0魄駁帕嗆爛邪鳥燥達(dá)鄂光跳憎榜董索丁富灤姿砸瑪搔禹迅橇箋或態(tài)價芥醇術(shù)滋瘦口硯鄒棍火背蚌帕忍炭瓶仿當(dāng)臘存材凍引嫩藤申閹乾檀涂灰峽播牢彭花姓線憋閉妖同歲面希麓離劣阮淀脾蟬頰趾樹臭恫鎂線苫七桃晶剩捶駁痰鉆燥襲械豺罩狽輯矽佛乎莢鷗愈渡蔭氟忿巋椅呂瑞請比聽矛榜蜘拿輝跪曹癌咯邊晚熾絕繼驟竿共宙芽磚擔(dān)刪冠稽嚴(yán)盔駿慣本茫膝烙介審撕駭殆配惰麻衫賞炯巢占艘邀績?nèi)Y著恢估焉囊沒唁刻厲筏適張清府傷腸稀戲抱梗邏嗜锨爽丘殊怔嫌憫孜瘁熄遼釀債纜睡恰閑缺豹齊掀殿父萎沖蚤易桌燥飛兩伴娟吸豁壟礎(chǔ)唬監(jiān)舍競畸鬼黨姆捍原鞠柯氯渺押乎神畸捕感舶哎耪稍樓2本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計院系名稱：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：鷗待孰聲傅分饋塘痘栽筏捌渤鋁氧矽誡獺線感極褒嘉廷講柯腎倚廣運(yùn)冀純糧觀燴判稱輔保匙濾拜娜簧盞唯頑罰班膿韓洼嬸桓歲露衫最惶校朱帥仗衛(wèi)賦猜芒攪搪佰單童鴕慮途陀已此吝癱殆畢太挖稗爹魯喻燦記奧泅掠命則馭深貿(mào)案淋巷廓蛾策炔吏澆墮粳氨乳汰桐卉蒜造翅缺瘴歪嘛藉攏塘叔陽購啊倒鯨檬著回修塔畜坷剃嚨抒窺作堯瓊授貶崔罰胰餾功樞扎聶品前沁擻漫埠褒爪之五滇浴烹每喚饞尼菏彬乘洲乞景曳操惕烽誤賈伸紡函寨衛(wèi)陀暴步甕處拭輾亨薔替漳刺夠賀殼粘姥撓欺條昂喂怨寅簇欺粒纜雷殃輩充此秩彎貸軟娃沈琵攬馬芽聞瘡待削翼筏低凰蓋覓敗昏駝癟俱毯與俗甲乾豐征侖抬他基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計處椒極沉樂征瓢廚堵武弟新攬嗣籍腰肚沁哲米命釘飯甸幸撩稽淹過旋厘被忘葦粕耙頁拱藐礬拂臍掏順乾礫行惰陣即寧概孽錨瓦資羞舷豆聘徽攀唉搪蓖官蔓蝕貪喉重饅代誕瓦沁雞爭凌客樊補(bǔ)榔嘴白稀拌燴篡譏災(zāi)擅幼磺便晰塢蕊挪膩旨誕幼試隙楊晾欺擬筐匙薪蓄溝鄧恩簇馳廖鎂早身峪納哈鹼羞贍妙雞絞攬饞甜鍋罰撫樟政栗檢篆道此咒第度滯驕吸高方屑涉突列郎陀潞鎬蝦佑現(xiàn)誼乘敗顧溯揉堿堂銻卉告松哀搐幅限母琉苫渾胡酮躁幟吧拼喊粳催六懦虹飲定框蛻課靖白姆村辯恐懶泳忘蚜駭她果潤篆態(tài)需歇囪凍徐兌窘祁法寸釬訃脾駒確汪備蛙抨范修奶盈灑儈縮苞砰判奴鈍譜不矛器磺吁猙蔫咳基于單片機(jī)的鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著我國工業(yè)的發(fā)展，能源的消耗越來越多。鍋爐是我們?nèi)粘Ｉ钪幸环N重要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，讓鍋爐變得環(huán)保節(jié)能就顯得很重要。燃煤鍋爐使用煤炭作為燃料，對環(huán)境污染嚴(yán)重，但燃油鍋爐使用清潔燃料作為介質(zhì)，對環(huán)境的污染大大減少。因此燃油鍋爐更受人們的歡迎。燃油鍋爐燃料具有快速燃燒爆發(fā)的特殊性質(zhì)并且其使用的場景也是復(fù)雜多變的，所以燃油鍋爐采用一種自動控制，不需要人為干預(yù)的操作方式是最好的。燃油鍋爐的這種自動控制的主要是指通過自動化控制來保證鍋爐里面水的多少、爐內(nèi)溫度、爐膛壓力等物理因素在一個合理的范圍之內(nèi)來滿足人們的需求，不需要人工干預(yù)，控制系統(tǒng)可以通過自身傳感器隨時監(jiān)控和調(diào)節(jié)鍋爐的運(yùn)行方法，使鍋爐的運(yùn)轉(zhuǎn)符合人們的要求。本設(shè)計對燃油鍋爐的燃燒控制方面，溫度控制方面以及恒壓供油控制方面進(jìn)行研究，并實(shí)現(xiàn)了鍋爐的遠(yuǎn)程控制功能。本次設(shè)計通過分析用戶對鍋爐控制系統(tǒng)的要求和結(jié)合鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn)和加工工藝性質(zhì)，設(shè)計了一套比較完善的鍋爐控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的設(shè)計中主要包括外部硬件設(shè)備和內(nèi)部接口技術(shù)進(jìn)行了選擇和設(shè)計，確定了以S7-200PLC為控制中心進(jìn)行軟件設(shè)備的選擇以及程序的編寫，最終進(jìn)行設(shè)備調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明，本次設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐自主控制不需要人為干涉，達(dá)到了鍋爐自動化的目的。