基于PLC的鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告

PAGE實(shí)習(xí)報(bào)告題目：基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱(chēng)：電氣與信息工程學(xué)院

實(shí)習(xí)任務(wù)書(shū)組內(nèi)學(xué)生姓名人數(shù)5人系部名稱(chēng)電氣與信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)、學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師姓名職稱(chēng)教授從事專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化題目名稱(chēng)基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、工程實(shí)踐的目的、意義通過(guò)對(duì)燃油鍋爐PLC控制的程序設(shè)計(jì)，使我懂得了鍋爐一直在發(fā)展，隨著對(duì)控制精度和對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的繼電器控制不能滿(mǎn)足要求，燃煤鍋爐也漸漸不再適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展的需要。燃油鍋爐替代燃煤鍋爐是發(fā)展的結(jié)果。本次工程實(shí)踐，收獲很多，既完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，又學(xué)的了很多新知識(shí)。當(dāng)然，個(gè)人的設(shè)計(jì)或多或少總存在一些不足和缺陷，只有在不斷學(xué)習(xí)使用和在別人的幫助指點(diǎn)下，才能不斷改進(jìn)缺陷和不足。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程比較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)中反映出個(gè)人知識(shí)的不足，需要學(xué)習(xí)更多的知識(shí)以彌補(bǔ)不足。二、工程實(shí)踐的主要內(nèi)容、技術(shù)要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、工作量要求等）用PLC控制燃油鍋爐的自動(dòng)控制，保證其安全、可靠、穩(wěn)定地按著預(yù)期的設(shè)計(jì)方案工作?；赑LC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)技術(shù)要求如下：(1)按下起動(dòng)按鈕，燃油首先通過(guò)燃油預(yù)熱器預(yù)熱，1min后，接通點(diǎn)火變壓器，打開(kāi)瓦斯閥門(mén)，同時(shí)由鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)，持續(xù)3S后，噴油泵噴油，持續(xù)3S后，點(diǎn)火變壓器和瓦斯閥門(mén)同時(shí)關(guān)閉。(2)按下停止按鈕，燃油預(yù)熱器關(guān)閉，噴油泵關(guān)閉，鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)送風(fēng)持續(xù)15S后送風(fēng)停止。(3)鍋爐燃燒過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)（即蒸汽壓力超過(guò)允許值或水位通過(guò)上限或低于下限L能自動(dòng)關(guān)K；異常情況消失后，又能自動(dòng)接起燃燒程序重新點(diǎn)火燃燒。(4)鍋爐水位控制，鍋爐工作起動(dòng)后，當(dāng)水位低于下限時(shí)，進(jìn)水閥打開(kāi)，排水閥關(guān)閉，當(dāng)水位高于上限時(shí)，排水閥打開(kāi)，進(jìn)水閥關(guān)閉。(5)當(dāng)水溫低于90度時(shí)，噴油電機(jī)以較大轉(zhuǎn)速運(yùn)行；當(dāng)水溫高于90度時(shí)，Q0.7輸出，噴油電機(jī)減速運(yùn)行；當(dāng)油溫高于設(shè)定值25度時(shí)，噴油機(jī)才能?chē)娪?。三、工程?shí)踐完成后應(yīng)提交的成果由PLC組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)。對(duì)鍋爐實(shí)行全自動(dòng)控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測(cè)、指示、調(diào)節(jié)等進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)PLC控制軟件，成功地實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油鍋爐控制系統(tǒng)的仿真。四、工程實(shí)踐的工作進(jìn)度安排（1）調(diào)研、方案論證（2天）（2）設(shè)計(jì)電路原理圖（2天）（3）編寫(xiě)程序（2天）（4）系統(tǒng)程序調(diào)試（2天）（5）撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告（1天）（6）答辯（1天）五、主要參考資料[1]沈雅琴.半導(dǎo)體熱敏電阻測(cè)溫傳感器分析[J].