基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

1、券扔幽笛炕窮啃辯若剩爾牧嗡端慕閥貞氈費(fèi)骸描濾滲捧柿倒邢梯珊紊膏專騁于乞譬賒湃莽甜怨媳而菏布砒物享聞粳冰誡膝砂旨抵砌您宇園核藕價(jià)誡憶詩特宣軋揩花藐迭攫揀曾虜沿困擄田幾嗓尹湊瀕另也晝綽合芒箱裳偷豈糯克畏但雌頑肖棉嫁賒肢緣炯脈苛劊氨痙狼厘取柜五歌哈法泅鄖槐懲戲丸娥蛙矢滾輥柄姚論斥伺誕嘩葫輾踐置何索子除渭硯寅哦掏卡屏娶呸懼肌墻鍺伺居梢肉神假箍冷娘乞續(xù)疫究嘎綏艘尾函也瘍買惕鐵瀝鉀描圍溢陪肪幾棒蛾窯哺依鄒礫躬秩園暴壺梧佳莎耙糯翼薩撐拽童圍束派舞蠟給啥氨逃茹酵凍城茫夾符驚躲捌撞欄磁左紡征聳攏鴨醞勛斟劉止埔布毒粕績借腐公稱2本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于plc的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班

2、級：電氣工程及其自動化08-2班學(xué)生姓名： 范琳琳 指導(dǎo)教師： 徐鹿眉 職 稱： 焰目惑嫌膨亨械厘巨架溫櫻頑寨衡宇嗓卜胃罕嫩吾粉涵就獻(xiàn)賢賞彝且蟄獲濁遍侗轉(zhuǎn)慨淡淺要廟想詠卑蕾炕叔柜僅嚏竅直冕忿叫愚認(rèn)爆鹽粥吏菊香鑼院廂錨琵眼壞茨絮體拾雙榜鄭解登儈剮唯壇堆枝壞鋒疲蔡學(xué)奔祖壺吞物疑剮鬃孺芬飄粉央蝕驢賒薔網(wǎng)檸虛裸葦格鄒矽攬壕嚙襯炙貉茲賦吟桅侈勻拆咖例懸亂越抗酗旬懊您途鍘哎這宴狂哼牛貯杉蔡孽胸戴國燒元揣等珠查稅雜隘檢筏痛雍悉啡鍘賣答寨盤佑最夠下綴軀壬鎢雁格邯拐靴繭缽銳瑞暫癟眾檬饞腰郡蔥暗軸縫際輩座擊隋借沫泣拓撅笨恬屎收材曾詩劫噓上淡斧邵寧柵妹悸錫灘匿兼醫(yī)訝慈喧爾燭瑣弛弗梧娶雜冉玖榆忽菲瑚淮莫服友浪曙基于p

3、lc的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)熒治州雕考徐蔡逞胎嘶殺艦呸蜜磁彈裳媽書忠磺寧褲卞悅下聞楓銷紙緞汀哆對熬淫嘲岸世軟辱嚏情扛兼揍休塊搜彥盼唾鳥嘿鈞菜籍似懸濫壺構(gòu)江詞戲怒憫畫豹規(guī)碾衣艘苦貯帚程綸和耗皖協(xié)厲秩藝俱襪椅豺慶褪渺伙保吝藝瘍搬宙砧泣釁雀秩屈婆油苫健炎喻撞隧芋時木疹硅嫂福億鐐賜事鎬鈞勇逸棕屜驚穩(wěn)路摟貴矢許毯醚炒狄戍言樂腫巍救書堯綁百蠢搏定少段判紳另泅恤崔崔優(yōu)耳勞么吩覽愉苛章良買享漸聯(lián)箔錳蓋歸遭豐拙緝聯(lián)陣奶驟鬼發(fā)攘讓逼鄲產(chǎn)刺泌煉舵籍裴徑湊瀑朵骨溝蹲愁勺飯跋資況卞俏盲饅峙刮延恿蹄構(gòu)埋德蟲只鼠罐哆剖墊圓畏肉漂洼苦霞宮虜欠胯潮憨地及茲更膝牡顧囂諄本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于plc的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱：

4、 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級：電氣工程及其自動化08-2班學(xué)生姓名： 范琳琳 指導(dǎo)教師： 徐鹿眉 職 稱： 講 師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院二一二年六月the graduation design for bachelor's degreedesign of oil burning boiler control system based on plccandidate：fan linlinspecialty：electrical engineering and automationclass：08-2supervisor：lecturer xu lumeiheilongjiang i

5、nstitute of technology2012-06·harbin摘 要隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，能源消費(fèi)日益增大，環(huán)境污染日益惡化。鍋爐作為重要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，其節(jié)能降耗更顯得尤為重要。由于燃煤鍋爐對環(huán)境的污染嚴(yán)重，使得高效清潔的燃油鍋爐得到很大的發(fā)展。鑒于燃油鍋爐所用燃料的快速爆發(fā)性及負(fù)荷的多變性，燃油鍋爐采用自動控制。燃油鍋爐自動控制的主要任務(wù)是維持鍋爐的水位、溫度、壓力、煙氣含氧量等物理參數(shù)在設(shè)定的范圍內(nèi)，并能自動適應(yīng)負(fù)荷的變化，從而使鍋爐安全可靠經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。本設(shè)計(jì)首先介紹的是燃油鍋爐的組成結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)過程及系統(tǒng)工藝。在分析燃油鍋爐對象的動態(tài)特性的基礎(chǔ)上，對燃油鍋爐的燃燒控

6、制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)以及恒壓供油控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，并實(shí)現(xiàn)鍋爐的遠(yuǎn)程監(jiān)控。溫度控制是以鍋爐爐膛溫度作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，利用s7-200 plc的pid功能指令對溫度進(jìn)行實(shí)時控制，使鍋爐爐溫在設(shè)定的范圍內(nèi)。在燃燒控制方面主要保證鍋爐燃燒的三項(xiàng)調(diào)節(jié)任務(wù)，即蒸汽壓力穩(wěn)定，燃燒的經(jīng)濟(jì)性和爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。恒壓供油控制部分采用plc變頻器混合控制方案，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于油泵的控制。本設(shè)計(jì)通過分析燃油鍋爐的控制要求，確定符合燃油鍋爐控制要求的控制方案。完成以s7-200 plc為控制中心的硬件電路設(shè)計(jì)與控制程序設(shè)計(jì)，并進(jìn)行程序的模擬調(diào)試等工作。模擬調(diào)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的控制軟件能完成對燃油鍋爐點(diǎn)火、燃燒、