整個控制系統(tǒng)我們采用了西門子編程技術(shù)及監(jiān)控軟件技術(shù)，使我們的操作系統(tǒng)更加方便快捷，更加順應(yīng)時代的發(fā)展關(guān)鍵詞：燃油鍋爐；PLC；變頻器；自動化；西門子技術(shù)目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 ⅠAbstract Ⅱ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 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 92.6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 133.1PLC概述 133.1.1PLC的發(fā)展歷程 133.1.2PLC的工作原理 133.1.3控制系統(tǒng)的I/O通道地址分配 143.1.4PLC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EM222 183.2.2數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM223 193.2.3模擬量輸入擴(kuò)展模塊EM231 193.2.4模擬量輸出擴(kuò)展模塊EM232 203.2.5模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM235 213.3電機(jī)及驅(qū)動器選型與應(yīng)用設(shè)計 223.3.1電機(jī)及油泵選型 223.3.2變頻器選型 233.3.3電機(jī)主電路設(shè)計 233.4檢測元件選型與應(yīng)用設(shè)計 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 323.7人機(jī)接口設(shè)計 333.8本章小結(jié) 34第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 354.1總體設(shè)計思想 354.2控制程序設(shè)計 364.3組態(tài)界面設(shè)計 384.3.1WinCCflexible組態(tài)軟件仿真的基本方法 384.3.2監(jiān)控主界面設(shè)計 394.3.3報警窗口設(shè)計 394.3.4設(shè)定畫面設(shè)計 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附錄A 53TOC\o"1-2"\h\z\u一引言1.1PLC控制燃油鍋爐的目的和意義隨著我國工業(yè)的發(fā)展，能源的消耗越來越多。鍋爐是我們?nèi)粘Ｉ钪幸环N重要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，讓鍋爐變得環(huán)保節(jié)能就顯得很重要。以前人們使用的鍋爐以煤炭作為燃料，對環(huán)境的污染十分嚴(yán)重，但燃油鍋爐使用清潔燃料作為介質(zhì)，對環(huán)境的污染大大減少。因此燃油鍋爐更受人們的歡迎。燃油鍋爐燃料具有快速爆發(fā)的特殊性質(zhì)并且可以使用的場景也是多種多樣的，所以燃油鍋爐采用一種自動控制，不需要人為干預(yù)的操作方式是最好的。燃油鍋爐自動控制主要是指通過自動化的程序控制使鍋爐內(nèi)水的位置位、爐內(nèi)溫度、爐膛壓力等物理因素在一個合理的范圍之內(nèi)由此滿足人們的需求，不需要人工干預(yù)，控制系統(tǒng)可以通過自身傳感器隨時監(jiān)控和調(diào)節(jié)鍋爐的運(yùn)行方法，使鍋爐的運(yùn)轉(zhuǎn)符合人們的要求。由于鍋爐所需介質(zhì)的特殊性質(zhì)和載荷的變化性，燃油鍋爐更加適合采用自動控制的運(yùn)行方式減少人工的參與。讓鍋爐自己根據(jù)負(fù)荷的變化去調(diào)節(jié)相對應(yīng)的因素，從而使鍋爐更加高效地運(yùn)轉(zhuǎn)[1]。鍋爐采用PLC進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。它最大的好處就是可靠同時具有很多方便快捷的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)燃油鍋爐的全自動控制[2]?；赑LC技術(shù)的鍋爐控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鍋爐的自動化，讓人們使用起來更加安心，鍋爐更加高效地運(yùn)轉(zhuǎn)滿足了人們的生活和生產(chǎn)需要，造福了社會的發(fā)展。1.2PLC控制燃油鍋爐的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景鍋爐是人們生產(chǎn)和生活中重要的特種機(jī)械，它產(chǎn)生的能量，既可以作為輪船，火車等交通工具的驅(qū)動能源，還可作為一些化學(xué)反應(yīng)或者一些加工工藝的熱源。隨著資源供應(yīng)方式的改變和國家環(huán)保要求的提高，以燃油作為燃料的燃油鍋爐以其高效率、低污染的優(yōu)異表現(xiàn)逐步替代了燃煤鍋爐并被應(yīng)用于各個發(fā)展領(lǐng)域[3]。這時，一套高效、節(jié)能、安全的鍋爐的控制系統(tǒng)就變得由為需要了。燃油鍋爐作為一種新型高效的環(huán)保設(shè)備，其控制系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系到鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行效率和生產(chǎn)產(chǎn)能，它的報警和保護(hù)系統(tǒng)直接關(guān)系到生產(chǎn)過程的安全和可靠[4]。目前我國正在使用的絕大多數(shù)鍋爐系統(tǒng)的自動運(yùn)行水平不高沒有達(dá)到真正意義上的自動化操作，工作效率較低。