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指导教师：李会新,论文题目,班级：3130303 学生：魏世琪 学号：23,论文题目基于PLC的工业锅炉自动控制系统设计,答辩人:魏世琪 专业:机电一体化技术 指导老师:李会新,秦皇岛职业技术学院2013届,日期：2016.06.12,背景锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。 燃煤锅炉是工业生产和集中供热过程中重要的动力设备。锅炉能耗巨大，每年的耗煤量超过3亿吨，占我国原煤产量的三分之一，提高其生产效率不仅具有客观的经济效益，还有重要的环保意义。 意义,系统的背景及意义,论文的结构和主要内容,第一部分绪论 第二部分燃油锅炉工艺系统分析 第三部分燃油锅炉燃烧自动控制系统 第四部分梯形图分析及结论,锅炉自动控制系统简述,锅炉，主要包括“锅”和“炉”两部分。“锅”是指锅炉中盛水或蒸汽的承压部分。它的作用是吸收炉中燃料放出来的热量，把水加热到一定的温度和压力.“炉”是指锅炉中燃料燃烧的部分，它的作用是尽量地把燃料内的热能全部释放出来，传递给锅内物质。 燃油锅炉控制系统的性能优劣，直接影响燃油锅炉的性能及使用，其报警及保护系统直接影响燃油锅炉的安全性及可靠性。因此，一套优良的燃油锅炉控制系统对燃油锅炉的生产者及使用者都具有极为重要的意义。在本课题中，燃油锅炉的控制系统主要包括燃烧器控制、锅炉水位控制以及油泵恒压供油控制三大部分。,燃油锅炉基本组成部分,燃油锅炉主要由下列几部分构成: 气锅:由上下锅筒和三簇沸水管组成，水在管内受管外烟气加热，在管簇内发生自然的循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在上锅筒里边。下锅筒作为连接沸水管之用。同时储存水和水垢。 炉子:是使燃料充分燃烧并放出热能的设备，由供油系统和油枪组成。 过热器:是将气锅产生的饱和蒸汽继续加热为过热蒸汽的换热器。 省煤器:是利用烟气余热加热锅炉给水，以降低排出烟气温度的换热器。 空气预热器:是继续利用离开省煤器后的烟气余热，加热燃料燃烧所需要的空气的换热器。为保证锅炉的正常工作，锅炉还必须有一些辅助设备，包括以下几部分: 引风设备:包括引风机，烟囱，烟道几部分，用它将锅炉中的烟气连续排除。 送风设备:由送风机和风道组成，用它来供应燃料燃烧所需要的空气。 给水设备:由给水泵和给水管路所组成。给水泵系用来克服给水管路与省煤器的阻力与省锅筒的压力，把给水送入锅筒。 水处理设备:其作用为降低给水硬度和清除水中杂质，以防止在锅炉受热面上结水垢和腐蚀，从而提高锅炉经济性和安全性。 燃料供给设备:包括供油管路和油枪等。锅炉生产中所需要的温度压力，流量，液位等检测仪表及各种自动控制装置。,三菱PLC简介,三菱PLC是三菱电机在大连生产的主力产品。 三菱PLC在中国市场常见的有以下型号：FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q。 1.4.1 FR-FX2N系列PLC FX2N系列PLC是三菱旗下的一款PLC,其特点是： （1）系统配置既固定又灵活在基本单元上连接单元或扩展，可进行16256点的灵活输入出组合。 （2）在基本单元、扩展单元上可分别连接扩展模块还可连接FXon系列扩展模块。 （3）编程简单，应用指令中有多个可使用的简单指令。 （4）高速处理指令，输入过滤器常数可变，中断输入处理，直接输入等。 （5）数据处理，数据检索，数据排列，三角子函数运算，平方根，浮点小数运算等。 （6）特殊用途，脉冲输出（20KHZ/DC5V,10KHZ/DC12V24V)脉宽调制，PID控制指令等。 （7）外部设备相互通信，串行数据传送，ACCII code印刷，HEXASCII变换，校验码等。 （8）时计控制，内置时钟的数据比较、加法、减法，读出、写入等。 （9）令人放心的高性能，程序容量.内置8000步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。,燃油锅炉系统工艺,燃油锅炉工艺流程图如图2-1所示。 燃油锅炉工艺流程图如图2-1所示。 燃油锅炉工艺流程图如图2-1所示。,燃油锅炉燃烧自动控制系统要求,(1)保持锅炉水位在规定的范围蒸汽锅炉水位的高低，关系着汽水分离的速度和产生蒸汽的质量，对锅炉的安全运行极为重要。