第頁(yè)燃油鍋爐的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u41571緒論 1132361.1課題研究背景與意義 149101.2燃油鍋爐發(fā)展現(xiàn)狀 139201.3燃油鍋爐發(fā)展前景 288771.5課題設(shè)計(jì)要求 228131.5本章小結(jié) 2321962燃油鍋爐的結(jié)構(gòu)與原理分析 3106172.1燃油鍋爐的組成 3175862.2燃油鍋爐的工作原理 4227012.2.1燃油鍋爐的啟動(dòng)過(guò)程 4270652.2.2燃油鍋爐的水位控制 455852.3.3燃油鍋爐的蒸汽壓力控制 4248982.3本章小結(jié) 519053燃油鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6215843.1設(shè)計(jì)思路 6257613.2PLC可編程控制器原理分析 7285013.2.1PLC功能原理分析 7314723.2.2特殊功能模塊原理分析 7309533.3主電路設(shè)計(jì) 8288873.3.1主電路控制設(shè)計(jì) 8304453.3.2主電路控制程序設(shè)計(jì) 942803.4水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1077173.4.1液位繼電器原理 1022093.4.2水位自動(dòng)控制主接線設(shè)計(jì) 10264513.4.3水位控制程序設(shè)計(jì) 11116403.5壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12159473.5.1壓力變送器原理 1210833.5.2伺服電動(dòng)機(jī)概述 1388673.5.3壓力自動(dòng)控制主接線設(shè)計(jì) 13108653.5.4壓力控制程序設(shè)計(jì) 1438183.6保護(hù)設(shè)計(jì) 15161343.6.1過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì) 15252263.6.2電源欠壓保護(hù)設(shè)計(jì) 15141193.7本章小結(jié) 16112004主要電氣設(shè)備的參數(shù)計(jì)算及選型 1799454.1主電機(jī)的型號(hào)參數(shù)計(jì)算及選型 17231194.2交流接觸器的參數(shù)計(jì)算及選型 188604.3斷路器的參數(shù)計(jì)算及選型 19268434.4熱繼電器的參數(shù)計(jì)算及選型 20219154.5電纜線的選型 21148644.6電流互感器的選型 22177264.7電流變送器、壓力變送器的選型 2240944.7.1電流變送器 22268984.7.2電壓變送器 23305434.8本章小結(jié) 23286405模擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試 2433985.1模擬樣機(jī)功能設(shè)計(jì) 2433185.2模擬樣機(jī)的制作 25324295.2.1模擬樣機(jī)的PLC程序設(shè)計(jì) 25117515.2.2電氣元件的安裝與接線 26202375.3模擬樣機(jī)的調(diào)試 28274665.3.1線路通斷檢測(cè) 28130445.3.2程序的仿真與下載 29298305.3.3模擬樣總調(diào)試 29238235.3.4調(diào)試結(jié)果總結(jié) 30304445.4本章小結(jié) 30238996自我評(píng)價(jià) 31170687結(jié)論 3317514參考文獻(xiàn)： 3529446附錄1：燃油鍋爐PLC接線圖 3624699附錄2：燃油鍋爐電機(jī)主接線圖 3726925附錄3：燃油鍋爐模擬樣機(jī)PLC控制程序 381緒論鍋爐設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)可以很好地保證生產(chǎn)過(guò)程中的安全與穩(wěn)定，對(duì)提高生產(chǎn)效率也有很大的幫助。而且現(xiàn)在處處提倡節(jié)能減排，綠色發(fā)展，使用燃油鍋爐對(duì)鍋爐行業(yè)的綠色發(fā)展有很重要的意義。隨著科技的發(fā)展，PLC的功能更加完善，它可以滿足多種自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，被運(yùn)用于我國(guó)多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。燃油鍋爐的自動(dòng)控制除了可以代替人工工作內(nèi)容以外，還能很靈活的檢測(cè)鍋爐工作過(guò)程，出現(xiàn)對(duì)任何異常情況可及時(shí)作出正確反應(yīng)，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。面對(duì)當(dāng)前我國(guó)的資源和環(huán)境境況，廣泛推崇使用燃油鍋爐代替現(xiàn)有的燃煤鍋爐，推進(jìn)對(duì)燃油鍋爐的使用范圍，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。節(jié)能與與環(huán)保是不容忽視的問(wèn)題。科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展越來(lái)越好，燃油鍋爐的自動(dòng)化系統(tǒng)被設(shè)計(jì)得越來(lái)越完善，逐漸避免了鍋爐系統(tǒng)原的一些弊端，能更好的適應(yīng)國(guó)家工業(yè)發(fā)展的需求。燃油鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在節(jié)能減排上有著非常重要的意義。2燃油鍋爐的結(jié)構(gòu)與原理分析2.1燃油鍋爐的組成燃油鍋爐的組成分為主體部分和輔助部分。主體部分是由燃燒器和鍋爐本體組成的。油燃燒總是首先把燃料油霧化成200~250μm的油霧液滴，以擴(kuò)大油的蒸發(fā)表面積，提高油的蒸發(fā)速度，實(shí)現(xiàn)油蒸汽的燃燒[1]。燃料燃燒得越充分，轉(zhuǎn)化為熱量的效率也就越高。鍋爐主體部分則包括燃燒室（爐膛）、水冷壁、鍋筒、汽包、過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、爐墻等部分組成。燃油鍋爐的正常運(yùn)行還需要輔助設(shè)備的加入，其中包括把水送入鍋爐內(nèi)進(jìn)行加熱的水泵；向燃燒室內(nèi)送入風(fēng)，為燃燒提供足夠氧氣的鼓風(fēng)機(jī)；把燃燒產(chǎn)生的煙霧和雜質(zhì)顆粒排除燃燒室的引風(fēng)；向燃燒室送入燃油的油泵。燃油鍋爐的點(diǎn)火裝置也是輔助設(shè)備之一。由點(diǎn)火變壓器和瓦斯閥控制燃油鍋爐的點(diǎn)火過(guò)程。燃油鍋爐燃燒的燃料主要是燃油，一般為柴油、機(jī)油、煤油等。使用燃油鍋爐應(yīng)注意油的霧化，風(fēng)與油的配比，同時(shí)加強(qiáng)油的過(guò)濾，防止雜質(zhì)堵塞噴嘴[1]。圖2-1燃油鍋爐結(jié)構(gòu)圖燃油在鍋爐燃燒室燃燒，產(chǎn)生的熱量使?fàn)t內(nèi)溫度升高，鍋爐中的水被高溫加熱變?yōu)樗魵猓烧羝隹谝鲞M(jìn)行利用。在這個(gè)過(guò)程中，鍋爐內(nèi)的蒸汽壓力會(huì)隨著爐內(nèi)蒸汽量的而變化，此時(shí)就需要控制蒸汽壓力值在一定范圍內(nèi)，以保證產(chǎn)生的蒸汽質(zhì)量。鍋爐內(nèi)的水泵會(huì)不斷向鍋爐注水，同時(shí)鍋爐內(nèi)的水也會(huì)因化為蒸汽而不斷消耗。2.2燃油鍋爐的工作原理2.2.1燃油鍋爐的啟動(dòng)過(guò)程燃油鍋爐可分為燃油熱水鍋爐或燃油蒸汽鍋爐。無(wú)論是熱水鍋爐還是蒸汽鍋爐，都是以燃油為燃料進(jìn)行燃燒，給鍋爐內(nèi)的水進(jìn)行加熱，實(shí)質(zhì)上就是進(jìn)行了能量轉(zhuǎn)換，將燃油的能量燃燒的熱量。不同的是燃油熱水鍋爐輸出的是熱水，而燃油蒸汽鍋爐輸出的則是蒸汽。燃油鍋爐在啟動(dòng)前需要先進(jìn)行掃風(fēng)。打開燃燒室的煙道擋板和風(fēng)道擋板，以引入新鮮空氣和排除燃燒室內(nèi)的殘存可燃?xì)怏w與雜質(zhì)。掃風(fēng)時(shí)先由大風(fēng)向燃燒室內(nèi)掃風(fēng)，然后改為小風(fēng)掃風(fēng)。掃風(fēng)結(jié)束后方可進(jìn)行鍋爐的啟動(dòng)操作。先啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，兩者分別向燃燒室（爐膛）進(jìn)行送風(fēng)和引風(fēng)工作，為燃燒過(guò)程提供足夠的氧氣和排出燃燒產(chǎn)生的煙霧，引風(fēng)機(jī)排出的煙霧需經(jīng)過(guò)處理凈化后方可排出。