基于PLC控制的電鍋爐控制系統(tǒng)方案

1、職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)題目：基于 PLC 控制的工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng) 作者：XX 學(xué)號(hào)：XXXXXXXX 院 、 系：機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電氣自動(dòng)化 091 指導(dǎo)教師： XXX 副教授（校） XX 工程師（校外） 2012 年 5 月 29 日I / 42基于 PLC 控制的工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)摘要鍋爐是特種壓力容器設(shè)備，它是化工、發(fā)電、供熱、煉油和制糖等工業(yè)與民用部門(mén)必不可少的重要的動(dòng)力設(shè)備。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，鍋爐的控制系統(tǒng)和方式越來(lái)越引起人們的重視，而且對(duì)控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，工業(yè)鍋爐實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制可以將鍋爐的水位、溫度、壓力等參數(shù)控制在規(guī)定的圍，并能自動(dòng)適應(yīng)

2、負(fù)荷的變化，從而使鍋爐安全可靠經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。本論文通過(guò)對(duì)工業(yè)鍋爐電氣系統(tǒng)主回路進(jìn)行分析，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)、斷路器、交流接觸器、繼電器、變送器、電纜線(xiàn)等主要電器的參數(shù)后，再選擇了相應(yīng)電器的型號(hào)與具體數(shù)據(jù)。然后相應(yīng)設(shè)計(jì)出工業(yè)鍋爐的壓力控制系統(tǒng)、水位控制系統(tǒng)。在綜合考慮系統(tǒng)的精度、效率以與經(jīng)濟(jì)性等的因素之后，最終確定以 PLC 為控制核心。本畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程包括工業(yè)鍋爐電氣控制系統(tǒng)程序，用計(jì)算機(jī)繪制電氣主電路圖和PLC 外圍接線(xiàn)圖等。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：工業(yè)鍋爐 ；水位控制；壓力控制； PLCII / 42BasedBased onon thethe PLCPLC controlcontrol inin indus

3、trialindustrial boilerboiler controlcontrol systemsystemAbstractAbstractBoiler is a special pressure vessel equipment, it is chemical, power generation, heating, oil and sugar and other industrial and civil departments indispensable important power equipment. Along with the computer control technolo

4、gy of the rapid development and extensive application of the boiler control system, and the way people pay more and more attention, but also to the control system of the increasingly high demand, industrial electric heating boiler automatic control of boiler water level, can be temperature, pressure

5、 and other parameters control in the specified range, and can automatically adapt load change, so that the boiler safe and economic operation.The present paper through to the industrial boiler electrical system main circuit analysis, calculate the motor, AC contactor, breaker, relay, transmitter, ca

6、ble and other electrical parameters, and then select the corresponding electric models and specific data. Then the corresponding design of industrial boiler pressure control system, water level control system. Considering the system precision, efficiency and economy and other factors, finally determ

7、ined with PLC as the control core.This graduation design process including electric boiler electric control system for computer aided drawing program, the main electrical circuit diagram and PLC external wiring diagram.KeyKey Words:Words: industrial boiler; water level control; pressure control; PLC

8、I / 42目錄摘要IABSTRACTII第一章文獻(xiàn)綜述11.1 課題研究目的 11.2 工業(yè)鍋爐的概述 21.2.1 鍋爐的基本構(gòu)造 21.2.2 鍋爐的基本組成 21.2.3 鍋爐的工作原理 31.3 鍋爐自動(dòng)控制的發(fā)展 31.4 本文的研究方向 4第二章技術(shù)方案的選擇52.1 方案論證 52.1.1 方案 152.1.2 方案 252.1.3 方案 352.2 方案選擇 52.3 程序的設(shè)計(jì)思路 6第三章 PLC 基礎(chǔ)知識(shí)83.1 PLC 的概述 83.2 PLC 的組成 83.3 PLC 的工作過(guò)程 83.4 FX2N-4AD 模擬轉(zhuǎn)換器 9第四章設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐電氣控制系統(tǒng)124.1 鍋

9、爐的電氣控制系統(tǒng)的介紹 124.1.1 鍋爐自動(dòng)控制的任務(wù) 124.1.2 程序控制 124.1.3 鍋爐保護(hù)裝置 13II / 424.2 鍋爐主要電氣設(shè)備的計(jì)算與選擇 134.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 134.2.2 熱繼電器的選擇 134.2.3 接觸器的選擇 144.2.4 斷路器的選擇 144.2.5 電纜線(xiàn)的選擇 154.3 水位控制系統(tǒng)與壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 154.3.1 工業(yè)鍋爐水位控制系統(tǒng) 154.3.2 工業(yè)鍋爐壓力控制系統(tǒng) 184.4 電源欠壓、過(guò)壓與電機(jī)的過(guò)流保護(hù)的設(shè)計(jì) 224.4.1 電壓變送器 234.4.2 電流變送器與電流互感器 234.4.3 欠壓、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)

10、的實(shí)現(xiàn) 24第五章結(jié)論27辭28參考文獻(xiàn)29附錄 130附錄 231附錄 3321 / 42第一章 文獻(xiàn)綜述隨著計(jì)算機(jī)和控制理論的發(fā)展，鍋爐控制技術(shù)6在國(guó)外發(fā)展越來(lái)越快。據(jù)有關(guān)資料介紹，目前，國(guó)外新興的工業(yè)鍋爐上都安裝有五個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng):燃燒控制系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)、給水控制系統(tǒng)，蒸汽溫度控制系統(tǒng)、空氣預(yù)熱器冷端溫度控制系統(tǒng)。上世紀(jì)七十年代前，鍋爐控制只注重安全性和可靠性，到1927年由于世界能源危機(jī)的出現(xiàn)和能源價(jià)格的直線(xiàn)上升，各國(guó)都把節(jié)約能源和開(kāi)辟能源作為基本國(guó)策。在我國(guó)的能源消耗中，煤占70%，油占30%.我國(guó)設(shè)計(jì)鍋爐的熱效率大多在70%一80%之間，鍋爐的熱效率降低.由于電熱的霧化不

11、好或配風(fēng)不合理，使鍋爐的熱效率降低。因而，在原油價(jià)格不斷上漲的今天，對(duì)于工業(yè)鍋爐的控制，就是要提高鍋爐的熱效率，使鍋爐在最佳工況下運(yùn)行己成為人們矚目的課題。鍋爐是特種壓力容器設(shè)備3，它是化工、發(fā)電、供熱、煉油和制糖等工業(yè)與民用部門(mén)必不可少的重要的動(dòng)力設(shè)備。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，鍋爐的控制系統(tǒng)和方式越來(lái)越引起人們的重視，而且對(duì)控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，任何一種優(yōu)質(zhì)的鍋爐如果沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的控制裝置，則無(wú)法完全體現(xiàn)鍋爐的優(yōu)點(diǎn)，控制系統(tǒng)的水平已經(jīng)成為衡量鍋爐好壞的一個(gè)至關(guān)重要的指標(biāo)。在實(shí)際運(yùn)行中，控制的方式與控制運(yùn)行的程度是保證鍋爐高效運(yùn)行的必要保證，如果沒(méi)有先進(jìn)的控制，鍋爐的高效率就無(wú)