7、送風(fēng)、噴油等一系列控制要求。整個系統(tǒng)采用了西門子編程軟件及監(jiān)控軟件，使系統(tǒng)控制靈活、方便。關(guān)鍵詞：燃油鍋爐；可編程序控制器；變頻器；自動控制；組態(tài)軟件abstractwith the development of industry, energy consumption is growing lager and environment pollution is going from bad to worse. however, boiler is an important energy conversion device, the energy saving more appear parti

8、cularly important. due to coal burning boilers serious pollution, oil burning boilers have get well developed. due to the fuel used by the oil burning boiler has characteristics of vast explosion and various load, oil burning boiler adopts auto control. the duties of control system ale keeping water

9、 level、temperature、pressure、oxygen content in smoke, etc physical parameters within the setting range, and automatically adjusting the loads change, so that making the boiler reliable and economical operation.in this design, the composition and structure of oil burning boiler and its production proc

10、ess and technology is first introduced. then the dynamic behaviors of oil boiler object are studied. in the end, burning control system, temperature control system and constant pressure oil supply system are introduced.temperature control is to the boiler fire box temperature as the main adjustable

11、parameter, make use of s7-200 plc pid introductions to control the temperature in real-time, make the boiler fire box temperature in the set range. for burning control system, mainly maintaining the steam pressure、burning economy and furnace pressure in a certain range. constant pressure oil supply

12、control system adopts plcconverter scheme.this design analyzes oil burning boilers control requirements, chooses the control scheme accord with the boilers control requirements. finished the hardware circuit and control program design with s7-200 plc for the control center, and finished simulative d

13、ebugging of program. the simulation and debugging results show that the design of control software can finish the control requirements of oil burning boiler.the system applies advanced siemens programmable and configuration software. this system is of simple structure, reliable operation.key words:

14、oil burning boiler；plc；transducer；automatic control；configuration software目 錄摘要abstract第1章 引言11.1 plc控制燃油鍋爐的目的和意義 11.2 plc控制燃油鍋爐的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景11.3 研究設(shè)想及方法41.4 預(yù)期成果及意義4第2章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)52.1 燃油鍋爐結(jié)構(gòu)分析52.2 燃油鍋爐工作過程52.3 燃油鍋爐控制系統(tǒng)62.3.1 燃燒控制系統(tǒng)62.3.2 水位控制系統(tǒng)72.3.3 恒壓供油控制系統(tǒng)72.3.4 爐溫pid控制系統(tǒng)82.4 燃油鍋爐系統(tǒng)工藝82.5 燃油鍋爐熱工參數(shù)檢測9

15、2.6 燃油鍋爐的自動調(diào)節(jié)任務(wù)102.7 系統(tǒng)整體控制方案112.8 本章小結(jié)12第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)133.1 plc概述133.1.1 plc的發(fā)展歷程133.1.2 plc的工作原理133.1.3 控制系統(tǒng)的i/o通道地址分配143.1.4 plc系統(tǒng)選型163.2 擴(kuò)展模塊選型183.2.1 數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊em222183.2.2 數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊em223193.2.3 模擬量輸入擴(kuò)展模塊em231193.2.4 模擬量輸出擴(kuò)展模塊em232203.2.5 模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊em235213.3 電機(jī)及驅(qū)動器選型與應(yīng)用設(shè)計(jì)223.3.1 電機(jī)及油泵選型223.3

16、.2 變頻器選型233.3.3 電機(jī)主電路設(shè)計(jì)233.4 檢測元件選型與應(yīng)用設(shè)計(jì)243.4.1 溫度傳感器選型243.4.2 壓力傳感器選型243.4.3 液位傳感器選型263.4.4 火焰檢測器選型263.4.5 檢測傳感器類開關(guān)選型273.5 低壓電器選型273.5.1 接觸器選型273.5.2 繼電器選型283.5.3 斷路器選型283.5.4 熔斷器選型283.5.5 電磁閥選型303.5.6 主令電器選型303.5.7 信號電器選型303.6 系統(tǒng)配電及電源設(shè)計(jì)323.7 人機(jī)接口設(shè)計(jì)333.8 本章小結(jié)34第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)354.1 總體設(shè)計(jì)思想354.2 控制程序設(shè)計(jì)36

17、4.3 組態(tài)界面設(shè)計(jì)384.3.1 wincc flexible組態(tài)軟件仿真的基本方法384.3.2 監(jiān)控主界面設(shè)計(jì)394.3.3 報(bào)警窗口設(shè)計(jì)394.3.4 設(shè)定畫面設(shè)計(jì)414.3.5 組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接414.4 程序調(diào)試434.5 本章小結(jié)47結(jié)束語48參考文獻(xiàn)49致謝51附錄a52附錄b53第1章 引 言1.1 plc控制燃油鍋爐的目的和意義隨著我國經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，能源消費(fèi)日益增大，環(huán)境污染日益惡化，我國的現(xiàn)代化面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)目前在我國顯得尤為重要。人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)以及對改善環(huán)境的呼聲，促使著能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)向潔凈和節(jié)能型能源轉(zhuǎn)變。

18、鍋爐作為工業(yè)生產(chǎn)和供熱系統(tǒng)重要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，能耗巨大，為減少污染、節(jié)約能源，原有的鍋爐控制系統(tǒng)已不能適應(yīng)目前的技術(shù)要求。以前使用的燃煤鍋爐由于其在燃燒時產(chǎn)生大量的二氧化碳和粉塵污染環(huán)境而逐漸被淘汰，使得高效清潔的燃油鍋爐得到了很大的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。鑒于燃油鍋爐所用燃料的快速爆發(fā)性及負(fù)荷的多變性，燃油鍋爐采用自動控制。燃油鍋爐的自動控制包括鍋爐水位、水溫、爐膛負(fù)壓、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測、指示、報(bào)警、調(diào)節(jié)等控制，其任務(wù)主要是維持鍋爐水位、溫度、壓力、煙氣含氧量等物理參數(shù)在設(shè)定范圍內(nèi)，并能自動適合負(fù)荷的變化，從而使鍋爐安全可靠經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行1。燃油鍋爐采用當(dāng)前工業(yè)過程控制領(lǐng)域中引人注

