供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng)設計報告

1、摘要隨著社會經濟的飛速發(fā)展，城市建設規(guī)模的不斷擴大，以及人們生活水平的不斷提高，對城市生活供暖的用戶數(shù)量和供暖質量提出了越來越高的要求，因此對于供暖鍋爐系統(tǒng)也有了更高層次的要求，利用現(xiàn)代自動控制技術，通過變頻器和可編程控制器PLC的運用，實現(xiàn)操作簡單、自動化程度高、環(huán)境污染少、低能耗、供暖質量高和日常維護費用低的供暖變頻鍋爐系統(tǒng)。本設計利用現(xiàn)代變頻技術和PLC控制技術設計出了一套供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中共有6臺鍋爐，每臺鍋爐各分配1臺爐排、1臺鼓風機、1臺引風機，將6臺鍋爐分為兩組，其中4臺用于工礦企業(yè)供暖任務，2臺用于居民日常供暖任務，每臺爐排電機、引風機、鼓風機各配置1臺變頻器，每組鍋

2、爐系統(tǒng)各分配2臺補水泵。4臺鍋爐系統(tǒng)分配4臺循環(huán)泵，2臺鍋爐系統(tǒng)分配2臺循環(huán)泵，兩個循環(huán)泵系統(tǒng)均配置2臺變頻器，循環(huán)泵變頻控制采用“一拖四”和“一拖二”控制方式。關鍵詞：鍋爐 PLC 變頻器 電機AbstractWith the rapid development of social economy, city construction scale continues to expand, and people's rising living standards, puts forward more and more high request to the city life heat

3、ing user quantity and the heating quality, so the heating boiler system is also required higher level, the use of modern automatic control technology, the frequency converter and application of programmable logic controller PLC, realization of simple operation, high degree of automation, less enviro

4、nmental pollution, low energy consumption, high quality and daily maintenance of heating heating boiler system cost low frequency. The design of the use of modern variable frequency technology and PLC control technology to design a set of heating boiler control system. System there are 6 boilers, ea

5、ch boiler grate, the distribution of 1 sets of 1 blowers, 1 fans, 6 boilers are divided into two groups, of which 4 units used in industrial and mining enterprises heating task, 2 for household heating tasks, each grate motor, fan, blower for each configuration 1 inverters, the distribution of each

6、boiler system 2 sets of water pumps. Boiler system 4 sets of distribution of 4 circulating pumps, boiler system 2 sets of distribution of 2 circulating pumps, two circulating pump system configuration 2 converters, circulation pump frequency control by "four" and "two" control mo

7、de.Keywords: Boiler PLC sensor moto目錄1.緒論11.1 鍋爐系統(tǒng)研究背景11.2 國內鍋爐系統(tǒng)現(xiàn)狀11.3 鍋爐系統(tǒng)研究意義22.總體方案設計33.系統(tǒng)硬件設計53.1 循環(huán)泵系統(tǒng)53.2 補水泵系統(tǒng)53.3 爐排、鼓風和引風系統(tǒng)63.4 本章小結64.系統(tǒng)軟件設計74.1 PLC選型及模塊選擇74.2 PLC的I/O地址分配74.3 PLC接線原理圖84.4 PLC控制系統(tǒng)框圖84.5 系統(tǒng)程序總流程圖84.6 系統(tǒng)各個子程序設計84.6.1 系統(tǒng)整體的啟動/停止子程序84.6.2 鼓風機、爐排、引風機控制子程序94.6.3 循環(huán)泵控制子程序104.6.4

8、 補水泵控制子程序124.6.5 模擬量輸入子程序124.6.6 通信處理子程序134.7 PLC梯形圖設計144.8 本章小結145.變頻器的選擇155.1 變頻器頻率范圍的設定155.2 變頻器及其型號155.3 本章小結166.傳感器的選擇176.1 溫度傳感器的選型176.2 壓力傳感器的選型176.3 液位傳感器的選型176.4 本章小結17結論18參考文獻19致謝20附錄211. 緒論1.1 鍋爐系統(tǒng)研究背景鍋爐是消耗能源、產生大氣污染、事關生產與生活和安全的重要設備，它在國民經濟整個能源消耗中占有相當大的比重。目前我國供暖鍋爐以燃煤鏈條鍋爐為主，燃用的主要是中、低質煤，而且鍋爐房

9、管理水平不高，一直沿用間斷運行方式，鍋爐技術含量低，鍋爐的自動化控制技術落后，造成了嚴重的能源浪費和環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計，我國目前擁有工業(yè)鍋爐50萬臺，每年消耗的燃煤占全國原煤產量的三分之一，約4億噸。鍋爐每年排放煙塵約620萬噸，SO2約10萬噸，此外還有大量的NO2等有害氣體，成為我國大氣煤煙型污染的主要來源之一，尤其是燃煤排放的CO2氣體所引起的溫室效應，早己引起國際關注。隨著城市建設的迅速發(fā)展，我國北方地區(qū)冬季城市集中供暖成為城市現(xiàn)代化必然采取的步驟。而供暖面積的不斷擴大，使如何科學有效地控制和管理供暖系統(tǒng)，提高供暖的經濟效益和社會效益，成為急需解決的重要課題。在供暖系統(tǒng)中，鍋爐房供暖所占

