基于PLC的燃油鍋爐水位控制系統(tǒng)設計

1、目 錄目 錄1第1章 引言11.1 PLC控制燃油鍋爐的目的和意義11.2 PLC控制燃油鍋爐的設計內容11.3 預期實現的目標1第2章 系統(tǒng)總體設計22.1 系統(tǒng)控制要求22.2 確定設計方案3第3章 控制系統(tǒng)硬件設計43.1 PLC選型及擴展43.2 電機及驅動線路103.3 檢測元件選型113.4 低壓電器選型113.5 電源設計113.6 人機接口設計12第4章 控制系統(tǒng)軟件設計134.1 控制程序流程圖134.2 控制程序設計144.3 顯示操作界面設計14結束語16參考文獻17附錄1：PLC源程序18附錄2：硬件原理圖23第1章 引言1.1 PLC控制燃油鍋爐的目的和意義鍋爐是一次

2、性能源煤炭、石油、天然氣轉換成二次能源蒸汽量的重要動力設備。據有關數據統(tǒng)計，目前我國有各類工業(yè)鍋爐約25萬。每年耗煤量占全國產量的1/3，同時還消耗大量的石油和天然氣。工業(yè)鍋爐是生產過程中重要的動力設備。在石油化工領域，它的主要作用是向生產裝置提供所需的合格蒸汽，其控制質量的優(yōu)劣不僅關系到鍋爐自身運行的效果，而且還將直接影響到相關裝置生產過程的穩(wěn)定性?，F代燃油燃燒機多為自動控制的燃燒機，一般采用工業(yè)程序控制器、火焰檢測器以及溫度傳感器等組成自動控制系統(tǒng)。燃油鍋爐隨著城市的發(fā)展而越來越多地被應用。以前使用燃煤鍋爐由于其在燃燒時產生大量的CO2和粉塵污染環(huán)境而逐漸被淘汰，相對應的用燃油鍋爐來代替燃

3、煤鍋爐已被廣泛用于酒店、大型商場等建筑。由PLC組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)適用于配用各種進口及國產燃燒器的燃油鍋爐，對鍋爐實行全自動控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數檢測、指示、調節(jié)等進行控制。1.2 PLC控制燃油鍋爐的設計內容本設計采用可編程序控制器PLC控制燃油鍋爐的穩(wěn)定可靠運行。通過PLC的選型和擴展電機及驅動控制、檢測元件選型、低壓電器選型、電源設計完成燃油鍋爐的硬件設計部分。通過組態(tài)軟件以及仿真軟件的模擬和調試完成燃油鍋爐的軟件設計。1.3 預期實現的目標 實現燃油鍋爐的自動控制，不但能很好的控制鍋爐的水位和蒸汽壓力等參數，還能很方便的加水和排水，基于PLC的控制很容易實現工

4、業(yè)化。我國目前運行的很多鍋爐控制系統(tǒng)自動化水平不高、安全性低，工作效率普遍低于國家標準，因此實現燃油鍋爐的自動控制對能源消耗來說很重要。第2章 系統(tǒng)總體設計 2.1 系統(tǒng)控制要求燃油鍋爐水位控制如圖2.1所示：圖2.1水塔水位控制示意圖 燃油鍋爐水位控制的工作方式為：按下啟動按鈕，啟動指示燈亮起，液位傳感器檢測水位，傳送給顯示屏顯示。 若水位低于下限允許值0.5m，則燃燒系統(tǒng)關閉，下限液位指示燈亮起，進水閥打開，進水泵啟動，開始注水。當水位到達5m時，則進水泵停止，進水閥關閉，下限液位指示燈熄滅，燃燒系統(tǒng)打開。 若水位高于上限允許值5m，則燃燒系統(tǒng)關閉，上限液位指示燈亮起，排水閥打開，排水泵啟

5、動，開始排水。當水位到達5m時，則排水泵停止，排水閥關閉，上限液位指示燈熄滅，燃燒系統(tǒng)打開。 氣壓傳感器檢測氣壓，傳送給顯示屏顯示。 當氣壓高于上限允許值2MP時，燃燒系統(tǒng)關閉，蒸汽壓力閥打開，氣壓過高指示燈亮起，報警蜂鳴器蜂鳴。 當氣壓低于1MP時，燃燒系統(tǒng)打開，蒸汽壓力閥關閉，氣壓過高指示燈熄滅，報警蜂鳴器停止蜂鳴。 溫度傳感器檢測水溫，傳送給顯示屏顯示。 汽溫傳感器檢測汽溫，傳送給顯示屏顯示。 若水位處于0.5m至5m之間，壓力低于上限允許值2MP，則燃燒系統(tǒng)打開。2.2 確定設計方案 經過再三的探討，我們決定主機采用S7-300系列的CPU315-2DP，電源模塊采用PS307，數字量

