。在接通電源 時，td 設(shè)備會從 s7-200 cpu 中分析數(shù)據(jù)。使用軟件的文本顯示向?qū)Э梢詧?zhí)行 以下任務(wù)：1，組態(tài) td 設(shè)備參數(shù)；2，創(chuàng)建要在 td 設(shè)備上呈現(xiàn)的畫面和相應(yīng) 的報警；3，為 td 設(shè)備創(chuàng)建語言集（僅限于 td 200、td 200c 和 td400c）； 4，為提供方便特將參數(shù)塊分配在 v 存儲區(qū)。 s7-200 cpu 將 td 設(shè)備的組態(tài)數(shù)據(jù)存儲在參數(shù)塊中。將項目（用戶程序和 數(shù)據(jù)塊）下載到 s7-200 cpu 時，參數(shù)塊也將作為數(shù)據(jù)塊的一部分下載。 具體操作過程如下： 單擊“工具”菜單下的“文本顯示器”，彈出文本顯示向?qū)Ш喗楫嬅妫瑔?擊下一步按鈕，彈出“選擇 td 型號和版本”的頁面，選擇使用的 td 的具體 型號和版本，如選擇 td200c 1.0 版。 單擊下一步按鈕，彈出“標準菜單和更新速度”對話框，確定是否使用密 碼保護，如果需要則選擇密碼保護項，并輸入密碼，如不需要可以直接單擊下 一步按鈕。 在彈出的“本地化”對話框中選擇想顯示文本的語言種類，選擇“簡體中 文”，單擊按鈕“下一步”彈出“配置鍵盤按鍵”對話框，選擇面板上 f1、f2、f3、f4、shift+f1、shift+f2、 shift+f3 、shift+f4。按下與 動作對應(yīng)的數(shù)據(jù)位是置位，單擊按鈕“下一步”，彈出“菜單簡介”對話框， 定義用戶菜單。單擊按鈕“下一步”，彈出“定義菜單”對話框，定義用戶菜 單，輸入菜單單擊“添加屏幕”。單擊按鈕“下一步”，單擊確定“是”為菜 單“1”添加屏幕寫入溫度（）。單擊“插入 plc 數(shù)據(jù)”按鈕，選擇 vw112，設(shè)定小數(shù)點右側(cè)位數(shù)。用戶菜單完成。單擊按鈕“下一步”。單擊按 第四章 控制設(shè)備的選型 18 鈕“下一步”，彈出“分配存儲區(qū)”對話框選擇與 td200 內(nèi)部參數(shù)對應(yīng)的 plc 內(nèi)的數(shù)據(jù)地址為 vw106。單擊按鈕“下一步”，彈出“分配存儲區(qū)對話框”選 擇“否”，不將 vw0 作為默認偏移量。單擊完成。彈出“完成”對話框。單 擊確定“是”確認已實現(xiàn)了 td200 配置向?qū)А?第五章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 19 第五章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 5.1 主電路圖 本畢業(yè)設(shè)計的主電路圖含有六個電動機。鼓風機采用變頻器控制，由于變 頻器采用了 u/f 控制方式，故不需要加熱繼電器。引風機采用星三角降壓啟動， 保障了電動機的安全運行。上煤機采用正反轉(zhuǎn)控制。爐排機因需要等到煤燃燒 一段時間后在工作，否則煤會不完全燃燒，因此，爐排機應(yīng)間歇式地工作，爐 排機不需要添加熱繼電器。補水泵和出渣機工作過程類似，只要整個供暖鍋爐 控制系統(tǒng)開始啟動，出渣機就要工作。而對于補水泵，只有在水管管道漏水， 并且使水箱中的液位低于預(yù)定位置時，才會開始工作。同時在主電路上和個分 支電路上各加了熔斷器，給予保護。其電路圖如圖 5-1 所示。 5.2 控制電路圖 控制電路由 plc，em235 模塊、同時還有 td200 文本顯示器和西門子 mm420 變頻器組成。em235 的作用是接收溫度和壓力的模擬量電流信號。它 把這個信號輸送到 plc 內(nèi)部，plc 在對其進行進一步的運算和處理，同時 td200 會顯示當前的溫度和壓力值。plc 將處理后的信號傳送至 em235 模塊， 由 em235 模塊將模擬量電流送至變頻器，變頻器再對鼓風機進行變頻調(diào)速。 當溫度和壓力超過規(guī)定值后，報警指示燈會工作亮。其控制電路圖如圖 5-2 所 示。 第五章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 20 r s t ain+ ain- 正轉(zhuǎn) u v w m1 3 m3 3 m4 3 m5 3 m6 3 l1 l2 l3 fu1 fu2 km3 fu3 kr1 u v w km2 fu4 fu5 fu6 fu7 km8km4 km5 km6 km7 u v w km1 kr2 kr4kr3 qk 鼓風機 引風機 爐排機上煤機 出渣機 補水泵 輸入控制 電流 pe 圖 5-1 主電路圖 第五章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 21 td200 f1f2f3f4 1l0.70.60.50.42l0.30.20.10.01.71.61.51.41.31.21.13l1.0l1n 0.01m0.41.21.11.00.50.60.71.30.30.20.12.22.42.42.52.62.7ml2m1.51.61.72.02.11.4+ cpu226 220v ra a+ a- rb b+ b- rc c+ c- rd d+ d- m l+ m0 v0 i0 em235 溫度 電流信號 壓力 電流信號 ain+ ain- r s t m1 u v w pe mm420 輸出控制電流 正轉(zhuǎn) q1.2 故障 i1.5 l1 l2 l3 220v sb1 sb2 sb3 sb4 sb5 sb6 sb7 sb8 sb9 sb10 sb11 sb12 sb13 sb14 km1 km2 km4 km5 km6 km7 km8 l1 l2 ka kr1 kr2 kr3 kr4 km3 圖 5-2 控制系統(tǒng)接線圖 第六章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 22 第六章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 6.1 主要梯形圖 梯形圖如下： 為了節(jié)省按鍵，使操作更簡便，將鼓風機、爐排機、上煤機和出渣機共用 一個按鈕。 