10、比例很大，據(jù)對我國北方地區(qū)29個大中城市近3.5億平方米的供暖調查，鍋爐供暖占84%，熱力供暖占12%，其他供暖占4%。在今后相當長的時間內，集中熱力供暖是發(fā)展趨勢，但無法取代鍋爐供暖的主流地位。1.2 國內鍋爐系統(tǒng)現(xiàn)狀當前，節(jié)能與環(huán)保己成為人類社會面臨的兩大課題。在歐美和日本等發(fā)達國家，石油和天然氣己成為第一能源，占能源消費的60%左右，燃油和燃氣鍋爐的己逐步取代燃煤鍋爐，對風機和水泵等電機的變頻控制己相當成熟。自20世紀90年代以來，隨著超大型可編程控制器的出現(xiàn)和模糊控制、自適應控制等智能控制算法的發(fā)展以及智能控制器的應用，鍋爐控制水平大大提高，己實現(xiàn)優(yōu)化控制。國內對鍋爐控制的研究起步較晚

11、，始于80年代初期。國內研究鍋爐控制比較成熟的企業(yè)有上海杜比公司、南京仁泰公司等。此外還有一些科研院校聯(lián)合企業(yè)開發(fā)的各種智能鍋爐控制系統(tǒng)，如清華大學動力工程與控制學院為亞運村北辰供熱廠熱水鍋爐的改造開發(fā)的鍋爐控制系統(tǒng)，采用“一控四” 方案，即一臺主機控制四臺鍋爐。目前在北方城市，供暖主要以燃煤、燃油和燃氣鍋爐為主要手段，為減少廢氣排放對大氣環(huán)境造成嚴重污染，發(fā)展趨勢是以單位分散性供暖改為以城市統(tǒng)一規(guī)劃分區(qū)域集中供暖。由于投資大和城市發(fā)展不平衡等問題，在近期內，很難實現(xiàn)城市全區(qū)域集中供暖，所以單位分散性供暖仍將繼續(xù)存在。而供暖鍋爐控制技術很多仍采用繼電接觸器控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)存在著很多的缺點

12、，如：體積大、機械觸點多、接線復雜、可靠性低、排除故障困難、日常維護費用高等，同時鍋爐供暖系統(tǒng)的循環(huán)和補水水泵控制采用傳統(tǒng)的開環(huán)控制方式，這種運行方式存在以下缺點：室內供暖溫度在上、下限之間波動，不能保證恒溫供暖，影響供暖質量；循環(huán)水泵的拖動電機是恒速電動機，不能隨室內溫度變化而調節(jié)轉速，嚴重地浪費電能。1.3 鍋爐系統(tǒng)研究意義針對上述的一系列問題，可通過變頻器和可編程控制器PLC的運用，設計出供暖變頻鍋爐系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作簡單、自動化程度高、環(huán)境污染少、低能耗、供暖質量高和日常維護費用低，可大大節(jié)約能源，促進環(huán)保，提高生產自動化水平，具有顯著的經濟效益和社會效益。 2. 總體方案設計供暖鍋爐系

13、統(tǒng)的組成：循環(huán)泵、補水泵、爐排、鼓風機、引風機和鍋爐本體，整個系統(tǒng)的結構框圖如圖2-1所示：自來水循環(huán)泵鼓風機鍋爐用戶補水泵爐 排引風機補水箱回 水圖2-1 整個系統(tǒng)結構框圖本供暖鍋爐系統(tǒng)中共有6臺鍋爐，根據(jù)實際需要將其分為AB兩組供暖系統(tǒng)，其中A組為2臺，用于普通居民供暖需求，B組為4臺，用于工礦企業(yè)供暖需求，共有4臺補水泵，AB兩組系統(tǒng)分別配置2臺，其中1臺用于正常工作，另外1臺作為備用；共有6臺循環(huán)泵，分為兩組，A組配置2臺，B組配置4臺?？紤]到節(jié)能的問題，需要根據(jù)實際運行狀況去通過變頻器去調整相應電機的轉速，對于每臺鍋爐的爐排電機、鼓風機、引風機分別配備變頻器，A組循環(huán)泵系統(tǒng)，配置一臺

14、變頻器，其中一臺通過變頻器啟動，根據(jù)負荷的變化切換到工頻運行，變頻器啟動另外一臺循環(huán)泵，其處于變頻運行狀態(tài)；對于B組循環(huán)泵系統(tǒng)，配置兩臺變頻器，采用“一拖四”的拖動模式，即用一臺變頻器拖動4臺循環(huán)泵，另外一臺變頻器作為備用。每臺循環(huán)泵均通過變頻器啟動，根據(jù)負荷的變化切換到工頻運行，變頻器啟動下一臺循環(huán)泵，依次類推，最后其中一臺循環(huán)泵變頻運行，其他工作循環(huán)泵工頻運行，剩下循環(huán)泵處于停止狀態(tài)作為備用。通過傳感器元件檢測相應運行參數(shù)，經過PLC智能轉換模塊將模擬信號轉換為數(shù)字信號，再經過PLC的計算得到實際數(shù)值，送入PLC的PID調節(jié)器，通過和設定參數(shù)比較運算后，將輸出控制信號傳送給變頻器，實現(xiàn)電機

15、根據(jù)實際情況調速。本供暖鍋爐系統(tǒng)有手動/自動兩種工作方式，通過控制臺上的轉換開關實現(xiàn)，同時具有現(xiàn)場控制、狀態(tài)顯示、故障報警（連接熱繼電器的常開觸點，發(fā)出信號給PLC）的功能。報警信號均為聲光形式。聲報警（電笛）可用按鈕解除，報警指示在故障排除后自動消失。在手動方式下，電動調節(jié)閥處于全開狀態(tài)，循環(huán)水泵通過開關進行控制，不受出回水溫差的影響，補水泵、爐排電機、鼓風機、引風機均通過開關進行控制。在自動方式下，本系統(tǒng)中具有供暖溫度自動調節(jié)功，即根據(jù)室外溫度變化，系統(tǒng)能自動調節(jié)使室內保持給定供暖溫度。室外溫度傳感器采集溫度信號，送入PLC并與設定的溫度范圍相比，決定是否需要開啟鼓風機、引風機、爐排電機，

