基于PLC锅炉控制系统设计【毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 摘 要 随着船舶轮机技术和自动化技术的发展，船舶的自动化程度越来越高，对船舶辅助锅炉系统的自动控制 是其中一项重要课题 ，因为这一控制不仅直接涉及到锅炉运行的效能，而且更关系到锅炉运行的安全性和可靠行。 以继电 接触器为主的传统控制系统已不能满足现代船舶对其锅炉控制的越来越高、越来越复杂的要求，这一领域的计算机化已势在必行，而应用在当前工业过程控制领域中引人注目的可编程控制器（ 是使其计算机化的最简便和可靠途径。本文采用 制器进行了船舶辅助锅炉的控制设计。文章首先介绍了船舶辅助锅炉自动控制的 总体概述和可编程控制器（德国西门子可编程控制器 基本工作原理，详细介绍了船舶燃油辅助锅炉的典型系统，在此基础上，着重对采用 制的燃油辅助锅炉进行了 程，其中对蒸汽压力采用多位控制。为了实现控制功能的验证，对辅助锅炉进行了数学建模，并采用 件制作了锅炉模型，通过编程使之与 行通讯， 用 制器执行对锅炉模型的控制。此外，这种 模型结合的控制方式在 实验教学中，也不失为一种很具参考价值的教学手段。 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 关键字： 船舶辅助锅炉 自动控制 可编程控制器 锅炉模型 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 of is of on is a of is of t of to It is to on of in is to of of 7 a of On to 7In to of a is up a is by B LC LC LC of LC is a of 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 目 录 1 概述 . . 船舶辅助锅炉自动控制概述 . . 1 船舶锅炉的 制方式概述 . . 编程控制器工作 原理 . 本选题设计主要完成的内容 . 3 2 锅炉系统描述 . 锅炉的基本组成 . 4 锅炉本体 . 4 辅助系统介绍 锅炉系统的控制要求与设计 . . 锅炉水位的自动调节 . 蒸汽压力的自动控制 . 燃烧程序的自动控制 . 警报及保护环节 . 燃油辅锅炉 制系统设计 10 概要 . . .I/O 点数分配 . .围接线控制电路 . 控制程序设计 . 燃油辅锅炉 型设计 . .燃油辅锅炉 数 学建模分析 . 汽包水位模型 建立 . . 蒸汽压力调节对象模型建立 . . 模型仿真的处理方法 . .于 锅炉模型建立 . .讯概述 . 模型与 讯的实现 . 31 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 5 结论 . .考文献 . . .要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 1 概 述 船舶辅助锅炉自动控制概述 在现代船舶中，机舱自动化程度越来越高，特别是对无人值班机舱，辅助锅炉的全自动化控制更是不可缺少的，它是机舱自动控制的一个组成部分。本设计 针对船舶辅助锅炉，产生的蒸汽主要供主副机暖机，燃油加热，日常生活用汽，故对蒸汽品质要求不高，采用多位控制实现对锅炉蒸汽压力的控制。 船舶辅助锅炉的自动控制通常包括自动调节，程序控制，安全保护，自动连锁和参数检测等内容。锅炉工作过程中的自动调节是使蒸汽压力、水位等被控参数在额定工况下均能维持所要求的规定值，包括燃烧过程和给水过程的自动调节。程序控制是指在操作指令的作用下按照规定的操作程序自动完成锅炉的起动和停炉过程。安全保护主要是在锅炉的某个工作过程处于异常状态，危及锅炉安全运行时进行必要的操作使锅炉停止运行 ，同时发出相应的声光报警。自动连锁是当锅炉的某个设备发生误操作或故障时，能自动阻止有关设备的运行，避免事故的扩大。如当锅炉的鼓风机发生故障停止工作时，燃烧器能自动停止喷油。为了使锅炉运行安全可靠，锅炉控制系统中设置监控环节，对锅炉的蒸汽压力、蒸汽温度、水位、燃油压力、燃油温度等参数进行监控。 船舶锅炉的 制方式概述 我国从 60 年代开始从事锅炉自动控制系统的研制工作，早期船舶锅炉的自动调节系统通常采用气动、电动或液动式。