12、從談起。隨著控制理論的發(fā)展，對(duì)鍋爐的控制方法也層出不窮，其中PLC控制得到了很大的發(fā)展。PLC編程簡(jiǎn)單，使用方便，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試的時(shí)間短，因此其控制理論在鍋爐控制中受到了越來(lái)越多的重視。1.11.1 課題研究目的課題研究目的隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐日益廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需非常大的，然而我國(guó)的能源利用率極低，所以提高鍋爐的熱效率，具有極為重要的實(shí)際意義。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，鍋爐的控制系統(tǒng)和方式越來(lái)越引起人們的重視，而且對(duì)控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，任何一種優(yōu)質(zhì)的鍋爐如果沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的控制裝置，則無(wú)法完全體現(xiàn)鍋爐的優(yōu)

13、點(diǎn)，控制系統(tǒng)的水平已經(jīng)成為衡量鍋爐好壞的一個(gè)至關(guān)重要的指標(biāo)。工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制的任務(wù)主要是維持鍋爐的水位、壓力等物理參數(shù)在規(guī)定的圍，并能自動(dòng)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。本課題的主要目的就是開(kāi)發(fā)一套安全可靠、性能優(yōu)越的鍋爐的控制系統(tǒng)，采用PLC作為整個(gè)系統(tǒng)的邏輯控制單元?？删幊绦蚩刂破鱌LC是目前最常用的控制裝置，其最大的特點(diǎn)就是可靠性高、功能強(qiáng)大，2 / 42它的高可靠性的設(shè)計(jì)非常適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下應(yīng)用。它不僅能實(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(guò)程控制。此外，PLC編程簡(jiǎn)單，使用方便，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試的時(shí)間短。1.21.2 工業(yè)鍋爐的工業(yè)鍋爐的概述概述鍋爐，主要包

14、括“鍋”和“爐”兩部分16?！板仭笔侵稿仩t中盛水或蒸汽的承壓部分，吸熱的部分稱(chēng)為鍋。它的作用是吸收爐中燃料放出來(lái)的熱量，把水加熱到一定的溫度和壓力?！盃t”是指鍋爐中燃料燃燒的部分，產(chǎn)生熱量的部分稱(chēng)為爐。它的作用是盡量地把燃料的熱能全部釋放出來(lái)，傳遞給鍋物質(zhì)。鍋爐設(shè)備中，例如過(guò)熱器、省煤器等吸熱的部分可以看成是鍋；而爐膛、燃燒器、燃油泵，送、引風(fēng)機(jī)可以看成是爐。1.2.1 鍋爐的基本構(gòu)造鍋爐工藝流程圖見(jiàn)下圖所示：圖1-1 鍋爐工藝流程圖由上圖可知，燃料和熱空氣按一定比例送入燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽D5。然后經(jīng)過(guò)熱器，形成一定汽溫的過(guò)熱蒸汽，匯集至蒸汽母管。過(guò)熱蒸汽，

15、經(jīng)負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供給生產(chǎn)負(fù)荷設(shè)備用。與此同時(shí)，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過(guò)熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪，排入大氣。3 / 421.2.2 鍋爐的基本組成工業(yè)鍋爐主要由下列幾部分構(gòu)成：氣鍋: 由上下鍋筒和三簇沸水管組成，水在管受管外煙氣加熱，在管簇發(fā)生自然的循環(huán)流動(dòng)作為連接沸水管之用并逐漸汽化，產(chǎn)生的飽和蒸汽聚集在上鍋筒里邊。下鍋筒同時(shí)儲(chǔ)存水和水垢。爐子: 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。過(guò)熱器: 是將氣鍋產(chǎn)生的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為過(guò)熱蒸汽的換熱器。省煤器: 是利用煙氣余熱加熱鍋爐給水，以降低排出煙氣溫度的換熱器?？?/p>

16、氣預(yù)熱器:是繼續(xù)利用離開(kāi)省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所需要的空氣換熱器。為保證鍋爐的正常工作，鍋爐還必須有一些輔助設(shè)備，包括以下幾部分: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)排除。送風(fēng)設(shè)備 :由送風(fēng)機(jī)和風(fēng)道組成，用它來(lái)供應(yīng)燃料燃燒所需要的空氣。給水設(shè)備 :由給水泵和給水管路所組成。給水泵系用來(lái)克服給水管路與省煤器的阻力與省鍋筒的壓力，把給水送入鍋筒。水處理設(shè)備:其作用為降低給水硬度和清除水中雜質(zhì)，以防止在鍋爐受熱面上結(jié)水垢和腐蝕，從而提高鍋爐經(jīng)濟(jì)性和安全性。燃料供給設(shè)備:包括供油管路和油槍等。鍋爐生產(chǎn)中所需要的溫度、壓力、流量、液位等檢測(cè)儀表與各種自動(dòng)控制裝置。1

17、.2.3 鍋爐的工作原理鍋爐最基本的組成是氣鍋和爐子兩部分。燃料在爐子里進(jìn)行燃燒，將其化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，高溫的燃料產(chǎn)物熱氣通過(guò)氣鍋受熱面將熱量傳遞給氣鍋溫度較低的水，水被加熱進(jìn)而沸騰氣化，生成蒸汽，蒸汽通過(guò)蒸汽母管輸送給用戶(hù)。所以鍋爐的工作概括起來(lái)應(yīng)包括三個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程:燃料的燃燒過(guò)程，煙氣向水的傳熱過(guò)程和水的汽化過(guò)程。1.31.3 鍋爐自動(dòng)控制的發(fā)展鍋爐自動(dòng)控制的發(fā)展鍋爐控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程與其它事物一樣，也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由手動(dòng)到自動(dòng)的過(guò)程。60年代，鍋爐的控制還只是實(shí)行人工操作，鍋爐的燃燒完全是憑司爐工人4 / 42的經(jīng)驗(yàn)，幾乎談不到自動(dòng)控制。技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在工業(yè)鍋爐的自動(dòng)測(cè)試和

18、控制方面的技術(shù)也日趨成熟。利用微機(jī)代替常規(guī)儀表實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)鍋爐的控制己越來(lái)越多地被生產(chǎn)廠家采用。鍋爐采用微機(jī)控制不僅可實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行的自動(dòng)調(diào)節(jié)，鍋爐運(yùn)行的安全性也大為提高。同時(shí)可以大大減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，而且可以使鍋爐熱效率最佳，節(jié)約燃料4%-5%。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)進(jìn)入了一個(gè)以知識(shí)經(jīng)濟(jì)為特征的信息時(shí)代，檢測(cè)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(gè)10年的熱點(diǎn)必將是傳感、執(zhí)行與檢測(cè)。鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)作為傳感、執(zhí)行與檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用方面也必將跨入數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化時(shí)代。而且，對(duì)于大規(guī)模鍋爐群控，檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的結(jié)合在一起，形成鍋

