溫度傳感器來采集鍋爐水溫信號畢業(yè)論文

摘要 ： 本文 主要采用溫度傳感器來采集鍋爐水溫信號，用水位傳感器來采集鍋爐水位信號，用變頻器來控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，并把這些信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換送給與 部設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較，以判斷是否需要進(jìn)行相應(yīng)的操 作 ，從而實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)控制的目的。 關(guān)鍵詞： 可編程控制器（ 傳感器，變頻器，自動(dòng)控制，報(bào)警 to of w- to of of c- of of in to LC to up 言： 20 世紀(jì) 60 年代，供暖鍋爐控制的過程主要是繼電器控制系統(tǒng)，但繼電器控制存在著很多的缺陷。 而且目前應(yīng)用的鍋爐供暖循環(huán)和補(bǔ)水系統(tǒng)中 ,大都存在著能耗大、穩(wěn)定性不高、操作勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題 ,造成了極大的資源浪費(fèi) 。 針對這一系列問題 ,采用 制的變頻調(diào)速系統(tǒng)對其進(jìn)行改造 ,對循環(huán)泵、補(bǔ)水泵進(jìn)行自動(dòng)控制 ,穩(wěn)定性得到很大提高 ,節(jié)能效果顯著 ， 并且循環(huán)泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng) ,補(bǔ)水泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟、軟停 ,減少了對電器和機(jī)械的沖擊 ,延長了其使用壽命 ,有效地減少了維護(hù)量 。 供暖鍋爐的控制有著十分重 要的作用 ， 它 有通用性強(qiáng)、 安裝簡單、維修 方便、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)的主要組成部分有 :溫度和水位控制部分功能 ,循環(huán)控制部分 , 故障報(bào)警部分。組成框圖如圖 1所示 。 循環(huán)泵部分 ,循環(huán)系統(tǒng)有 2 臺 75 環(huán)泵 ,互為備用 ，根據(jù)鍋爐的出回水溫加熱模塊 溫度檢測模塊 水位檢測模塊 加水模塊 顯示模塊 循環(huán)模塊 圖 1 系統(tǒng)框圖 P L C 2 度的差來控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。 補(bǔ)水部分 ,補(bǔ)水系統(tǒng)有 2 臺 7. 5 互為備用 ,根據(jù)水位傳感器檢測到的水位確定 ,這樣控制精度高并且使系統(tǒng)更安全、可靠。 溫度控制部分 ,當(dāng)室外溫度低于設(shè)定的值 時(shí)，需要開氣引風(fēng)機(jī)和加快循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，否則不需要；當(dāng)水溫在設(shè)定范圍內(nèi)，自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)水溫不在設(shè)定范圍內(nèi)，需要開引風(fēng)機(jī)和加煤。 2 系統(tǒng)硬件部分配置 整個(gè)供暖控制系統(tǒng)由可編程序控制器 ( 、變頻器 1 臺、傳感器 9 臺（室外溫度 、 出水溫度、 回 水溫度、鍋爐水溫、下下限水位、下限水位、上限水位 、上上限水位、鍋爐壓力）、 2 臺循環(huán)電機(jī)和 2 臺補(bǔ)水電機(jī)、引風(fēng)機(jī)、送煤機(jī)等設(shè)備組成 。 配置 本系統(tǒng)采用了松下公司的 列 于它的模塊化設(shè)計(jì)為適應(yīng)具體的應(yīng)用提供了極大的靈活性，便于擴(kuò)展功能，有效的提 高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。 