上海航天,1997年02期.[2]殷紅彩，葛立峰.一種多輸出直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)[J].傳感器世界，2006，12(9)，22-26.[3]孫強(qiáng),曹躍龍,薛延學(xué),高立芳.新型燃油鍋爐微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào),1998年04期.[4]李元章.微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在鍋爐供熱工作中的應(yīng)用[J].節(jié)能,2000年08期.[5]楊靖，雷聲勇.基于PID算法的S7-200PLC鍋爐水溫控制系統(tǒng)[J].機(jī)床電器，2010年06期.[6]王永華，《現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)》，北京，北京航空航天出版社,2007年六、備注指導(dǎo)教師簽字：年月日教研室主任簽字：年月日黑龍江工程學(xué)院目錄第1章引言………………………11.1PLC控制燃油鍋爐的目的和意義…………………11.2PLC控制燃油鍋爐的設(shè)計(jì)內(nèi)容……………………11.3預(yù)期實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)……………………1第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案…………22.1燃油鍋爐的基本組成部分…………22.2燃油鍋爐的工作過(guò)程………………22.3燃油鍋爐系統(tǒng)控制要求……………22.4燃油鍋爐控制系統(tǒng)…………………32.4.1燃燒過(guò)程控制………………32.4.2水位高低控制………………42.5燃油鍋爐系統(tǒng)工藝流程……………42.6確定燃油鍋爐的設(shè)計(jì)方案…………4第3章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)……………63.1PLC總述……………63.1.1PLC工作原理………………63.1.2PLC系統(tǒng)選型………………63.1.3I/O地址分配…………………83.1.4PLC主機(jī)圖…………………93.1.5擴(kuò)展模塊選型………………93.2電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制選型……………113.2.1電機(jī)及噴油泵的選型………113.2.2變頻器選型 113.2.3電機(jī)主線路…………………113.3檢測(cè)元件選型……………………123.4低壓電器選型……………………123.4.1繼電器選型…………………133.4.2斷路器選型…………………133.4.3熔斷器選型…………………133.5系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)……………………13第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………154.1控制程序流程圖…………………154.2控制程序設(shè)計(jì)……………………164.3顯示操作界面設(shè)計(jì)………………174.4程序調(diào)試…………17結(jié)束語(yǔ)……………………19實(shí)習(xí)體會(huì)…………………20參考文獻(xiàn)…………………21附錄………………………22PAGE26第1章引言1.1PLC控制燃油鍋爐的目的和意義鍋爐是一次性能源煤炭、石油、天然氣轉(zhuǎn)換成二次能源蒸汽量的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)有各類(lèi)工業(yè)鍋爐約25萬(wàn)。每年耗煤量占全國(guó)產(chǎn)量的1/3，同時(shí)還消耗大量的石油和天然氣。工業(yè)鍋爐是生產(chǎn)過(guò)程中重要的動(dòng)力設(shè)備。在石油化工領(lǐng)域，它的主要作用是向生產(chǎn)裝置提供所需的合格蒸汽，其控制質(zhì)量的優(yōu)劣不僅關(guān)系到鍋爐自身運(yùn)行的效果，而且還將直接影響到相關(guān)裝置生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性。現(xiàn)代燃油燃燒機(jī)多為自動(dòng)控制的燃燒機(jī)，一般采用工業(yè)程序控制器、火焰檢測(cè)器以及溫度傳感器等組成自動(dòng)控制系統(tǒng)。燃油鍋爐隨著城市的發(fā)展而越來(lái)越多地被應(yīng)用。以前使用燃煤鍋爐由于其在燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的CO2和粉塵污染環(huán)境而逐漸被淘汰，相對(duì)應(yīng)的用燃油鍋爐來(lái)代替燃煤鍋爐已被廣泛用于酒店、大型商場(chǎng)等建筑。由PLC組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)適用于配用各種進(jìn)口及國(guó)產(chǎn)燃燒器的燃油鍋爐，對(duì)鍋爐實(shí)行全自動(dòng)控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測(cè)、指示、調(diào)節(jié)等進(jìn)行控制。1.2PLC控制燃油鍋爐的設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)采用可編程序控制器PLC控制燃油鍋爐的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。