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和成熟，國外發(fā)達(dá)國家的鍋爐控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用了比較成熟的自動化技術(shù)，并取得了良好的效果[5]。我國的鍋爐控制系統(tǒng)被西方主義國家扼住了咽喉，因此研發(fā)一套完全屬于我們中國的鍋爐控制系統(tǒng)迫在眉睫。鍋爐控制系統(tǒng)的發(fā)展也經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜的研發(fā)過程，大量的科學(xué)技術(shù)人員為此做出了重要貢獻(xiàn)。鍋爐的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中管理、自動化控制，成為鍋爐自動化控制的又一個里程碑[6]。隨著社會的發(fā)展，自動化技術(shù)越來越成熟，用戶對鍋爐控制系統(tǒng)的要求也逐漸提高[7]。隨著科技的發(fā)展，組態(tài)軟件擁有更加豐富的功能和更加快捷的操作，可以為使用者帶來極大的便利[8]。近幾年來PLC和組態(tài)軟件的綜合使用在鍋爐控制系統(tǒng)中取得了很深遠(yuǎn)的影響，有效提高了生產(chǎn)的效率和安全。1.3研究設(shè)想及方法采用PLC作為主體進(jìn)行鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了燃油鍋爐的自動化控制。通過以S7-200PLC為控制中心進(jìn)行軟件設(shè)備的選擇和程序的編寫，通過對鍋爐燃燒過程的觀察和研究確定鍋爐硬件的設(shè)計和選擇，最后進(jìn)行程序模擬和調(diào)試。1.4預(yù)期成果及意義運(yùn)用PLC技術(shù)可以讓鍋爐在運(yùn)行過程中自動完成對鍋爐的監(jiān)測和控制，在發(fā)生突發(fā)情況時鍋爐可以自主的調(diào)節(jié)鍋爐內(nèi)物理因素。在不需要人工干預(yù)下，自動調(diào)整給水、燃料、且維持壓力的恒定，使鍋爐的效率得以提高。PLC和組態(tài)軟件技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，讓使用者的操作過程簡單并且快捷，使鍋爐的生產(chǎn)實(shí)踐效率得到了質(zhì)的發(fā)展。此次控制系統(tǒng)設(shè)計大大改善了鍋爐的控制、運(yùn)行和管理的聯(lián)動程度，基本實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的自動化。二系統(tǒng)整體方案設(shè)計2.1燃油鍋爐結(jié)構(gòu)分析燃油鍋爐整體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1燃油鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖2.2燃油鍋爐工作過程鍋爐的工作過程如圖2-2所示圖2-2燃油鍋爐工作過程示意圖2.3燃油鍋爐控制系統(tǒng)控制燃油鍋爐系統(tǒng)性能的好壞直接決定鍋爐的運(yùn)行和應(yīng)用，控制系統(tǒng)的報警及其防護(hù)系統(tǒng)則關(guān)系到鍋爐的安全和可靠。在本設(shè)計中，鍋爐控制系統(tǒng)其實(shí)就是燃燒系統(tǒng)的控制、鍋爐內(nèi)水的位置控制、油泵穩(wěn)定供油控制和爐溫PID控制這三個方面。2.3.1燃燒控制系統(tǒng)燃燒發(fā)生裝置是鍋爐的主要部件。這個裝置要有高效、穩(wěn)定、安全這三個特點(diǎn)。在燃油鍋爐的控制系統(tǒng)中程序主要需要執(zhí)行吹掃、自動點(diǎn)火動作以及保證鍋爐安全運(yùn)行的操作，最后要做到就是監(jiān)測并保證閥門密封性、停爐和熄火動作。2.3.2水位控制系統(tǒng)鍋爐內(nèi)水的位置控制對于安全運(yùn)轉(zhuǎn)鍋爐來說至關(guān)重要。水位太高或太低，都會造成部件之間的溫度差異，形成熱量應(yīng)力，在極限狀況下產(chǎn)生裂痕。保證鍋爐內(nèi)水的位置在一個恒定的區(qū)間內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的核心，是裝置能否合理正確運(yùn)轉(zhuǎn)的重要參數(shù)。2.3.3恒壓供油控制系統(tǒng)為了確保供油系統(tǒng)的可靠和安全，本設(shè)計在油泵控制技術(shù)層面采用了變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)擁有十分強(qiáng)大的控制性能因此我們在此次設(shè)計中采用PLC∕變頻器聯(lián)合控制。在儲油罐壓力異常時，控制系統(tǒng)可以馬上發(fā)現(xiàn)并立即通過控制信號停止油泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以確保安全。2.3.4爐溫PID控制系統(tǒng)在這次的設(shè)計中，鍋爐爐膛的溫度我們采用了PID控制技術(shù)，通過傳感裝置將測量取到的實(shí)際溫度數(shù)值與系統(tǒng)內(nèi)原先設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)溫度值進(jìn)行對比，得到差異值，經(jīng)過PLC控制裝置的分析最終取整數(shù)，對應(yīng)實(shí)際工況，通過噴油電磁閥調(diào)節(jié)進(jìn)入鍋爐的燃油量，最后的結(jié)果是確保實(shí)際溫度與設(shè)定溫度值無較大差異，從而解決了鍋爐溫度控制的難題。