到 90 年代开始出现以可编程控制器为核心的辅助锅炉自动控制装置，虽然可编 程控制器问世时间不长，但已步入成熟阶段。 可编程控制器（ 称 一种应用微电子技术的通用型工业控制设备。它具备在内部存储指令的可编程序存储器，允许用户通过自己编制简单程序的手段来设置控制功能，从而满足对被控生产过程的不同要求。按照美国电气制造商协会(定义，可编程控制器是一种数字式电子仪器，其可编程存储器可存储某些逻辑，定时，记数和四则运算等特殊功能的指令，用以控制机械和生产过程。 发展至今，可编程控制器以其安装简单，使用方便，适应性强，和价格 低廉等特点迅速需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 成为国外生产过程扩展领域中应用广泛发展趋势最强的产品，它不但已占领了继电器系统和常规电子系统的广大市场，还与现代专用微计算机控制系统展开了激烈的竞争。在我国很多工作部门中，可编程控制器都得到了广泛的应用，在船舶上的使用也已经相当普遍，取得了显著的经济效益并正在迅速推广。 在工业控制历史上曾长期占统治地位的继电 了元件多，可靠性低外，也使用户很难改变控制过程且系统使用范围限制，生产批量小而成本高。常见的微计算机系统，如单 片机系统，通过程序来实现控制功能，但这种系统的设计和建立要用繁琐的机器指令编程，制作各种专用接口，故使一般技术人员实现起来比较困难。而可编程控制器它靠存储程序控制，适应力强，加上其模块化结构，也具有很强的灵活性。其编程语言简单易学，除了具有逻辑判断，定时和计数等基本功能外，还具有算术运算及 环调节等模拟量控制功能，控制规模可以从几十个输入 /输出点至上万点，即可控制单个设备又可对多台设备进行群控，它还可以互相与上位机联网形成分散控制系统，集中管理的集散局部网络。另外，它能适应工业控制现场的高温、振动、电 源不稳等恶劣使用环境。 当前 研制和应用已进入成熟阶段。一方面 续向采用单片机的价格低廉的超小型机方向发展，另一方面则采用多微机和并行处理技术，大大提高了实时控制速度和处理能力，大型、多功能的集散式网络和 级语言的发展极为迅速，各生产现场的 过程控制及生产调度都可实现高程度的最大化和自动化。 可编程控制器工作原理 下面对可编程序控制器的工作原理做简要介绍。可编程序控制器工作的基本原理是建立在计算机工作原理基础上的。通过执行反映控 制要求的用户程序来实现的。 用循环扫描的工作方式，其工作过程主要分为输入采样，程序执行，输出刷新，一直循环扫描工作。第一步，输入采样，在这个过程中，可编程序控制器按扫描方式读入可编程序控制器所有端子上的输入信号，并将这些输入信号存于输入映像区。，在本工作周期的执行和输出过程中，输入映像区内的内容不会随实际信号的变化而变化。第二步，执行扫描，在执行用户程序的扫描过程中，可编程序控制器对用户以梯形图方式编写的程序按从上到下，从左到右的顺序逐一扫描各指令，然后从输入映像区取出相应的原始数据或从输出映像区读取 有关数据，然需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 后做由程序确定的逻辑运算或其他数字运算，然后随运算结果存人确定的输出映像区有关单元，但这个结果在整个程序未执行完毕前不会送到输出端口上。第三步，输出扫描，在执行完所有用户程序后，可编程序控制器将输出映像区中的内容同时送到输出锁存器中，然后由锁存器经功率放大后去驱动继电器的线圈，最后使输出端子上的信号变为本次工作周期运行结果的实际输出。 本选题设计主要完成的内容 （ 1） 应用 可编程序控制器作为锅炉控制器，对锅炉给水，点火程序，风油调节和蒸汽压力 进行自动控制。 （ 2） 根据船舶辅助锅 炉的主要控制量蒸汽压力和锅炉汽包水位进行简单数学建摸，用计算机建立简单的船舶锅炉模型。 （ 3） 建立基于 锅炉模型与 制器组成的控制系统，并验证锅炉控制器的可行性和有效性。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 2 锅炉系统描述 锅炉的基本组成 为了达到对锅炉自动运行的 制，有必要对控制对象进行系统认识，下面以船上常用的立式横烟管锅炉为例，介绍锅炉的基本组成及工作原理。 