6、輸入模塊采用擴展模塊SM321，數字量輸出模塊采用擴展模塊SM322，模擬量輸入模塊采用擴展模塊SM331，模擬量輸出模塊采用擴展模塊SM332，水位檢測元件采用壓力式智能液位變送器，水溫檢測元件采用溫度變送器，汽溫檢測元件采用電子式溫度變送器，氣壓檢測元件采用高溫壓力變送器，變頻器采用MM430，水泵采用臥式離心泵。燃油鍋爐水位控制系統(tǒng)總體框圖如圖2.2所示：圖2.2燃油鍋爐水位控制系統(tǒng)總體框圖 本章小結：本章通過確定系統(tǒng)控制要求，并作出了設計分析，經過和同組人員的一番的探討之后，最終，確定了設計方案。第3章 控制系統(tǒng)硬件設計3.1 PLC選型及擴展 CPU315-2DP主機無輸入、輸出點，

7、PS307電源模塊為其供電，CPU315-2DP及其接線如圖3.1所示。圖3.1 CPU315-2DP及其接線SM321為數字量輸入模塊，為擴展模塊，有16個數字量輸入點，I0.0接啟動按鈕，I0.1接停止按鈕，SM321及其接線如圖3.2所示。圖3.2 SM321及其接線 SM322為數字量輸出模塊，為擴展模塊，有16個數字量輸出點，Q4.0接進水閥，Q4.1接進水泵，Q4.2接排水閥，Q4.3接排水泵，Q4.4接啟動指示燈，Q4.5接氣壓過高指示燈，Q4.6接報警蜂鳴器，Q4.7接上限液位指示燈，Q5.0接下限指示燈，Q5.1接蒸汽壓力閥，Q5.2接關閉燃燒系統(tǒng)，Q5.3接MM430(1)

8、DIN1，Q5.4接MM430(2)DIN1，SM322及其接線如圖3.3所示。圖3.3 SM322及其接線 SM331為模擬量輸入模塊，為擴展模塊，有16個模擬量輸入點，M0+、MO-接溫度變送器，M1+、M1-接電子式溫度變送器，M2+、M2-接壓力式智能液位變送器M4+、M4-接高溫壓力變送器，SM331及其接線圖如圖3.3所示。圖3.3 SM331及其接線 SM332為模擬量輸出模塊，為擴展模塊，有16個模擬量輸出點，Qv0+、接MM430(1)的AIN1+、AIN1-，Qv1+、接MM430(2)的AIN1+、AIN1-，SM332及其接線圖如圖3.4所示。圖3.4 SM332及其接

9、線 燃油鍋爐水位控制系統(tǒng)的I/O分配表見表3.1所示。表3.1 燃油鍋爐水位控制系統(tǒng)I/O分配表輸入信號輸入變量名輸出信號輸出變量名I0.0啟動按鈕SF1Q4.0進水閥MB1I0.1停止按鈕SF2Q4.1進水泵MA1PIW256水溫檢測BT1Q4.2排水閥MB2PIW258氣溫檢測BT2Q4.3排水泵MA2PIW260液位檢測BHQ4.4啟動指示燈PG1PIW262氣壓檢測BPQ4.5氣壓過高指示燈PG2Q4.6報警蜂鳴器PBQ4.7上限液位指示燈PG3Q5.0下限液位指示燈PG4Q5.1蒸汽壓力閥MB3Q5.2關閉燃燒系統(tǒng)PG5Q5.3變頻器（1）Q5.4變頻器（2）PQW272變頻器（1）