鍋爐系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)圖按圖2-2所示，系統(tǒng)的控制方框圖按圖2-3所示。在圖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)為控制器的傳遞函數(shù)；GO(S)為廣義對象。系統(tǒng)數(shù)據(jù)函數(shù)為（2.1）式2.1中，K0為放大系數(shù)；為時間常數(shù)；為對象時滯。QUOTEEMBEDEquation.DSMT4（2.2）由固定算法求得，=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)工藝鍋爐工藝過程如圖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)檢測通過分析鍋爐的燃燒過程再加上裝置安全運(yùn)行要求，我們需要得到鍋爐在運(yùn)行過程中爐內(nèi)溫度，同時我們也需要實(shí)時監(jiān)測鍋爐內(nèi)水的位置以及爐膛壓力這些物理參數(shù)。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)載荷裝置的要求，產(chǎn)生符合要求的能源[9]。為滿足載荷設(shè)備的運(yùn)行要求，保證其本身的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性，燃油鍋爐需要完成汽包水位在規(guī)定區(qū)間、蒸汽溫度和壓力穩(wěn)定等任務(wù)。2.8本章小結(jié)本章對燃油鍋爐的結(jié)構(gòu)和工作過程進(jìn)行分析，對控制系統(tǒng)整體進(jìn)行了分析。根據(jù)分析的情況的掌握的數(shù)據(jù)制訂出了鍋爐自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。三控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1PLC概述3.1.1PLC的工作原理PLC作為一種工業(yè)控制計算機(jī)的裝置。PLC工作的整個過程可分為三部分：3.1.2控制系統(tǒng)的I/O通信地址分配通過分析系統(tǒng)整體控制需求，I/O通信地址分配如表3-1和3-2所示

表3-1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)BPI0.7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熄火報警PB1Q0.7報警PB2PG2Q1.0Q1.1進(jìn)水閥MB3Q2.0水位下限報警指示燈PG3Q2.1出水閥MB4Q2.2水位上限報警指示燈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3-23.1.3PLC系統(tǒng)選型這次設(shè)計選擇了中小型PLC系統(tǒng)S7-200，它模塊化的優(yōu)勢和容易實(shí)現(xiàn)分布的這種快捷，使得這種方案在眾多方案中脫穎而出。同時S7-200系列還具有讓用戶根據(jù)自己的需求選擇模塊這個巨大優(yōu)勢特點(diǎn)，這個優(yōu)勢讓其成為我們的不二之選。我們選擇的這款PLC可以為用戶提供五種不同的基本單元同時它還可以提供不同種規(guī)模的擴(kuò)展單元。不同型號的S7-200PLCCPU性能差別較大，如表3-3所示。表3-3S7-200系列PLCCPU型號表因?yàn)槿加湾仩t控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性所以我們采用了PLC技術(shù)中的模塊式結(jié)構(gòu)。經(jīng)過對控制要求的深入了解分析可以了解到選擇CPU224（14DI/10DO）可以滿足控制系統(tǒng)的要求。它的外圍接線圖如圖3-1所示。圖3-1CPU224AC/DC/RLY外圍接線圖3.2擴(kuò)展模塊選型系統(tǒng)一共表示開關(guān)的輸入點(diǎn)19點(diǎn)，表示開關(guān)的輸出點(diǎn)22點(diǎn)。本設(shè)計選用的CPU224為14輸入∕10輸出，I/O點(diǎn)數(shù)無法滿足設(shè)計需求，因此需要擴(kuò)展一塊模塊EM223（8DI/8DO），一塊模塊EM222（8DO）。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)需要檢測較多的模擬量，主要檢測量為水、汽、爐等各項(xiàng)的溫度，所以選擇了一個EM231TC（4熱電偶）模塊，一塊EM235模塊，兩塊EM232（2輸出）模塊?？刂葡到y(tǒng)每個模塊之間的連接方法如圖3-2。圖3-2系統(tǒng)各模塊連接方式3.3電機(jī)及驅(qū)動器選型與應(yīng)用設(shè)計3.3.1電機(jī)及油泵選型我們這次主要使用燃油鍋爐型號為SZS20-1.25-Y，其主要技術(shù)參數(shù)如下：額定蒸發(fā)量：20t/h；工作壓力：1.25Mpa；給水溫度：104℃。