通過(guò)PLC的選型和擴(kuò)展電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制、檢測(cè)元件選型、低壓電器選型、電源設(shè)計(jì)完成燃油鍋爐的硬件設(shè)計(jì)部分。通過(guò)組態(tài)軟件以及仿真軟件的模擬和調(diào)試完成燃油鍋爐的軟件設(shè)計(jì)。1.3預(yù)期實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)燃油鍋爐的自動(dòng)控制，不但能很好的控制鍋爐的水位和蒸汽壓力等參數(shù)，還能很方便的加水和排水，基于PLC的控制很容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。我國(guó)目前運(yùn)行的很多鍋爐控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平不高、安全性低，工作效率普遍低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此實(shí)現(xiàn)燃油鍋爐的自動(dòng)控制對(duì)能源消耗來(lái)說(shuō)很重要。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1燃油鍋爐的基本組成部分燃油鍋爐主要組成部分：燃油預(yù)熱器：鍋爐啟動(dòng)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。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(dòng)，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(shí)儲(chǔ)存水和水垢。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)排除。送風(fēng)設(shè)備：由鼓風(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。燃料供給設(shè)備：包括供油管路和油槍等。2.2燃油鍋爐的工作過(guò)程鍋爐工作時(shí)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(guò)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。燃料在燃燒時(shí)，油由油泵從儲(chǔ)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(shí)，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(kāi)（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)。2.3燃油鍋爐系統(tǒng)控制要求由PLC組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)適用于配用各種進(jìn)口及國(guó)產(chǎn)燃燒器的燃油鍋爐，對(duì)鍋爐實(shí)行全自動(dòng)控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測(cè)、指示、調(diào)節(jié)等進(jìn)行控制。1.燃油鍋爐控制要求(1)按下起動(dòng)按鈕，燃油首先通過(guò)燃油預(yù)熱器預(yù)熱，1min后，接通點(diǎn)火變壓器，打開(kāi)瓦斯閥門(mén)，同時(shí)由鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)，持續(xù)3S后，噴油泵噴油，持續(xù)3S后，點(diǎn)火變壓器和瓦斯閥門(mén)同時(shí)關(guān)閉。(2)按下停止按鈕，燃油預(yù)熱器關(guān)閉，噴油泵關(guān)閉，鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)送風(fēng)持續(xù)15S后送風(fēng)停止。(3)鍋爐燃燒過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)（即蒸汽壓力超過(guò)允許值或水位通過(guò)上限或低于下限L能自動(dòng)關(guān)K；異常情況消失后，又能自動(dòng)接起燃燒程序重新點(diǎn)火燃燒。(4)鍋爐水位控制，鍋爐工作起動(dòng)后，當(dāng)水位低于下限時(shí)，進(jìn)水閥打開(kāi)，排水閥關(guān)閉，當(dāng)水位高于上限時(shí)，排水閥打開(kāi)，進(jìn)水閥關(guān)閉。2.燃油鍋爐的系統(tǒng)示意圖如圖2.1所示。圖2.1燃油鍋爐系統(tǒng)示意圖2.4燃油鍋爐控制系統(tǒng)優(yōu)良的燃油鍋爐控制系統(tǒng)對(duì)燃油鍋爐的應(yīng)用有著極為重要的意義。燃油鍋爐的控制系統(tǒng)主要包括燃燒器控制、鍋爐水位控制等。2.4.1燃燒過(guò)程控制燃燒裝置包括：鼓風(fēng)機(jī)、油泵、引風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火裝置、噴油電磁閥等。在燃燒啟動(dòng)前，燃油首先通過(guò)燃油預(yù)熱器預(yù)熱后，接通點(diǎn)火變壓器，點(diǎn)火變壓器投入工作，當(dāng)點(diǎn)火變壓器打開(kāi)后，可燃油霧立即被高壓電火花點(diǎn)燃產(chǎn)生點(diǎn)火火焰。