16、點火開始供暖。當供暖系統(tǒng)啟動運行，出回水溫度傳感器和室內溫度傳感器采集溫度信號，經過PLC的智能擴展模塊EM235進行模數(shù)轉換，送入PLC進行計算，得出鍋爐實際總管道出回水溫差數(shù)值、分管道出水溫差數(shù)值，室內溫度數(shù)值。把所得鍋爐實際總管道出回水溫差數(shù)值及分管道出水溫度值送入PLC內置的PID調節(jié)器，經PID運算與給定目標溫差、出水溫度和室內溫度參數(shù)進行比較運算后，輸出控制信號送給變頻器，由變頻器控制循環(huán)泵的臺數(shù)和轉速來調節(jié)供暖系統(tǒng)管網中的熱水流速，使室內采暖溫度保持在給定溫度內；由變頻器控制鼓風機、爐排電機和引風機的轉速，使每臺鍋爐均處于相對的穩(wěn)定狀態(tài)，出水溫度保持在一定的范圍內。在變頻器中設定

17、一個上限頻率（工頻）和一個下限頻率，天氣寒冷溫度低時變頻器輸出升高頻率，到上限頻率，若采暖溫度達不到設定范圍值，PLC就發(fā)出控制信號，使處于變頻運行狀態(tài)的循環(huán)泵切換到工頻運行，同時使變頻器啟動下一臺循環(huán)泵，加快熱水流速，使室內采暖溫度達到設定范圍內；天氣轉暖溫度高時變頻器輸出下降頻率，到下限頻率，若采暖溫度仍高于設定范圍值，PLC就發(fā)出控制信號，使處于變頻運行狀態(tài)循環(huán)泵停止運行，同時工頻運行狀態(tài)的循環(huán)泵切換到變頻運行，若當只有一臺循環(huán)泵變頻運行時仍不能滿足要求，則需停止運行的鍋爐臺數(shù)。當單個鍋爐的出水溫度低于設定值時，經過PLC內部的PID調節(jié)器運算整定后，發(fā)出相應的控制信號，傳輸給變頻器增大

18、鼓風機和爐排電機的控制頻率，提高電機的轉速，以便加大鼓風量和送煤量，使出水溫度盡快增大到設定值；當單個鍋爐的出水溫度高于設定值時，經過PLC內部的PID調節(jié)器運算整定后，發(fā)出相應的控制信號，傳輸給變頻器減小鼓風機和爐排電機的控制頻率，降低電機的轉速，以便減小鼓風量和送煤量，使出水溫度盡快減小到設定值。與此同時，在鍋爐內部的壓力傳感器檢測爐膛負壓，將檢測到的模擬信號經過PLC智能模塊模數(shù)轉換，將所得數(shù)字信號傳送給PLC計算模塊，得出的實際壓力值與設定值相比較，經過PID模塊調節(jié)，輸出控制信號給引風機變頻器，根據(jù)實際情況調整引風機電機轉速。PLC控制了電機的起停、變頻與工頻的切換等，使系統(tǒng)管網的工

19、作壓力始終穩(wěn)定，進而達到恒壓供水的目的。工頻與變頻之間轉換用交流接觸器互鎖來保證它的安全與可靠。整個鍋爐系統(tǒng)的電氣原理圖見附錄1。3. 系統(tǒng)硬件設計3.1 循環(huán)泵系統(tǒng)本系統(tǒng)中，循環(huán)系統(tǒng)共有AB兩組，其中A組配置2臺，當系統(tǒng)正常運轉時，其中一臺用于正常工作，另外一臺用于備用，B組配置4臺，其中兩臺用于正常工作，另外兩臺用于備用。AB兩組循環(huán)泵系統(tǒng)各配置一臺變頻器，其中A組一臺變頻器拖動一臺循環(huán)泵，B組一臺變頻器拖動兩臺循環(huán)泵。AB兩組系統(tǒng)中，將正常使用循環(huán)泵作為1#組循環(huán)泵，將備用循環(huán)泵作為2#循環(huán)泵。在循環(huán)系統(tǒng)中，鍋爐出水溫度和回水溫度的差稱為鍋爐溫差升高，表明鍋爐產生的熱量增多，需要循環(huán)泵將

20、熱量及時送給供暖負荷；鍋爐溫差降低，表明鍋爐燃燒系統(tǒng)產生的熱量減少，循環(huán)泵的轉速也應隨之減小，以避免能源浪費。對循環(huán)泵通過PID調節(jié)完成恒溫差的閉環(huán)控制，以鍋爐的實際溫差作為PID的反饋，以目標溫差作為PID的給定，PID的輸出作為變頻循環(huán)泵的頻率運行信號。循環(huán)泵轉速增減，隨鍋爐燃燒系統(tǒng)產生的溫差而動態(tài)閉環(huán)調節(jié)，從而使室內保持給定供暖溫度。在鍋爐燃燒的初始階段因出回水溫差為0，即給定值大于反饋值，循環(huán)泵不運行；隨著鍋爐產生熱量的增加，出回水溫差增加，當其超過給定溫差值時，變頻器開始啟動1#循環(huán)泵，進入變頻運行狀態(tài)，若滿足不了要求，將變頻運行循環(huán)泵切換到工頻，同時變頻器啟動下一臺循環(huán)泵，最后一臺