啟動(dòng)油泵向燃燒器送燃油。燃油需先經(jīng)過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱，預(yù)熱后由油泵送入燃燒器，燃燒器將燃油霧化后噴入燃燒室進(jìn)行燃燒。當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和油泵成功啟動(dòng)后，打開瓦斯閥，由點(diǎn)火變壓器接通進(jìn)行點(diǎn)火，燃燒室進(jìn)入正常燃燒，鍋爐正常燃燒后關(guān)閉點(diǎn)火。鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和油泵成功啟動(dòng)后，接通點(diǎn)火變壓器，打開瓦斯閥，由點(diǎn)火變壓器產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃進(jìn)行引燃。燃燒時(shí)先子火后母火，當(dāng)燃油成功燃燒后關(guān)閉子火母火。點(diǎn)火成功后鍋爐進(jìn)入正常燃燒狀態(tài)。鍋爐停機(jī)步驟為：先關(guān)閉燃油預(yù)熱器，再關(guān)閉油泵停止噴油，然后讓鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作一段時(shí)間進(jìn)行清爐，清爐結(jié)束后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)，關(guān)閉水泵，鍋爐停機(jī)。當(dāng)鍋爐發(fā)生異常情況時(shí)，按照正常停機(jī)步驟停機(jī)，異常情況排出后，鍋爐重新起燃。2.2.2燃油鍋爐的水位控制燃油鍋爐內(nèi)的水位由兩個(gè)量決定，一個(gè)是水泵向鍋爐的注水量：水泵把水送入鍋爐中，鍋筒內(nèi)水位升高，這與所選用水泵電機(jī)的功率大小有關(guān)；一個(gè)是鍋爐能內(nèi)水的汽化量：鍋爐內(nèi)的水因被加熱化為水蒸氣而減少，水位下降，這則與鍋爐燃燒室內(nèi)的燃燒強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)注水量與水的汽化量達(dá)到平衡時(shí)，爐內(nèi)水位保持不變，當(dāng)兩者不平衡時(shí)，爐內(nèi)水位將發(fā)生變化，此時(shí)就可能出現(xiàn)低水位、高水位和危險(xiǎn)水位的情況。當(dāng)達(dá)到低水位時(shí)，需要加大對(duì)鍋爐的給水量，達(dá)到高水位時(shí)則排水，達(dá)到危險(xiǎn)水位時(shí)，會(huì)影響鍋爐工作的安全性，因此需要聲光報(bào)警，整個(gè)鍋爐停機(jī)，當(dāng)水位恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)水位時(shí)，再重新啟動(dòng)鍋爐。2.3.3燃油鍋爐的蒸汽壓力控制蒸汽壓力是鍋爐的重要參數(shù)之一，蒸汽壓力達(dá)不到要求值會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐的工作質(zhì)量。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽大部分會(huì)匯于汽包中，在整個(gè)工作過(guò)程中需時(shí)刻檢測(cè)汽包中的蒸汽壓力，壓力過(guò)大會(huì)有安全隱患，壓力不足則會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，也會(huì)造成較大的損耗，因此需要將汽包內(nèi)的蒸汽壓力值控制在一定數(shù)值范圍內(nèi)，保證鍋爐安全高效運(yùn)行。影響蒸汽壓力的主要因素是燃燒室內(nèi)的燃燒強(qiáng)度，即燃燒產(chǎn)生的熱量，而燃燒強(qiáng)度由風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量和燃料的多少?zèng)Q定，但最主要的影響因素還是燃油的噴油量。因此一般可通過(guò)控制噴入燃燒室的燃油量的多少來(lái)控制蒸汽壓力。壓力達(dá)到上線值時(shí)，減少燃料量，壓力達(dá)到下限值時(shí)，增加燃油量。2.3本章小結(jié)本章主要對(duì)燃油鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行介紹，詳細(xì)分析了燃油鍋爐的工作過(guò)程以及水位控制與壓力控制的原理，為下文設(shè)計(jì)燃油鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)做準(zhǔn)備。3燃油鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思路本次設(shè)計(jì)采用PLC可編程控制器對(duì)燃油蒸汽鍋爐實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。PLC運(yùn)行可靠且不易受到外界因素的干擾，同時(shí)編程簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)、功能齊全，于眾的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中起核心控制作用。本次對(duì)燃油鍋爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要以以FX2N-64MR型PLC為核心，控制燃油鍋爐的啟動(dòng)與停止，控制鍋爐的水位和蒸汽壓力值在安全范圍內(nèi)波動(dòng)，以及實(shí)現(xiàn)保護(hù)部分的控制設(shè)計(jì)。燃油鍋爐的工作離不開電機(jī)的控制。電機(jī)的種類很多，其中三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)、過(guò)載能力強(qiáng)，方便安裝與維護(hù)。多個(gè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域都采用交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。燃油鍋爐系統(tǒng)的主電機(jī)選用的是交流異步電動(dòng)機(jī)。燃油鍋爐的主電機(jī)采用Y-D啟動(dòng)方式。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流一般可達(dá)到電機(jī)額定電流的4~7倍，啟動(dòng)電流過(guò)大，會(huì)影響電機(jī)的使用壽命，還會(huì)使電源電壓產(chǎn)生波動(dòng)，影響同一供電網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的正常工作。因此，對(duì)于較大的電機(jī)需進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)。Y-D啟動(dòng)時(shí)，定子繞組先Y形連接，此時(shí)每相承受的電壓為220V，電機(jī)先以低速轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，后改為三角形連接，此時(shí)每項(xiàng)承受的電壓為380V，電機(jī)全速啟動(dòng)[2]。這種啟動(dòng)方式在一定程度上避免了直接啟動(dòng)的弊端。Y-D啟動(dòng)的接線方式如圖3-1所示。圖3-1Y-D降壓?jiǎn)?dòng)接線圖燃油鍋爐的保護(hù)部分有電機(jī)過(guò)流保護(hù)和電源欠壓保護(hù)，過(guò)流保護(hù)部分采用電流互感器和電流變送器對(duì)線路電流大小進(jìn)行檢測(cè)，出現(xiàn)過(guò)流時(shí)PLC控制水泵、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和油泵電機(jī)停機(jī)，相應(yīng)的聲光報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，保證鍋爐系統(tǒng)和工作人員的安全。電源欠壓部分保護(hù)可通過(guò)低壓斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)（空氣開關(guān)）。水位控制部分，采用液位繼電器檢測(cè)鍋爐水位，PLC根據(jù)輸入的水位信號(hào)信息輸出相應(yīng)的輸出信號(hào)，控制水泵2正反轉(zhuǎn)動(dòng)作，像鍋爐補(bǔ)水或排水，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐水位控制。