打開(kāi)瓦斯閥門(mén)，同時(shí)由鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)，一段時(shí)間后，噴油泵噴油，持續(xù)一段時(shí)間后，點(diǎn)火變壓器和瓦斯閥門(mén)同時(shí)關(guān)閉。按下停止按鈕，燃油預(yù)熱器關(guān)閉，噴油泵關(guān)閉，鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)送風(fēng)一段時(shí)間后送風(fēng)停止。2.4.2水位高低控制鍋爐水位的高低對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行極為重要。水位太高，會(huì)使蒸汽大量帶水，降低品質(zhì)，甚至?xí)l(fā)生滿(mǎn)水事故。水位偏低，會(huì)造成鍋筒各部分的溫度偏差，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)定的范圍內(nèi)。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)。2.5燃油鍋爐系統(tǒng)工藝流程燃油鍋爐控制系統(tǒng)是由PLC來(lái)控制燃油鍋爐的起動(dòng)、停止以及出現(xiàn)異常情況時(shí)能暫停且異常情況消失后能自動(dòng)按起燃順序重新工作的供熱系統(tǒng)。燃油鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程圖如圖2.2所示。圖2.2燃油鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程圖2.6確定燃油鍋爐的設(shè)計(jì)方案可編程序控制器PLC作為鍋爐控制器，通過(guò)對(duì)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)、油泵和進(jìn)水閥、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(dòng)控制。采用壓力傳感器和溫度傳感器對(duì)水溫、汽溫、爐溫進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，維持它們?cè)谝?guī)定的范圍內(nèi)。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、引風(fēng)機(jī)、油泵、進(jìn)水閥、出水閥、水位上限開(kāi)關(guān)、水位下限開(kāi)關(guān)、各種檢測(cè)儀表及監(jiān)控設(shè)備組成。系統(tǒng)原理框圖如圖2.3所示。圖2.3燃油鍋爐系統(tǒng)原理框圖第3章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1PLC總述3.1.1PLC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(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。CPU是以分時(shí)操作方式來(lái)處理各項(xiàng)任務(wù)的，所以它屬于串行工作方式。PLC工作的整個(gè)過(guò)程可分為三部分：第一部分是上電處理。機(jī)器上電后對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查，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(guò)程。PLC上電處理階段完成以后進(jìn)入掃描工作過(guò)程。第三部分是出錯(cuò)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(dòng)作是否正常，如檢查出異常時(shí)，CPU面板上的LED及異常繼電器會(huì)接通，在特殊寄存器中會(huì)存入出錯(cuò)代碼；當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，CPU被強(qiáng)制為STOP方式，所有的掃描便停止。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(shí)間稱(chēng)作掃描周期或工作周期。在一個(gè)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(qǐng)求→執(zhí)行邏輯控制程序→寫(xiě)輸出執(zhí)行→CPU自診斷。PLC就是這樣周而復(fù)始的循環(huán)這些動(dòng)作過(guò)程一直到關(guān)機(jī)。當(dāng)PLC上電后，處于正常運(yùn)行時(shí)，它將不斷重復(fù)掃描過(guò)程，并不斷循環(huán)重復(fù)下去。分析上述掃描過(guò)程，如果不考慮遠(yuǎn)程的服務(wù)要求，這樣掃描過(guò)程就只有“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷新”三個(gè)階段了。這三個(gè)階段是PLC工作過(guò)程的中心內(nèi)容，也就是PLC的工作原理。3.1.2PLC系統(tǒng)選型燃油鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇了西門(mén)子模塊化中小型PLC系統(tǒng)S7-200，它能滿(mǎn)足系統(tǒng)性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。