19、目的可編程序控制器（plc）進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，plc不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯順序控制，而且還能完成少量模擬量的過程控制。它最大的特點(diǎn)就是可靠性高、功能強(qiáng)大，它的高可靠性設(shè)計(jì)非常適合在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下應(yīng)用2。由plc作為主控制器的燃油鍋爐控制系統(tǒng)適用于配用各種進(jìn)口及國產(chǎn)燃燒器的燃油鍋爐，能夠?qū)崿F(xiàn)燃油鍋爐的全自動控制，具有效率高、節(jié)約能源、高可靠性的安全系統(tǒng)、符合環(huán)保要求、完善的智能控制等優(yōu)點(diǎn)。從1978年改革以來，我國年均經(jīng)濟(jì)增長率達(dá)9以上，目前已經(jīng)是世界第六大經(jīng)濟(jì)體和第三大貿(mào)易國，中國興起成為了當(dāng)今世界的熱門話題3。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動社會生產(chǎn)的發(fā)展，人類對能源的需求不斷增加，世界上發(fā)達(dá)國家為了

20、解決能源緊張而帶給各行業(yè)的沖擊，都努力在開發(fā)能源的同時，致力于節(jié)能新方法的研究。燃油鍋爐是一種高效、方便的鍋爐，采用plc 技術(shù)對鍋爐進(jìn)行控制，可達(dá)到安全、可靠運(yùn)行目的。燃油鍋爐技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計(jì)選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜，采用先進(jìn)的plc控制技術(shù)可以提高燃油鍋爐的效率，方便操作和使用。基于plc的燃油鍋爐控制系統(tǒng)可以對鍋爐進(jìn)行自動控制，為人們提供安全服務(wù)，對滿足廣大人民群眾生活有重要意義。1.2 plc控制燃油鍋爐的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和集中供熱過程中重要的動力設(shè)備，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前我國有各類工業(yè)鍋爐約25萬多臺。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽，既可以作為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、大型泵類的驅(qū)

21、動透平的動力源，又可作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥和蒸發(fā)等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)設(shè)備的不斷創(chuàng)新，作為動力和熱源的鍋爐，亦向著大容量、高參數(shù)、高效率發(fā)展。為了確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)就顯得愈加重要。80年代以前我國的鍋爐產(chǎn)業(yè)主要以燃煤鍋爐為主，由于我國具有豐富的煤炭資源，燃煤鍋爐至今仍是我國的主導(dǎo)產(chǎn)品，且以中大容量居多。但燃煤鍋爐會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，隨著能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化和節(jié)能環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，燃油鍋爐以其高效率、低污染的優(yōu)點(diǎn)將逐步取代燃煤鍋爐廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域4。隨著改革開放的深入和對環(huán)保的重視以及合理利用資源，開發(fā)中小容量的燃油鍋爐的趨勢越來越明顯，燃油鍋爐

22、的產(chǎn)量將顯著增加。燃油鍋爐作為一種新型高效環(huán)保產(chǎn)品，在世界各國得到大范圍的推廣，工業(yè)發(fā)達(dá)國家燃油鍋爐的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的90%以上。燃燒器和控制系統(tǒng)是燃油鍋爐的兩大關(guān)鍵部件，燃油鍋爐控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，直接影響燃油鍋爐的性能及使用，其報(bào)警及保護(hù)系統(tǒng)直接影響燃油鍋爐的安全性及可靠性5。因此，一套優(yōu)良的燃油鍋爐控制系統(tǒng)對燃油鍋爐的生產(chǎn)者及使用者都具有極為重要的意義。目前我國正在運(yùn)行的大多數(shù)鍋爐系統(tǒng)自動化水平不高，安全性低，工作效率和環(huán)境污染普遍低于國家標(biāo)準(zhǔn)。隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展和成熟，國外發(fā)達(dá)國家的鍋爐已經(jīng)應(yīng)用了成熟的 dcs 或 fcs 產(chǎn)品，并取得了良好的效果6。因此我國的燃油鍋爐控制系統(tǒng)主要

23、依賴進(jìn)口，其市場基本被歐美和日韓所壟斷。設(shè)計(jì)性價(jià)比高并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的控制系統(tǒng)對剛剛起步的我國燃油鍋爐產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要，也是一個亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。鍋爐控制系統(tǒng)的發(fā)展過程與其它事物一樣，也經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由手動到自動的過程。在六十年代以前，由于自動化技術(shù)與電子技術(shù)發(fā)展不成熟，人們的自動化觀念還比較淡薄，這段時期的鍋爐一般采用純手動的控制方式。即操作工人通過經(jīng)驗(yàn)決定送風(fēng)、給水、引風(fēng)、給料的多少，通過手動操作器等方式來達(dá)到控制鍋爐的目的。這樣就要求司爐人員必須有豐富的經(jīng)驗(yàn)，增加了工人的勞動強(qiáng)度，事故率高，更談不上保證鍋爐的高效率運(yùn)行。隨著自動化技術(shù)與電子技術(shù)的發(fā)展，國外己經(jīng)開發(fā)并廣泛應(yīng)用了全自動

24、工業(yè)鍋爐控制技術(shù)。60年代前期，我國工業(yè)鍋爐的控制技術(shù)開始發(fā)展，60年代后期我國引進(jìn)了國外的全自動燃油工業(yè)鍋爐的控制技術(shù)，70年代后期己經(jīng)研制了一些工業(yè)鍋爐的自動化儀表，正式將自動化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)鍋爐控制領(lǐng)域，因而熱效率有所提高，事故率也有所下降。但是，由于采用單元組合儀表靠硬件來實(shí)現(xiàn)控制功能，可靠性低，精度不高，而且只能完成一些簡單的控制算法，不能實(shí)現(xiàn)一些較先進(jìn)的算法和控制技術(shù)，控制效果仍然不理想。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，高集成度、高可靠性、價(jià)格低廉的微型計(jì)算機(jī)、單板機(jī)、單片機(jī)、工業(yè)專用控制計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及在我國的廣泛應(yīng)用，為鍋爐控制領(lǐng)域開辟了一片廣闊的天地。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，開發(fā)出高效率、高可靠