10、調速PQW274變頻器（2）調速3.2 電機及驅動線路電機采用臥式離心泵，型號為：A20530，其主要特點如下：1、運行平穩(wěn)：泵軸的絕對同心度及葉輪優(yōu)異的動靜平衡，保證平穩(wěn)運行，絕無振動。2、滴水不漏：不同材質的硬質合金密封，保證了不同介質輸送均無泄漏。3、噪音低：兩個低噪音的軸承支撐下的水泵，運轉平穩(wěn)，除電機微弱聲響，基本無噪音。4、故障率低：結構簡單合理，關鍵部分采用國際一流品質配套，整機無故障工作時間大大提高。5、維修方便：更換密封、軸承、簡易方便。6、占地更?。撼隹诳上蜃?、向右、向上三個方向，便管道布置安裝，節(jié)省空間。驅動電路如圖3.5所示。圖3.5 燃油鍋爐水位控制系統(tǒng)水泵及其連接電

11、路3.3 檢測元件選型水溫檢測：TH300系列溫濕度變送器為法國KIMO公司進口，可高精度測量相對濕度與溫度，并可計算：露點，混合率，濕球溫度，熱焓。該溫濕度變送器為法國KIMO公司進口高精度溫濕度變送器，可選購總線MODBUS網路RS-485通訊功能，可精確測量相對濕度與溫度。汽溫檢測：電子式溫度變送器TST-B(分離型)耐高溫，測量精度高，量程可選，有量程：0+50，-20+80，-50+400。有1組RCR警報接點輸出3A/230VAC自帶溫度數值顯示屏。液位檢測：智能液位變送器是利用數字技術，對現場液位和溫度信號實時采集，經CPU 進行運算補償和參數修正，由D/A 電路轉換為高精度兩線

12、制420mA 模擬信號及RS485 數字接口信號，保證了產品的高精度和高可靠性。液位變送器的零點、滿度、單位、地址等參數對用戶開放，以便用戶能夠在需要對產品進行調校，或需要對多臺產品同時監(jiān)測時，通過RS485 接口及專用數據電纜和軟件，進行現場無壓標定和調校。具有防潮，防結露、防滲漏功能、堅固、抗雷擊、抗強電磁變頻干擾的特點。氣壓檢測：高溫壓力變送器選用進口耐高溫敏感元件制作而成，探頭能在550高溫下長期穩(wěn)定啟動；芯體與不銹鋼外殼之間采用激光焊接工藝，使其完全熔為一體，內充硅油或其它傳遞介質，確保了變送器在高溫狀態(tài)下的安全使用，傳感器的壓力芯體與放大電路之間，用優(yōu)良材料隔熱，并加有散熱裝置，內

13、部引線孔填充高效隔熱材料有效防止了熱傳導，保證放大轉換電路部分在理想溫度下工作；3.4 低壓電器選型 低壓斷路器是一種不僅可以接通和分斷正常負荷電流和過負荷電流，還可以接通和分斷短路電流的開關電器。低壓斷路器在電路中除起控制作用外，還具有一定的保護功能，如過負荷、短路、欠壓和漏電保護等。低壓斷路器容量范圍很大，最小為4A，而最大可達5000A。 這次設計選擇的是型號為DZ47 3P 16A。3.5 電源設計 PLCS7300系列為模塊式PLC，這次用的電源模塊為PS307，PS307及其接線圖如圖3.6所示。圖3.6 PS307及其接線3.6 人機接口設計人機接口是操作者與機電系統(tǒng)之間進行信息

14、交換的接口。按照信息傳遞的方式分為兩類：輸入接口，輸出接口。常用的輸出設備：狀態(tài)指示燈，發(fā)光二極管，液晶顯示器，微型打印機，陰極攝像管顯示器，揚聲器等。此次用到的是觸摸屏TP177B為6寸，彩顯。TP177B及其接線圖如圖3.7所示。圖3.7 TP177B及其接線本章小結：本章根據控制要求，確定了PLC的型號，系統(tǒng)的I/O分配表，并由此確認都要擴展什么模塊，然后，選擇了電機及其驅動電路，并且確定了檢測元件，低壓電器，最后確定了電源與人機接口的設計。第4章 控制系統(tǒng)軟件設計4.1 控制程序流程圖 根據系統(tǒng)要求，燃油鍋爐水位控制系統(tǒng)的控制流程圖如圖4.1所示：圖4.1燃油鍋爐水位控制系統(tǒng)控制程序流