引風機采用星三角降壓啟動，且須在鼓風機啟動后才可啟動引風機 第六章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 23 上煤機采用正反轉(zhuǎn)，為此要采用電氣連鎖 當水位達到液位的下限的時候，補水泵啟動，當水位達到液位的上限時， 補水泵停止。 第六章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 24 數(shù)據(jù)的采集要使用定時器中斷 將采集的溫度電流信號轉(zhuǎn)化為 420ma 標準信號。將它與 050建立一 個線性關(guān)系。 第六章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 25 plc 將采集到的信號處理后，通過 em235 模塊輸出到變頻器。 變頻器接收到信號后，420ma 電流信號和 050hz 將建立線性關(guān)系，通 過變頻器調(diào)節(jié)鼓風機的轉(zhuǎn)速。 第六章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 26 6.2 主要指令表 ld i0.0 /鼓風機、爐排機、上煤機和出渣機啟動/ o m0.0 an i0.3 an i1.0 an i1.2 = m0.0 ld t37 /引風機啟停，且采用星三角降壓啟動/ an q0.1 an i0.7 = q0.0 ton t38, 60 ld t38 an i0.7 an q0.0 an t39 = q0.1 ld i0.3 o i0.4 o i0.7 o m0.3 = m0.3 ld m0.3 ton t39, 600 ld m0.3 /上煤機正反轉(zhuǎn)/ an q0.4 an i1.0 = q0.3 ld i0.5 /補水泵啟停/ 第六章 供暖鍋爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 27 o q0.6 an i0.6 an i1.1 = q0.6 ld sm0.0 /定時器中斷/ movb 100, smb34 ld sm0.0 /溫度信號采集/ movw aiw0, ac0 movw ac0, vw104 movw vw104, vw100 -i +6400, vw100 *i 50, vw100 /i 25600, vw100 movw vw100, vw116 *i +100, vw116 ld sm0.0 /溫度信號輸出/ movw vw118, vw108 -i +6400, vw108 *i 16, vw108 /i 25600, vw108 +i 4, vw108 movw vw108, aqw0 ld sm0.0 /變頻器信號處理/ movw vw108, vw120 movw vw120, vw122 *i 25600, vw122 /i 16, vw122 +i 6400, vw122 結(jié) 論 28 結(jié) 論 通過對控制系統(tǒng)各種設(shè)備的調(diào)試，各個模塊的連接，供暖鍋爐控制系統(tǒng)達 到了預(yù)期的效果。供暖鍋爐的壓力和溫度得到了有效地檢測。初步掌握了工程 設(shè)計和組織實踐的基本技能。通過供暖鍋爐的 plc 控制的設(shè)計，了解了供暖鍋 爐的工作過程。 供暖鍋爐的各個電動機的運行在保護環(huán)節(jié)的支持下，可以穩(wěn)定的運行。它 們狀態(tài)的平穩(wěn)為社會生產(chǎn)和生活提供了有力保障。溫度和壓力信號在 plc 的處 理下，得到了有效地檢測。變頻器的投入，有效地節(jié)約了資源，提高了燃煤的 使用效率。因此，在設(shè)計時這是一個亮點。整個鍋爐的控制系統(tǒng)是一個十分復(fù) 雜的控制系統(tǒng)，它需要各個環(huán)節(jié)緊密配合，充分考慮到了各個環(huán)節(jié)之間的相互 影響，避免了各個分系統(tǒng)間的沖突。整個設(shè)計系統(tǒng)符合規(guī)范，為設(shè)備的正常工 作奠定了基礎(chǔ)。所選擇的器件完全符合規(guī)定的要求，既經(jīng)濟又可靠，滿足了基 本的需要。 參 考 文 獻 29 參考文獻 1 于桂音，鄧洪偉 .電氣控制與 plc.北京：中國電力出版社 ，2010.150180 2 micromaster 420 變頻器使用大全，2003.2040 3王兆明. 電氣控制與 plc 技術(shù).北京：清華大學出版社 ，2005.7080 4 劉華波. 西門子 s7-200plc 編程及應(yīng)用案例精選 .北京:機械工業(yè)出版社 ， 2009.5055 5廖常初.plc 基礎(chǔ)應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社 ，2003.122130 6 呂景泉.可編程序控制器及其應(yīng)用 .北京：機械工業(yè)出版社 ，200l.5060 7 戴仙金.西門子 s7-200 系列 plc 應(yīng)用與開發(fā) .北京：中國水利水電出版社 , 2007.3035 8 謝克明,夏路易.可編程控制器原理與程序設(shè)計 .北京：電子工業(yè)出版 . 2008,7582 9李良仁.變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用北京：電子工業(yè)出版社，2004，4755 10 張鳳珊.電氣控制及可編程序控制器 .北京：中國輕工業(yè)出版社 ，2005，6470 11 鐘肇新.可編程序控制器原理及應(yīng)用 .廣州：華南理工大學出版社 ，2002，98100 12 李仁.電器控制.北京:機械工業(yè)出版社 , 2000,88102 13 邵裕森.過程控制及儀表 .北京：機械工業(yè)出版社， 1998，1215 14 王仁祥.常用低壓電器原理及其控制技術(shù) .北京：機械工業(yè)出版社， 2001，7780 15 韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用（第二版） .北京：機械工業(yè)出版社， 2000，5963.