19、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(gè)里程碑。而在鍋爐控制理論方面，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(lái)，模糊控制理論得到長(zhǎng)足發(fā)展，目前己經(jīng)很好地應(yīng)用在鍋爐控制系統(tǒng)上。工業(yè)組態(tài)軟件的應(yīng)用使軟件功能性增強(qiáng)，容豐富，具有良好的人機(jī)界面，更加方便了操作人員。1.41.4 本文的研究本文的研究方向方向本系統(tǒng)在廣泛收集資料的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐電氣系統(tǒng)，主要電機(jī)采用 Y- 起動(dòng)控制，并且設(shè)計(jì)了電機(jī)過(guò)流保護(hù)，運(yùn)行中當(dāng)電機(jī)電流大于額定電流的 1.05 倍時(shí)產(chǎn)生過(guò)流跳閘,同時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)。論文中對(duì)工業(yè)鍋爐電氣系統(tǒng)主回路進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)

20、算，分析并選擇電動(dòng)機(jī)、斷路器、交流接觸器、繼電器、電纜線(xiàn)等主要電器的功率、型號(hào)、等級(jí)等具體數(shù)據(jù)，并計(jì)算得出最佳型號(hào)。設(shè)計(jì)短路保護(hù)、電熱鍋爐壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)、水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，當(dāng)水位到達(dá)低水位時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警，危險(xiǎn)水位整個(gè)鍋爐停機(jī)。設(shè)計(jì)電源電壓欠壓保護(hù)與過(guò)壓保護(hù)，當(dāng)電源電壓小于額定電壓的 0.75 倍時(shí)，電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生欠壓保護(hù)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；當(dāng)電源電壓大于額定電壓的 1.15 倍時(shí)，電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。整個(gè)電氣控制系統(tǒng)采用 PLC 來(lái)控制。5 / 42第二章 技術(shù)方案的選擇2.12.1 方案論證方案論證2.1.1 方案 1采用 PLC 控制,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和

21、完善，PLC 的編程概念4和控制思想已為廣大的自動(dòng)化行業(yè)人員所熟悉，可以說(shuō)在目前它已成為任何其他工業(yè)控制器都無(wú)法與之相提并論的巨大知識(shí)資源。PLC 主要具有邏輯運(yùn)行的功能，可以代替繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制、具有定時(shí)控制功能、計(jì)數(shù)控制功能、步進(jìn)控制功能、A/D、D/A 轉(zhuǎn)換功能（對(duì)模擬量控制） 、數(shù)據(jù)處理功能、通信、聯(lián)網(wǎng)功能，并配置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。這些功能造就了PLC 的旺盛生命力。PLC 是控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)11的結(jié)晶,但是對(duì)于熟悉機(jī)電控制技術(shù)的工程人員來(lái)說(shuō),在使用PLC時(shí)沒(méi)有必要完全了解計(jì)算機(jī)的深層次投術(shù)問(wèn)題,只需要把PLC 看作機(jī)電控制技術(shù)人員熟悉的繼電器、計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器的集合即可,所以PL

22、C 的實(shí)際使用簡(jiǎn)單方便,適應(yīng)普通的機(jī)電控制技術(shù)人員。2.1.2 方案 2采用單片機(jī)控制。PLC 適合工業(yè)場(chǎng)合，單片機(jī)更多的適應(yīng)民用場(chǎng)合，因其可靠性、穩(wěn)定性較 PLC 有一定差距，但是綜合成本低，適合大批量使用，而 PLC 不行，PLC 更多適用于較大的工程或者需要非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)場(chǎng)合。PLC 是一個(gè)帶有 CPU、存儲(chǔ)器、I/O、系統(tǒng)軟件和支持系統(tǒng)的專(zhuān)用面向過(guò)程控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)是一個(gè)帶 CPU、存的裸計(jì)算機(jī)。PLC13系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格高，但只要編寫(xiě)簡(jiǎn)單的用戶(hù)程序就可以直接在工業(yè)上應(yīng)用。單片機(jī)功能靈活，但開(kāi)發(fā)應(yīng)用都要從底層做起，功能由開(kāi)發(fā)者水平?jīng)Q定，應(yīng)用也不只是在過(guò)程控制。2.1.3 方案 3

23、采用繼電器控制。繼電器控制邏輯自20世紀(jì)20 年代問(wèn)世以來(lái),一直是機(jī)電順序控制的主流,由于它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,價(jià)格低廉,所以使用圍甚廣。其缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢,可靠性差,采用微電腦技術(shù)的PLC 的出現(xiàn),使得繼電器控制邏輯更加遜色。 PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時(shí)間方便，不受環(huán)境影響。6 / 422.22.2 方案選擇方案選擇通過(guò)將 PLC 控制與繼電器、單片機(jī)等控制進(jìn)行區(qū)別比較, 可以看出,PLC 9是一種更適合用于工業(yè)自動(dòng)化控制的微電腦,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,抗干擾能力強(qiáng),環(huán)境適應(yīng)圍廣,控制可靠性高,易于學(xué)習(xí)和掌握,控制邏輯修改容易,調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn),正好符

24、合鍋爐控制需要安全可靠、性能優(yōu)越的要求，因此在本次畢設(shè)中用 PLC 來(lái)完成對(duì)工業(yè)鍋爐電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2.32.3 程序的設(shè)計(jì)思路程序的設(shè)計(jì)思路PLC 的編程語(yǔ)言有梯形圖語(yǔ)言；助記符語(yǔ)言；流程圖（SFC）語(yǔ)言。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路是先弄清楚鍋爐的工作過(guò)程，然后按照鍋爐工作要求畫(huà)出整個(gè)系統(tǒng)的大概流程示意圖，最后再使用梯形圖語(yǔ)言編程序。系統(tǒng)流程3見(jiàn)圖 2-1，詳細(xì)程序梯形圖見(jiàn)附錄3。7 / 42圖 2-1 系統(tǒng)流程圖8 / 42第三章 PLC 基礎(chǔ)知識(shí)3.13.1 PLCPLC 的概述的概述1987 年 2 月國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）頒布了草案8，對(duì)可編程序控制器有了明確的概念：“可編程序控制器是一

25、種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。而外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 ”上述定義明確強(qiáng)調(diào)了 PLC 直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用圍，使區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。3.23.2 PLCPLC 的組成的組成PLC 實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)15，只不過(guò)它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程想連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語(yǔ)言，故 P

26、LC 與計(jì)算機(jī)的組成十分相似。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有中央處理器（CPU） 、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、電源等。如圖 3-1 所示: 圖 3-1 PLC 結(jié)構(gòu)圖3.33.3 PLCPLC 的工作過(guò)程的工作過(guò)程PLC 的工作過(guò)程是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱(chēng)為9 / 42掃描周期或工作周期。CPU 從第一條指令開(kāi)始，順序逐條地執(zhí)行用戶(hù)程序直到用戶(hù)程序結(jié)束，然后返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描。PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。PLC 的工作過(guò)程可分為三部分10：上電處理，掃描過(guò)程，出錯(cuò)處理。當(dāng) PLC 處于正常工作時(shí)，它將不斷重復(fù)的掃描工作過(guò)程，如果我們對(duì)遠(yuǎn)程 I/