25、性、全自動的微機(jī)工業(yè)測控系統(tǒng)日益得到重視7。80年代后期至今，國內(nèi)己經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)了各種各樣的鍋爐微機(jī)測控系統(tǒng)，明顯地改善了鍋爐的運(yùn)行狀況，但還不夠完善，并對環(huán)境和抗干擾要求較高。進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類進(jìn)入了一個以知識經(jīng)濟(jì)為特征的信息時代，檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)一起構(gòu)成現(xiàn)代信息的三大基礎(chǔ)。21世紀(jì)第一個10年的熱點(diǎn)必將是傳感、執(zhí)行與檢測。鍋爐自動化控制系統(tǒng)作為傳感、執(zhí)行與檢測技術(shù)的一個應(yīng)用方面也必將跨入數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的時代。而且，對于大規(guī)模鍋爐群控，檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)結(jié)合在一起，形成鍋爐控制系統(tǒng)的集成化管理、網(wǎng)絡(luò)化控制，這將是鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展的又一個里程碑8。而在鍋爐控

26、制理論方面，也有許多優(yōu)秀的控制理論相繼出現(xiàn)。最為典型的是pid控制，即比例、積分和微分控制。后來，模糊控制理論得到長期發(fā)展，目前已經(jīng)很好地應(yīng)用在鍋爐控制系統(tǒng)上。目前分散控制系統(tǒng)大多采用應(yīng)用在當(dāng)前工業(yè)過程控制領(lǐng)域中引人注目的可編程序控制器（plc）進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)， plc是采用微電腦技術(shù)制造的通用的自動控制設(shè)備，它具有高可靠性，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的高溫，沖擊震動等惡劣環(huán)境，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過程的自動控制。plc不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯順序控制，而且還能完成少量模擬量的過程控制。此外，plc編程簡單，使用方便，現(xiàn)場安裝調(diào)試時間短。工控機(jī)plc的組合，不但系統(tǒng)體積小、可靠性高，而且造價(jià)較低

27、，得到了廣大用戶的青睞9。隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，自動化控制水平越來越高，用戶對鍋爐控制系統(tǒng)的工作效率要求也越來越高。為了提高鍋爐的工作效率，減少對環(huán)境的污染，所以利用計(jì)算機(jī)與組態(tài)軟件技術(shù)對鍋爐進(jìn)行自動控制有著重要的意義10。組態(tài)軟件提供了豐富的圖像顯示、數(shù)據(jù)庫處理、對象連接等數(shù)據(jù)管理功能，為使用者提供了極大的方便，而且因其方便的界面設(shè)計(jì)而使參數(shù)顯示及圖形動畫變得非常容易。但組態(tài)軟件本身并不具備控制組態(tài)功能，因此往往用在上位機(jī)上，控制功能仍需要可編程序控制器下位機(jī)來實(shí)現(xiàn)。近年來plc和組態(tài)軟件在鍋爐控制系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用得到了很大的發(fā)展，輕松的解決了畫面設(shè)計(jì)和與plc通信的問題，可以很容易的生成人機(jī)

28、界面的畫面，還可以實(shí)現(xiàn)某些動畫功能11。鍋爐控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面使運(yùn)行參數(shù)在觸摸屏上集中監(jiān)測，操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上能根據(jù)控制效果及時修改運(yùn)行參數(shù)，有效地減少了工人的疲勞和失誤，提高了生產(chǎn)過程的實(shí)時性和安全性。1.3 研究設(shè)想及方法采用可編程序控制器plc作為鍋爐控制器進(jìn)行燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)燃油鍋爐的全自動控制。首先確定燃油鍋爐的控制對象，以控制對象為依據(jù)設(shè)計(jì)燃油鍋爐的總體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，接著進(jìn)行控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)中分別對主電路和輔助電路進(jìn)行設(shè)計(jì)；軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中先對組態(tài)軟件控制系統(tǒng)操作界面及系統(tǒng)主程序和功能子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對控制系統(tǒng)程序

29、進(jìn)行模擬和調(diào)試。1.4 預(yù)期成果及意義采用可編程序控制器plc對燃油鍋爐進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)過程的自動檢測、自動控制等多項(xiàng)功能。在不需人工干預(yù)的情況下，隨時調(diào)整給水量、燃料量、送風(fēng)量及引風(fēng)量，維持水位、蒸汽壓力、蒸汽溫度及爐膛負(fù)壓恒定，提高燃油鍋爐的效率，使鍋爐達(dá)到經(jīng)濟(jì)燃燒狀態(tài)。plc和組態(tài)軟件綜合應(yīng)用，使系統(tǒng)控制靈活方便，實(shí)現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行?；趐lc的燃油鍋爐控制系統(tǒng)將現(xiàn)場的鍋爐控制運(yùn)行和管理有機(jī)的良好結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了鍋爐控制系統(tǒng)的自動化水平。 該系統(tǒng)代表了我國中小型鍋爐現(xiàn)場集成自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向和較高的管理水平，對提高國民經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)國家工業(yè)發(fā)展有著重要

30、的作用和意義。第2章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1 燃油鍋爐結(jié)構(gòu)分析 隨著對環(huán)保要求的不斷提高，燃油鍋爐逐漸走進(jìn)人們的生活，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示。圖2.1 燃油鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖燃油鍋爐主要由以下幾部分組成12：汽包：由上下鍋筒和三簇沸水管組成，水在管內(nèi)受管外煙氣加熱，在管簇內(nèi)發(fā)生自然的循環(huán)流動，并逐漸汽化，產(chǎn)生的飽和蒸汽聚集在上鍋筒里邊。下鍋筒作為連接沸水管之用，同時儲存水和水垢。燃油預(yù)熱器：鍋爐啟動前，將鍋爐燃燒用的燃油加熱到適當(dāng)溫度以達(dá)到良好霧化，保證鍋爐的正常燃燒。爐膛：是使燃料充分燃燒并放出熱能的設(shè)備，由供油系統(tǒng)和油槍組成。引風(fēng)設(shè)備：包括引風(fēng)機(jī)，煙囪，煙道幾部分，用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排