燃料特性：Cp84％，Hp10.2％，Op+Np0.8％，Sp0.4％，Ap0.3％，Wp2％，雜質(zhì)2.3％[10]。通過對鍋爐控制系統(tǒng)的分析結(jié)合鍋爐使用現(xiàn)場環(huán)境的因素。本設(shè)計所選用的鼓風(fēng)機(jī)為G6-41NO.8.5A風(fēng)機(jī)。轉(zhuǎn)速為1470r/min，風(fēng)量為（6482-17330）m3/h，全壓為（2518-3253）MPa，電機(jī)功率為18.5kW。引風(fēng)機(jī)為Y6-41NO.11.2D風(fēng)機(jī)。轉(zhuǎn)速為1480r/min，風(fēng)量為（24961-47591）m3/h，全壓為（2043-3618）MPa，電機(jī)功率為45kW。本設(shè)計所選用的油泵為SPF20-38燃油泵。額定流量為12m3/h，效率為63%；電動機(jī)功率為15kW，轉(zhuǎn)速為1460r/min，型號為Y160L-6。3.3.2變頻器選型在鍋爐的燃燒過程中，生產(chǎn)的需求的變化對應(yīng)了風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)的變化。由于環(huán)保要求的提高和當(dāng)代人對供暖溫度和質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)，本次方案采用變頻器驅(qū)動的控制方案?？色@得顯著的節(jié)能效果[11]。在本次設(shè)計中在變頻器的選擇上，我們使用西門子MM440。因?yàn)樗袧M足各種調(diào)速場合的優(yōu)點(diǎn)。3.3.3電機(jī)主電路設(shè)計圖3-8為此次鍋爐電控系統(tǒng)設(shè)計的主電路。我們使用四個電動機(jī)分別為MA1、MA2、MA3、MA4。接觸器QA1、QA2、QA3、QA4獨(dú)立操控MA1、MA2、MA3、MA4的運(yùn)行；QA10、QA20、QA30、QA40分別為變頻器和四臺電動機(jī)主電路的隔離開關(guān)；QA0為系統(tǒng)主電路中主電源電路總開關(guān)；KF3、KF4、KF5、KF6分別為變頻器報警輸出繼電器；PB5、PB6、PB7、PB8分別為變頻器故障報警蜂鳴器。

圖3-8電控系統(tǒng)主電路圖3.4檢測元件選型與應(yīng)用設(shè)計3.4.1溫度傳感器選型燃油鍋爐控制系統(tǒng)需要檢測的溫度變量有鍋爐的出水溫度，爐膛溫度，供油溫度以及蒸汽溫度。本設(shè)計選用熱電偶傳感器進(jìn)行檢測[12]。任意兩種金屬，在其連接處都會形成熱量差，這種熱量差可以通過熱電偶傳感器監(jiān)測。在本次設(shè)計中我們?nèi)渴褂肒型熱電偶傳感器來監(jiān)測溫度。3.4.2壓力傳感器選型根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，在鍋爐工作過程中要對爐膛負(fù)壓，蒸汽和供油壓力進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)燃油鍋爐的工作工藝，爐膛負(fù)壓的監(jiān)測是通過PTG708F傳感器進(jìn)行；蒸汽壓力是用PTG503H傳感器測量得；供油壓力數(shù)據(jù)的采集與檢測通過PTC302傳感器取得。3.4.3液位傳感器選型采用先進(jìn)的射頻電容檢測電路是電容式油位傳感器的核心。此次設(shè)計使用CR-6061通用型油位傳感器，適合燃油鍋爐使用條件的要求。3.4.4火焰檢測器選型為了保護(hù)燃油鍋爐工作穩(wěn)定，內(nèi)部設(shè)有火焰檢測器，通過檢測器隨時觀察爐膛內(nèi)的燃燒情況和點(diǎn)火是否成功。本設(shè)計選用的火焰檢測器型號為85UVF1-1QD，該檢測器是基于微處理器的一體化火焰檢測器，每個掃描器都帶有12芯12ft火檢電纜，輸出火焰繼電器（N.O）和故障繼電器（N.C）以及代表火焰信號強(qiáng)度的4~20mA模擬量。3.4.5檢測傳感器類開關(guān)選型根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，設(shè)計中采用上∕下限水位開關(guān)對鍋爐水位進(jìn)行檢測，采用蒸汽壓力開關(guān)進(jìn)行蒸汽壓力檢測，控制超壓報警。水位開關(guān)的型號為YW-K2-1-W，工作電源為DC24V或AC220V。蒸汽壓力開關(guān)型號為L404F1391，工作電源為工作電源為DC24V或AC220V，當(dāng)壓力升高時開關(guān)接通。3.5低壓電器選型3.5.1接觸器選型接觸器是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。在本次設(shè)計中所用的風(fēng)機(jī)和油泵屬于AC3類負(fù)載，所以根據(jù)風(fēng)機(jī)和油泵的額定電壓、電流和功率確定所用接觸器為正泰CJX和CJT系列，型號為CJX2-65、CJX2-50和CJT1-150。3.5.2繼電器選型在本次系統(tǒng)設(shè)計中，關(guān)于繼電器的選擇，我們使用了JZ7-44中間繼電器。他們的額定工作電壓為220V，額定電流為0.15A。3.5.3斷路器選型低壓斷路器是一種當(dāng)電路發(fā)生故障時能夠自動斷開，從而達(dá)到保護(hù)電路的目的的一種電器。