15、程圖4.2 控制程序設計 本次設計采用的是自動檢測系統(tǒng)，當鍋爐水位過高低于下限時，進水閥打開，排水閥關閉，當水位高于上限時，排水閥打開，進水閥關閉。鍋爐燃燒過程中，當出現異常情況時，如：蒸汽壓力超過允許值或水位超過最高上限允許值或低于最低下限允許值，系統(tǒng)能自動關閉；異常情況消失后，又能自動接起燃燒程序重新點火燃燒。內部軟元件表見表4.1。表4.1 內部軟元件表操作數功能M0.0啟動按鈕（觸摸屏）M0.1停止按鈕（觸摸屏）M1.0打開燃燒系統(tǒng)M1.1關閉燃燒系統(tǒng)MW10水溫顯示（觸摸屏）MW12汽溫顯示（觸摸屏）MW14液位顯示（觸摸屏）MW16氣壓顯示（觸摸屏）4.3 顯示操作界面設計顯示操作

16、界面采用的是TP177B觸摸屏顯示，觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。在工業(yè)控制中，人機界面是操作人員與PLC之間交換信息的媒介，人機界面可以接收操作人員發(fā)出的各種命令和設置的參數，并將它們傳遞到PLC，對工業(yè)流程進行控制。TP177BPN/DP產品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數據存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產品的性能高低，是HMI的核心單元。HMI軟件一般分為兩部分，即運行于HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于PC機Windows操作

17、系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件。使用者都必須先使用HMI的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過PC機和HMI產品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運行。TP177BPN/DP具有透明，絕對坐標，檢測觸摸并定位的特性。通過S7-300PLC設計的程序和SIMATICWinCCflexible2008里對TP177BPN/DP觸摸屏進行設計的組態(tài)畫面，設計報警畫面，在軟件SIMATICWinCCflexible2008的界面中添加變量，設置連接，對觸摸屏的調試來實現對電動機的啟動，調速，停止狀態(tài)的控制。本章小結：本章根據系統(tǒng)要求，畫出了燃油鍋爐水位控制系統(tǒng)的控制流程圖，通過對燃油鍋爐

18、水位控制系統(tǒng)的控制流程圖的分析，用軟件設計出了程序，并最后確認了顯示操作界面。結束語此次實習，我設計的是基于PLC的燃油鍋爐水位控制系統(tǒng)，這次是基于PLC300的實習，比去年的PLC200的實習難了許多，而且，軟件不太好裝，但是，經過同學和老師的幫助，和我的不懈努力，我終于克服了種種困難，很好的完成了此次實習。此次實習我也學到了很多東西，首先是關于PLC300的軟件，包括WINCC flexible組態(tài)軟件。我經過了從生疏到熟練，使我對它們有了一定的了解，而且，加強了我的AUTO CAD繪圖技巧，是我更熟練的應用AUTO CAD。此外，我更鞏固了基礎知識，課本上的學到的東西和實踐有機的結合了起

19、來?？傊@次實習我受益匪淺。參考文獻1廖常初.S7-300/400PLC應用教程,機械工業(yè)出版社,2012,22西門子（中國）有限公司.西門子PLCstep-7v5.5使用入門,20123羅萍.西門子S7-300/400PLC工程實例詳解,人民郵電出版社,2012,14西門子（中國）有限公司.S7-300/400PLC編程梯形圖（LAD）參考手冊,20125廖常初.西門子人機界面（觸摸屏）組態(tài)與應用技術,機械設計出版社,2010,26SIEMENS公司編.MICROMASTER 430 用戶手冊,2010.7西門子（中國）有限公司.WinCC flexible2008使用入門,20128龐科

20、旺.PLC變頻器與電氣控制.中國電力出版社,2012,49西門子（中國）有限公司.PLC應用開發(fā)實用子程序,2012附錄1：PLC源程序21附錄2：硬件原理圖23組態(tài)報告 一、觸摸屏通訊設置、畫面設計與變量控制1、對觸摸屏的連接和變量進行設置選擇SIMATIC Manager下的SIMATIC HMI站，并點擊“+”號打開其各級子項，選擇“通訊”下的“連接”。如圖1所示。圖1雙擊右面窗口的“連接”，將會啟動WINCC flexible軟件，軟件啟動完成后，自動打開“連接”標簽。如圖2所示。將“激活的”選項下的“關”修改成“開”，將SIMATIC HMI站點和SIMATIC 300站站點連接。如