21、始終處于變頻運行狀態(tài)，依次類推，直至滿足需求為止，沒有運行的循環(huán)泵作為備用。3.2 補水泵系統(tǒng)本設計中，AB兩組鍋爐系統(tǒng)各有兩臺補水泵，其中1#補水泵用于正常運行，2#補水泵用于備用，由于每組鍋爐系統(tǒng)的鍋爐罐體均為連通結構，因此可通過向其中一個罐體補水，即可實現(xiàn)每個罐體同時補水，需補水罐體設有4個水位限值，分別為上上限值、上限值、下限值、下下限值。對于水位的檢測，可用紅外LED與光接收器配合檢測，從LED的光直接到達傳感器頂端的棱鏡，當沒有液體存在時，LED中的光在棱鏡中被反射到接受器。當上升的液體侵入棱鏡時，光被折射到液體中，只有少許或無光到達接受器。感應這個變化，接受器開動了單元中的電動開

22、關，外部報警或控制電路從而工作。用此方法來檢測水位，當水位到達下限值，自動開啟1#補水泵，當水位到達下下限值，報警系統(tǒng)開啟，2#補水泵開始工作，兩臺補水泵都故障時整個系統(tǒng)斷電，系統(tǒng)停止工作。當水位值到達上限值時，自動關閉1#補水泵，當水位值到達上上限值時，系統(tǒng)報警，并使1#補水泵控制系統(tǒng)斷電，停止工作。到達相應水位所產生的電信號，傳送給PLC，經PLC計算分析后，產生控制信號，實現(xiàn)補水泵電機的停止，啟動以及整個補水泵系統(tǒng)的通斷電。3.3 爐排、鼓風和引風系統(tǒng)對于AB兩組供暖鍋爐系統(tǒng)，每臺鍋爐的出水溫度均需保持在一定的設定范圍內，若出水溫度低于設定值，此時就需要PLC發(fā)出加大爐排電機和鼓風機控制

23、頻率的輸出信號傳送給其相應的控制變頻器，提高爐排和鼓風電機的轉速，加大爐膛內的燃煤量，從而產生更多的熱量；對于當出水溫度高于設定值，此時就需要PLC發(fā)出減小爐排電機和鼓風機控制頻率的輸出信號傳送給其相應的控制變頻器，降低爐排和鼓風電機的轉速，減小爐膛內的燃煤量，從而減少產生的熱量，用以滿足實際需要。在加大爐排電機和鼓風機頻率的同時，還需要考慮相應的風煤比，因為只有在保持一定比例的風煤比情況下，才能使燃料充分的燃燒，保證了鍋爐內部處在最佳的燃燒狀態(tài)，因此爐排電機和鼓風機的頻率應按提前設定好的比例增大或者減小。同時還應在爐膛內部安裝壓力傳感器用于檢測爐膛負壓，保持爐膛壓力在一定的負壓范圍內。爐膛負

24、壓的變化，反映了引風量與鼓風量的適應程度。如果爐膛負壓太小，爐膛容易想外噴火，危及設備與工作人員的安全。負壓過大，爐膛的漏風量增大，增加引風機的電耗和煙氣帶走的熱量損失。本系統(tǒng)根據(jù)經驗設定爐膛負壓，并測量爐膛負壓，由PLC的模數(shù)轉換智能模塊將傳感器采集到的模擬信號轉換為數(shù)字信號，并經過PLC內部計算模塊的運算得出實際的爐膛負壓，再與提前設定好的數(shù)值相比較，由PLC內部的PID調節(jié)模塊進行分析調整使爐膛負壓保持在一定的范圍內，從而確定了PLC對引風機變頻器輸出頻率信號，確定引風機的轉速，調節(jié)了引風量。3.4 本章小結本章主要介紹了循環(huán)泵、補水泵、鼓風機、引風機和爐排電機的詳細設計思路，闡述了針對

25、本設計中所涉及到的變頻技術和PLC控制技術具體應用，并同時介紹了每臺電機的控制參數(shù)及其控制依據(jù)。4. 系統(tǒng)軟件設計4.1 PLC選型及模塊選擇由于供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)控制設備相對簡單，因此PLC選用德國西門子公司的S7200型PLC的結構緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)，西門子公司的PLC具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點。選用西門子公司的S7-200系列的CPU224為主機，它有14/10共24個數(shù)字量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展到168點數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O，6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，兩路獨立的20k

26、Hz高速脈沖輸出，13k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，內置有PID控制器。1個RS-485通訊/編程口及多種通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)設定值、信號數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)轉換處理、控制信號輸入輸出等由PLC來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)設定值包括壓力上下值、水位上下值及頻率上下值等，信號數(shù)據(jù)讀取包括讀取負壓、水位、頻率、變頻泵號等，控制信號輸入輸出包括5部分：起動、運行、停止、切換、報警及故障自診斷，根據(jù)本系統(tǒng)中所涉及到的數(shù)字量I/O點個數(shù)，需要使用擴展模塊來增加CPU224的I/O點，進行來滿足系統(tǒng)的需要。本設計中A和B組系統(tǒng)PLC設計程序原理完全相同，且A組簡單于B組，在此只介紹B組鍋爐系統(tǒng)的PLC硬件設計和流程圖。B組供暖鍋爐系統(tǒng)的