27、O 特殊模塊和其他通信服務(wù)暫不考慮，這樣掃描過(guò)程就只剩下了“輸入采樣” ， “程序執(zhí)行” 、“輸出刷新”三部分。如圖 3-2 所示：圖 3-2 PLC 工作過(guò)程PLC 是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)靈活，方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展的，這就使得 PLC 具有其他控制器所無(wú)法相比的特點(diǎn)。3.43.4 FX2N-4ADFX2N-4AD 模擬轉(zhuǎn)換器模擬轉(zhuǎn)換器(1)特點(diǎn)：提供 12 位高精度分辨率 4 通道電壓輸入（-10V+10V）或電流輸入（-2020mA） 。 每一通道都可以指定電壓或電流輸入。 FX2N 最多可連接 8 臺(tái)。 FX2N-4AD 的性能指標(biāo)如表 3-1 所示表 3-1 FX2

28、N-4AD 的性能指標(biāo)電壓輸入 電流輸入項(xiàng) 目根據(jù)是電流輸入還是電壓輸入，使用端子有不同10 / 42模擬量輸入圍DC-10+10V（輸入電阻200K）絕對(duì)最大電壓輸入V15DC-2020mA（輸入電阻250）絕對(duì)最大輸入30mA數(shù)字輸出圍帶符號(hào)位 12 位二進(jìn)制分辨率5mV(10V1/2000)20A(20mA1/1000)綜合精確度（相對(duì)于最大值）1%轉(zhuǎn)換速度15ms（14）通道（高速轉(zhuǎn)換方式為 6ms（14）通道）隔離方式光電隔離與采用 DC/AC 轉(zhuǎn)換器使輸入和 PLC 電源間隔離模擬量用電源DC24（110%）V55mA輸入輸出占有點(diǎn)數(shù) 程序上為 8 點(diǎn)（計(jì)輸入或輸出點(diǎn)均可） 有 P

29、LC 供電的消耗功率為 5V 30mA(2)FX2N-4AD 的緩沖寄存器（BFM）分配可編程序控制器14的基本單元與 FX2N-4AD 之間的數(shù)據(jù)通信是由 FROM/TO 指令來(lái)執(zhí)行的。FROM 是基本單元從 FX2N-4AD 讀數(shù)據(jù)的指令。TO 是基本單元將數(shù)據(jù)寫(xiě)到 FX2N-4AD 的指令。實(shí)際上讀寫(xiě)操作都是對(duì) FX2N-4AD 的緩沖寄存器 BFM 進(jìn)行的操作。緩沖區(qū)由 32 個(gè) 16 位的寄存器組成，編號(hào)為 BFM#0#31，F(xiàn)X2N-4ADBFM 分配表如表 3-2 所示:表 3-2 FX2N-4ADBFM 分配表 BFM 容#0 初始化通道，表示 HOOO0，缺省值為 HOOO0

30、。最低位數(shù)字控制通道 1，最高位控制通道 4。其中，O=0 時(shí)設(shè)定輸入圍-10+10V；O=1 時(shí)設(shè)定輸入圍+4+20mA；O=2 時(shí)設(shè)定輸入圍-2020mA；O=3 時(shí)關(guān)閉該通道#1通道 1#2通道 2#3通道 3#4通道 4 各通道平均值取樣次數(shù)的指定。取樣次數(shù)圍從 1 到4096，若設(shè)定該值圍時(shí)按缺省設(shè)定值 8 次處理#5通道 1#6通道 2#7通道 3#8通道 4 采樣輸入的平均值#9通道 1#10通道 2#11通道 3 采樣輸入的前值11 / 42#12通道 4#13#14 沒(méi)使用#15 轉(zhuǎn)換速度的選擇：置“0”時(shí)為 15ms/通道，置“1”時(shí)為 6ms/通道#16#19 沒(méi)使用#2

31、0置 1 時(shí)，設(shè)定值均回復(fù)到缺省設(shè)定值。置“0”時(shí)，設(shè)定不改變#21 增益和零點(diǎn)的設(shè)計(jì)值調(diào)整是否可改動(dòng)：（b0,b1）置（1，0） ，則禁止改動(dòng)。置 1 允許改動(dòng)。零點(diǎn)：數(shù)字量輸出為 0 時(shí)的輸入值。增益：數(shù)字輸出為+1000 時(shí)的輸入值。b7b6b5b4b3b2b1b0#22零點(diǎn)和增益的調(diào)節(jié)G4O4G3O3G2O2G1O1#23零點(diǎn)值#24增益值 需要調(diào)整的輸入通道由 BFM#22 的 G-O（增益-零點(diǎn)）位的狀態(tài)指定。例如，若 BFM#22 的 G1、O1 位置為 1，則BFM#23 和 24 的設(shè)定值即可送入通道 1 的增益和零點(diǎn)寄存器。各通道的增益和零點(diǎn)既可統(tǒng)一調(diào)整，也可獨(dú)立調(diào)整。#2

32、5#28沒(méi)使用錯(cuò)誤狀態(tài)信息#29b15b14b13b12b11b10b9b8b7b6b5b4b3b2b1b0#30特殊功能模塊的識(shí)別碼，PLC 可用 FROM 指令讀入。FX2N-4AD 的為 K2010#31沒(méi)使用第四章 設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐電氣控制系統(tǒng)4.14.1 鍋爐的電氣控制系統(tǒng)的介紹鍋爐的電氣控制系統(tǒng)的介紹4.1.1 鍋爐自動(dòng)控制的任務(wù)鍋爐自動(dòng)控制的任務(wù)主要是維持鍋爐的水位、溫度、壓力等物理參數(shù)在設(shè)定的圍，并能自動(dòng)適應(yīng)負(fù)荷的變化，從而使鍋爐安全可靠經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。(1)保持鍋爐水位在規(guī)定的圍 蒸汽鍋爐水位的高低，關(guān)系著汽水分離的速度和產(chǎn)生蒸汽的質(zhì)量，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行極為重要。水位太高時(shí)，會(huì)使蒸汽

33、大量帶水，降低12 / 42蒸汽品質(zhì)，甚至?xí)l(fā)生滿(mǎn)水事故。水位偏低，會(huì)造成鍋筒各部位的溫度偏差，形成熱應(yīng)力，極限情況下會(huì)出現(xiàn)裂紋。水位過(guò)低，則容易發(fā)生缺水事故。在負(fù)荷變化時(shí)，鍋爐水位也會(huì)快速變化，因此必須采用自動(dòng)控制來(lái)維持水位在規(guī)定的圍。(2)保持汽壓的穩(wěn)定 鍋爐汽壓的變化，實(shí)際上反映了鍋爐負(fù)荷的變化。當(dāng)蒸汽量多于外界需求時(shí)，鍋爐的汽壓會(huì)上升;反之，鍋爐的汽壓就下降。汽壓偏高，會(huì)影響鍋爐的安全運(yùn)行，加速金屬材料的蠕變。汽壓偏低，說(shuō)明鍋爐不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。因此，維持汽壓穩(wěn)定是安全生產(chǎn)和正常運(yùn)行的需要。4.1.2 程序控制程序控制1是完成鍋爐起動(dòng)、停止以與正常工作等一系列操作自動(dòng)化進(jìn)行的過(guò)程，只有