壓力控制部分，采用壓力變送器檢測(cè)鍋爐汽包壓力，將采集的壓力信息輸入PLC中，由PLC控制輸出信，使相應(yīng)電氣設(shè)備動(dòng)作以控制蒸汽壓力保持在安全范圍內(nèi)。我選擇的設(shè)計(jì)對(duì)象為10噸的燃油蒸汽鍋爐，鍋爐型號(hào)為：WNS10-1.25-Y。鍋爐的技術(shù)參數(shù)為：額定蒸發(fā)量：10噸/小時(shí)額定蒸汽壓力：1.25Mpa額定蒸汽溫度：194℃給水溫度：20℃設(shè)計(jì)熱效率：100.1%設(shè)計(jì)燃油：輕油燃料消耗量：66.5.18Kg/h最大運(yùn)輸尺寸（L×W×H）：7.1×3.1×3.6（m）3.2PLC可編程控制器原理分析3.2.1PLC功能原理分析PLC因其可靠性高，操作方便、編譯簡(jiǎn)單、功能齊全、體積小等特點(diǎn)被廣泛用于工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)開關(guān)邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制等多種控制方式。PLC的硬件結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)部CPU、ROM和RAM兩大存儲(chǔ)器、多個(gè)I/O接口、內(nèi)部電源和外部設(shè)備組成。CPU讀取內(nèi)部程序指令，掃描輸入接口信息，根據(jù)程序指令對(duì)讀取的輸入接口信息進(jìn)行邏輯處理，處理結(jié)果由輸出端口輸出，控制外部設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。PLC的程序有兩種形式，一種是指令表程序，另一種是梯形圖程序，兩種程序可相互轉(zhuǎn)換并且一一對(duì)應(yīng)。PLC擁有多個(gè)基本指令與特定功能指令，運(yùn)用這些指令編寫程序可滿足所需所有控制要求的控制要求。FX2N-64MR型PLC是本次設(shè)計(jì)的控制核心，輸入接口有32個(gè)，輸出接口也有32個(gè)。內(nèi)部繼電器屬于接點(diǎn)開關(guān)型，輸出信號(hào)可以控制各種高低壓信號(hào)，可以直接通過(guò)PLC輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)燈負(fù)載，驅(qū)動(dòng)單相馬達(dá)，而不再需要借助外部繼電器中轉(zhuǎn)。本次設(shè)計(jì)中PLC的輸出主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)燈、聲光報(bào)警系統(tǒng)和220V交流接觸器.3.2.2特殊功能模塊原理分析PLC的特殊功能模塊包括模擬量輸入輸出模塊、通訊模塊等[2]，這些特殊功能模塊可解決一些主機(jī)I/O無(wú)法解決的實(shí)際工程問(wèn)題，使PLC功能更加完善，擴(kuò)大其使用范圍。在本次燃油鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，運(yùn)用了PLC的模擬輸入模塊（AD），選用的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊型號(hào)為FX2N-4AD。因此，這里通過(guò)FX2N-4AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器為例進(jìn)行介紹。FX2N-4AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入通道一共有4個(gè)，即CH1、CH2、CH3和CH4。電壓和電流模擬量由這四個(gè)通道輸入AD模塊，4個(gè)通道可同時(shí)使用。工作時(shí)電壓/電流模擬量由輸入通道輸入轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)化為12位二進(jìn)制數(shù)形式的數(shù)字量，通過(guò)拓展總線傳給PLC主機(jī)，再由主機(jī)進(jìn)行分析并作出并給予相應(yīng)輸出。表3-1FX2N-4AD技術(shù)指標(biāo)表項(xiàng)目電壓輸入電流輸入模擬量輸入范圍直流：-10V~10V直流：-20mA~20mA數(shù)字量輸出范圍-2048~2047（以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼方式存儲(chǔ)）分辨率5mA20μA綜合精度±1%外接輸入電源24（1±10%）V，55mA，可由PLC基本單元或拓展單元內(nèi)部供電：5V，30mA模擬量用電源-10V~10V-4mA~20m或-20mA~20mA3.3主電路設(shè)計(jì)3.3.1主電路控制設(shè)計(jì)燃油蒸汽鍋爐的主電路包括，鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)、引風(fēng)機(jī)電機(jī)、水泵1電機(jī)、水泵2電機(jī)、油泵電機(jī)和伺服電機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)、引風(fēng)機(jī)電機(jī)、水泵1和2電機(jī)采用Y-D啟動(dòng)方式，油泵電機(jī)直接啟動(dòng)。采用空氣開關(guān)進(jìn)行電源欠壓保護(hù)。主電路接線圖見附錄2。圖3-2鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵1主接線圖鍋爐啟動(dòng)時(shí)，由PLC可編程控制器控制進(jìn)行啟動(dòng)控制，先啟動(dòng)水泵1、引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和油泵，水泵2與伺服電機(jī)不啟動(dòng)。當(dāng)需要對(duì)鍋爐中的水位與汽包中的蒸汽壓力進(jìn)行控制時(shí)，水泵2與伺服電機(jī)才進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。交流接觸器KM1、KM2和KM3控制鼓風(fēng)機(jī)Y-D啟動(dòng)和停止，KM4、KM5和KM6控制引風(fēng)機(jī)Y-D啟動(dòng)和停止，KM7、KM8和KM9控制水泵1Y-D啟動(dòng)和停止，KM16控制油泵電機(jī)直接啟動(dòng)與停止。本次設(shè)計(jì)的對(duì)象為10噸燃油鍋爐電機(jī)，經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，一般10噸鍋爐的油泵電機(jī)不會(huì)超過(guò)10KW，因此可以直接啟動(dòng)。鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵1、油泵按順序啟動(dòng)，防止多臺(tái)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)流過(guò)電源線路的電流過(guò)大而跳閘。水位控制系統(tǒng)主要控制水泵2，以水泵2的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制鍋爐水位，交流接觸器KM10、KM11和KM12控制水泵2Y-D啟動(dòng)，啟動(dòng)為正傳，KM11、KM12和KM13控制水泵2反轉(zhuǎn)，當(dāng)斷開KM10閉合KM13時(shí)，水泵2由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)。壓力控制系統(tǒng)主要控制伺服電機(jī)，控制伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)控制回油量，從而控制鍋爐蒸汽壓力。閉合KM16斷開KM17伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)。3.3.2主電路控制程序設(shè)計(jì)鍋爐的自動(dòng)控制通過(guò)PLC內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)，控制程序則根據(jù)設(shè)計(jì)要求和PLC外部接線進(jìn)行編寫。PLC左邊輸入端接按鈕，按下按鈕控制輸入端口接，右邊輸出端接交流接觸器線圈、指示燈和聲光報(bào)警指示燈，PLC內(nèi)部程序根據(jù)掃描到的輸入信息控制輸出端口輸出控制信號(hào)，讓接于輸出端口的電氣設(shè)備動(dòng)作。PLC外部接線圖見附錄1。圖3-3主電機(jī)的PLC外部接線圖當(dāng)按下電源總啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)X000閉合，Y020輸出，電源信號(hào)燈亮，系統(tǒng)總啟動(dòng)，按下SB2系統(tǒng)總停，X001閉合，Y020停止輸出，電源信號(hào)燈熄滅。X000與X001之間是互鎖關(guān)系。