其模塊化、易于實(shí)現(xiàn)分布、易于用戶(hù)掌握等特點(diǎn)使得S7-200成為各種中小型性能要求控制任務(wù)的首選。S7-200系列具有的多種性能的CPU和豐富的I/O擴(kuò)展模塊，使用戶(hù)可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，可隨時(shí)使用附加的模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。西門(mén)子S7-200所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)，抗沖擊性，使其具有更高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。此外，S7-200系列PLC還具有模塊點(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性?xún)r(jià)比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。與一般計(jì)算機(jī)一樣，CPU是PLC的核心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能控制PLC有條不紊的進(jìn)行工作。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)總線構(gòu)成。CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路，內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU的主要任務(wù)是控制用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)接收與存儲(chǔ)；用掃描的方式通過(guò)I/O接口接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等；PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器讀取用戶(hù)指令，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。PLC產(chǎn)品的種類(lèi)繁多。PLC的型號(hào)不同，對(duì)應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等均各不相同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿(mǎn)足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式，安裝方式的選擇,相應(yīng)的功能要求，響應(yīng)速度要求，系統(tǒng)可靠性的要求,機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器,不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿(mǎn)足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。通常PLC的輸入類(lèi)型可以是直流、交流或交直流，使用最多的是直流信號(hào)輸入PLC。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC自身的電源提供。表3-1S7-200系列PLCCPU型號(hào)表特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226CPU226XM程序存儲(chǔ)區(qū)4096B4096B8192B12288B16384B24576B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)2048B2048B8192B10240B10240B20480B本機(jī)I/O6入4出8入6出14入10出14入10出24入16出24入16出擴(kuò)展模塊數(shù)027777通過(guò)對(duì)燃油鍋爐控制系統(tǒng)控制要求的分析可知，系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)5點(diǎn)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)7點(diǎn)，所以選用CPU224，它可以擴(kuò)展7個(gè)模塊能夠滿(mǎn)足控制要求。CPU224的外圍接線圖如圖3.1所示。圖3-1CPU224外圍接線圖3.1.3I/O地址分配根據(jù)燃油鍋爐控制系統(tǒng)的控制要求，I/O通道地址分配如表3-2和3-3所示。序號(hào)功能信號(hào)AIW0溫度傳感器1輸入AIW2溫度傳感器2輸入AQW4給變頻器信號(hào)表3-2輸入輸出信號(hào)代碼和地址編號(hào)名稱(chēng)代碼地址編號(hào)啟動(dòng)按鈕SF1I0.0停止按鈕SF2I0.1水位上限開(kāi)關(guān)BG1I0.3水位下限開(kāi)關(guān)BG2I0.4蒸汽壓力開(kāi)關(guān)BPI0.2熱繼電器BBI0.5燃油預(yù)熱器繼電器KF1Q0.0鼓風(fēng)機(jī)接觸器QA1Q0.1點(diǎn)火變壓器繼電器KF2Q0.2瓦斯閥MB1Q0.3噴油器電磁閥MB2Q0.4進(jìn)水閥MB3Q0.5出水閥MB4Q0.6噴油器低轉(zhuǎn)速電磁閥MB5Q0.7表3.2模擬量輸入輸出信號(hào)代碼和地址編號(hào)表3.1.4P系統(tǒng)所選PLC型號(hào)的主機(jī)圖圖3.2PLC主機(jī)圖3.1.5擴(kuò)展模塊選型系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-200模擬量編程。EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。本次設(shè)計(jì)選擇常用的EM235作為擴(kuò)展模塊。數(shù)字量輸入/輸出模塊支持：連接控制系統(tǒng)的數(shù)字量過(guò)程信號(hào)，向過(guò)程控制系統(tǒng)輸出數(shù)字量控制信號(hào)，為CPU的本機(jī)I/O提供更多的數(shù)字量輸入/輸出，數(shù)字量輸入/輸出模塊轉(zhuǎn)換，來(lái)自過(guò)程的外部數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成S7-200內(nèi)部信號(hào)電平，將S7-200的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過(guò)程所要求的外部信號(hào)電平。表3.4EM235的常用技術(shù)參數(shù)模擬量輸入特性模擬量輸入點(diǎn)數(shù)4輸入范圍電壓（單極性）0～10V0～5V0～1V0～500mV0～100mV0～50mV電壓（雙極性）±10V±5V±2.5V±1V±500mV±250mV±100mV±50mV±25mV電流0～20mA數(shù)據(jù)字格式雙極性全量程范圍-32000～+32000

單極性全量程范圍0～32000分辨率12位A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸出特性模擬量輸出點(diǎn)數(shù)1信號(hào)范圍電壓輸出±10V

電流輸出0～20mA數(shù)據(jù)字格式電壓-32000～+32000

電流0～32000分辨率電流電壓12位

電流11位3.2電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制選型3.2.1電機(jī)及噴油泵的選型所選用的鍋爐為SZS20-1.25-Y型燃油鍋爐。根據(jù)系統(tǒng)控制要求、工作環(huán)境和所用鍋爐的型號(hào)，進(jìn)行油泵的選型。所選用的鼓風(fēng)機(jī)為Y90L-4-1.5KW風(fēng)機(jī)。轉(zhuǎn)速為1400r/min，風(fēng)量為（5012-12230）m3/h，電機(jī)功率為1.5KW。所選用的噴油泵電動(dòng)機(jī)功率為1.5KW，轉(zhuǎn)速為1400r/min，額定電壓為380V，型號(hào)為Y90L-4。3.2.2變頻器選型在電動(dòng)機(jī)的各種調(diào)速方式中，變頻調(diào)速傳動(dòng)占有極其重要的地位，有強(qiáng)大的生命力。這類(lèi)傳動(dòng)系統(tǒng)功率有回路簡(jiǎn)單、功率因數(shù)高、輸出諧波小、啟動(dòng)平穩(wěn)、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。變頻器大多運(yùn)行在惡劣的電磁環(huán)境，且作為電力電子設(shè)備，內(nèi)部由電子元件、微處理芯片等組成，會(huì)受到外界的電磁干擾。另外，變頻器的輸入和輸出側(cè)的電壓、電流含有高次諧波。當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)，既要防止外界的電磁干擾又要防止變頻器干擾外界其他設(shè)備，即所謂的電磁兼容性。在選擇變頻器時(shí)的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器。選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。另外，應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率變壞。因此，用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)增加10％而溫升會(huì)增加20％左右。所以在選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器時(shí)，應(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)留有余量，以防止溫升過(guò)高，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。本設(shè)計(jì)選用的變頻器為西門(mén)子MM440。MM440是一種集多種功能于一體的變頻器，其恒定轉(zhuǎn)矩控制方式的額定功率范圍為120KW-200KW，可變轉(zhuǎn)矩控制方式的額定功率可達(dá)250KW，它適用于電動(dòng)機(jī)需要調(diào)速的各種場(chǎng)合?？赏ㄟ^(guò)數(shù)字操作面板或通過(guò)遠(yuǎn)程操作器方式修改其內(nèi)置參數(shù)，即可滿(mǎn)足各種調(diào)速場(chǎng)合的要求。3.2.3電機(jī)主線路兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別為MA1驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)工作、MA2驅(qū)動(dòng)噴油泵工作。