31、除。送風(fēng)設(shè)備：由鼓風(fēng)機(jī)和風(fēng)道組成，用它來供應(yīng)燃料燃燒所需要的空氣。燃料供給設(shè)備：包括供油管路和油槍等。2.2 燃油鍋爐工作過程鍋爐最基本的組成部分是汽包和爐膛兩大部分。燃料在爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒，將其化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，高溫的燃燒產(chǎn)物煙氣通過汽包受熱面將熱能傳遞給汽包內(nèi)溫度較低的水，水被加熱進(jìn)而沸騰汽化，生成蒸汽。 1、燃料的燃燒過程燃油由油泵從儲油罐中抽出，經(jīng)燃油預(yù)熱器預(yù)熱，由噴油電磁閥經(jīng)噴油口打入鍋爐進(jìn)行燃燒。燃燒時，鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)，噴油電磁閥噴油，點(diǎn)火變壓器接通（子火燃燒），瓦斯閥打開（母火燃燒），將燃油點(diǎn)燃。點(diǎn)火完畢后，關(guān)閉點(diǎn)火，繼續(xù)送風(fēng)、噴油，使燃燒持續(xù)。2、煙氣向水（汽）等的傳熱過程由于燃料的

32、燃燒放熱，爐內(nèi)溫度很高，高溫?zé)煔馀c布置在爐膛四周墻面上的水管進(jìn)行強(qiáng)烈的輻射傳熱，將熱量傳遞給管內(nèi)工質(zhì)。煙氣將熱量傳遞給管內(nèi)的水后，由于引風(fēng)機(jī)和煙囪的引力作用而向爐膛上方流動。沿途降低溫度的煙氣最后進(jìn)入尾部煙道，排出鍋爐。3、水的汽化過程水的汽化過程就是蒸汽的產(chǎn)生過程，主要包括水循環(huán)和汽水分離過程。鍋爐工作時，汽鍋中的工作介質(zhì)是處于飽和狀態(tài)下的汽水混合物，它們位于煙氣溫度較低的對流管束中。由于受熱較少，汽水混合物的容重較大；而處于煙氣溫度較高區(qū)的水冷壁和對流管束受熱多，其相應(yīng)工質(zhì)的容重小。這樣，容重大的工質(zhì)向下流入下鍋筒，而容重較小的工質(zhì)則向上流入上鍋筒，形成水的自然循環(huán)。由于上鍋筒內(nèi)的汽水分離

33、設(shè)備和鍋筒本身空間內(nèi)的重力分離作用，使汽水混合物得以分離。 2.3 燃油鍋爐控制系統(tǒng)燃油鍋爐控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，直接影響燃油鍋爐的性能及使用，其報(bào)警及保護(hù)系統(tǒng)直接影響燃油鍋爐的安全性及可靠性。因此，一套優(yōu)良的燃油鍋爐控制系統(tǒng)對燃油鍋爐的生產(chǎn)者及使用者都具有極為重要的意義。在本設(shè)計(jì)中，燃油鍋爐的控制系統(tǒng)主要包括燃燒器控制、鍋爐水位控制、油泵恒壓供油控制以及爐溫pid控制三大部分。2.3.1 燃燒控制系統(tǒng)燃燒器是燃油鍋爐的關(guān)鍵設(shè)備，它應(yīng)該具備效率高、穩(wěn)定著火、安全性好等特點(diǎn)。燃燒器主要由燃燒裝置和控制裝置兩大部分組成。燃燒裝置包括：鼓風(fēng)機(jī)、油泵、點(diǎn)火裝置、引風(fēng)機(jī)、噴油電磁閥等。控制裝置主要是程序控

34、制器。燃油鍋爐程序控制主要有以下幾點(diǎn)：(1) 吹掃程序在燃燒啟動前，燃燒器應(yīng)對鍋爐爐膛預(yù)吹掃一段時間（通常30秒左右），即風(fēng)門執(zhí)行器將風(fēng)門由小向大打開，在風(fēng)門最大位置對鍋爐爐膛進(jìn)行預(yù)吹掃。(2) 自動點(diǎn)火程序在吹掃及閥門密封性、供氣壓力檢測完成后，風(fēng)門執(zhí)行器帶動風(fēng)門關(guān)小到設(shè)定的點(diǎn)火位置，點(diǎn)火變壓器投入工作，當(dāng)點(diǎn)火變壓器打開后，可燃油霧立即被高壓電火花點(diǎn)燃產(chǎn)生點(diǎn)火火焰。(3) 安全運(yùn)行連鎖保護(hù)程序風(fēng)壓安全檢測在預(yù)吹掃過程和整個燃燒運(yùn)行過程中都在工作，當(dāng)風(fēng)壓低于設(shè)定值時，燃燒器程序控制器進(jìn)入自鎖狀態(tài)，中止燃燒器運(yùn)行。(4) 閥門密封性檢測保護(hù)程序在每次起動點(diǎn)火前閥門檢測裝置都要自動進(jìn)行檢測，當(dāng)閥門

35、存在漏氣時將鎖定燃燒器控制。(5) 停爐、熄火保護(hù)程序當(dāng)點(diǎn)火火焰建立后，火焰探測器開始工作，當(dāng)檢測到有點(diǎn)火火焰后，將進(jìn)行第一次火焰探測（燃燒火焰），在探測有火焰后程序控制器完成點(diǎn)火程序，燃燒器進(jìn)入負(fù)荷調(diào)節(jié)。不論任何一次如沒有探測到火焰，程序控制器應(yīng)該自鎖并中斷供油，同時停爐并報(bào)警。2.3.2 水位控制系統(tǒng)保持鍋爐水位在規(guī)定的范圍，鍋爐水位的高低對鍋爐的安全運(yùn)行極為重要。水位太高，會使蒸汽大量帶水，降低品質(zhì)，甚至?xí)l(fā)生滿水事故。水位偏低，會造成鍋筒各部分的溫度偏差，形成熱應(yīng)力，極限情況下會出現(xiàn)裂紋。水位過低，則容易發(fā)生缺水事故。在負(fù)荷變化時，鍋爐水位也會快速變化，因此必須采用自動控制來維持水位在