34、前一個(gè)條件滿(mǎn)足，才能進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。電熱鍋爐程序控制主要有以下幾點(diǎn):(1)檢查鍋爐水位、壓力等看其是否正常，如果水位壓力都正常，則可以進(jìn)行電熱預(yù)熱。接下來(lái)是先打開(kāi)引風(fēng)機(jī)，讓其在燃燒前對(duì)鍋爐爐膛預(yù)吹掃，接著打開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)，往鍋爐里送燃燒時(shí)需要的空氣。(2)自動(dòng)點(diǎn)火程序在吹掃與閥門(mén)密封性、供氣壓力檢測(cè)完成后，風(fēng)門(mén)執(zhí)行器帶動(dòng)風(fēng)門(mén)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)火電磁閥打開(kāi)后，可電熱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)行鍋爐壓力對(duì)其至關(guān)重要。壓力正常與否直接影響整個(gè)鍋爐的效率。當(dāng)鍋爐壓力過(guò)低時(shí)，應(yīng)該增大調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使出油量變大；反之，當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)，應(yīng)減小調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使出油量變

35、小，從而減小壓力，以保證鍋爐的正常運(yùn)行。(4)停爐、熄火保護(hù)程序當(dāng)水位達(dá)到危險(xiǎn)水位時(shí)，要使整個(gè)鍋爐停機(jī)同時(shí)要有聲光報(bào)警信號(hào)。4.1.3 鍋爐保護(hù)裝置工業(yè)鍋爐的水位、壓力、溫度應(yīng)不超過(guò)允許值，這是鍋爐安全運(yùn)行必不可少的條件。用油作燃料的鍋爐，在點(diǎn)火、燃燒、熄火等過(guò)程中，還必須實(shí)行程序控制和熄火保護(hù)。以防止發(fā)生爐膛爆炸事故。對(duì)鍋爐的控制和保護(hù)是通過(guò)對(duì)鍋爐輔機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因而，鍋爐必須有水位、壓力、溫度、火焰與輔機(jī)等多方面的電氣控制保護(hù)裝置。本課題設(shè)計(jì)鍋爐水位自動(dòng)控制保護(hù)裝置。水位控制要求高、低水位聲光報(bào)警，危險(xiǎn)水位整個(gè)鍋爐停機(jī)。并且設(shè)計(jì)電源欠壓與過(guò)壓保護(hù)。13 / 424.24.2 鍋爐主要電

36、氣設(shè)備的計(jì)算與選擇鍋爐主要電氣設(shè)備的計(jì)算與選擇首先選擇電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過(guò)查閱資料對(duì)比，我選擇 Y 系列電動(dòng)機(jī)7作為電熱鍋爐的主要起動(dòng)電機(jī)。Y 系列電動(dòng)機(jī)適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場(chǎng)所和無(wú)特殊要求的機(jī)械如:金屬切削機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。其功率圍：11-200KW。Y 系列（IP44）電動(dòng)機(jī)是我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的系列產(chǎn)品。具有體積小、重量輕、電氣性能良好、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。4.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，我設(shè)計(jì)一個(gè) 15t 工業(yè)鍋爐。通過(guò)查找相關(guān)數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)資料，我選擇三相異步電動(dòng)機(jī)作為鍋爐的主要電機(jī)，其功率型號(hào)為：引風(fēng)機(jī)電機(jī)：型號(hào) Y225M-4，

37、額定功率=45KW，額定電流=84.2A，額定轉(zhuǎn)速NPNI=1480r/min。Nn鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)： 型號(hào) Y180L-4，額定功率=22KW，額定電流=42.5A，額定轉(zhuǎn)速NPNI=1470r/min。Nn水泵電機(jī)：型號(hào) Y180M-4，額定功率=18.5KW，額定電流=35.9A，額定轉(zhuǎn)速NPNI=1470r/min。Nn噴油泵電機(jī)：型號(hào) Y100L2-4，額定功率=3KW，額定電流=6.8A，額定轉(zhuǎn)速NPNI=1420r/min。Nn4.2.2 熱繼電器的選擇（1）熱繼電器類(lèi)型與電流選擇用熱繼電器的目的是為了發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力2，保證電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載時(shí)能自

38、動(dòng)切斷電路。熱繼電器在電路中是做三相電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)用。熱繼電器的額定電流應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)額定電流。然后根據(jù)該額定電流來(lái)選擇熱繼電器的型號(hào)。 (2)熱元件額定電流的選擇和整定：熱元件的額定電流應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)額定電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)、拖動(dòng)沖擊性負(fù)載或不允許停車(chē)時(shí)，熱元件整定電流調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)額定電流的 1.1-1.15 倍。這里選擇 1.15 倍。引風(fēng)機(jī)電機(jī)： IFR3 =IN1.15A=84.21.15A=96.83A鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)： IFR4 =IN1.15A=42.51.15A=48.88A水泵電機(jī)： IFR1=IN1.15A=35.91.15A=41.29A噴油泵電機(jī)： IFR5= IN1

39、.15A=6.81.15A=7.82A14 / 424.2.3 接觸器的選擇(1)選擇接觸器的類(lèi)型： 根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類(lèi)選擇。這里的控制系統(tǒng)中是交流負(fù)載，直流電動(dòng)機(jī)或直流負(fù)載的容量較小，所以選用交流接觸器來(lái)控制，但觸點(diǎn)的額定電流應(yīng)選得大一些。 (2)選擇接觸器主觸頭的額定電壓應(yīng)等于或大于負(fù)載的額定電壓。 (3)選擇接觸器主觸頭的額定電流：被選用接觸器主觸頭的額定電流應(yīng)不小于負(fù)載電路的額定電流。也可根據(jù)所控制的電動(dòng)機(jī)最大功率進(jìn)行選擇。(4)根據(jù)控制電路要求確定吸引線(xiàn)圈工作電壓和輔助觸點(diǎn)容量如果控制線(xiàn)路比較簡(jiǎn)單，所用接觸器的數(shù)量較少，則交流接觸器線(xiàn)圈的額定電壓一般直接選用 380V 或 22

40、0V。綜上所述，再根據(jù)查找的相關(guān)資料，我選擇的主要電機(jī)的熱繼電器與其接觸器如下：引風(fēng)機(jī)電機(jī)： 熱繼電器：JR20-160 接觸器：CJ20-100.160鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)： 熱繼電器：JR20-160 接觸器：CJ20-100.160水泵電機(jī)： 熱繼電器：JR20-63 接觸器：CJ20-40.63噴油泵電機(jī)： 熱繼電器：JR20-10 接觸器：CJ20-10主要電路接觸器 KM0 選擇 CJ20-100.160。4.2.4 斷路器的選擇低壓斷路器有 DZ 系列和 DW 系列等。DZ5 系列為小電流系列，其額定電流為1050A；DZ15 系列為大電流系列，其額定電流等級(jí)有 100A、250A 和 6