27、數(shù)字量擴展模塊選用4個EM223模塊，其具有16/16共32個數(shù)字量I/O點。模擬量擴展模塊選用3個EM235模擬量輸出/輸入模塊，它是A/D轉換模塊，具有4個模擬量輸入和2個模擬量輸出，12位A/D輸入信號是由多路開關依次采集的，所使用的數(shù)值是數(shù)字濾波器求取采樣值的平均值。溫度傳感器和壓力傳感器的輸入信號，經過變送器調理和放大處理后，EM235模塊自動完成A/D轉換，成為0-5V的標準信號，這樣完全可以滿足系統(tǒng)的要求。4.2 PLC的I/O地址分配本設計的B組鍋爐控制系統(tǒng)的設計主要涉及到82個數(shù)字量輸入和12 個模擬量輸入，55個數(shù)字量輸出和14個模擬量輸出。其類型包括操作鍵、開關量傳感器、

28、開關量開關和模擬量傳感器，上述作為輸入信號；操作鍵包括：啟動開關、停機開關、自動/ 手動轉換開關、報警解除開關；開關量傳感器包括：反映拖動循環(huán)泵、鼓風機、引風機和爐排的電機堵轉故障的熱繼電器開關信號，反映水位高、低開關信號，變頻器上、下限頻率開關信號；用于測量溫度值的模擬量輸入信號和用于測量鍋爐內氣壓值的模擬量輸入信號。數(shù)字/模擬輸入開關量分配表見附錄2。PLC的輸出端口包括各種故障指示，給變頻器發(fā)出的頻率控制信號，控制各個電機的啟停，PLC與這些控制電機的交流接觸器的連接是通過中間繼電器來實現(xiàn)的，可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強電和弱電之間的隔離，保護PLC設備，增強系統(tǒng)工作的可靠性。數(shù)字/模擬輸出開

29、關量分配表見附錄3。4.3 PLC接線原理圖PLC與各功能擴展模塊、變頻器以及各電氣元件接線原理圖見附錄4。4.4 PLC控制系統(tǒng)框圖PLC與各個硬件部分連接及有關的系統(tǒng)參數(shù)的整體控制結構如圖4-1所示：圖4-1 PLC控制系統(tǒng)框圖4.5 系統(tǒng)程序總流程圖供暖鍋爐系統(tǒng)的程序總流程圖見附錄圖3-2 系統(tǒng)總程序流程圖5。4.6 系統(tǒng)各個子程序設計4.6.1 系統(tǒng)整體的啟動/停止子程序B組系統(tǒng)整體啟動/停止程序主要實現(xiàn)整個鍋爐系統(tǒng)的啟動/停止控制，有手動/自動切換功能，首先對PLC狀態(tài)初始化，然后通過人為控制，實現(xiàn)整個鍋爐系統(tǒng)手動或者自動運行自由切換。其流程圖如圖4-2所示：圖4-2 系統(tǒng)整體啟/停

30、控制程序流程圖開 始結 束手動/自動？電機啟/停？自動結束？手動控制自動控制自動運行自動控制結束手動控制結束啟動電機手動自動否是停PLC狀態(tài)初始化4.6.2 鼓風機、爐排、引風機控制子程序本程序完成鍋爐中鼓風機、引風機和爐排電機的啟動/停止控制，具有手動和自動兩種功能。手動控制模式下通過人為設定實現(xiàn)各個電機的啟動、停止以及運行的頻率設定。自動控制模式下根據(jù)檢測到的每個鍋爐的出水溫度，通過PLC運算模塊，計算出實際運行中的出水溫度值，經過其內置的溫度PID模塊進行運算調節(jié)，確定爐排電機和鼓風電機的轉速，既而可得到爐排電機和鼓風機的控制頻率；再通過PLC運算模塊計算出壓力傳感器所檢測到的實際爐膛壓

31、力，經過內置壓力PID模塊進行運算調節(jié)，確定引風機的轉速，既而可得到引風機的控制頻率。其流程圖如圖4-3所示：圖4-3 鼓風機、引風機和爐排電機控制程序流程圖溫度PID檢測確定爐排電機、鼓風機轉速壓力PID檢測確定引風機轉速確定鼓風機、引風機及爐排變頻器控制頻率頻率開 始結 束自動/手動？鼓風機、引風機和爐排啟停和頻率設定自動手動4.6.3 循環(huán)泵控制子程序循環(huán)泵控制程序主要實現(xiàn)循環(huán)泵系統(tǒng)中水泵電機的啟動/停止控制、變頻器頻率設定，具有手動/自動切換功能。手動控制模式下通過人為設定循環(huán)泵的運行臺數(shù)、啟動、停止以及運行頻率。自動控制模式下溫度檢測元件將鍋爐系統(tǒng)的總出回水溫度模擬信號傳入PLC智能

32、轉換模塊中，通過運算模塊計算出總出回水口的溫差值，以鍋爐的實際溫差作為PID的反饋，以目標溫差作為PID的給定，PID的輸出作為變頻循環(huán)泵的頻率運行信號。通過溫度PID模塊檢測調節(jié)，與設定值相比較確定是否開啟循環(huán)泵系統(tǒng)，當開啟后再通過溫度PID調節(jié)，實現(xiàn)循環(huán)泵電機的工頻/變頻切換和運行頻率的控制。其流程圖如圖4-4所示：圖4-4 循環(huán)泵控制程序流程圖開 始啟動循環(huán)泵？啟動1#變頻器？啟動1#變頻器隨機啟動某一臺泵出回水溫差偏大？出回水溫差偏大？切換到工頻運行隨機啟動另一臺泵出回水溫差偏??？降低變頻狀態(tài)循環(huán)泵頻率隨機選擇一臺泵切換到變頻運行停止變頻狀態(tài)循環(huán)泵出回水溫差偏??？溫度PID檢測調節(jié)確定