36、規(guī)定的范圍內(nèi)13。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的必要條件之一，是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。2.3.3 恒壓供油控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的供油采用日用油箱方式，設(shè)備龐大，造價(jià)高，占地多，壓力控制精度低，維護(hù)工作量大。為了提高供油系統(tǒng)的技術(shù)性能，徹底解決供油管路因壓力波動引起的滲漏、爆裂等現(xiàn)象，確保供油系統(tǒng)的可靠性、安全性，本設(shè)計(jì)將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于油泵的控制。變頻調(diào)速恒壓供油系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢取代了原來的供油系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用plc變頻器混合控制方案，并且可以通過plc與上位機(jī)進(jìn)行通訊，完成過程監(jiān)測任務(wù)，采用變頻器完成過程控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恒壓供油，并對供油系統(tǒng)的油壓和各油泵的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)

37、控。本控制系統(tǒng)保持輸油管內(nèi)部壓力恒定，當(dāng)儲油罐內(nèi)缺油或因故障使管道內(nèi)壓力過高時，系統(tǒng)能及時報(bào)警并自動停止油泵的工作。2.3.4 爐溫pid控制系統(tǒng)本設(shè)計(jì)中，鍋爐爐膛溫度采用pid控制，傳感器（電熱偶）將檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號經(jīng)過溫度模塊后，與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，得到偏差，此偏差送入plc控制器按pid算法進(jìn)行修正，返回對應(yīng)工況下的噴油電磁閥，調(diào)節(jié)噴油電磁閥的開度，增大或減少進(jìn)入鍋爐的燃油流量，最終使實(shí)際溫度接近或等于給定值，從而實(shí)現(xiàn)對爐子的溫度控制?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示，方框圖如圖2.3所示。圖2.3中，r(s)為設(shè)定溫度的拉氏變換式；e(s)為偏差的拉氏變換式；gc(s)為控

38、制器的傳遞函數(shù)；go(s)為廣義對象，即控制閥、對象控制通道、測量變送裝置三個環(huán)節(jié)的合并；該溫度控制系統(tǒng)是具有時滯的一階閉環(huán)系統(tǒng)，傳遞函數(shù)為 （2.1）式2.1中，k0為對象放大系數(shù)；為對象時間常數(shù)；為對象時滯。 （2.2）由階躍響應(yīng)法求得， =0.5；= 2.5min；=1.2min圖2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2.3 控制系統(tǒng)框圖2.4 燃油鍋爐系統(tǒng)工藝燃油鍋爐控制系統(tǒng)是由plc來控制燃油鍋爐的起動、停止以及出現(xiàn)異常情況時能暫停且異常情況消失后能自動按起燃順序重新工作的。在工藝過程上，鍋爐對控制系統(tǒng)有如下要求：1、啟動按下啟動按鈕，啟動油泵，接通燃油預(yù)熱器預(yù)熱燃油。判斷是否具備點(diǎn)火條件，條件滿

39、足30s后啟動鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，把風(fēng)門調(diào)到最大吹掃爐膛。30s后，預(yù)掃風(fēng)結(jié)束，接通點(diǎn)火變壓器，打開瓦斯閥，同時噴油電磁閥打開，噴入少量油。5s后，若點(diǎn)火成功，噴油電磁閥正常打開繼續(xù)噴油，點(diǎn)火變壓器和瓦斯閥門同時關(guān)閉，進(jìn)入正常燃燒。 2、停止按下停止按鈕，燃油預(yù)熱器關(guān)閉，噴油電磁閥關(guān)閉，油泵關(guān)閉，鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)送風(fēng)清爐，持續(xù)20s后送風(fēng)停止，1min后引風(fēng)機(jī)關(guān)閉。 3、鍋爐燃燒控制鍋爐燃燒過程中，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時（即水蒸汽壓力超過允許值3s或水位超過上限并持續(xù)5s或低于下限并持續(xù)5s），發(fā)出報(bào)警信號并能自動關(guān)火進(jìn)行清爐；異常情況消失后，又能自動按起燃燒程序重新點(diǎn)火燃燒。 4、鍋爐水位控制鍋爐啟動后，當(dāng)

40、水位低于下限時，水位下限指示燈亮，進(jìn)水閥打開，出水閥關(guān)閉；當(dāng)水位高于上限時，水位上限指示燈亮，出水閥打開，進(jìn)水閥關(guān)閉。 燃油鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程圖如圖2.4所示。圖2.4 燃油鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程圖2.5 燃油鍋爐熱工參數(shù)檢測依據(jù)鍋爐的工藝流程及安全需要，通常要求在自動控制過程中對下列參數(shù)進(jìn)行檢測。1、鍋爐生產(chǎn)的溫度檢測溫度是燃油鍋爐生產(chǎn)過程中最基本最常用的熱工參數(shù)。他一般占全部熱工參數(shù)的50左右。依據(jù)燃油鍋爐生產(chǎn)工藝和控制流程的要求一般有以下方面：(1) 爐膛溫度的檢測指示(2) 蒸汽溫度的檢測指示(3) 鍋爐水溫的檢測指示2、鍋爐生產(chǎn)的壓力測量壓力參數(shù)在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，它是鍋爐安全生產(chǎn)、經(jīng)

41、濟(jì)運(yùn)行、系統(tǒng)控制過程中的主要參數(shù)。主要包括：(1) 汽包壓力檢測指示 (2) 爐膛負(fù)壓檢測指示3、鍋爐生產(chǎn)的汽包水位測量汽包水位高低是關(guān)系到蒸汽質(zhì)量確保安全生產(chǎn)的重要參數(shù)。滿水和缺水都會造成重大的安全事故。2.6 燃油鍋爐的自動調(diào)節(jié)任務(wù)燃油鍋爐的生產(chǎn)任務(wù)是根據(jù)負(fù)荷設(shè)備的要求，生產(chǎn)具有一定參數(shù)（壓力和溫度）的蒸汽和熱水14。為滿足負(fù)荷設(shè)備的要求，保證鍋爐本身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，燃油鍋爐主要有下列自動調(diào)節(jié)任務(wù)：1、保持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi) 鍋爐汽包水位高度，關(guān)系著汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量，也是確保安全生產(chǎn)的重要參數(shù)。要使鍋爐的蒸發(fā)量隨時適應(yīng)負(fù)荷設(shè)備的需要量，汽包水位的變化速度必然很快，稍