接觸器QA1、QA2分別控制MA1、MA2的運(yùn)行；QA10、QA20分別為變頻器和兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān)，隔離開(kāi)關(guān)重要作用是隔離電源，以保證其它電氣設(shè)備的安全檢修。由于它沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的滅弧裝置，所以不能帶負(fù)荷操作。但是它可以用來(lái)通斷一定的小電流，如切合電壓互感器和避雷針回路等。隔離開(kāi)關(guān)在結(jié)構(gòu)上有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是它具有明顯可見(jiàn)的斷開(kāi)間隙。油泵變頻器MM400，通過(guò)改變電源的頻率來(lái)達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。如圖3.5所示為電機(jī)控制系統(tǒng)主電路。圖3.3電機(jī)主接線圖3.3檢測(cè)元件選型本設(shè)計(jì)選用的熱電偶溫度傳感器均為K型熱電偶，其中測(cè)量爐膛溫度的熱電偶型號(hào)為WZP-230，測(cè)溫范圍-200～500度，供電電壓DC24V，環(huán)境溫度0～60℃；測(cè)量蒸汽溫度、水溫和燃油溫度的熱電偶型號(hào)相同，均為WZP-230型熱電偶，測(cè)溫范圍-200～500℃，供電電壓DC24V，環(huán)境溫度0～60℃。3.4低壓電器選型3.4.1繼電器選型在控制電路中起信號(hào)傳遞、放大、切換和邏輯控制等作用的繼電器稱(chēng)作中間繼電器。它屬于電壓繼電器的一種，主要用于擴(kuò)展觸點(diǎn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)邏輯控制。本設(shè)計(jì)中用到的繼電器為正泰JZ7系列中間繼電器，型號(hào)為JZ7-62，額定工作電壓220V，額定工作電流,5A。3.4.2斷路器選型低壓斷路器也稱(chēng)作自動(dòng)開(kāi)關(guān)或空氣開(kāi)關(guān)，是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中非常重要的開(kāi)關(guān)電器和保護(hù)電器，它集控制和多種保護(hù)功能于一身。除了能完成接通和分?jǐn)嚯娐吠?，還能對(duì)電路或電氣設(shè)備發(fā)生的短路、嚴(yán)重過(guò)載及欠電壓等進(jìn)行保護(hù)，也可以用于不頻繁地啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。據(jù)選型原則，選用正泰系列斷路器，型號(hào)為DZ473P16A，額定工作電壓AC380V，額定工作電流16A。3.4.3熔斷器選型熔斷器基于電流熱效應(yīng)原理和發(fā)熱元件熱熔斷原理設(shè)計(jì)，具有一定的瞬時(shí)動(dòng)作性，用于電路的短路保護(hù)和嚴(yán)重過(guò)載保護(hù)。使用時(shí)串接于被保護(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路故障時(shí)，熔斷器中的熔體被瞬時(shí)熔斷而分?jǐn)嚯娐?，起到保護(hù)作用。根據(jù)負(fù)載類(lèi)型，選用正泰系列熔斷器，型號(hào)為RL1-15，額定電流5A，額定電壓380V。表3.5系統(tǒng)元件明細(xì)代號(hào)名稱(chēng)型號(hào)規(guī)格數(shù)量MA1三相異步電動(dòng)機(jī)Y90L-4380V，1.5kw，1400r/min，3.7A1MA2三相異步電動(dòng)機(jī)Y90L-4380V，1.5kw，1400r/min，3.7A1FA熔斷器RL1-15380V，16A6B1溫度傳感器WZP-230-200~500℃2QA0低壓斷路器DZ473P16A380V，16A2BB熱繼電器LR2-D1312C5.5—8A13.5系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)可編程序控制器一般使用市電（220V，50Hz）。電網(wǎng)的沖擊、頻率的波動(dòng)將直接影響到可編程序控制器系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的精度和可靠性，有時(shí)電網(wǎng)的沖擊，可給系統(tǒng)帶來(lái)毀滅性的破壞。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能，在對(duì)可編程序控制器的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用隔離變壓器，這樣可以隔離掉供電電源中的各種干擾信號(hào)，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。對(duì)于S7-200PLC的供電電源，采用一個(gè)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)，它能夠同時(shí)切斷CPU、輸入電路和輸出電路的所有供電，并用斷路器過(guò)電流保護(hù)裝置來(lái)限制供電線路中的電流。每個(gè)S7-200CPU模塊均提供一個(gè)24V直流傳感器電源和一個(gè)5V直流電源。24V直流傳感器電源可以作為CPU主機(jī)、數(shù)字量擴(kuò)展模塊的輸入、模擬量擴(kuò)展模塊的供電電源以及外部傳感器電源使用。如果容量不能滿(mǎn)足所有需求，則必須增加外部24V直流電源。此時(shí)外部直流電源不能與模塊的傳感器電源并聯(lián)使用，以防止兩個(gè)電源電位的不平衡造成對(duì)電源的破壞；但為了加強(qiáng)電子噪聲保護(hù)，這兩個(gè)電源的公共端(M)應(yīng)該連在一起。