33、變頻器頻率結 束啟動2#變頻器否否是是否是否是否是4.6.4 補水泵控制子程序補水泵1有故障嗎？水位下限水位嗎？開啟1#補水泵進行補水水位檢測是否否補水泵2工作是檢測水位為上限水位嗎？1#補水泵停止補水是否檢測水位為上限水位嗎？補水泵2停止補水是否故障報警返 回開 始圖4-5 補水泵控制程序流程圖本程序用于實現(xiàn)補水系統(tǒng)的啟動/停止控制，手動/自動切換和報警功能。在手動控制模式下，通過人為控制補水泵的啟動和停止，實現(xiàn)對鍋爐的補水。自動控制模式下，系統(tǒng)檢測水位，水位在下限，則開啟1#補水泵，當檢測到水位在上限，則關停1#補水泵，在補水過程中若檢測水位在上上限時，則發(fā)出警報同時補水泵整體進行系統(tǒng)斷電

34、，若檢測水位在下下限時，則發(fā)出警報同時開啟2#補水泵進行補水，達到上限水位時，2#補水泵關停。其流程圖如圖4-5所示：4.6.5 模擬量輸入子程序模擬量輸入程序模塊主要接收外部輸入模擬信號，分別包括溫度模擬信號壓力模擬信號，通過檢測溫度信號和壓力信號與提前設定的上下限值相比較確定是否有故障發(fā)生，如果發(fā)生故障則發(fā)出報警信號；如果均運行良好，則存入共享數(shù)據(jù)塊中，并轉換為IEEE758標準咒位浮點數(shù)。其流程圖如圖4-6所示：圖4-6 模擬量輸入程序流程圖開 始溫差超過上/下值嗎？壓力超過上/下值嗎？采樣結果轉換成標準值保存數(shù)據(jù)結 束否否報 警是是報 警4.6.6 通信處理子程序通信處理程序塊完成PL

35、C與變頻器的通信處理，通過調用FB12組建（如圖4-7）發(fā)送報文，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，完成了對各個變頻器的頻率設定，讀取變頻器運行時的頻率、電壓、電流、功率等參數(shù)。其流程圖如4-8所示：開 始確定地址號確定功能種類確定功能號讀出/寫入？計算數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)計算校驗和數(shù)據(jù)位清零結 束監(jiān)視數(shù)據(jù)設定數(shù)據(jù)圖4-7 FB12設計程序流程圖開 始發(fā)送數(shù)據(jù)？調用FB12組建發(fā)送報文發(fā)送數(shù)據(jù)接受數(shù)據(jù)應答正確？保存接受數(shù)據(jù)結 束否是否是圖4-8 通信處理程序流程圖4.7 PLC梯形圖設計由于每臺鍋爐的補水泵系統(tǒng)、循環(huán)泵系統(tǒng)、鼓風機、引風機及其爐排電機的工作原理完全相同，因此在此只介紹其中某臺鍋爐的各個分系統(tǒng)梯形圖設計，其

36、PLC梯形圖見附錄7。4.8 本章小結本章主要詳細介紹了針對本系統(tǒng)各個部分的PLC設計原理及其流程，主要完成了PLC的功能介紹、模塊選擇、I/O地址的分配及流程圖的繪制。5. 變頻器的選擇圖5-1 變頻器結構圖變頻器是把電壓、頻率固定的交流電變換成電壓、頻率分別可調的交流電的變換器。變頻調速器與外界的聯(lián)系點基本上分三部分：一是主電路接線端，包括工頻電網的輸入端（R，S，T），接電機的頻率電壓連續(xù)可調的輸出端（U，V，W）。二是控制端子，包括外部信號控制變頻調速器工作的端子(AI2+，AI2-)，變頻帶調速器工作狀態(tài)指示端子，變頻器與微機或其他變頻的通訊接口。三是操作面板包括液晶顯示屏和鍵盤。變

37、頻器的結構圖如圖5-1所示：5.1 變頻器頻率范圍的設定基本頻率與最高頻率電動機的額定頻率稱為變頻器的基本頻率，當頻率給定信號為最大值時，變頻器的給定頻率，稱為最高頻率，在上升時間一定的情況下，最高頻率決定了變頻器輸出頻率的變化速度。上限頻率與下限頻率上限頻率與下限頻率是調速控制系統(tǒng)所要求變頻器的工作范圍，它們的大小應根據(jù)實際工作情況設定，在本設計中將電源的工頻頻率設定為變頻器的上限頻率。5.2 變頻器及其型號根據(jù)設計題目要求，按照電動機的額定功率，最大使用電機容量，本設計選用三菱FR-F540L-S。FR-F540L-S系列變頻器具有以下特點： 功率范圍：75900KW，3相380V。 采用

38、最佳勵磁控制方式，實現(xiàn)更高節(jié)能運行。 內置PID，變頻器/工頻切換和可以實現(xiàn)多泵循環(huán)運行功能。 柔性PWM，實現(xiàn)更低噪音運行。 內置RS485通信口。 75KW以上隨機帶DC電抗器。三菱FR-F540L-S技術規(guī)格表見附錄6。本設計所所選變頻器的型號：基本型號最大使用電機容量（KW ）輸出額定電流（A）電壓等級（v）FR-F540L-90K-CH90（引風機）180380FR-F540-37K-CH37（鼓風機）70380FR-F540L-75K-CH5（爐排電機）10380FR-F540L-75K-CH75（循環(huán)泵）1443805.3 本章小結本章主要介紹了變頻控制器的選擇，針對每個電機的運

39、行情況及其功率大小確定了相關的參數(shù)并選擇了相應品牌系列的變頻器。6. 傳感器的選擇6.1 溫度傳感器的選型本設計中采用溫度傳感器PT100 檢測溫度， PT100是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關系為：當PT100溫度為0時它的阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。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-200650的范圍。6.2 壓力傳感器的選型本設計中采用CYB-20S普通型壓力傳感器。CYB-20S系列壓力變送器使用C