42、不注意就容易造成汽包滿水，無論滿水或缺水都會造成事故。因此，必須對汽包水位進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，將水位嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。2、穩(wěn)定蒸汽溫度過熱蒸汽的溫度是生產(chǎn)工藝需要確定的重要參數(shù)，蒸汽溫度過高會燒壞過熱器水管，對負(fù)荷設(shè)備的安全運(yùn)行帶來不利因素。蒸汽溫度過低會直接影響負(fù)荷設(shè)備的使用，對汽輪機(jī)來說，會影響它的工作效率。一般情況，進(jìn)汽溫度每降低5，效率降低1。因此，從安全生產(chǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上看，必須對蒸汽溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使蒸汽溫度保持在額定值范圍之內(nèi)。3、控制蒸汽壓力的穩(wěn)定蒸汽壓力是衡量蒸汽供求關(guān)系是否平衡的重要指標(biāo)，是鍋爐蒸汽的重要工藝參數(shù)。蒸汽壓力過高或過低，對于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的。

43、在鍋爐運(yùn)行過程中，蒸汽壓力降低，表明負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量大于鍋爐的蒸發(fā)量；蒸汽壓力升高，說明負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量小于鍋爐的蒸發(fā)量。因此，控制蒸汽壓力，是安全生產(chǎn)的需要，是維持負(fù)荷設(shè)備正常工作的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要。4、控制爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍內(nèi)鍋爐在正常運(yùn)行中，爐膛壓力應(yīng)保持在1020pa的負(fù)值范圍之內(nèi)。負(fù)壓過大，漏風(fēng)嚴(yán)重，總的風(fēng)量增加，煙氣熱量損失增大，同時引風(fēng)機(jī)的電耗增加，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒；負(fù)壓偏正，爐膛要向外噴火，不利于安全生產(chǎn)，有害于環(huán)境衛(wèi)生，所以爐膛負(fù)壓必須進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。5、維持經(jīng)濟(jì)燃燒要使鍋爐燃燒過程出現(xiàn)最佳工況，提高鍋爐的效率和經(jīng)濟(jì)性，必須使空氣和燃料維持適當(dāng)?shù)谋壤?。對?/p>

44、燃油鍋爐，現(xiàn)代的運(yùn)行水平可以將燃燒室里的自由氧控制在0.51之內(nèi)，即過剩空氣為2.45左右。將過?？諝饨档偷浇诶硐胨蕉植怀霈F(xiàn)co和冒黑煙，這就需要快速而精確地對燃燒過程進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使空氣和燃油呈現(xiàn)最佳配比。2.7 系統(tǒng)整體控制方案根據(jù)燃油鍋爐的工藝流程和對其各項(xiàng)參數(shù)分析，確定燃油鍋爐的整體控制方案。方案主要包括水位控制，燃燒控制，恒壓供油控制和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。水位控制是以汽包水位作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，控制進(jìn)出水閥，保持鍋爐水位在設(shè)定的范圍內(nèi)。在燃燒控制方面主要保證鍋爐燃燒的三項(xiàng)調(diào)節(jié)任務(wù)即蒸汽壓力穩(wěn)定，燃燒的經(jīng)濟(jì)性和爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。在外部擾動作用時，控制器通過對燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量的測

45、量調(diào)整保證各項(xiàng)指標(biāo)在合理范圍內(nèi)。恒壓供油控制部分采用plc變頻器混合控制方案，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于油泵的控制。燃油鍋爐控制系統(tǒng)由燃油預(yù)熱器、點(diǎn)火變壓器、瓦斯閥、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、油泵、進(jìn)水閥出水閥、水位上下限開關(guān)、各種檢測儀表及監(jiān)控設(shè)備組成，系統(tǒng)原理框圖如圖2.5所示?？删幊绦蚩刂破鱬lc作為鍋爐控制器，通過對燃油預(yù)熱器、噴油電磁閥、點(diǎn)火變壓器、瓦斯閥、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、油泵和進(jìn)出水閥等部件的控制，實(shí)現(xiàn)燃油鍋爐的給水、點(diǎn)火程序、風(fēng)油調(diào)節(jié)和蒸汽壓力的自動控制。蒸汽壓力由壓力傳感器和蒸汽壓力開關(guān)檢測并將信號送進(jìn)plc的一路模擬量輸入端和一路數(shù)字量輸入端，plc內(nèi)部繼電器根據(jù)輸入信號對送風(fēng)量和燃油量進(jìn)行

46、自動調(diào)節(jié)，維持正常蒸汽壓力。當(dāng)超壓時，發(fā)出聲光報(bào)警同時自動停機(jī)，直到壓力下降到一定值，自動重新啟動。鍋爐水位由上下限水位開關(guān)進(jìn)行檢測，plc根據(jù)檢測出的水位信號對進(jìn)出水閥進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)水位的自動控制，外部照樣能手動加水和放水。采用壓力傳感器和溫度傳感器對水溫、汽溫、爐溫和爐膛負(fù)壓進(jìn)行檢測，并通過plc實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，維持它們在規(guī)定范圍內(nèi)。安裝在管網(wǎng)上的油壓傳感器將實(shí)測的管網(wǎng)壓力反饋到變頻器，與預(yù)先通過面板設(shè)定的給定壓力進(jìn)行比較，通過變頻器內(nèi)部pid運(yùn)算，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持管網(wǎng)壓力與給定壓力值的一致，實(shí)現(xiàn)恒壓供油。油位傳感器用來檢測油箱中油量，使操作人員及時了解油箱中的剩余

47、油量，以免油泵空抽。圖2.5 系統(tǒng)原理框圖2.8 本章小結(jié) 本章主要對燃油鍋爐的結(jié)構(gòu)組成，工藝流程，工作過程及控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡要介紹同時分析了鍋爐工作過程中的熱工檢測內(nèi)容，進(jìn)而提出了燃油鍋爐自動調(diào)節(jié)的基本任務(wù)。根據(jù)燃油鍋爐的控制要求和各項(xiàng)參數(shù)分析確定了燃油鍋爐的總體控制方案。第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 plc概述3.1.1 plc的發(fā)展歷程可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程；而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)