主要功能有： 快速的中央處理運(yùn)算能力，極豐富的編程指令集，操作便捷，易于掌握。 強(qiáng)大的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試周期短。 頻器配置 在本系統(tǒng)中選用 司的 頻器。 頻器具有很寬的功率范圍（ 3000以滿足本設(shè)計(jì)的要求 75 良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制，并具有完整的保護(hù)功能以及靈活的編程能力 1。 其重要特性如下： 無與倫比的電機(jī)速度及轉(zhuǎn)矩控制，電機(jī)辨識運(yùn)行及速度自我微調(diào)功能。 內(nèi)置 制器，降低了您的投資成本。 00 在幾毫秒內(nèi)測出電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和狀態(tài)，所以在任何狀態(tài)下都能立即起動(dòng)，無起動(dòng)延時(shí)。 零轉(zhuǎn)速下，不需速度反饋就能提供電機(jī)滿轉(zhuǎn)矩。 00 夠提供可控且平穩(wěn)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。可達(dá)到 200%的額定轉(zhuǎn)矩。 不需特殊硬件的磁通制動(dòng)模式可以提供最大的制動(dòng)力矩。 在磁通優(yōu)化模式下，電機(jī)磁通自動(dòng)適應(yīng)于不同的負(fù)載以提高效率同時(shí)降低電機(jī)的噪音，變頻器和電機(jī)的總效率可提高 1% 動(dòng)調(diào)節(jié)閥配置 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選用西門子的 電動(dòng)調(diào)解閥的額定沖程 20法蘭二通閥 用于開路或閉路中的低壓熱水，生活熱水，高壓熱水，熱油，飽 和或過熱蒸汽，介質(zhì)溫度： 1口徑： 動(dòng)閥配置 手動(dòng)調(diào)解閥采用上海良工品牌的鑄鋼渦輪蝶閥。 感器配置 在系統(tǒng)中用到了溫度傳感器、水位傳感器、壓力傳感器。 采用 它是一種穩(wěn)定性和線性都比較好的鉑絲熱阻傳感器 ,可以工作在 6500C 的范圍。 用光敏三極管檢測水位用高亮二極 管與光敏三極管 3合檢測水位 2。它無污染且檢測準(zhǔn)確。 列壓力變送器，采用先進(jìn)的鈦 /硅 生具有壓力范圍廣、耐磨損、抗沖擊及耐腐蝕等突出特點(diǎn)，彌補(bǔ)了其他變送器的不足。能在嚴(yán)寒地區(qū)及高溫地區(qū)長期工作。 電器 由于 4以要用一個(gè)配電器，是 2204 3 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)的主要功能有 : 檢測部分 功能 、控制部分功能、故障報(bào)警功能。系統(tǒng)原理框圖如圖 2 所示 。 出水溫度 回水溫度 可編程控制器 環(huán)變頻器 1 循環(huán)泵 2 循環(huán)泵 保護(hù)、報(bào)警 補(bǔ)水系統(tǒng) 1 補(bǔ)水泵 2 補(bǔ)水泵 水溫 水位下限 下下限和上上限 水位上限 圖 2 原理框圖 4 度 控制部分 本系統(tǒng)中，采用供暖溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功 ， 即根據(jù)室外溫度變化，能自動(dòng)調(diào)節(jié)給定溫度。這可以用一個(gè)室外的傳感器，來采集并把它送到 與設(shè)定的溫度相比，看是否需要供暖和是否需要開氣引風(fēng)機(jī)和送煤。當(dāng)室外溫度低于某一值時(shí)，就需要開始供暖，否則就不需要了。在負(fù)載一定時(shí)，該部分用一個(gè)溫度傳感器來測量水溫，并把這個(gè)溫度之送入 行計(jì)算。把所得的值與給定溫度通過 引風(fēng)機(jī)和加煤、是否需要加大電磁閥的閥門、是否需要加快循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。 水控制部分 用高亮二極管與光敏三極管 3透明懸浮物隨水位而上下移動(dòng) ，其以安裝在最下面的高亮二極管和三極管為例，來說明其檢測水位的原理。 實(shí)現(xiàn)方法如圖 4 所示。 