所有電機(jī)的啟動(dòng)按鈕，都在SB1按下的前提下才有效，按下SB2電源總停按鈕后，所有電機(jī)停機(jī)。按下SB1后，再按下鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕SB3，鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。此時(shí)X002閉合，Y000和Y001同時(shí)輸出，分別控制KM1和KM2閉合，此時(shí)為鼓風(fēng)機(jī)Y啟動(dòng)。Y001輸出的同時(shí)，定時(shí)器T0開始定時(shí)，定時(shí)3秒（K30）后Y002輸出Y001復(fù)位，控制KM3閉合，KM2斷開，電機(jī)由星形接法換為三角形接法，同時(shí)Y021有輸出，鼓風(fēng)機(jī)指示燈亮起。Y001與Y002為互鎖關(guān)系，防止同時(shí)閉合電機(jī)短路。按下SB4后Y000、Y002和Y021復(fù)位，KM1和KM3斷開、鼓風(fēng)機(jī)指示燈熄滅，鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)。引風(fēng)機(jī)與水泵1的啟動(dòng)方式與鼓風(fēng)機(jī)相同，都是Y-D啟動(dòng)，且都是啟動(dòng)后一直處于工作狀態(tài)，因此控制程序編寫方式類似，不再一一贅述。按下油泵啟動(dòng)按鈕SB9，油泵直接啟動(dòng)，X008常開閉合，Y014、Y023輸出，控制KM14閉合，油泵指示燈亮起。按下SB10，Y014和Y023復(fù)位，KM14斷開，油泵指示燈熄滅，油泵停機(jī)。水泵1、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、油泵電機(jī)啟動(dòng)成功后，按下點(diǎn)火按鈕SB11，X011常開閉合，Y025有輸出，控制點(diǎn)火變壓器接通，瓦斯閥打開，鍋爐點(diǎn)火。設(shè)置內(nèi)部定時(shí)器T1定時(shí)5秒（K30），定時(shí)結(jié)束點(diǎn)火關(guān)閉，Y025復(fù)位。按下SB2按鈕，鍋爐停機(jī)，所有輸入和輸出復(fù)位。3.4水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.4.1液位繼電器原理液位繼電器用于檢測(cè)與控制水位的高低。主要利用的是液體的導(dǎo)電性。當(dāng)液面達(dá)到需測(cè)試的高度時(shí)，控制回路由于水的導(dǎo)電性而接通，此時(shí)電源被接通形成回路，繼電器動(dòng)作，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，達(dá)到自動(dòng)控制的作用。自動(dòng)控制系統(tǒng)一般由傳感器、邏輯控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，而液位繼電器液位自動(dòng)控制系統(tǒng)中充當(dāng)傳感器部分，液位的變化使液位繼電器接通，向下位機(jī)傳遞液位信息，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。本次設(shè)計(jì)采用液位繼電器檢測(cè)鍋爐水位。液位繼電器根據(jù)液位變化接通與斷開，將其與PLC相連，控制PLC輸入端口的通斷，以此來(lái)控制輸入不同的液位信息。PLC根據(jù)掃描到的液位信息，給予不同的輸出，控制水泵2工作。3.4.2水位自動(dòng)控制主接線設(shè)計(jì)鍋爐水位允許在較大范圍變動(dòng)，因此在我采用水泵2的正反轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)水和排水操作，以此控制燃油鍋爐的水位。水泵作為循環(huán)水泵，啟動(dòng)后一直處于工作狀態(tài)向鍋爐給水。當(dāng)水泵1的給水量與爐內(nèi)水的汽化量不平衡造成水位變動(dòng)時(shí)，由水泵2進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)水和排水。若水泵1出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，水泵2可作為備用電機(jī)向鍋爐給水。圖3-4水泵1、2主接線水泵1與水泵2都采用Y-D降壓?jiǎn)?dòng)方式啟動(dòng)。水泵1在鍋爐啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)，先閉合交流接觸器KM7與KM8（Y啟動(dòng)），電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后斷開KM8，閉合KM9（三角啟動(dòng)），水泵1電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速工作。水泵2僅在需要進(jìn)行水位控制時(shí)啟動(dòng)。當(dāng)鍋爐水位達(dá)到水位下限時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警，水泵2啟動(dòng)，與水泵1一樣采用Y-D降壓?jiǎn)?dòng)方式，交流接觸器KM10、KM11與KM12控制水泵2電機(jī)啟動(dòng)正轉(zhuǎn)，向鍋爐補(bǔ)水。當(dāng)水位達(dá)到高水位時(shí)，需斷開KM10，閉合KM13，水泵2反轉(zhuǎn)排水。當(dāng)鍋爐水位達(dá)到危險(xiǎn)水時(shí)，整個(gè)鍋爐停機(jī)，待水位恢復(fù)正常后鍋爐重新啟動(dòng)。3.4.3水位控制程序設(shè)計(jì)PLC內(nèi)部程序，按照掃描到的不同水位信息，進(jìn)行相應(yīng)的輸出，控制水泵2啟停和正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)控制。(a)（b）(c)圖3-5水位控制部分PLC外部接線圖當(dāng)水位達(dá)到上限時(shí)，X012常開閉合，Y010和Y011輸出，定時(shí)3秒后Y011復(fù)位，Y012接通，電機(jī)Y-D啟動(dòng)完成。Y011和1012之間是互鎖關(guān)系。接觸器KM11、KM12和KM13按Y-D啟動(dòng)方式閉合，啟動(dòng)后KM11和KM13閉合，KM12斷開，水泵2正轉(zhuǎn)排水。當(dāng)水位達(dá)到下限時(shí)，由Y010和Y011輸出，定時(shí)3秒后Y011復(fù)位，Y013接通，電機(jī)Y-D啟動(dòng)完成?？刂芀M11、KM12和KM13實(shí)現(xiàn)水泵2反轉(zhuǎn)加水，程序控制方式與正轉(zhuǎn)相同，另外Y027有輸出，低水位聲光報(bào)警。當(dāng)水位達(dá)到危險(xiǎn)水位，X014常開閉合，Y028輸出，危險(xiǎn)水位聲光報(bào)警響起，同時(shí)控制電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行的輸出復(fù)位，鍋爐急停。水位恢復(fù)正常值后，鍋爐重新啟動(dòng)。3.5壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.5.1壓力變送器原理壓力變送器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中常見的傳感器設(shè)備，用于壓力檢測(cè)，主要將被測(cè)壓力值轉(zhuǎn)化為一點(diǎn)范圍內(nèi)的直流電壓或電流值，輸出給測(cè)量?jī)x器進(jìn)行壓力檢測(cè)，也可輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，換為數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行處理。圖3-6壓力變送器工作原理圖變送器普遍的輸出發(fā)范圍有0~10V、0~20mA、4~20mA等，工業(yè)上使用得比較多的是4~20mA。一般根據(jù)被測(cè)壓力值的大小和對(duì)輸出信號(hào)的要求進(jìn)行選擇。在本次設(shè)計(jì)中，壓力控制器用于檢測(cè)鍋爐汽包內(nèi)蒸汽壓力的大小，將其轉(zhuǎn)化數(shù)字量信息輸入給FX2N-4AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器。3.5.2伺服電動(dòng)機(jī)概述伺服電動(dòng)機(jī)有兩類，一種是交流伺服電動(dòng)機(jī)，一種是直流伺服電動(dòng)機(jī)。交流伺服電機(jī)的原理與兩相交流異步電動(dòng)機(jī)類似，定子部分會(huì)有兩個(gè)繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組，主要起勵(lì)磁作用，一個(gè)是控制繞組，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)繞組之間有90°的相位差。