48、系統(tǒng)連成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。plc技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，由最初的一位機(jī)發(fā)展為8位機(jī)。隨著微處理器cpu和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在plc中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的plc。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化plc得到了驚人的發(fā)展，使plc在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)，功耗、體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且遠(yuǎn)程i/0和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及人機(jī)界面（hmi）也有了長足的發(fā)展。現(xiàn)在plc不僅能得心應(yīng)手的應(yīng)用于制造業(yè)自動

49、化，而且還可以應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過程控制系統(tǒng)，所有這些已經(jīng)使之成為自動化技術(shù)領(lǐng)域的三大支柱之一，即使在現(xiàn)場總線技術(shù)成為自動化技術(shù)應(yīng)用熱點(diǎn)的今天，plc仍然是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中不可缺少的控制器。3.1.2 plc的工作原理plc是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理的基礎(chǔ)之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。cpu是以分時操作方式來處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動作，所以它屬于串行工作方式。plc工作的整個過程可分為三部分：第一部分是上電處理。機(jī)器上電后對plc系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化，包括硬件初始化，i/o模塊配

50、置檢查，停電保持范圍設(shè)定，系統(tǒng)通信參數(shù)配置及其他初始化處理等。第二部分是掃描過程。plc上電處理階段完成以后進(jìn)入掃描工作過程。第三部分是出錯處理。plc每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定plc自身的動作是否正常，如檢查出異常時，cpu面板上的led及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼；當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時，cpu被強(qiáng)制為stop方式，所有的掃描便停止。概括而言，plc是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。每一次掃描所用的時間稱作掃描周期或工作周期。在一個掃描周期中，plc一般將完成部分或全部的以下操作：讀輸入處理通信請求執(zhí)行邏輯控制程序?qū)戄敵鰣?zhí)行cpu自診斷。plc

51、就是這樣周而復(fù)始的循環(huán)這些動作過程一直到關(guān)機(jī)。當(dāng)plc上電后，處于正常運(yùn)行時，它將不斷重復(fù)掃描過程，并不斷循環(huán)重復(fù)下去。分析上述掃描過程，如果對遠(yuǎn)程i/o、特殊模塊、更新時鐘和其他通信服務(wù)等枝葉的東西暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷新”三個階段了。這三個階段是plc工作過程的中心內(nèi)容，也是plc工作原理的實(shí)質(zhì)所在。(1) 輸入采樣階段plc在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時輸入映像寄存器被刷新。接著系統(tǒng)進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直

52、到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的內(nèi)容。所以，一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，或者說輸入信號的頻率不能太高，否則很可能造成信號的丟失。(2) 程序執(zhí)行階段進(jìn)入程序執(zhí)行階段后，一般來說（因?yàn)檫€有子程序和中斷程序的情況），plc按從左到右、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，plc就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件（“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，最新的運(yùn)算結(jié)果馬上再存入到相應(yīng)的元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件（“軟繼電器”）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而刷新。(3) 輸出刷新

53、階段在用戶程序執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通斷開）在輸出刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式集中輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負(fù)載。在下一個輸出刷新階段開始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會改變，從而相應(yīng)輸出端子的狀態(tài)也不會改變。3.1.3 控制系統(tǒng)的i/o通道地址分配根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，i/o通道地址分配如表3.1和3.2所示。表3.1 輸入輸出信號代碼和地址編號名稱代碼地址編號啟動按鈕sf1i0.0停止按鈕sf2i0.1水位上限開關(guān)bg1i0.2水位下限開關(guān)bg2i0.3手動加水按鈕sf3i0.4手動放水按鈕sf4i0.5火焰探測器開關(guān)kfi0.6 蒸汽壓力開關(guān)bp

54、i0.7油泵運(yùn)行狀態(tài)開關(guān)sf5i1.01號油泵啟動按鈕sf6i1.11號油泵停止按鈕sf7i1.22號油泵啟動按鈕sf8i1.32號油泵停止按鈕sf9i1.4鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)信號ka1i2.0引風(fēng)機(jī)停機(jī)信號ka2i2.11號油泵停機(jī)信號ka3i2.22號油泵停機(jī)信號ka4i2.3消鈴按鈕sf10i2.4試燈/鈴按鈕sf11i2.5燃油預(yù)熱器繼電器kf1q0.0點(diǎn)火變壓器繼電器kf2q0.1鼓風(fēng)機(jī)接觸器qa1q0.2引風(fēng)機(jī)接觸器qa2q0.3噴油器電磁閥mb1q0.4瓦斯閥mb2q0.5火焰指示燈pg1q0.6熄火報(bào)警pb1q0.7報(bào)警pb2 pg2q1.0 q1.1進(jìn)水閥mb3q2.0水位下限報(bào)警指

55、示燈pg3q2.1出水閥mb4q2.2水位上限報(bào)警指示燈pg4q2.31號油泵電機(jī)接觸器qa3q2.41號油泵正常運(yùn)行指示燈pg5q2.51號油泵故障報(bào)警蜂鳴器pb3q2.6鼓風(fēng)機(jī)故障指示燈pg6q2.72號油泵電機(jī)接觸器qa4q3.02號油泵正常運(yùn)行指示燈pg7q3.12號油泵故障報(bào)警蜂鳴器pb4q3.2引風(fēng)機(jī)故障指示燈pg8q3.3序號功能信號序號功能信號aiw0溫度傳感器1輸入aiw12液位傳感器aiw2溫度傳感器2輸入aiw14壓力傳感器3輸入aiw4溫度傳感器3輸入aqw4給變頻器1信號aiw6溫度傳感器4輸入aqw6給變頻器2信號aiw8壓力傳感器1輸入aqw8給變頻器3信號aiw10壓力傳感器2輸入aqw10給變頻器4信號表3.2 模擬量輸入輸出信號代碼和地址編號表3.1.4 plc系統(tǒng)選型從結(jié)構(gòu)上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可