图 立式横烟管锅炉 示意图 锅炉本体 锅炉本体是 由锅壳、封头、炉胆、燃烧室、出烟口、烟管、燃烧器等组成。炉胆是燃油进行雾化燃烧的场所，它的作用是提供足够的空间使燃油得以充分的燃烧。同时，使燃烧发生的热量不散失到锅炉外面去。炉胆与燃烧室相通，燃烧室与烟箱之间设有两块钢板，钢板需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 之间有数十根水平烟管。烟管与炉胆将整个锅炉分成互相隔绝的空间，里面是烟气，而外面则充满着炉水。燃烧器的油头向炉膛喷油，同时由鼓风机经风门将空气送入炉内助燃。油点着后在炉胆中燃烧，高温火焰与烟气中的热量主要通过辐射方式经炉胆壁传给炉水。未燃烧完的油和烟气经出烟口向上流至燃烧室继续燃烧，然 后顺烟管流至烟箱，最后从烟囱排入大气。由此可见，烟管锅炉中的炉胆、燃烧室和烟管都是蒸发受热面，由炉水包围，而烟气则在其中流过，这就是烟管锅炉的结构特点。 辅助系统介绍 （ 1） 、燃烧装置。辅助燃油锅炉的燃烧装置包括油头、调风机构和燃油系统。油头是将燃油雾化，调风机构是将助燃空气导入炉膛中。燃油系统是将燃油从油舱中抽到日用油柜，再从日用油柜中抽出进行加热、加压、过滤最后送到油头进行雾化。 （ 2） 、给水系统。给水系统包括补充锅炉水所必需的给水管路，给水加热器，给水泵，给水调节阀等组成。为防止锅炉失水 ，应有两套给水设备，其中一套备用。并且给水泵应两台一组。 （ 3）、通风系统。其作用是将外界空气送入炉膛中供燃料燃烧，将烟气排出锅炉，包括配风等机构。 （ 4）、汽水系统。汽水系统包括管路上的各种仪表及装置，蒸汽管路及管路上的各种阀门，凝水疏水管路，排污管路，锅炉附件和自动控制设备，检测仪表，如水位表、蒸汽压力表、风压计、 示仪等。 锅炉系统的控制要求与设计 船用锅炉系统控制要求是确保其安全可靠性，提高其运行经济性。辅助锅炉的系统控制可分为四部分，即水位自动调节，蒸汽压力 自动控制，燃烧程序控制以及警报和保护环节。下面分别对每部分进行具体介绍。 锅炉水位的自动调节 锅炉的工作水位在安全水位以上，是燃烧系统自动点火起动的必要条件。锅炉的工作水位降至最低水位时，水泵自动起动补水，升至最高水位时水泵自动停止补水，水位降到极限低水位时发出报警信号，同时系统停止工作。水位传感器一般有浮子式水位调节器 、电极式水位传感器以及参考水位罐水位检测装置三种，本设计采用参考水位罐水位检测装置调节，如下图所示。需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 锅炉水位控制示意图 参考水位罐上端通过截止阀与锅炉汽空间相通，其下端有测量水位管和参考水位管通过截止阀分别接在差压变送器的正负压室，测量水位管通过截止阀与锅炉水空间相通。参考水位罐内的水位是锅炉最高水位设定值，调整参考水位可以使之与锅炉允许的最高水位一致。如 1， 2 液面压力相等，则差压边送器承受两边管的压力和 1、 2 的水位相一致，所以水位压差就是锅炉最高水位与实际水位的差值。差压变送器将水位差压信号换成 气压信号输出，送给压力继电器 123动补水时，压力较大使 1作，此时 24V 红灯 3Y 2Y 绿灯 1Y 手动 220V 12 M 111 给水泵 油泵 1动 K 变压器 2 1 测 量 水位管 3炉 参 考 水位罐 参 考 水位管 差压变送器 电气控制屏 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 的常开触点 2闭和，中间继电器 作，并自保。随后压力差减小， 1开，直到2断开，停止补水。直到水位降到使 1作，又开始补水。如果出现某种故障，水位未能上升，则水位到达极限低水位时， 3作，常开触点 3合，发出红灯报警，同时 3开， 2电，油泵停止工作。此外需要手动补水是，只要将开关 K 打到手动位置。 蒸汽压力的自动控制 锅炉汽压稳定的前提是必须保 持蒸发量和送汽量的平衡。燃烧过程自动调节的主要任务是使锅炉汽压维持在规定值或在规定的允许范围内，同时为了保持燃烧的良好，必须使供风量与供油量相适应。 对于船舶辅助锅炉，实船上多采用双位控制，就是汽压上升至设定值上限时，停止燃烧；而汽压下降至设定值的下限时，点火燃烧。而采用双位控制系统，锅炉的点火和熄火比较频繁。为了弥补双位自动控制系统只有最大和零两种输出的不足，本设计采用三位调节系统。