41、00A 三種。它在電路中可以起短路保護(hù)作用。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我選擇 DZ15 系列斷路器。DZ15 系列塑殼斷路器適用于交流50Hz、380V 或直流 220V 與以下的配電線(xiàn)路中用來(lái)分配電能和保護(hù)線(xiàn)路與電源設(shè)備的過(guò)載、欠電壓和短路，以與在正常工作條件下不頻繁分?jǐn)嗪徒油ň€(xiàn)路之用。 根據(jù)查找相關(guān)資料，我選擇的低壓斷路器如下：引風(fēng)機(jī)電機(jī)： DZ15-100/4 鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)： DZ15-63/4水泵電機(jī)： DZ15-63/4噴油泵電機(jī)： DZ15-40/415 / 424.2.5 電纜線(xiàn)的選擇直接啟動(dòng)的電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇電纜時(shí)，可以是選用一根三芯電纜，并且電纜的截面積可以直接根據(jù)電機(jī)的額定電流進(jìn)行選擇；

42、而 Y- 啟動(dòng)的電機(jī)在進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇電纜時(shí)，最少需要兩根三芯電纜，并且每根電纜的截面都應(yīng)該是一樣的。每根電纜的截面積應(yīng)該根據(jù)電機(jī)額定電流的 0.6 倍來(lái)選擇。引風(fēng)機(jī)電機(jī)： IN0.6A=84.20.6A=49.44A鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)： IN0.6A=42.50.6A=25.5A水泵電機(jī)： IN0.6A=35.90.6A=21.54A噴油泵電機(jī)： IN0.6A=6.80.6A=4.08A總電路電流為：49.44A+25.5A+ 21.54A+4.08 A= 100.56A據(jù)自己查找的電纜線(xiàn)的有關(guān)型號(hào)參數(shù)，選擇的電纜線(xiàn)的型號(hào)與規(guī)格如下表所示表 4-1 電纜線(xiàn)型號(hào)與規(guī)格電機(jī)引風(fēng)機(jī)電機(jī)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)水泵電機(jī)噴油泵

43、電機(jī)型號(hào)BVBXFBVRBVR截面積6mm21.5mm21.5mm20.75mm2總電路電纜線(xiàn)選擇型號(hào) BV，截面積 16mm24.34.3 水位控制系統(tǒng)與壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水位控制系統(tǒng)與壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.3.1 工業(yè)鍋爐水位控制系統(tǒng)工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)中，水位的控制至關(guān)重要。蒸汽鍋爐需要一定的蒸汽空間，水位要控制在一定的高度。所以對(duì)鍋爐的水位要有與時(shí)的控制。當(dāng)電熱鍋爐的水位過(guò)低時(shí)，鍋爐的給水泵打開(kāi)，向鍋爐中進(jìn)水；當(dāng)?shù)竭_(dá)危險(xiǎn)水位時(shí)，鍋爐停止運(yùn)行，當(dāng)鍋爐的水位過(guò)高時(shí)，給水泵停止運(yùn)行并且排水。為了保證鍋爐的安全運(yùn)行，必須設(shè)計(jì)有一備一用兩個(gè)給水泵。圖 4-1 為一備一用兩水泵電機(jī)星三角起動(dòng)主電路圖：

44、16 / 42圖 4-1 一備一用兩水泵電機(jī)星三角起動(dòng)主電路圖 一備一用兩水泵電機(jī)采用星-三角起動(dòng)方式，其繼電器控制線(xiàn)路如圖 4-2 所示：17 / 42圖 4-2 水泵電機(jī)繼電器控制圖按下起動(dòng)按鈕SB2，KM1線(xiàn)圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，水泵電機(jī)1接通，水泵電機(jī)2斷開(kāi)。同時(shí)KM3線(xiàn)圈和時(shí)間繼電器KT線(xiàn)圈得電，他們的觸頭閉合，水泵電機(jī)1Y起動(dòng)。當(dāng)時(shí)間繼電器定時(shí)時(shí)間到時(shí)，其常開(kāi)觸頭閉合，常閉觸頭斷開(kāi)，KM3線(xiàn)圈失電，水泵電機(jī)1D起動(dòng)。如果水泵電機(jī)1出故障，則起動(dòng)水泵電機(jī)2，過(guò)程和前面一樣。由于傳統(tǒng)的繼電器控制動(dòng)作速度慢,可靠性差，所以我們采用動(dòng)作速度快，可靠性高的PLC來(lái)控制水泵的起停與運(yùn)作過(guò)程。1

45、8 / 42工業(yè)鍋爐水位控制系統(tǒng)的PLC外圍接線(xiàn)原理圖設(shè)計(jì)如圖4-3：圖4-3 工業(yè)鍋爐水位控制系統(tǒng)的PLC外圍接線(xiàn)原理圖4.3.2 工業(yè)鍋爐壓力控制系統(tǒng)壓力是鍋爐的重要參量，壓力控制的精度直接決定鍋爐的效率。壓力太高和太低都將影響鍋爐的正常運(yùn)行，甚至有可能照成鍋爐燒壞。因此鍋爐對(duì)壓力的要求很高，最好是能恒壓運(yùn)行。直接影響鍋爐壓力因素有很多，其中最主要的是噴油嘴的進(jìn)油量和鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量。因此要通過(guò)壓力的檢測(cè)來(lái)控制電熱量和風(fēng)量，反過(guò)去控制鍋爐壓力。本課設(shè)用伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制噴油嘴的進(jìn)油量。其控制過(guò)程是自動(dòng)完成的。工作時(shí)，安裝在管網(wǎng)上的壓力變送器將實(shí)測(cè)的管網(wǎng)壓力反饋到 PLC，與預(yù)先設(shè)定的給定

46、壓力進(jìn)行比較，將結(jié)果轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)量后輸出控制繼電器線(xiàn)圈的通與斷，從而給伺服電機(jī)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)以驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而控制進(jìn)油量的大小，以保持管網(wǎng)壓力與給定壓力值的一致，實(shí)現(xiàn)恒壓供油。(1)壓力控制系統(tǒng)相關(guān)硬件介紹3051 壓力變送器 工作原理：工作時(shí)，高、低壓側(cè)的隔離膜片和灌充液將過(guò)程壓力傳遞給灌充液，接著灌充液將壓力傳遞到傳感器中心的傳感膜片上。傳感膜片是一個(gè)緊的彈性元件，其位移隨所受壓而變化（對(duì)于 GP 表壓變送器，大氣壓如同施加在傳感膜片的低壓側(cè)一樣）。AP 絕壓變送器，低壓側(cè)始終保持一個(gè)參考?jí)毫?。傳感膜片的最大位移量?9 / 420.004 英寸（0.1