當(dāng)水位未到達(dá)安裝位置時(shí) ，高亮二極管發(fā)出的光就能透過玻璃管和水到達(dá)光敏三極管，此時(shí)光敏三極管就會(huì)導(dǎo)通；當(dāng)水位到達(dá)安裝位置時(shí)，不透明懸浮物就會(huì)擋住高亮二極管發(fā)出的光，此時(shí)光敏三極管不導(dǎo)通。 用此方法來檢測水位，當(dāng)水位到達(dá)下限值 ，自動(dòng)開啟補(bǔ)水泵 1；當(dāng)水位值到達(dá)上限值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉補(bǔ)水泵 1；當(dāng)水位到達(dá)下下限值，系統(tǒng)報(bào)警；當(dāng)水位值到達(dá)上限值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。報(bào)警系統(tǒng)開啟，補(bǔ)水泵 2 開 圖 3 水位檢測實(shí)現(xiàn)方法圖 始工作。當(dāng)補(bǔ)水泵 1 出現(xiàn)故障時(shí)即該停止補(bǔ)水時(shí)沒有停止，該補(bǔ)水時(shí)沒有補(bǔ)水。兩臺補(bǔ)水泵都故障時(shí)整個(gè)系統(tǒng)斷電，系統(tǒng)停止工作。 由于在現(xiàn)實(shí)生活中，存在從供暖管中放水的現(xiàn)象，所以要設(shè)定一個(gè)補(bǔ)水部分，以保證管內(nèi)的水量已定。水位控制部分的控制框圖如圖 4 所示。 環(huán)泵部分 循環(huán)泵部分的子程序部分當(dāng)出水溫度和回水溫度在規(guī)定范圍之內(nèi)，開啟循環(huán)泵 1，有變頻器控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，使鍋爐內(nèi)水循環(huán)達(dá)到供暖。當(dāng)循環(huán)泵 1 出現(xiàn)故障時(shí)，用備用的循環(huán)泵 2。循環(huán)泵 1 出現(xiàn)故障即是出水溫度與回水溫度的差值非常大即設(shè)定的最大溫差時(shí)，循環(huán)泵故障報(bào)警，改用循環(huán)泵 2 來替代循環(huán)泵 1 工作。被替代的泵在循環(huán)順序中可以自動(dòng)跳過 ,順沿循環(huán)。 循環(huán)框圖如圖 5 所示 4。 補(bǔ)水泵 1 有故障嗎？ 水位下限水位嗎？ 開啟補(bǔ)水泵 1 進(jìn)行補(bǔ)水 水位檢測 Y N N 補(bǔ)水泵 2 工作 Y 開始 返回 檢測水位為上限水位嗎？ 補(bǔ)水泵 1 停止補(bǔ)水 Y N 檢測水位為上限水位嗎？ 補(bǔ)水泵 2 停止補(bǔ)水 Y N 圖 4 補(bǔ)水控制框圖 故障報(bào)警 圖 5 循環(huán)控制流程 圖 循 環(huán) 泵 有 故障 嗎？ 溫差為設(shè)定值嗎？ 開啟循環(huán)泵 1 溫度檢測 Y N N 循環(huán)泵 2 工作 Y 開始 返回 6 動(dòng) / 自動(dòng)切換 部分 對原系統(tǒng)的控制電路進(jìn)行改造時(shí) ,保留原系統(tǒng)的手動(dòng)控制功能 ,以備變頻調(diào)速系統(tǒng)出故障時(shí)使用 自動(dòng)選擇的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。 系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)，不能用自動(dòng)控制，所以設(shè)置一個(gè)手動(dòng)控制功能。當(dāng)采用手動(dòng)控制時(shí)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥處于全開狀態(tài)， 再起控制作用而相當(dāng)于一個(gè)接口。入汽流量有手動(dòng)控制閥門來控制。設(shè)定值、 當(dāng)開關(guān)置于自動(dòng)位置時(shí)系統(tǒng)的啟動(dòng)控制權(quán)在 置于手動(dòng)位置時(shí) ,利用原系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)控制。 