40、YB-10S壓力傳感器為敏感元件，和電子線路做成一體化結構，輸出為420mA、05V標準信號， 適合工業(yè)自動化系統(tǒng)配套。CYB-20S為圓柱型全不銹鋼結構，體積小，零點和靈敏度可從外部直接調整，使用方便。6.3 液位傳感器的選型本設計采用光電傳感器OPG-01，該光電傳感器包含一個紅外LED和光接器。從LED的光直接到達傳感器頂端的棱鏡，當沒有液體存在時，LED中的光在棱鏡中被反射到接受器。當上升的液體侵入棱鏡時，光被折射到液體中，只有少許或無光到達接受器。感應這個變化，接受器開動了單元中的電動開關，外部報警或控制電路從而工作。6.4 本章小結本章主要介紹了本設計中各個傳感器的型號類型選擇，分

41、別包括了溫度傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器。結論通過這次對供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng)的總體設計，自己從中受益匪淺，將在大學期間所學的很多學科的理論知識靈活的運用到了實際設計中，使曾所學的知識記憶更加牢固同時理解也更為深刻。在強化已有理論知識的基礎上，自身的學習能力有了大幅度的提升，從多角度思考問題，和同組成員溝通探討，自行通過各種渠道解決實際設計中遇到問題等方面的能力均得到了很好的鍛煉。在實際學習設計中，對于研究問題的耐心也得到了很好的培養(yǎng)，這對自己在畢業(yè)以后工作的發(fā)展有了很大的推動作用。在這次設計中，通過對各個問題的研究解決，得到了以下理論知識總結：1、詳細的了解了西門子S7-200可編程控制器的

42、工作方式和整體結構，其工作方式是集中輸入、集中輸出、周期性循環(huán)掃描，其整體結構分別包括CPU單元、I/O單元、存儲單元、電源電源、擴展接口單元、通信接口單元、編程器。與此同時掌握了更多有關STEP7編程軟件的使用技巧。2、對于CPU224的功能參數(shù)了解的也進一步加深，CPU224可以擴展7個功能模塊，最大可擴展到168點數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O，其本身集成了14點輸入/10點輸出，共24點數(shù)字量I/O。3、對鍋爐系統(tǒng)的整體結構組成有了很形象的認識，其主要包括鼓風機、引風機、爐排、補水泵和循環(huán)泵，鼓風機和爐排主要負責保證各個鍋爐出水口的溫度值；引風機主要負責使爐膛負壓保持在一定的范圍內；

43、補水泵主要負責各個鍋爐的爐缸水位保持在一定的范圍內；循環(huán)泵主要負責使熱量及時從鍋爐內部傳輸?shù)男枰┡膱鏊鶅?，并能使供暖溫度穩(wěn)定的達到設定值。4、詳細的認識了變頻器的功能結構和性能參數(shù)，每臺變頻器有基本頻率和最高頻率，根據(jù)實際設計的需要，可相應設定變頻器所輸出的最高頻率和最低頻率，同時根據(jù)實際運行工作狀態(tài)，可用單臺變頻器拖動數(shù)臺電機，很大程度上降低了設計成本。變頻器即可以通過PLC控制改變輸出頻率，也可通過手動設定其輸出的控制頻率。5、溫度傳感器PT100是鉑熱電阻，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-200650的范圍，工業(yè)適用性非常好；CYB-20S普通型壓力傳感器，

44、其和電子線路做成一體化結構，輸出為420mA、05V標準信號， 適合工業(yè)自動化系統(tǒng)配套；光電傳感器OPG-01，其包含紅外LED和光接收器，通過感受有無光傳入到接收器用來判斷液位狀態(tài)，簡單實用，價格低廉，在相應工業(yè)系統(tǒng)中最為常用。參考文獻1. 程子華編，PLC原理與編程實例分析.北京：國防工業(yè)出版社，20072. 范永勝 王岷編，電氣控制與PLC應用.北京：中國電力出版社，20073. 李德英等，鍋爐供暖量化管理與節(jié)能技術.北京：中國建筑工業(yè)出版社，20084. 黃新元編，電站鍋爐運行與燃燒調整.北京：北京中國電力出版社，20095. 朱全利主編，鍋爐設備及系統(tǒng).北京：北京中國電力出版社，20

45、066. 李增枝主編，鍋爐運行.北京：中國電力出版社，20077. 潘效軍主編，鍋爐改造技術.北京：中國電力出版社，20068. 樊泉桂主編，鍋爐原理.北京：中國電力出版社，20089. 吳忠志，吳加林主編，變頻器應用手冊.北京：機械工業(yè)出版社，200210. 王占奎主編，變頻調速應用百例.北京：科學出版社，1999致謝這次對供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng)的設計圓滿結束了，盡管在設計的過程中，遇到了很多很難解決的問題，但通過各種渠道都一一解決了，通過這次的實際設計，從中學到了很多實用的理論知識，對畢業(yè)以后的實際工作有非常大的幫助。感謝我校提供這次制作畢業(yè)設計的機會，這次的實際設計使平時在課堂上學到的理論

