基于PLC的水暖鍋爐控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

目錄1緒論.12供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)思路.12.1供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)要求.12.2鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).22.3整體方案選擇.23變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用.33.1變頻調(diào)速基本原理.33.2變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用.44鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).44.1系統(tǒng)功能分析.44.2總體設(shè)計(jì)思路.54.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu).55系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).65.1可編程控制器PLC的選型.65.2PLC配置.65.3I/O接線.85.4變頻器配置.85.5傳感器與變送器.95.5.1壓力變送器工作原理.105.5.2壓力變送器選型.105.5.3溫度傳感器選型.106系統(tǒng)構(gòu)成.116.1補(bǔ)水泵控制系統(tǒng).116.2循環(huán)泵控制系統(tǒng).136.3燃燒控制系統(tǒng).157PID控制原理.158程序設(shè)計(jì).188.1主程序設(shè)計(jì).158.2子程序設(shè)計(jì).159結(jié)束語.26致謝.25參考文獻(xiàn).2611緒論鍋爐是供熱設(shè)備中最普遍的動(dòng)力設(shè)備之一，它的功能是把燃料中的貯能，通過燃燒轉(zhuǎn)化成熱能，以蒸汽或熱水的形式輸向各種設(shè)備。目前，大多數(shù)鍋爐都是人工控制的，或簡單的儀表單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，燃料浪費(fèi)很大。鍋爐作為一個(gè)設(shè)備總體，有許多被控制量與控制量，許多參數(shù)之間明顯地存在著復(fù)雜的關(guān)系。對于鍋爐這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由于其內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換機(jī)理過于復(fù)雜，采用常規(guī)的方式進(jìn)行控制，難以達(dá)到理想的控制效果，因此，必須采用智能控制方式控制，才能獲得最佳控制效果。可編程邏輯控制器(PLC)既能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng),又具有擴(kuò)展各種輸入輸出模塊,如A/D模塊、熱電偶熱電阻模塊,構(gòu)成多功能控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代PLC集成度高、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、組態(tài)靈活、工作穩(wěn)定。在傳統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化改造中發(fā)揮著越來越重要的作用。供暖鍋爐，是連接用戶極為重要的功能性環(huán)節(jié)，不僅其工作的安全性、可靠性直接影響到等前級產(chǎn)熱設(shè)備的安全性及供熱質(zhì)量，提高其工作效能，還具有十分重大的節(jié)能意義。目前供暖鍋爐大都采用人工監(jiān)控，一方面浪費(fèi)人力；另一方面在出現(xiàn)事故隱患時(shí)，操作人員難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，很容易造成運(yùn)行中設(shè)備的事故。該設(shè)計(jì)對整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測、報(bào)警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運(yùn)行，除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對鍋爐水位、鍋爐壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報(bào)警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故。系統(tǒng)由可編程邏輯控制器(PLC)、變頻器組成，能完成對給水、鼓風(fēng)等進(jìn)行自動(dòng)控制，使鍋爐的水位、蒸汽壓力保持在規(guī)定的數(shù)值上，以保證鍋爐的安全運(yùn)行，達(dá)到降低能耗、提高供氣質(zhì)量的目的，同時(shí)對運(yùn)行參數(shù)如壓力、溫度等進(jìn)行顯示，還可對水位、壓力、爐溫等參數(shù)越限時(shí)報(bào)警，發(fā)出聲光信號(hào)。由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護(hù)、自診斷等功能，所以抗干擾能力強(qiáng)，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中，故障率低。PLC編程簡單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，用于水暖鍋爐控制能提高性能價(jià)格比，如果從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，其壽命長，故障率低，易于維修，所以選用1。2供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)思路2.1供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)要求(1)PLC容量和性能要與任務(wù)相適應(yīng)，PLC運(yùn)行速度要滿足實(shí)時(shí)控制的要求(2)要確定PLC的型號(hào)、需要的傳感器和變頻器的型號(hào)、PLC硬件接線圖和梯形圖2(3)要有PLC的I/O接口地址分配表(4)系統(tǒng)具有手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、在線監(jiān)控及在現(xiàn)場調(diào)試、驅(qū)動(dòng)電機(jī)過熱保護(hù)2.2鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)鍋爐控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、補(bǔ)水箱、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵等部分組成。補(bǔ)水箱內(nèi)的水由兩路提供。一路是來自用戶網(wǎng)通過熱交換形成的冷凝水。一路是來自自來水管的自來水。當(dāng)回水不足以維持供熱所需的水時(shí)。啟動(dòng)補(bǔ)水泵，用補(bǔ)水箱內(nèi)的水，加入到鍋爐。圖1總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3整體方案選擇以往供暖鍋爐系統(tǒng)中帶有循環(huán)泵、補(bǔ)水泵等水泵類的設(shè)備，通常是根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量、壓力、水位等信號(hào)的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費(fèi)，管路、閥門等密封性能的破壞，還加速了閥體的磨損，嚴(yán)重時(shí)損壞設(shè)備而影響生產(chǎn)。目前，風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備，時(shí)常出現(xiàn)泵損壞同時(shí)電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。對于如何供暖鍋爐的基本功能和它存在的缺陷等問題提出兩種改造方案。第一種就是利用單片機(jī)進(jìn)行控制中心的，但是由于單片機(jī)工作狀態(tài)的不穩(wěn)定性，抗干擾能力比較差。所以不在此處選用。第二種就是用可編程控制器PLC進(jìn)行改造，把原來的繼電接觸式電控系統(tǒng)改造為PLC控制。不僅可以消除掉它原來存在的所有缺陷，而且增加了故障檢修功用戶回水補(bǔ)水箱補(bǔ)水泵鼓風(fēng)機(jī)循環(huán)水泵鍋爐自來水3能，可以在發(fā)生故障的部位進(jìn)行報(bào)警。第二個(gè)方案用可編程控制器PLC對原來的繼電接觸式電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，改造后可以減少強(qiáng)電元?dú)饧?shù)目，而且增加了一些故障自診斷功能。提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，安全性。使電氣控制系統(tǒng)的工作更加靈活，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件。因此我們選擇第二種方案。3變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用3.1變頻調(diào)速基本原理目前，隨著大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為一項(xiàng)成熟的交流調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速器作為該技術(shù)的主要應(yīng)用產(chǎn)品經(jīng)過幾代技術(shù)更新，己日趨完善，能夠適應(yīng)較為惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，目能提供較為完善的控制功能，能滿足各種生產(chǎn)設(shè)備異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的要求。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系水泵多配用交流異步電機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，既可節(jié)約能量，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：pSfSnn/)1(60)1(0(1)式中，n異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速r/min；0n異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速r/min；p電動(dòng)機(jī)的磁極對數(shù)；f電源頻率，電動(dòng)機(jī)定子電壓頻率；S轉(zhuǎn)速差；%10000nnns(2)由公式可見改變電動(dòng)機(jī)極對數(shù)P、改變轉(zhuǎn)速差S及改變電源頻率f都可以改變轉(zhuǎn)速。通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術(shù)，集電