警與保 護(hù) 補(bǔ)水失靈報(bào)警，再補(bǔ)水過程中，當(dāng)水位到達(dá)下下限水位時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為沒有補(bǔ)水，開啟報(bào)警系統(tǒng)，開啟補(bǔ)水泵。當(dāng)水位到達(dá)上上限水位時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為沒有關(guān)閉補(bǔ)水泵，開啟報(bào)警系統(tǒng)，關(guān)閉補(bǔ)水泵。 循環(huán)泵故障報(bào)警，開啟循環(huán)泵后，一定時(shí)間內(nèi)出水溫度和回水溫讀的差值很大，認(rèn)為此循環(huán)泵故障報(bào)警，開啟另一臺循環(huán)泵。 當(dāng)然，對于以上報(bào)警都設(shè)定為聲、光報(bào)警。 5 系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn) 在 主程序中含 10 個(gè)子程序 ,大致可以分為 4 大部分 :初始化部分、循環(huán)泵部分，補(bǔ)水泵部分，溫度控制 部分 和故障報(bào)警部分 。其 程序流程如圖 6所示 。 ,壓力傳感器選用電阻遠(yuǎn)傳壓力表 ;溫度傳感器選用 得的溫度電壓信號 5 A/D 模塊 . 接線圖 如圖 8所示 。 圖 7 線圖 始化子程序部分 這一部分包括狀態(tài)初始化子程序和 始化子程序 . 狀態(tài)初始化子程序 8 主要在 個(gè)掃描周期開始時(shí)對系統(tǒng)參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置 ;而 水溫度和出水溫度、室外溫度的模擬量 5。 循環(huán)泵子程序 部分 ， 循環(huán)泵控制梯形圖如 8所示。 圖 8 循環(huán)泵控制梯形圖 補(bǔ)水泵子程序 ， 補(bǔ)水部分梯形圖如 9所示 。 圖 9 補(bǔ)水部分梯形圖 溫度控制部分 ，當(dāng)室外溫度低于設(shè)定的值時(shí)，需要開啟引風(fēng)機(jī)和加快循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，否則就不需要；當(dāng)溫度傳感器檢測到水溫的值在設(shè)定范圍內(nèi)，自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)檢測到的水溫的值不在設(shè)定范圍內(nèi)，需要開引風(fēng)機(jī)和加煤，使水加熱。從而保持室溫的恒定。溫度控制部分梯形圖如圖 10所示。 圖 10 溫度控制部分梯形圖 故障報(bào)警子程序 ，補(bǔ)水部分報(bào)警梯形圖如圖 11所示。 圖 11 補(bǔ)水部分報(bào)警梯形圖 6 結(jié)束語 本文利用 善的功能與 溫度傳感器、光敏三極管、壓力傳感器、變頻器等相結(jié)合，有效而可靠地實(shí)現(xiàn)了對供暖鍋爐的自動(dòng)控制。實(shí)踐表明 干擾能力好，壽命長，可靠性高，非常適合工業(yè)控制系統(tǒng)及類似的生產(chǎn)線， 大有推廣應(yīng)用的價(jià)值。 謝辭 本系統(tǒng)從開始設(shè)計(jì)到完成，可以說走了一條并不平坦的道路，但是總算走完了全程。在本系統(tǒng)開發(fā)過程中，要特別感謝指導(dǎo)老師劉法治老師在設(shè)計(jì)時(shí)耐心的指導(dǎo)并在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方面給予的很多寶貴的意見和建議。另外也要感謝同組成員以及那些幫助過我的老師和同學(xué)，在此我也表示衷心的感謝。 參考文獻(xiàn) 1 袁希光等 M1986 2 王永平，陳建華 7 200高性能電熱鍋爐控制系統(tǒng) J2002， 7（ 3） 3 張承慧 J，山東大學(xué)博士論文， 2001 4 段文澤等 . 泵站調(diào)速節(jié)能的自適應(yīng)控制 J. 電氣傳動(dòng)， 1990,20（ 3） :385 郁漢琪，陸寶春等 . 基于專家 節(jié)的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究 J1998,20（ 6）： 416 劉國 榮，陽憲惠等 . 模