當(dāng)控制電壓信號(hào)的大小和極性發(fā)生改變時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向?qū)l(fā)生改變，從而起到調(diào)速和實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的作用。圖3-7伺服電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)圖伺服電機(jī)常用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中，由電壓脈沖控制啟停和轉(zhuǎn)動(dòng)角度，受到一個(gè)脈沖電流，就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，可以實(shí)現(xiàn)較為精確的位移控制。3.5.3壓力自動(dòng)控制主接線設(shè)計(jì)燃油鍋爐壓力自動(dòng)控制，需要將汽包蒸汽壓力值控制在一定范圍內(nèi)，以保證蒸汽質(zhì)量。汽包蒸汽壓力大小與燃燒的溫度有關(guān)，燃燒產(chǎn)生的熱量由燃油量和送風(fēng)量都有關(guān)，但最主要的影響因數(shù)還是燃油量。因此本次設(shè)計(jì)的壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)主要通過(guò)控制噴入燃燒室的噴油量來(lái)控制蒸汽壓力。油泵將燃油收送入燃燒器，燃燒器將燃油霧化噴入鍋爐燃燒室。本次設(shè)計(jì)的鍋爐采用回油式機(jī)械霧化，燃油送入燃燒器后一部分會(huì)進(jìn)入燃燒器的霧化室霧化，一部分由回油口進(jìn)入回油管道，回流至油箱。回油式霧化燃燒器由于進(jìn)入旋渦室的油壓基本不變，油的霧化質(zhì)量也不受影響。伺服電機(jī)通過(guò)PLC控制伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)控制回油閥的開度，從而控制噴油量，以達(dá)到控制蒸汽壓力的目的。圖3-8油泵電機(jī)、伺服電機(jī)接線圖油泵在點(diǎn)火前采用直接啟動(dòng)方式啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)交流接觸器KM14閉合。按下QA啟動(dòng)伺服電機(jī)，交流接觸器KM15和KM16分別控制伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)。選用壓力變送器檢測(cè)汽包蒸汽壓力值。壓力變送器將檢測(cè)到的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)?~4mA的直流信號(hào)，AD轉(zhuǎn)換器將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC可以識(shí)別的數(shù)字號(hào)輸入PLC中，PLC將該壓力信號(hào)與事先設(shè)定好的壓力上限和下限值進(jìn)行比較。當(dāng)壓力達(dá)上限值，PLC閉合KM15，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，減小噴油量；壓力達(dá)下限值，閉合KM16，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，增大噴油量。3.5.4壓力控制程序設(shè)計(jì)壓力控制系統(tǒng)主要由壓力變送器、AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、PLC和伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。PLC外部接線如圖3-9和圖3-10所示。圖3-9壓力控制部分PLC輸入接線圖3-10壓力控制部分PLC輸出接線壓力變送器將檢測(cè)到的汽包蒸汽壓力值轉(zhuǎn)化為-10V~10V范圍內(nèi)的壓力信號(hào)，將該壓力信號(hào)輸入FX2N-4AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的CH1通道中。AD將該壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線輸入PLC中。FX2N-4AD的CH1通道輸入電流變送器的輸出量，CH2通道輸入壓力變送器的輸出量，CH3、CH4通道則處于關(guān)閉狀態(tài)，因此初始狀態(tài)設(shè)置為H3301。FROM指令讀取FX2N-4AD模塊中的數(shù)字量，將讀取的數(shù)字量存入到PLC內(nèi)部D0~D199的16位內(nèi)部寄存器中。CMP比較指令將存入的數(shù)字量與設(shè)定好的壓力剩下限值進(jìn)行比較，比較結(jié)果由PLC內(nèi)部3個(gè)連續(xù)繼電器接通來(lái)表示。PLC根據(jù)比較結(jié)果控制Y014和Y015是否輸出，從而控制伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)。要注意的是，在編寫比較指令之前需用ZRST指令對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行清零或清除。3.6保護(hù)設(shè)計(jì)3.6.1過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)電機(jī)在工作過(guò)程中，可能會(huì)因?yàn)樨?fù)荷過(guò)大等原因，導(dǎo)致實(shí)際流過(guò)電機(jī)的電流大于額定電流，對(duì)電機(jī)造成損害，甚至可能會(huì)引起火災(zāi)。因此往往會(huì)設(shè)計(jì)電機(jī)的過(guò)流保護(hù)，避免電機(jī)過(guò)流時(shí)造成嚴(yán)重危害。應(yīng)注意的一點(diǎn)是，過(guò)流保護(hù)在設(shè)計(jì)時(shí)要躲過(guò)電機(jī)啟動(dòng)的最大電流動(dòng)作，以免電機(jī)啟動(dòng)引起保護(hù)誤動(dòng)。圖3-11電流互感器圖形符號(hào)本次設(shè)計(jì)通過(guò)電流互感器、電流變送器、FX2N-64MR型PLC和FX2N-4AD轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過(guò)流保護(hù)。電流互感器接于電機(jī)電源進(jìn)線端，將主線路上的電流轉(zhuǎn)化為小電流，電流變送器則檢測(cè)電流互感器二次側(cè)的電流，將其轉(zhuǎn)化為AD轉(zhuǎn)換器可接受的小電流，并輸入AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器將電流模擬量轉(zhuǎn)化位數(shù)字量輸入PLC中，PLC識(shí)別該數(shù)字信號(hào)，通過(guò)比較指令與事先設(shè)置好的電機(jī)額定電流的1.1倍數(shù)值進(jìn)行比較，大于設(shè)定值，則PLC輸出信號(hào)控制水泵、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和油泵電機(jī)停機(jī)，同時(shí)輸出聲光報(bào)警信號(hào)。3.6.2電源欠壓保護(hù)設(shè)計(jì)當(dāng)線路電壓不穩(wěn)定、大型設(shè)備啟動(dòng)時(shí)電流過(guò)大等原因引起電源電壓下降至額定額電壓以下，且低于額定電壓一定值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電源欠壓現(xiàn)象，需設(shè)置電源欠壓保護(hù)，切除電源，避免造成更嚴(yán)重的危害和損失。圖3-12空氣開關(guān)（低壓斷路器）圖形符號(hào)本次設(shè)計(jì)中，將空氣開關(guān)接于三相電源線路，對(duì)主電路三相電源進(jìn)行電壓保護(hù)?？諝忾_關(guān)又稱低壓斷路器，其操作簡(jiǎn)單，安全可靠，且可重復(fù)多次使用，目前在多個(gè)場(chǎng)合普遍使用空氣開關(guān)對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)。3.7本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是對(duì)燃油鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)。包括對(duì)主電路接線的設(shè)計(jì)、控制回路的設(shè)計(jì)和PLC程序的設(shè)計(jì)和保護(hù)部分的設(shè)計(jì)。