21、圖2所示。圖2然后選擇“通訊”下的“變量”選項。如圖3所示。圖3 雙擊變量選項，在新開的書簽窗口第一個空白行處雙擊鼠標左鍵，將會自動出現一個變量_1。如圖4所示。選中其中的“符號”選項，可以看到項目。如圖5所示。點擊項目前面的“+”號，可以打開下一層，繼續(xù)點擊下一層的“+”號，如此層層展開，可以找到已經在SIMTIC 300設備上OB1數據塊中已經建立的變量名稱。如圖6所示。圖6選中變量名稱“啟動按鈕”后雙擊或者點擊右下角的“”圖標，就可以將變量_1修改成啟動按鈕了。利用同樣的方法，醬紫建立的其他變量都添加進SIMATIC HMI站的變量表中。如圖7、8所示。圖7圖8 2、對觸摸屏畫面進行制作

22、，放置各個對象（元素），并調整位置和大小打開畫面1標簽，根據需要先放置四個棒圖。如圖9所示。圖9將棒圖量程改到自己所需量程。如圖10、11所示。圖10圖11放置自己所需的文本域和I/O域，并把名稱修改成相應的文字，如圖12所示。圖12放置指示燈。在工具箱內，沒有用于顯示為變量ON/OFF狀態(tài)的指示燈對象，下面介紹使用對象庫中的指示燈的方法。選中工具中的“庫”文件夾，用鼠標右鍵點擊庫工作區(qū)中的空白處，在彈出的快捷菜單中執(zhí)行命令“庫.”“打開”。在出現的對話框中，打開文件夾“SIMATIC WINCC flexibleWINCC flexible SupportLibrariesSysterm-L

23、ibraries”，雙擊打開按鈕與開關庫文件“Button_and_switches.wlf”。如圖13所示。圖13放置指示燈、啟動按鈕、停止按鈕。如圖14所示。圖143、為各個對象元素關聯對象變量及動作畫面1中有四個棒圖、四個I/O域、五個指示燈、兩個按鈕。先設置棒圖，其他三個棒圖類似，如圖15所示。圖15設置I/O域，其他三個I/O域類似。如圖16所示。圖16設置指示燈，其他四個指示燈類似，如圖17所示。圖17設置啟動按鈕，停止按鈕和其類似，如圖18所示。圖18組態(tài)的相應的變量見表1所示。表17調試報告先是燃油鍋爐啟停程序調試，按下啟動按鈕I0.0，啟動指示燈亮起，變頻器MM430（1）工

24、作，變頻器MM430（2）工作。并向變頻器賦值27648。如圖1所示。圖1如果按觸摸屏上的啟動按鈕也會工作，可以看到啟動按鈕I0.0并沒有按下，系統(tǒng)一樣可以啟動，如圖2所示。圖2如果按下停止按鈕I0.1，系統(tǒng)就會停止，如圖3所示。圖3如果按觸摸屏上的停止按鈕也會工作，可以看到停止按鈕I0.1并沒有按下，系統(tǒng)一樣可以停止，如圖4所示。圖4當液位過高時，排水閥打開，上限液位指示燈會亮起紅燈，并關閉燃燒系統(tǒng)，關閉燃燒系統(tǒng)指示燈也會亮起紅燈。如圖5所示。圖5當液位下降到允許值時，排水閥會自動關閉，上限液位指示燈也會熄滅，打開燃燒系統(tǒng)，關閉燃燒系統(tǒng)指示燈也會熄滅。如圖6所示。圖6當液位過低時，進水閥打開，下限液位指示燈會亮起紅燈，并關閉燃燒系統(tǒng)，關閉燃燒系統(tǒng)指示燈也會亮起紅燈。如圖7所示。圖7當液位上升到允許值時，進水閥關閉，下限液位指示燈也會熄滅，并打開燃燒系統(tǒng)，關閉燃燒系統(tǒng)指示燈也會熄滅。如圖8所示。圖8當氣壓過高時，蒸汽閥打開，氣壓過高指示燈會亮起紅燈，并關閉燃燒系統(tǒng)，關閉燃燒系統(tǒng)指示燈也會亮起紅燈。如圖9所示。圖9當氣壓下降到允許值時，蒸汽閥關閉，氣壓過高指示燈也會熄滅，并打開燃燒系統(tǒng)，關閉燃燒系統(tǒng)指示燈也會熄滅。如圖10所示。圖10當啟動按鈕按下后，變頻器就會有一個數值