水位太高时，会使蒸汽大量带水，降低蒸汽品质，甚至会发生满水事故。水位偏低，会造成锅筒各部位的温度偏差，形成热应力，极限情况下会出现裂纹。水位过低，则容易发生缺水事故。在负荷变化时，锅炉水位也会快速变化，因此必须采用自动控制来维持水位在规定的范围内。 (2)保持汽压的稳定锅炉汽压的变化，实际上反映了锅炉负荷的变化。当蒸汽量多于外界需求时，锅炉的汽压会上升;反之，锅炉的汽压就下降。汽压偏高，会影响锅炉的安全运行，加速金属材料的蠕变。汽压偏低，说明锅炉不能满足生产需要。因此，维持汽压稳定是安全生产和正常运行的需要。 (3)烟道出口排烟温度控制排烟温度超过正常值时，说明锅炉缺水或烟气短路，这些都对锅炉安全运行产生威胁，都是事故的先兆。不论什么原因造成排烟温度超过正常值时，烟气保护装置都会自动报警、停炉并锁定，此时锅炉不能起动，只有当排烟温度超出正常值原因被查明并处理后，方可重新起动，因而确保锅炉在绝对安全的条件下万无一失的运行。 (4)烟气含氧量的控制烟气含氧量高，说明送风量大，会带走锅炉的热量;烟气含氧量低，说明燃烧不充分。因此，必须使烟气含氧量维持在最佳值，在这样的情况下，才能保证燃烧的经济性。 (5)热水锅炉出水温度的控制出水温度是燃烧系统控制对象的主要被调量，引起其变化的因素很多，如燃料量、送风量、用户负荷、外界环境温度等。出水温度过高，容易引起汽化，导致发生事故;出水温度太低，满足不了供热需求。所以，要控制在一定的范围之内。根据外界环境温度将锅炉出水温度进行调整，使出水温度根据外界温度的变化来自动调节，符合一定的节能曲线，以达到节能运行的目的。,工业锅炉自动点火控制,锅炉在实施点火启动之前，必须具备相应的启动条件。根据锅炉本身的性能要求，经过暖炉后，当同时具备下列条件时，才算具备点火条件。 (1)汽包液位正常; (2)炉膛压力正常; (3)燃料油温度正常; (4)鼓风机运行正常; (5)引风机运行正常; (6)燃料油压力(供油调节阀前)正常; 只有具备点火条件，点火程序才具备运行条件。为了保证安全点火启动，点火程序中必须具备以下步骤: 点火开始(启动点火程序)定时吹扫炉膛炉膛吹扫情况判断推进点火枪。对油枪进行定时蒸汽吹扫判断点火枪是否到位点火枪定时打火油枪供油火焰判断(在打火时间内炉膛着火则点火成功;打火时间到但没有火焰则点火失败，退点火枪。如果点火失败在退点火枪的同时关断燃油，对油枪进行定时吹扫，吹除残油;如果点火成功则只退点火枪。) 点火程序结束(判断点火成功与否)，给出启动成功信息。,点火的I/O分配：,三菱编程出的梯形图如下：,图3-2点火的条件程序,。,。,。,。,如图3-2所示当点火条件具备时，即X10到X15都闭合时，点火才能开始，中间继电器一直工作工作M0闭合，当按下启动按钮时，M1才能得电。,锅炉控制系统是一个复杂的时变动态过程，具有很强的非线性、大滞后、强干扰，传统的锅炉点火控制很难使之达到理想的控制效果。因此对锅炉点火的先进控制使其安全经济运行，达到节能和改善环境等目的，将具有深刻的意义。 本文对燃油锅炉电气控制特性进行了研究。在分析燃油锅炉工艺结构，动态特性的基础上，开发了一套燃油锅炉点火控制系统，燃烧器控制系统。可编程控制器PLC，实现对现场数据采集、处理判断和控制运算，及其他的现场智能设备进行通讯，实时控制各个执行机构动作。该控制系统具有运行稳定、可靠，经济等特点，具有一定的应用价值。 由于作者知识和能力有限，尚有许多不足之处有待改进与提高，希望专家和同行批评指正。,结论,总结,经过了三个多月的努力，我终于完成了我的毕业设计。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从对相关技术很不了解的状态，到独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我感到非常兴奋和喜悦。虽然我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，但我可以自豪的说，这里面的每一段代码，都有我的劳动。当看着自己的程序，自己成天相伴的系统能够健康的运行，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘泉。 这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，