其中還加入了對(duì)PLC可編程控制、AD模塊、電流互感器、電流變送器、電壓變送器、液位繼電器、伺服電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單介紹。4主要電氣設(shè)備的參數(shù)計(jì)算及選型4.1主電機(jī)的型號(hào)參數(shù)計(jì)算及選型電機(jī)型號(hào)的選擇尤為重要，應(yīng)根據(jù)需驅(qū)動(dòng)的負(fù)載來(lái)選擇合適的電機(jī)容量，若所選電力功率過(guò)大，投資不經(jīng)濟(jì)，且電機(jī)將長(zhǎng)期運(yùn)行于欠載狀態(tài)，電機(jī)的工作效率和功率因數(shù)都會(huì)比較低；若所選電機(jī)功率過(guò)小，電機(jī)將長(zhǎng)期工作于過(guò)載狀態(tài)，嚴(yán)重影響電機(jī)的使用壽命。交流異步電動(dòng)機(jī)選擇時(shí)應(yīng)注意：電機(jī)的機(jī)械特性需根據(jù)負(fù)荷特性進(jìn)行選擇，以達(dá)到生產(chǎn)要求。根據(jù)負(fù)載大小選擇電機(jī)的額定功率根據(jù)線路電源大小選擇電機(jī)的額定電壓電機(jī)的工作環(huán)境也是考慮因素之一三相交流異步電動(dòng)機(jī)的額定功率計(jì)算公式為：4-1由公式4-1可得出交流異步電動(dòng)機(jī)額定電流計(jì)算公式：4-2燃油鍋爐的水泵、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和油泵都選用三相交流異步電動(dòng)機(jī)。Y系列交流異步電動(dòng)機(jī)適用于驅(qū)動(dòng)沒有特殊要求的設(shè)備，如機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)等，有效力高、節(jié)能經(jīng)濟(jì)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。而10噸燃油鍋爐所用鼓風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率一般為21KW左右，引風(fēng)機(jī)的功率一般為45KW左右，比鼓風(fēng)機(jī)功率稍大一些。水泵電機(jī)功率一般為18KW左右，本次設(shè)計(jì)使用兩臺(tái)水泵，且水泵2會(huì)作為水泵電機(jī)1故障時(shí)的備用電機(jī)，因此兩臺(tái)水泵會(huì)選用相同功率。油泵電機(jī)一般為3KW左右。根據(jù)Y系列電機(jī)參數(shù)表對(duì)電機(jī)型號(hào)進(jìn)行選擇。表4-1電機(jī)型號(hào)選擇結(jié)果鍋爐電機(jī)電機(jī)型號(hào)額定功率（KW）額定電流（A）轉(zhuǎn)速（r/min）效率（%）功率因素cosφ鼓風(fēng)機(jī)Y180L-42242.5147091.50.86引風(fēng)機(jī)Y225M-44584.2148092.30.88水泵1Y180M-418.535.91470910.86水泵2Y180M-418.535.91470910.86油泵Y100L2-436.8142082.50.81鼓風(fēng)機(jī)額定電流：；引風(fēng)機(jī)額定電流：；水泵1、水泵2額定電流：；油泵額定電流：。4.2交流接觸器的參數(shù)計(jì)算及選型在本次設(shè)計(jì)中，交流接觸器主要用于控制三相交流異步電動(dòng)機(jī)啟停和正反轉(zhuǎn)，屬于三相負(fù)荷，交流接觸器選擇原則為：根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)進(jìn)行選擇，接觸器的電壓等級(jí)要按照負(fù)載電壓等級(jí)進(jìn)行選擇。交流接觸器的額定電流不能小于負(fù)載的實(shí)際電流。本次設(shè)計(jì)的負(fù)載為電機(jī)，故交流接觸器的額定電流不能小于所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的啟動(dòng)電流。要滿足線路短路時(shí)的熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。交流接觸器的額定電流要比負(fù)荷的額定電流大，一般大1.25倍左右?？筛鶕?jù)電機(jī)的額定電流計(jì)算出交流接觸器的額定電流。計(jì)算公式如下：（4-3）鼓風(fēng)機(jī)的交流接觸器KM1、KM2、KM3額定電流計(jì)算：引風(fēng)機(jī)的交流接觸器KM4、KM5、KM6額定電流計(jì)算水泵1、2的交流接觸器KM7、KM8、KM9、KM10、KM12、KM13的額定電流計(jì)算：油泵的交流接觸器KM14的額定電流計(jì)算：圖4-2交流接觸器選型指南CJ2010產(chǎn)品型號(hào)額定電流代號(hào)交流接觸器10、46、25、40、63、100、160、250、400、630根據(jù)交流接觸器額定的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合圖4-1的交流接觸器選型指南，對(duì)交流接觸器型號(hào)進(jìn)行選擇，結(jié)果匯總于表4-3。表4-3交流接觸器選型結(jié)果表名稱鼓風(fēng)機(jī)的交流接觸器引風(fēng)機(jī)的交流接觸器水泵1、2的交流接觸器油泵的交流接觸器接觸器型號(hào)CJ20-100CJ20-160CJ20-40CJ20-104.3斷路器的參數(shù)計(jì)算及選型低壓斷路器（也稱空氣開關(guān)）用于電路的接通和分?jǐn)?，?huì)對(duì)線路起保護(hù)作用，主要是短路保護(hù)、電源欠壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等。它的型號(hào)選擇一般要滿足以下要求：額定電壓要根據(jù)線路額定電壓等級(jí)進(jìn)行選擇，不能低于線路的額定電壓。額定電流要根據(jù)負(fù)載額定電流進(jìn)行選則，不能低于負(fù)載的額定電流。燃油鍋爐系統(tǒng)工作交流50HZ、380V電源，控制線路為220V。查閱相關(guān)資料得到，DZ15系列塑殼斷路器適用該燃油鍋爐的主電路控制系統(tǒng)。DZ15系列斷路器能很好的實(shí)現(xiàn)線路的電能分配，線路保護(hù)以及控制線路通斷。選擇斷路器時(shí)，斷路器額定電流一般需大于線路電流的1.2~2倍，本次設(shè)計(jì)中選用1.5倍計(jì)算斷路器額定電流計(jì)算公式為：（4-4）鼓風(fēng)機(jī)斷路器QF1的額定電流計(jì)算：引風(fēng)機(jī)斷路器QF2的額定電流計(jì)算：水泵1、2斷路器QF3、QF4的額定電流計(jì)算：油泵斷路器QF5的額定電流計(jì)算：表4-4DZ10系列斷路器型號(hào)及參數(shù)表型號(hào)殼架等級(jí)額定電流額定工作電壓（V）額定頻率（Hz）DCAC額定電流220VTms380VcosφDZ10-100100交流3805010560.715、20、30、40、50、60、80、100DZ10-100100交流38050105100.5DZ10-100100交流38050105120.3DZ10-250250交流380502010200.3100、120、140、170、220DZ10-600600交流380502515250.25表4-5DZ15系列斷路器型號(hào)及參數(shù)型號(hào)殼架額定電流/A額定電壓/V極數(shù)脫扣器額定電流/ADZ15-40/1DZ15-40/2DZ15-40/3DZ15-40/4402200380234DZ15-63/1DZ15-63/2DZ15-63/3DZ15-63/4632200.63380234DZ15-100/3DZ15-100/4100380380.1004根據(jù)斷路器額定電流整定結(jié)果，結(jié)合表4-4和表4-5的DZ系列斷路器型號(hào)參數(shù)，我對(duì)燃油鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)主電路的斷路器進(jìn)行了型號(hào)選擇，結(jié)果如下表：表4-6斷路器選型結(jié)果名稱型號(hào)名稱型號(hào)QFDZ10-250/4QF3DZ15-63/3QF1DZ15-63/3QF4DZ15-63/3QF2DZ15-100/3QF5DZ15-40/34.4熱繼電器的參數(shù)計(jì)算及選型熱繼電器是通過(guò)其內(nèi)部熱元件受熱形變來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電路的斷路控制，電流熱效應(yīng)產(chǎn)生的熱量超過(guò)其允許的最大值熱繼電器才會(huì)動(dòng)作。熱繼電器的額定電流值按電機(jī)額定電流值選擇，整定電流值為電機(jī)電流的0.95~1.05倍。計(jì)算公式為：（4-5）D啟動(dòng)的電機(jī)，熱繼電器按1/倍電機(jī)額定電流進(jìn)行選擇。