47、 毫米），且位移量與壓力成正比。兩側(cè)的電容極板檢測(cè)傳感膜片的位置。傳感膜片和電容極板之間電容的差值被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流，電壓或數(shù)字 HART（高速可尋址遠(yuǎn)程發(fā)送器數(shù)據(jù)公路）輸出信號(hào)。本論文要求設(shè)計(jì)的鍋爐的容量為 15 噸，根據(jù)要求我選擇鍋爐型號(hào)為 WNS10-1.25-Y(Q),其參數(shù)如下：額定蒸發(fā)量:15t/h； 額定蒸汽壓力:1.25MPa； 額定蒸汽溫度:194,。選擇符合其的壓力變送器型號(hào)為 3051PG。3051PG 型壓力變送器主要技術(shù)參數(shù)如下：量程：00.062Pa13.8MPa； 綜合精度：0.05%； 輸出信號(hào)：420mA;15V;0.83.2V；供電電壓：612V DC； 膜

48、片耐溫：300伺服電機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服電動(dòng) 機(jī)不僅具有起動(dòng)和停止的伺服性，而且具有轉(zhuǎn)速的大小和方向的可控性。伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法有三種：一是幅值控制，即保持控制電壓的相位不變，僅僅改變其幅值來(lái)進(jìn)行控制；二是相位控制，即保持控制電壓的幅值不變，僅僅改變其相位來(lái)進(jìn)行控制；三是幅-相控制，即同時(shí)改變控制電壓的幅值和相位來(lái)進(jìn)行控制。交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣。在定子上有兩個(gè)相空間位移

49、90電角度的勵(lì)磁繞組 UF 和控制繞組 UC。UF 接一恒定交流電壓，利用施加到 UC 上的交流電壓或相位的變化，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以與機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線(xiàn)性度指標(biāo)嚴(yán)格（要求分別小于 1015和小于 1525）等特點(diǎn)。圖 4-4 為交流伺服電機(jī)的電氣原理圖 如上圖所示，當(dāng)任意一個(gè)繞組所加的電壓反相時(shí)（電壓倒相或兩個(gè)斷頭換接），則流過(guò)該繞組的電流也反相，因而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向改變，這樣電機(jī)的轉(zhuǎn)向也發(fā)生改變，因此就可以控制伺服電機(jī)使其反轉(zhuǎn)。20 / 42圖 4-5 伺服電機(jī)主電路圖當(dāng)接觸器觸頭 KM14 得電閉合時(shí)，伺服電機(jī)得到一個(gè)正

50、轉(zhuǎn)的控制信號(hào)，就相應(yīng)的正轉(zhuǎn)起來(lái)，以便控制油泵調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使其開(kāi)度變小，減小調(diào)節(jié)閥的出油量。類(lèi)似的，當(dāng)接觸器觸頭 KM15 得電閉合時(shí)，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，增大油泵調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，增大出油量。直到壓力恢復(fù)正常時(shí)，伺服電機(jī)不再動(dòng)作，以達(dá)恒壓供油的目的。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度由 PLC 編程來(lái)控制，更改程序設(shè)置即可改變旋轉(zhuǎn)的角度。(2)壓力控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)用傳統(tǒng)的繼電器控制工業(yè)鍋爐壓力系統(tǒng)的線(xiàn)路圖 4-6 所示：21 / 42圖 4-6 繼電器控制工業(yè)鍋爐壓力系統(tǒng)的線(xiàn)路圖先合上引風(fēng)機(jī)的起動(dòng)按鈕 SB2，起動(dòng)引風(fēng)機(jī)，先是 Y 型聯(lián)結(jié)，穩(wěn)定運(yùn)行后變?yōu)?D 聯(lián)結(jié)；接著起動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，起動(dòng)順序和引風(fēng)機(jī)一樣；最后起動(dòng)噴油

51、泵電機(jī)，油泵電機(jī)為直接起動(dòng)方式。鑒于工業(yè)鍋爐的組成和控制要求，繼電器控制的精度達(dá)不到要求，所以我們運(yùn)用PLC 與相關(guān)器件設(shè)計(jì)如圖 4-7 所示鍋爐壓力控制電路原理圖：22 / 42圖 4-7 鍋爐壓力控制電路原理圖鍋爐的采樣壓力經(jīng)過(guò)壓力變送器降壓變成電壓后送進(jìn) PLC 的 A/D 模塊，經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換后跟正常的壓力設(shè)定值比較，如果采樣壓力大于設(shè)定值，則 PLC 要輸出一個(gè)信號(hào)給接觸器線(xiàn)圈 M14，伺服電機(jī)得到一個(gè)正轉(zhuǎn)的信號(hào)，開(kāi)始正轉(zhuǎn)以控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使出油量變小一點(diǎn)；反之則 PLC 輸出一個(gè)信號(hào)給接觸器線(xiàn)圈 M15，從而伺服電機(jī)得到一個(gè)反轉(zhuǎn)的信號(hào)，開(kāi)始反轉(zhuǎn)以控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使出油量變大一

52、點(diǎn)，以達(dá)到控制壓力在一定圍的目的，實(shí)現(xiàn)恒壓供油。因?yàn)槲疫x擇的鍋爐型號(hào)為 WNS10-1.25-Y(Q),即：額定蒸發(fā)量:10t/h；額定蒸汽壓力:1.25MPa。選擇的壓力傳感器型號(hào)為 3051PG，其量程：00.062Pa13.8MPa，輸出信號(hào)選：15V。所以 1.25*5/13.8=0.45V。即鍋爐壓力超過(guò) 0.45V 和低于 0.45V 都為不正常，要起動(dòng)伺服電機(jī)來(lái)控制壓力，使之正常。4.44.4 電源欠壓、過(guò)壓與電機(jī)的過(guò)流保護(hù)的設(shè)計(jì)電源欠壓、過(guò)壓與電機(jī)的過(guò)流保護(hù)的設(shè)計(jì)在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，主要電機(jī)的過(guò)流，電源的欠壓、過(guò)壓保護(hù)的控制是采用 FX2N23 / 42的擴(kuò)充模塊 FX2N-4A

53、D 轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其過(guò)程為先將線(xiàn)路電壓或電流分別送入電壓變送器或電流變送器，經(jīng)過(guò)降壓處理，再送入 FX2N-4AD 轉(zhuǎn)換器中，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，用程序?qū)﹄妷夯螂娏鞯牟蓸又蹬c設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)比較控制 PLC 的輸出。當(dāng)電壓大于設(shè)定值的 1.15 倍時(shí)，PLC 輸出，產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，即過(guò)壓報(bào)警燈亮，過(guò)壓報(bào)警器響；當(dāng)電壓小于設(shè)定值的 0.75 倍時(shí)，PLC 輸出，產(chǎn)生欠壓保護(hù)，即欠壓報(bào)警燈亮，欠壓報(bào)警器響。同樣也設(shè)定電機(jī)額定電流的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，與參考值比較，當(dāng)電流大于設(shè)定值的 1.05 倍時(shí)產(chǎn)生過(guò)流跳閘，同時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)。4.4.1 電壓變送器三相交流電壓變送器12是一種將交流電壓轉(zhuǎn)換成按比