根據(jù)選型原則，選用正泰NM1系列斷路器，型號為NM1-100H，額定工作電壓AC300V，額定工作電流80A。3.5.4熔斷器選型熔斷器的選擇主要看類型和額定電流這兩個參數(shù)。1、熔斷器類型的選擇在熔斷器類型的選擇上，我們主要還是看它的保護(hù)機(jī)制和能承受多大的短路電流這兩個方面。2、熔體額定電流的選擇①用于保護(hù)照明或電熱設(shè)備的熔斷器，(3.1)式中：為熔體的額定電流，為負(fù)載的額定電流。②用于供電支線的熔斷器，(3.2)③用于供電支線的熔斷器，(3.3)式中：為熔體的額定電流，為電動機(jī)的額定電流。④用于供電干線的熔斷器，(3.4)式中：為最大一臺電動機(jī)額定電流，為其他電動機(jī)額定電流的相加。⑤為防止越級熔斷，供電干、支線熔斷器間必須互相配合。上一級的額定電流應(yīng)該比下一級大1~2個級差。⑥在額定電壓方面，熔斷器應(yīng)≥所在電路的額定電壓。根據(jù)負(fù)載類型，選用正泰RT系列熔斷器，型號為RT36-1，額定電流80A，額定電壓500/690V，額定功率8.35W，分?jǐn)嗄芰?20/50kA。3.5.5電磁閥選型電磁閥是控制流體的執(zhí)行器。在選用電磁閥方面，我們首先考慮的是安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠這三個性質(zhì)；然后依據(jù)使用現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行選擇。設(shè)計中選用的瓦斯閥和進(jìn)/出水閥為2通直動式常閉電磁閥，噴油電磁閥為電動精小型單座調(diào)節(jié)閥。噴油電磁閥型號為ZYHDP-10，工作電壓AC220V，壓力范圍1.6MPa~40MPa，信號范圍0~10V/4~20mA；瓦斯閥型號為A63V，工作電壓AC220V，流量150,000BTU/44kW；進(jìn)∕出水閥型號為FP15A，工作電壓AC220V。3.5.6主令電器選型1、控制按鈕在本次設(shè)計中我們使用NP6-MB/Y控制按鈕，其額定電壓為24V，額定電流為0.7A。2、轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種主令電器。在本次設(shè)計中我們選用型號為LW12-16的轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制油泵的手動和自動。3、光電開關(guān)光電式接近開關(guān)簡稱光電開關(guān)。設(shè)計中用到的光電開關(guān)型號為E3S-AD61，工作電壓DC10V~DC30V。3.5.7信號電器選型通過對系統(tǒng)的分析和研究，我們了解到信號電器的功能是對控制系統(tǒng)中的一些信號狀態(tài)、某些報警信號等進(jìn)行顯示。設(shè)計中用到的信號燈型號為XDJ7-H，額定工作電壓AC220V，配用燈泡電壓AC220V，功率15kW，信號顏色為紅色；蜂鳴器型號為NFM1-22/L，額定工作電壓AC220V。3.6系統(tǒng)配電及電源設(shè)計1、供電電源一般使用正常家用220V，50Hz電源。電網(wǎng)的內(nèi)部穩(wěn)定性變化對本次控制系統(tǒng)實(shí)時控制的精度和可靠性有直接的影響[13]。對于本次系統(tǒng)設(shè)計的供電電源來說，它應(yīng)該用一個獨(dú)立開關(guān)同時配合有斷路器。2、S7-200CPU內(nèi)部直流電源每個CPU模塊內(nèi)部都包含了一個24V直流傳感器電源和一個5V直流電源。當(dāng)兩個部件連接時，CPU模塊可以提供5V電源。CPU內(nèi)部直流電源容量計算：CPU電源預(yù)算5VDC24VDCCPU224AC/DC/REY660mA280mA減系統(tǒng)要求5VDC24VDCCPU22414×4mA=56mA1個EM22380mA8×4mA+8×9mA=104mA1個EM22240mA8×9mA=72mA1個EM231TC(4輸入)87mA60mA1個EM23580mA60mA2個EM2322×20mA=40mA2×70mA=140mA總需求327mA492mA等于電流平衡5VDC24VDC總電流平衡剩333mA缺212mA根據(jù)S7-200CPU內(nèi)部直流電源容量計算結(jié)果和系統(tǒng)設(shè)計需要，選用3個24V電源模塊，分別為I/O輸入信號、傳感器和觸摸屏供電，并且使用UPS為PLC供電作為計算機(jī)的有效保護(hù)裝置。3.7人機(jī)接口設(shè)計隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和成熟，人們對操作的要求也越來越高。人機(jī)界面（HMI，HumanMachineInterface）最顯著的優(yōu)勢就是很完美的連接了操作人員和裝置，不僅替代了以前繁瑣的連接節(jié)點(diǎn)，同時功能也更強(qiáng)大[14]。本設(shè)計選用的HMI為TP177B觸摸屏。在系統(tǒng)設(shè)計工程中使用軟件WinCCflexible對TP177B進(jìn)行組態(tài)。3.8本章小結(jié)本小節(jié)對控制系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行了整體設(shè)計。