計(jì)算公式為：（4-6）鼓風(fēng)機(jī)線路熱繼電器QF1額定電壓計(jì)算：引風(fēng)機(jī)線路熱繼電器QF2額定電流計(jì)算：水泵1、2熱繼電器QF3、QF4額定電流計(jì)算：油泵熱繼電器QF5額定電流計(jì)算：圖4-1JR20系列熱繼電器的型號(hào)及參數(shù)根據(jù)上文對(duì)熱繼電器電流的計(jì)算，在結(jié)合我對(duì)交流接觸器的選擇，我參考了圖4-3中的參數(shù)，對(duì)本次設(shè)計(jì)中電機(jī)的熱繼電器進(jìn)行了選擇。選擇結(jié)果如表4-5。表4-5熱繼電器選型結(jié)果電機(jī)名稱鼓風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)水泵1水泵2油泵熱繼電器型號(hào)JR20-160JR20-160JR20-63JR20-63JR20-104.5電纜線的選型選擇電纜線需根據(jù)電路連接方式和所流通電流來(lái)選擇。本次設(shè)計(jì)中的電源為380V的三相電源，電機(jī)采用Y-D的接線方式，因此選擇兩根以上三芯電纜線。電纜線的截面積需根據(jù)線路流通的電機(jī)額定電流來(lái)確定。通過(guò)查閱相關(guān)資料，結(jié)合所選電機(jī)的額定電流，我對(duì)電纜線進(jìn)行了選擇，結(jié)果如下表：表4-7電纜線選擇結(jié)果電機(jī)名稱鼓風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)水泵1、2油泵電纜線型號(hào)BLX-3×16mm2BLX-3×70mm2BLX-3×16mm2BLX-3×3mm24.6電流互感器的選型電流互感器用于將線路電流降為小電流方便測(cè)量與檢。因此在選擇時(shí)要注意，電流互感器的額定電壓必須大于裝設(shè)點(diǎn)線路的額定電壓。變比的選擇應(yīng)根據(jù)線路實(shí)際流過(guò)的電流與測(cè)量、檢測(cè)要求進(jìn)行選擇。型號(hào)額定一次電流（A）準(zhǔn)確級(jí)組合額定短時(shí)熱電流（Ith）（kA）額定短時(shí)熱電流（Ith）（kA）額定動(dòng)穩(wěn)定電流（Idyn）(kA)0.20.510P10LA-10LA-10Q30/5、50/5、100/5、75/5、50/5、200/50.5/10P105101590160300/522.540.5400/53055500/5600/5800/540721000/55090圖4-8LA型電流互感器型號(hào)參數(shù)根據(jù)上文電機(jī)的額定電流的大小，電流互感器選擇LA-10Q型，其二次額定電流為5A，適用于50HZ、10KV以下線路的電路測(cè)量與保護(hù)。詳細(xì)參數(shù)見圖4-4。4.7電流變送器、壓力變送器的選型4.7.1電流變送器電流變送器接于電流互感器二次側(cè)，將二次側(cè)的交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入電流范圍內(nèi)的電流或電壓信號(hào)，以便進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。本次設(shè)計(jì)使用的是FX2N-4AD型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它的輸入電流范圍為直流的-20mA~20mA，而上文中所選電流互感器二次側(cè)輸出電流為5A。經(jīng)過(guò)查閱資料以及結(jié)合電流變送器上下兩級(jí)電氣設(shè)備的參數(shù)，我選擇D2PTC1AC型電流變送器。4.7.2電壓變送器電壓變送器與電流變送器類似，將被測(cè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為-10V~10V范圍內(nèi)直流量的電壓信號(hào)，輸入FX2N-4AD型數(shù)模轉(zhuǎn)換器中。一般壓力變送器的輸出為0~5V直流電壓或4~20mA直流電流。我選用了PAS-U3-V5-P5-O4型三相交流電壓變送器。該型號(hào)變送器原邊輸入電壓為0~450V，供電電壓為AC220V，輸出為0~10V直流電壓。4.8本章小結(jié)本章內(nèi)容是對(duì)燃油鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)主要電氣設(shè)備的參數(shù)計(jì)算與選型。主要是根據(jù)電機(jī)的額定電流計(jì)算主要電氣設(shè)備額定電流的計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算內(nèi)容進(jìn)行選型。5模擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試5.1模擬樣機(jī)功能設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中，模擬樣機(jī)的制作是一個(gè)重點(diǎn)。由于我的能力有限，材料條件有限，模擬樣機(jī)不能完全模擬整個(gè)鍋爐控制過(guò)程。鍋爐的啟動(dòng)過(guò)程中，鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和水泵1都是Y-D啟動(dòng)投入工作，不需要改變運(yùn)行狀態(tài)，因此僅對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的Y-D啟動(dòng)和油泵電機(jī)的直接啟動(dòng)進(jìn)行模擬。水位控制部分，僅對(duì)水泵2的正反轉(zhuǎn)控制進(jìn)行模擬，采用按鈕模擬不同的水位。壓力控制部分和過(guò)流保護(hù)部分，采用電位器模擬壓力變送器和電流變送器的輸出量，采用PLC內(nèi)部24V作為電源進(jìn)行供電。PLC的輸入輸出接口功能分配如下表5-1。表5-1輸入端口功能分配表輸入端口端口元件功能X000SB1總電源啟X001SB2總電源停X003SB3鼓風(fēng)機(jī)啟X004SB4鼓風(fēng)機(jī)停X005SB5點(diǎn)火X006SB6油泵啟X007SB7油泵停X011SB8高水位X010SB9正常水位X012SB10低水位X013SB13危險(xiǎn)水位表5-2部分輸出端口功能分配表輸出端口端口元件功能Y000燈13總電源啟動(dòng)Y001燈12總電源停止Y036燈1水泵1指示燈Y014KM1鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)Y015KM2鼓風(fēng)機(jī)YY016KM3鼓風(fēng)機(jī)DY013KM4啟動(dòng)油泵Y010燈4點(diǎn)火指示燈Y031燈14伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)Y030燈15伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)Y020KM5水泵2（正轉(zhuǎn)）Y021KM6水泵2YY022KM7水泵2DY023KM8水泵2（反轉(zhuǎn)）Y034燈10水泵2正轉(zhuǎn)指示燈Y035燈11水泵2反轉(zhuǎn)指示燈Y007報(bào)警1過(guò)流報(bào)警Y005報(bào)警3低水位報(bào)警Y006報(bào)警2危險(xiǎn)水位報(bào)警PLC輸出端接入接按鈕，作為電機(jī)啟動(dòng)按鈕、點(diǎn)火按鈕和模擬不同的水位，輸出端接鼓風(fēng)機(jī)水泵2和油泵交流接觸器、指示燈和聲光報(bào)警指示燈。兩個(gè)電位器模擬壓力變送器和電流變送器兩者的輸出值。用一個(gè)空氣開關(guān)進(jìn)行電源的欠壓保護(hù)。所需元件清單如表5-2所示。表5-3樣機(jī)材料清單元件名稱數(shù)量FX2N-64MR1臺(tái)FX2N-4AD1臺(tái)按鈕12個(gè)綠色指示燈12個(gè)紅色指示燈1個(gè)黃色指示燈1個(gè)聲光報(bào)警指示燈3個(gè)220V交流接觸器8個(gè)導(dǎo)線若干根線槽若干條電位器2個(gè)5.2模擬樣機(jī)的制作5.2.1模擬樣機(jī)的PLC程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)好樣機(jī)模擬內(nèi)容后，根據(jù)設(shè)計(jì)的輸入輸出接口功能情況，我使用GXworks2軟件進(jìn)行程序編寫和調(diào)試。編寫程序過(guò)程中，主要注意了以下問(wèn)題：輸出之間的互鎖關(guān)系。Y型接法的接觸器與D型接法的接觸器之間的互鎖，電源啟停之間的互鎖，電機(jī)正反轉(zhuǎn)之間的互鎖。啟動(dòng)過(guò)程的先后順序。先啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，后啟動(dòng)油泵，點(diǎn)火必須在鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)之后，點(diǎn)火無(wú)效。按下電源啟動(dòng)鍵后，電機(jī)才能啟動(dòng)，否則啟動(dòng)不成功。使用PLC內(nèi)部輔助繼電器與數(shù)據(jù)寄存器時(shí)，注意不可重復(fù)使用。選用定時(shí)器時(shí)，注意所選定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間設(shè)置。編寫AD模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)讀取部分的程序時(shí)，注意AD模塊初始狀態(tài)的設(shè)置。每一次比較指令之后要注意對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行復(fù)位清零。編寫Y-D啟動(dòng)部分的控制程序時(shí)，斷開Y型接法的接觸器與合上D型接法的接觸器兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行，需設(shè)置0.1秒的延時(shí)，防止電源線路短路跳閘。本次設(shè)計(jì)使用到的指令有：SET置位指令、RST復(fù)位指令、ZRST區(qū)間復(fù)位指令、CMP比較指令、TOP脈沖執(zhí)行指令、FROM特殊功能模塊讀出指令。使用的特殊輔助繼電器有：M8000、M8002。GXworks2軟件編程方式，我采用了梯形圖編程模式。編輯好程序后將程序進(jìn)行編譯，檢查程序是否符合邏輯規(guī)范。在程序中加入注釋方便分析和修改。編好的程序進(jìn)行調(diào)試仿真成功后才能下載到PLC中。我使用GXworks2軟件調(diào)試菜單中的“模擬開始/停止”功能進(jìn)行程序仿真。改變按鈕的當(dāng)前值來(lái)模擬按下按鈕操作，觀察是否有對(duì)應(yīng)的輸出，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后需要結(jié)束仿真模式，進(jìn)入寫入模式才可進(jìn)行程序修改。模塊樣機(jī)詳細(xì)程序見附錄3。5.2.2電氣元件的安裝與接線安裝樣前先準(zhǔn)備需用到的使用工具，如剝線鉗、剪線工具、鉆孔機(jī)、螺絲釘、螺絲刀、萬(wàn)用表等。使用交流接觸器前是否正常，確定使用的交流接觸器是常開接觸器還是常閉接觸器，使用錯(cuò)誤會(huì)影響樣機(jī)的正常運(yùn)行。接線時(shí)先大致分配好PLC、元器件和線槽的排布位置。由于我選的板子是偏長(zhǎng)方形的，因此我初步設(shè)計(jì)，板子從左到右分別是交流接觸器，按鈕和信號(hào)燈，PLC和AD模塊，交流接觸器。按鈕和信號(hào)燈上下排布，AD模塊接于PLC尾部。在接線完成三分之二時(shí)，我發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)并不完善，重新添加了部分按鈕與接觸器，打亂了原先的排布，由于時(shí)間比較緊張，因此并未將板子拆掉重新排布安裝，而是在保留原先接好的部分前提下，進(jìn)行調(diào)整，將添加的部分加入樣機(jī)板子。模擬樣機(jī)最終排布圖如圖5-1所示。圖5-1模擬樣機(jī)排布圖模擬樣機(jī)接線時(shí)要注意的問(wèn)題是：輸入輸出線與地線的顏色要區(qū)分開來(lái)，底線最好使用黑線比較明顯值觀。380V三相電源的每一相要采用不同顏色的線進(jìn)行區(qū)分。注意把握好線的長(zhǎng)度，保持樣機(jī)的美觀性。設(shè)計(jì)好走線方式，防止出現(xiàn)短路。接線端口需擰緊，防止松動(dòng)引起接觸不良的情況。220V交流接觸器接線時(shí)，現(xiàn)階220V線路，再接380V的線路。PLC主機(jī)位置確定好之后，將其固定在板子上，AD部分緊貼PLC主機(jī)尾部安裝。接線時(shí)，先接220V線路，后接380V線路。PLC輸入輸出端口的其他元件接好線，然后固定好元件位置，預(yù)計(jì)好將其接到PLC端口所需的線長(zhǎng)，盡量留出余長(zhǎng)，然后接入PLC主機(jī)端口。元件的輸入端接PLC主機(jī)的輸出端口，元件的輸出端接入PLC的L接口。380V線路主要接入交流接觸器，空氣開關(guān)一端接入380V電源，另一端接出連接交流接觸器，按照主電路圖連接方式接線，最后接入電機(jī)接口端子。PLC主機(jī)的L、N接口接入220V交流電，COM1~COM6端口接在一起后接入N端口。輸入端元件一端接PLC的輸入接口，另一端接入輸入的COM端，交流接觸器一端接PLC的對(duì)應(yīng)輸出端，另一端接輸出的COM端，輸出端的所有COM端都接PLC的N端。PLC內(nèi)部的24V直流電源向AD模塊供電，接線方式為：將AD模塊的+24端口接入PLC主機(jī)的+24V端口，AD模塊-24端口接入PLC的COM端口。圖5-2模擬樣機(jī)實(shí)物圖為了達(dá)到美觀性，模擬樣機(jī)的所有接線都要求通過(guò)線槽走線。但由于我準(zhǔn)備地線不夠，且中途增加了模擬內(nèi)容，導(dǎo)致板子偏小，樣機(jī)的380V并未通過(guò)線槽走線，盡量保持直角走線，保證板子的觀賞性。5.3模擬樣機(jī)的調(diào)試5.3.1線路通斷檢測(cè)線路通斷檢測(cè)，主要檢測(cè)線路是有短路或斷路情況。一般出現(xiàn)線路短路或斷路情況的原因可能是因?yàn)橐韵聨讉€(gè)原因：接線端點(diǎn)螺絲松動(dòng)，線路接觸不良而斷路。線路接線錯(cuò)誤，引起線路短路。未接到對(duì)應(yīng)的輸入輸出端口。元件輸入輸出端口反接。使用萬(wàn)用表對(duì)線路通斷進(jìn)行檢測(cè)。將萬(wàn)用表?yè)艿椒澍Q器檔，紅黑表筆分別接到待檢測(cè)線路的兩端，蜂鳴器響則線路接通良好，反之則說(shuō)明線路存在斷路情況，此時(shí)需要檢測(cè)該線路是否有松動(dòng)，是否接線正確。排除故障后再進(jìn)行下一段線路的檢測(cè)。對(duì)于不聯(lián)通的線路，需要檢測(cè)是否出現(xiàn)短路情況，檢測(cè)方法類似，當(dāng)蜂鳴器發(fā)出響聲，說(shuō)明兩段線路存在短路。在對(duì)模擬樣機(jī)線路進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題是：控制電機(jī)Y-D啟動(dòng)的交流接觸器接線出現(xiàn)短路情況。主要原因是380V為三相電源，走線條數(shù)較多，對(duì)電機(jī)主電路實(shí)際接線操作不熟悉。解決辦法是對(duì)照樣機(jī)的主接線圖，認(rèn)真分析每一線路的走向，從接入電源出發(fā)到電機(jī)接線端子，一一對(duì)照主接線圖走線。5.3.2程序的仿真與下載接線檢測(cè)完成后，將編寫調(diào)試好的程序通過(guò)下載器寫入到PLC中。寫入程序需注意的問(wèn)題有：確定計(jì)算機(jī)是否裝有驅(qū)動(dòng)程序，沒有驅(qū)動(dòng)程序無(wú)法將程序?qū)懭隤LC中。確定下載器接入電腦的COM端口名稱，可以在計(jì)算機(jī)設(shè)備管理器中查看。寫入程序前，注意將PLC撥運(yùn)行按鈕到STOP位置，寫入完成后再撥到RUN位置，模擬樣機(jī)才能正常運(yùn)行程序。在向PLC寫入程序過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，PLC在掉電一段時(shí)間后再次啟動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)程序報(bào)錯(cuò)的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)查詢了解到可能是因?yàn)镻LC內(nèi)部電量不足的原因。需要在程序報(bào)錯(cuò)時(shí)重新寫入程序即可解決。5.3.3模擬樣總調(diào)試向模擬樣機(jī)寫入程序后，運(yùn)行程序調(diào)試樣機(jī)。交流接觸器先不接上380V三相交流電進(jìn)行調(diào)試，防止出現(xiàn)故障時(shí)電源跳閘或樣機(jī)損毀，調(diào)試方式為按下樣機(jī)上的按鈕觀察設(shè)計(jì)的功能是否能實(shí)現(xiàn)。調(diào)試過(guò)程如下：根據(jù)所寫的程序，電機(jī)上電后總停按鈕亮起，表示樣機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)。按下電源啟動(dòng)按鈕，水泵1指示燈是否亮起。按下電機(jī)啟動(dòng)按鈕，對(duì)應(yīng)的交流接觸器是由動(dòng)作，動(dòng)作是否為電機(jī)Y-D啟動(dòng)方式。按下電機(jī)停止按鈕，交流接觸器是否恢復(fù)。按下油泵電機(jī)啟動(dòng)按鈕，對(duì)應(yīng)的直接啟動(dòng)接觸器是否