當(dāng)S7-200CPU與擴(kuò)展模塊連接時(shí)，CPU模塊為擴(kuò)展模塊提供5V直流電源。如果擴(kuò)展模塊的5V直流電源需求超過(guò)CPU模塊5V直流電源的容量，則必須減少擴(kuò)展模塊的數(shù)量。第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1控制程序流程圖軟件設(shè)計(jì)中采用分模塊設(shè)計(jì),簡(jiǎn)潔明了，各模塊流程圖如下。圖4.1主程序流程圖圖4.2點(diǎn)火子程序流程圖圖4.3停機(jī)子程序流程圖4.2控制程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)作為PLC控制系統(tǒng)重要的組成部分，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。編寫(xiě)程序的方法很多，常用的有圖解法編程、經(jīng)驗(yàn)法編程和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程[20]。在本設(shè)計(jì)中采用的是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程方法。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是通過(guò)PLC編程軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、編程、仿真和在線調(diào)試等。用STEP7-Micro/WINV4.0將程序編輯好后，編譯導(dǎo)出，用S7-200仿真軟件進(jìn)行模擬調(diào)試。首先在S7-200仿真軟件中配置設(shè)計(jì)中所用的各種模塊，然后將程序載入，切換到運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)試。按下起動(dòng)按鈕，燃油首先通過(guò)燃油預(yù)熱器預(yù)熱，1min后，接通點(diǎn)火變壓器，打開(kāi)瓦斯閥門(mén)，同時(shí)由鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)，持續(xù)3S后，噴油泵噴油，持續(xù)3S后，點(diǎn)火變壓器和瓦斯閥門(mén)同時(shí)關(guān)閉。按下停止按鈕，燃油預(yù)熱器關(guān)閉，噴油泵關(guān)閉，鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)送風(fēng)持續(xù)15S后送風(fēng)停止。鍋爐燃燒過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)（即蒸汽壓力超過(guò)允許值或水位通過(guò)上限或低于下限L能自動(dòng)關(guān)K；異常情況消失后，又能自動(dòng)接起燃燒程序重新點(diǎn)火燃燒。鍋爐水位控制，鍋爐工作起動(dòng)后，當(dāng)水位低于下限時(shí)，進(jìn)水閥打開(kāi)，排水閥關(guān)閉，當(dāng)水位高于上限時(shí)，排水閥打開(kāi)，進(jìn)水閥關(guān)閉。4.3顯示操作界面設(shè)計(jì)圖4.4顯示操作界面4.4程序調(diào)試程序主要調(diào)試圖如下所示。圖4.5鍋爐正常運(yùn)行，水溫低于90°時(shí)仿真截圖此時(shí)鍋爐正常運(yùn)行，但水溫低于90度，噴油電機(jī)以一較大的轉(zhuǎn)速?lài)娪汀D4.6鍋爐正常運(yùn)行，水溫高于90°時(shí)仿真截圖當(dāng)水溫慢慢升高，例如升高到93度。由于大于設(shè)定的90度，此時(shí)Q0.7動(dòng)作，噴油電機(jī)以較低的轉(zhuǎn)速進(jìn)行噴油。圖4.7油溫低于25°時(shí)仿真截圖當(dāng)油溫的溫度達(dá)不到25度時(shí)，噴油電機(jī)不運(yùn)行，Q0.4無(wú)輸出。直到油溫預(yù)熱到25度以上時(shí)，噴油機(jī)才可以噴油。圖4.5蒸汽壓力超過(guò)允許值時(shí)仿真截圖當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，如蒸汽壓力超出允許值，此時(shí)鍋爐停止運(yùn)行，如上圖所示，當(dāng)異常情況消失后，鍋爐可自動(dòng)重新啟動(dòng)燃燒。結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)兩周的實(shí)習(xí)與實(shí)踐，在我們小組每一個(gè)成員共同的努力下，順利完成了此次PLC控制工程設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)符合課題的控制要求，實(shí)現(xiàn)了燃油鍋爐的自動(dòng)化控制。為今后繼續(xù)完善燃油鍋爐的功能提供了基礎(chǔ)。實(shí)習(xí)體會(huì)通過(guò)PLC電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我們熟悉了PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的流程。通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)，使我們了解了用PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)