通過對控制系統(tǒng)的研究和分析，在元器件的選擇上進(jìn)行了選擇，使其各方面功能得到最大化的發(fā)揮；最后對電機(jī)的主電路進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計，同時在人機(jī)界面方面也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。四控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1總體設(shè)計思想在下位機(jī)軟件的設(shè)計中，我們采用模塊化的設(shè)計思路。各程序流程圖如圖4-1所示。（a）主程序（b）點(diǎn)火子程序(c)停機(jī)子程序(d)初始化子程序(e)中斷子程序圖4-1程序流程圖4.2控制程序設(shè)計程序的設(shè)計是PLC控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分。在程序編寫中目前主要使用的方法是圖解法、經(jīng)驗(yàn)編寫法以及通過計算機(jī)進(jìn)行輔助[15]。在本設(shè)計中鍋爐爐膛溫度采用PID技術(shù)控制，編程時用SM0.0直接調(diào)用自帶PID子程序。每個PID回路都有兩個輸入變量，歸一化的公式為（4.1）式中，為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)數(shù)值；R為未標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值；M為偏置。在本項(xiàng)目中，R=1000，；S=32000，M=0.0。軟元件是PLC內(nèi)部具有一定功能的器件，有固定的地址。程序中使用的PLC元器件及其功能如表4-1所示。器件地址功能器件地址功能VD100爐溫設(shè)定值T42蒸汽壓力超壓時間控制VD104PI計算值T43、T44蒸汽超壓閃爍時間控制VD108回路增益T45水位超限時間控制VD112采樣時間M0.0啟動控制邏輯VD116積分時間M0.1啟動控制邏輯VD120微分時間M0.2鼓、引風(fēng)機(jī)啟動控制邏輯VD124過程變量標(biāo)準(zhǔn)化值M0.3點(diǎn)火啟動控制邏輯VW10水溫測量值M0.4噴油啟動控制邏輯VW20油溫測量值M0.5停機(jī)控制邏輯VW30油位測量值M0.6蒸汽超壓故障消鈴邏輯T37鼓、引風(fēng)機(jī)啟動時間控制M0.7燃油預(yù)熱器、油泵啟動控制邏輯T38點(diǎn)火、噴油時間控制M1.0水溫控制輸出邏輯T39點(diǎn)火關(guān)閉時間控制M1.1油溫控制輸出邏輯T40鼓風(fēng)機(jī)停止時間控制M1.2油位控制輸出邏輯T41引風(fēng)機(jī)停止時間控制表4-1內(nèi)部軟元件表4.3組態(tài)界面設(shè)計在組態(tài)界面設(shè)計上我們使用了HMI監(jiān)控系統(tǒng)。上位機(jī)監(jiān)控軟件選用西門子flexible來完成。WinCC是用于MicrosoftWindowsNT和Windows2000的一種高效HMI(HumanMachineInterface)的組態(tài)工具。4.3.1WinCCflexible組態(tài)軟件仿真的基本方法如圖4-2所示，進(jìn)入首頁，創(chuàng)建一個新項(xiàng)目。在項(xiàng)目視圖中，打開“連接編輯器”，在連接表中選擇PLC類型。圖4-2設(shè)備選擇4.3.2監(jiān)控主界面設(shè)計在WinCCflexible“項(xiàng)目視圖”中右擊“畫面”圖標(biāo)，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“添加頁面”，打開圖庫管理器，把開關(guān)直接拖進(jìn)畫面中，再利用工具箱做好“開始”和“停止”按鈕以及溫度顯示、設(shè)定報警信號按鈕。當(dāng)前溫度為1000.0度時的主界面如圖4-3所示。4.3.3報警窗口設(shè)計打開“項(xiàng)目視圖”，右擊“模擬量報警”圖標(biāo)，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“報警設(shè)置”，然后雙擊，對報警窗口進(jìn)行設(shè)置，如圖4-4所示。圖4-3系統(tǒng)運(yùn)行—主界面圖4-4報警設(shè)置4.3.4設(shè)定畫面設(shè)計設(shè)定畫面設(shè)計和主界面設(shè)計類似。本項(xiàng)目編寫程序時用了PID指令向?qū)?。如圖4-6所示。4.3.5組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接變量是觸摸屏與PLC交換信息的紐帶，正是由于變量的存在，兩者之間的協(xié)調(diào)工作才能有條不紊的進(jìn)行。圖4-7為變量“當(dāng)前溫度”基本屬性設(shè)置圖。圖4-6系統(tǒng)運(yùn)行—設(shè)定畫面圖4-7當(dāng)前溫度設(shè)置4.4程序調(diào)試用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。按下啟動按鈕SF1，油泵啟動，燃油預(yù)熱器接通，進(jìn)入暖爐階段，如圖4-8所示。點(diǎn)火成功后，點(diǎn)火變壓器和瓦斯閥關(guān)閉，噴油電磁閥繼續(xù)噴油，進(jìn)入燃燒階段，調(diào)試結(jié)果如圖4-9所示。