54、例輸出的與負(fù)載無(wú)關(guān)的直流電流或電壓的裝置，廣泛的應(yīng)用在電力、石化、油田、冶金、自控等各個(gè)需要電量測(cè)量的行業(yè)。在這里選擇了 PAS-U3 交流電壓變送器。其型號(hào)用 PAS-U3-V6-P5-O4， U3 代表的是三相交流電，V6 代表輸入電壓圍為 0500V，P5 代表加 AC220V 電源，O4 代表的是輸出圍為 05V。4.4.2 電流變送器與電流互感器電流互感器它的工作原理和變壓器相似。它的特點(diǎn)是： (1)一次線(xiàn)圈串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，因此，一次線(xiàn)圈中的電流完全取決于被測(cè)電路的負(fù)荷電流而與二次電流無(wú)關(guān)；(2)電流互感器二次線(xiàn)圈所接儀表和繼電器的電流線(xiàn)圈阻抗都很小，所以正常情況下，電流

55、互感器在近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。電流互感器一、二次額定電流之比，稱(chēng)為電流互感器的額定互感比：KN=I1n/I2n 因?yàn)橐淮尉€(xiàn)圈額定電流 I1n 己標(biāo)準(zhǔn)化，二次線(xiàn)圈額定電流 I2n 統(tǒng)一為 5(1 或 0.5)安，所以電流互感器額定互感比亦已標(biāo)準(zhǔn)化。KN 還可以近似地表示為互感器一、二次線(xiàn)圈的匝數(shù)比，即 KN=N2/N1 式中 N1、N2 為一、二線(xiàn)圈的匝數(shù)。電流互感器的作用就是用于測(cè)量比較大的電流。當(dāng)電流超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，電度表和其它測(cè)量?jī)x表應(yīng)經(jīng)電流互感器接入電路，使測(cè)量?jī)x表與工作人員避免與大電流回路直接接觸，從而保證儀表與人身的安全。在儀表制造方面也易做到標(biāo)準(zhǔn)化，且可利用互感器任意擴(kuò)大測(cè)量圍，儀表

56、的準(zhǔn)確度也容易提高。LA-10Q 電流互感器為半封閉式澆絕緣，戶(hù)型產(chǎn)品。適用于交流 50Hz，10KV 與以下線(xiàn)路中，供電流,電能功率測(cè)量以與繼電保護(hù)用。我選用額定電流為 100/5 的 LA-10Q 型電流互感器，即它的匝數(shù)比為 KN=N2/N1=1/20。我選擇 LA-10Q 型電流互感器和 D2 PTC1AC 電流變送器。24 / 42表 4-2 為我所選的電流變送器型號(hào)參數(shù):表 4-2 電流變送器型號(hào)參數(shù)型號(hào)與規(guī)格D2 PTC1AC 電流變送器輔助供電電壓110/240 V AC,20% 24/48/110/220 V DC 20%耗電3.5VA-AC.4VA-DC輸入值 I in0

57、-1 A AC/0-5 A ACV inN.A.DC 輸出（單/雙）0-1mA,0-5mA,0-10mA,0-20mA, 4-20mA,0-5V,0-10V信號(hào)輸出 NO單（可選擇雙輸出）響應(yīng)時(shí)間小于 500 毫秒輸入/輸出隔離直流電溫度0oC 至+55oC4.4.3 欠壓、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)先將線(xiàn)路電壓或電流送入三相交流變送器，對(duì)電壓和電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)上面的選擇輸入電壓圍為 0500V，輸出電壓為 05V。例如，設(shè)定電網(wǎng)的額定電壓為 380V，根據(jù)要求，其過(guò)壓時(shí)的電壓為額定電壓的 1.15 倍，欠壓時(shí)的電壓為額定電壓的 0.75倍，所以過(guò)壓時(shí)電壓 UN=380V1.15=437V，欠壓時(shí)

58、電壓 UN=3800.75=285V，經(jīng)過(guò)三相交流變送器后，其 UN1=4.37V，UN2 =2.85V。即輸入 FX2N-4AD 模擬轉(zhuǎn)換器的過(guò)壓電壓為 4.37V，欠壓為 2.85V。而電流變送器輸入電流圍為 05A ，輸出電壓選 05V。本設(shè)計(jì)中共用到五個(gè)電機(jī)，要求每個(gè)電機(jī)都要設(shè)計(jì)其過(guò)流保護(hù)，在這里我選擇一個(gè)電機(jī)作為代表設(shè)計(jì)它的過(guò)流保護(hù)，其他電機(jī)的過(guò)流保護(hù)可以用類(lèi)似的方法設(shè)計(jì)。對(duì)引風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，他的額定電流為 84.2A，根據(jù)要求，其過(guò)電流時(shí)的電流為額定值的 1.05 倍，所以過(guò)電流 I1=84.21.05=88.4A，經(jīng)過(guò)三相交流互感器后 I2=88.4*5/100=4.42A,再經(jīng)過(guò)交流

59、變壓器變壓，這里選擇輸入為 0-5A,輸出為 0-5V 的交流變送器，經(jīng)過(guò)變送器后輸入 FX2N-4AD 模擬轉(zhuǎn)換器的過(guò)流轉(zhuǎn)化為 4.42V 的電壓。電壓變送時(shí) FX2N-4AD 模擬轉(zhuǎn)換器選擇 2 號(hào)通道，則程序初始化為 H3303，其中前面的兩個(gè) 3 表示通道 3 和通道 4 關(guān)閉，中間一位 0 表示通道 2 通，最后一個(gè) 3 表示通道 1 關(guān)閉。且選擇的設(shè)定輸入圍是-10 +10V。電流變送時(shí) FX2N-4AD 模擬轉(zhuǎn)換器選擇3 號(hào)通道，則程序初始化為 H3033，選擇的設(shè)定輸入圍是-10 +10V。對(duì)輸入時(shí)的初始化為 K0，對(duì)電源欠壓、過(guò)壓與引風(fēng)機(jī)過(guò)流保護(hù)的梯形圖如下：25 / 422

60、6 / 42上面梯形圖表示由 BFM#30 中讀出在“0”位置的特殊功能模塊的 ID 號(hào)，保存在主單元的 D4 中。比較該值以檢查模塊是否是 FX2N-4AD，如果是則 M1 變?yōu)?ON。然后是程序的初始化，將 H3003 寫(xiě)入 FX2N-4AD 的 BFM#0，建立模擬輸入通道（CH2 和 CH3） 。將4 寫(xiě)入 BFM#2 和 BFM#3，將 CH2，CH3 的平均采樣數(shù)設(shè)為 4。然后 FX2N-4AD 的操作狀態(tài)由 BFM#29 中讀出，并作為 FX2N 主單元的位元件輸出。如果操作 FX2N-4AD 沒(méi)有錯(cuò)誤，則讀取 BFM#6、BFM#7 的平均數(shù)據(jù)送 D0、D1。然后與過(guò)壓、過(guò)流與