46、知識得以靈活的應用，同時學到了很多課堂以外的實用知識，收獲很大。同時感謝我們的畢業(yè)設計輔導老師和小組成員，在本次的實際設計中，遇到了很多自己無法解決的困難，但通過老師的耐心講解，都得到了很好的解決，老師提供的一些建議使本次變頻鍋爐系統(tǒng)更加的完善實用，很好的符合了本次設計的要求，和小組成員之間的合作，使自己的合作能力，溝通交流能力均得到了很好的鍛煉，從他們身上學到了很多有用的知識，對今后的學習工作起到了很大的幫助。附錄附錄1 整體鍋爐電氣原理圖附錄2 數(shù)字/模擬輸入開關量分配表序號名稱文字符號端口地址11#引風機手動/自動SA1I0.021#引風機停止SB1I0.131#引風機啟動SB2I0.2

47、41#引風機故障KH1I0.352#引風機手動/自動SA2I0.462#引風機停止SB3I0.572#引風機啟動SB4I0.682#引風機故障KH2I0.793#引風機手動/自動SA3I1.0103#引風機停止SB5I1.1113#引風機啟動SB6I1.2123#引風機故障KH3I1.3134#引風機手動/自動SA4I1.4144#引風機停止SB7I1.5154#引風機啟動SB8I1.6164#引風機故障KH4I1.7171#鼓風機手動/自動SA5I2.0181#鼓風機停止SB9I2.1191#鼓風機啟動SB10I2.2201#鼓風機故障KH5I2.3212#鼓風機手動/自動SA6I2.422

48、2#鼓風機停止SB11I2.5232#鼓風機啟動SB12I2.6242#鼓風機故障KH6I2.7253#鼓風機手動/自動SA7I3.0263#鼓風機停止SB13I3.1273#鼓風機啟動SB14I3.2283#鼓風機故障KH7I3.3294#鼓風機手動/自動SA8I3.4304#鼓風機停止SB15I3.5314#鼓風機啟動SB16I3.6324#鼓風機故障KH8I3.7331#爐排電機手動/自動SA9I4.0341#爐排電機停止SB17I4.1351#爐排電機啟動SB18I4.2361#爐排電機故障KH9I4.3372#爐排電機手動/自動SA10I4.4382#爐排電機停止SB19I4.539

49、2#爐排電機啟動SB20I4.6402#爐排電機故障KH10I4.7413#爐排電機手動/自動SA11I5.0423#爐排電機停止SB21I5.1433#爐排電機啟動SB22I5.2443#爐排電機故障KH11I5.3454#爐排電機手動/自動SA12I5.4464#爐排電機停止SB23I5.5474#爐排電機啟動SB24I5.6484#爐排電機故障KH12I5.7491#循環(huán)泵手動/自動SA13I6.0501#循環(huán)泵停止SB25I6.1511#循環(huán)泵啟動SB26I6.2521#循環(huán)泵故障KH13I6.3532#循環(huán)泵手動/自動SA14I6.4542#循環(huán)泵停止SB27I6.5552#循環(huán)泵啟

50、動SB28I6.6562#循環(huán)泵故障KH14I6.7573#循環(huán)泵手動/自動SA15I7.0583#循環(huán)泵停止SB29I7.1593#循環(huán)泵啟動SB30I7.2603#循環(huán)泵故障KH15I7.3614#循環(huán)泵手動/自動SA16I7.4624#循環(huán)泵停止SB31I7.5634#循環(huán)泵啟動SB32I7.6644#循環(huán)泵故障KH16I7.7651#補水泵手動/自動SA17I8.0661#補水泵停止SB33I8.1671#補水泵啟動SB34I8.2681#補水泵故障KH17I8.3692#補水泵手動/自動SA18I8.4702#補水泵停止SB35I8.5712#補水泵啟動SB36I8.6722#補水泵

51、故障KH18I8.773下下限水位檢測信號-I9.074下限水位檢測信號-I9.175上上限水位檢測信號-I9.276上限水位檢測信號-I9.3771#/2#變頻器上限頻率信號-I9.4781#/2#變頻器下限頻率信號-I9.5791#循環(huán)泵手動變頻/工頻切換SB37I9.6802#循環(huán)泵手動變頻/工頻切換SB38I9.7813#循環(huán)泵手動變頻/工頻切換SB39I10.0824#循環(huán)泵手動變頻/工頻切換SB40I10.183室外溫度采集信號-AIW084室內溫度采集信號-AIW285總出水口溫度采集信號-AIW486總回水口溫度采集信號-AIW6871#鍋爐出水口溫度采集信號-AIW8882#

52、鍋爐出水口溫度采集信號-AIW10893#鍋爐出水口溫度采集信號-AIW12904#鍋爐出水口溫度采集信號-AIW14911#鍋爐爐膛壓力采集信號-AIW16922#鍋爐爐膛壓力采集信號-AIW18933#鍋爐爐膛壓力采集信號-AIW20944#鍋爐爐膛壓力采集信號-AIW22附錄3 數(shù)字/模擬輸出開關量分配表序號名稱文字符號端口地址11#循環(huán)泵變頻模式KM1Q0.021#循環(huán)泵工頻模式KM2Q0.132#循環(huán)泵變頻模式KM3Q0.242#循環(huán)泵工頻模式KM4Q0.353#循環(huán)泵變頻模式KM5Q0.463#循環(huán)泵工頻模式KM6Q0.574#循環(huán)泵變頻模式KM7Q0.684#循環(huán)泵工頻模式KM8Q0.791#鼓風機控制KM9Q1.0102#鼓風機控制KM10Q1.1113#鼓風機控制KM11Q1.2124#鼓風機控制KM12Q1.3131#引風機控制KM13Q1.4142#引風機控制KM14Q1.5153#引風機控制KM15Q1.6164#引風機控制KM16Q1.7171#爐排電機控制KM17Q2.0182#爐排電機控制KM18Q2.1193#爐排電機控制KM19Q2.2