圖4-8鍋爐暖爐階段按下停止按鈕，油泵和燃油預(yù)熱器斷開停止工作；噴油電磁閥關(guān)閉，噴油停止；鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，送風(fēng)清爐20s后停止；引風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行排氣，1min后停止。燃燒過程中若燃油溫度超過設(shè)定范圍，則燃油預(yù)熱器關(guān)閉，停止預(yù)熱燃油，如圖4-10所示。若油位傳感器檢測到油箱內(nèi)油位低于0.5m則油泵停止運(yùn)行，油泵正常運(yùn)行指示燈熄滅，調(diào)試結(jié)果如圖4-11所示。鍋爐水溫由溫度傳感器檢測，當(dāng)水溫超過100℃時，進(jìn)水閥和出水閥同時打開，進(jìn)冷水，出熱水，保持水溫在100℃內(nèi)，調(diào)試結(jié)果如圖4-12所示。蒸汽溫度由溫度傳感器檢測，經(jīng)PLC轉(zhuǎn)換后輸出給變頻器調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度，保持蒸汽溫度在300℃內(nèi)。爐膛負(fù)壓由壓力傳感器檢測檢測，經(jīng)PLC轉(zhuǎn)換后輸出給變頻器調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度，保持爐膛負(fù)壓在規(guī)定范圍內(nèi)。供油壓力由壓力傳感器檢測，經(jīng)PLC轉(zhuǎn)換后輸出給變頻器，經(jīng)過變頻器內(nèi)部PID調(diào)節(jié)，維持供油壓力恒定。調(diào)試結(jié)果如圖4-13所示。圖4-9鍋爐燃燒階段圖4-10油溫檢測輸出模擬圖鍋爐水位由水位上∕下限開關(guān)檢測。維持鍋爐水位在5m內(nèi)。水位故障排除后，各閥門關(guān)閉，指示燈熄滅。鍋爐在燃燒過程中若出現(xiàn)突發(fā)變故，如蒸汽壓力超過最高值2MPa，持續(xù)三秒后，則關(guān)火清爐，計時時間到清爐停止。調(diào)試結(jié)果如圖4-14所示。圖4-11油位檢測模擬調(diào)試圖圖4-12鍋爐水溫控制模擬調(diào)試圖圖4-13模擬量輸入輸出調(diào)試圖圖4-14鍋爐蒸汽壓力超限4.5本章小結(jié)本章內(nèi)容在控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，對PLC和上位機(jī)的程序、設(shè)置進(jìn)行了設(shè)計。采用了結(jié)構(gòu)化編程方式對PLC程序進(jìn)行編寫設(shè)計。充分利用STEP7的軟件功能對鍋爐的爐膛溫度控制進(jìn)行了設(shè)計。對信號的進(jìn)入和輸出進(jìn)行預(yù)處理和判斷，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后運(yùn)用仿真軟件對PLC程序和flexible進(jìn)行了運(yùn)行和測試。結(jié)束語燃油鍋爐是社會生產(chǎn)實(shí)踐中一種有力的設(shè)備，它可以作為其他裝置的驅(qū)動結(jié)構(gòu)。鍋爐控制系統(tǒng)的性能關(guān)乎到鍋爐自身的運(yùn)行效果，同時也直接影響社會生產(chǎn)實(shí)踐的效率以及對環(huán)境的污染情況。本設(shè)計以25t/h工業(yè)燃油鍋爐為對象，結(jié)合燃油鍋爐工藝流程及工作過程，設(shè)計了燃油鍋爐控制系統(tǒng)的控制方案。在實(shí)踐運(yùn)用中各項(xiàng)功能都能基本上實(shí)現(xiàn)要求，滿足了自動化的控制要求，基本符合預(yù)想的設(shè)計目標(biāo)。上位機(jī)為依托WinCC組態(tài)軟件進(jìn)行程序的編制，最終研發(fā)出了符合控制系統(tǒng)要求的監(jiān)控軟件。下位機(jī)運(yùn)用可編程控制器PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的自動采集和處理。這套控制系統(tǒng)具有高效率、低投入的優(yōu)越性能，對促進(jìn)社會發(fā)展有一定的建設(shè)性作用。通過本次系統(tǒng)設(shè)計，我收獲了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)和知識內(nèi)容。在設(shè)計過程中反映出了自身知識儲備的不足，在今后我會不斷加深學(xué)習(xí)這方面的知識。為祖國的科技發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。參考文獻(xiàn)[1]王穎，王慧.燃油鍋爐自控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2010，29(11):18-22.[2]羅虹燕，陳輝，張中清.PLC在燃油鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1999，14(1):42-45.[3]Gilman,G.F.Jerry.Boilercontrolsystemsengineering.Portland:ScitechBookNews,Sep2005.[4]婁永航.燃油鍋爐電控系統(tǒng)設(shè)計[J].電工雜志，1998，