除了只负责点火的点火油头外，另外有两个负责燃烧的油头。当汽压低于高火燃烧压力点时，两个油头同时喷油燃烧，当压力上升到低火压力 值时，关闭一个油头，如果负荷比较小，压力继续上升到压力上限值时，自动切断喷油头，同时风机后扫风后停炉；如果压力下降，则降至高火燃烧压力点时，两个喷油头又同时喷油燃烧。停炉后当压力下降到低限值时自动点火燃烧。 燃烧程序的自动控制 本设计正常运行的程序描述如下： （ 1）接通总电源，风机、燃油泵、给水泵待电工作。 （ 2）控制电源接通，控制回路及 电。当按下启动按钮，燃油泵和风机启动，燃油开始循环，同时 据检测输入的水位，重油温度等信号，控制给水泵，电加热器是否工作。 （ 3）当水位 与重油温度在正常范围，同时蒸汽低压开关闭合，自动点火程序开始。首先进行预扫风约 40s。 （ 4）预扫风结束，点火变压器通电产生高压， 3s 内进行预点火， 43s 时点火电磁阀通电，开始喷油点火。 （ 5） 7s 内，若火焰检测成功，则切断点火变压器； 50s 时， 1 号、 2 号喷油电磁阀通电，点火油头与之同时工作 4s，即 54s 时，点火电磁阀失电，转入正常燃烧阶段。若 7s 内，火焰检测不成功，则切断油路和点火变压器，后扫风 45s 之后停炉，进行故障排除。 （ 6）正常燃烧阶段根据蒸汽压力的自动控制进行自动的停炉和再一次的点火燃烧。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 （ 7）正常的停炉，先切换到轻油燃烧一会，之后切断油路，后扫风 45s 后停风机、燃油泵。切断控制电路电源和总电源。 图 统点火程序控制时序图 其中火焰传感器在燃烧程序控制中是一个非常重要的环节，它是保证锅炉可靠运行的关键。其用于监测炉膛内有无火焰，以便在锅炉起动点不着火或正常燃烧突然熄火时的报警和执行停炉保护程序。下面选用光敏电阻做火焰传感器的设计。光敏电阻的主要特性是接受光照时电阻值很小，无光照时电阻值很大。火焰监视电路原理 图如下： 图 火焰监视原理图 在上图中，光敏电阻 光照时有基极电流，因此集电极有电流使继电器 J 动作；无光照时，光敏电阻阻值极大，基极无电流，集电极无输出，继电器 J 因断电而释放。 J 停炉 后扫风 4 3 风油控制 正常燃烧 风门开小 风门开大 主供油阀 点火供油阀 点火变压器 轻油泵 风机 系统输出 时序 时间单位：秒 50 40 30 20 10 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 警报及保护环节 在辅助锅炉运行过程中，为了达到安全、可靠、无人值班的目的，除了对锅炉水位和燃烧采用自动控制外，需要对各种危险工况采取安全保护措施。本设计考虑了不同锅炉类型主要的几种安全保护环节，详述如下： （ 1）熄 火保护和报警，当锅炉起动时点不着火或正常燃烧时突然熄火进行保护和报警。当锅炉起动、扫气后，连续点火 7 秒，燃油若没有点着或正常燃烧时突然熄火，光敏电阻感受不到火焰，控制系统发出相应继电器动作信号，切断油路后扫风之后停炉，燃烧停止，同时发出声光报警信号。 （ 2）极限低水位保护和报警。当锅炉水位因故低于极限低水位时，水位检测机构低水位电极脱水，如上文所述，控制系统动作，从而切断风机和油泵控制回路，燃烧停止，同时发出声光报警信号。 （ 3）重油温度过低或过高保护和报警。燃油系统使用重油时，若重油温度不能达到良好雾化的 相应温度，或者由于加热控制出现故障温度过高从而对设备不利，需要停止燃烧，并进行报警。 （ 4）蒸汽压力超高保护和报警。当正常燃烧蒸汽压力控制出现故障，气压超过最高临界线时必须停炉同时进行报警。 （ 5）电动机过载保护和报警。由于电动机或相应的泵产生故障，使热继电器跳开，应立即熄火停炉，以免发生事故。 （ 6）燃油压力过低保护和报警。由油路压力继电器检测，压力过低不能正常喷油必须停炉，并进行报警。 （ 7）炉膛风压过低保护和报警。由于供风执行机构出现故障至使炉膛风压过低，燃油不能正常燃烧，必须停炉同时进行报警。 （ 8）出现任何故障报警，必须等故障排除后按报警复位按钮才能进行再 次 起动锅炉。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 3 燃油辅锅炉 制系统设计 要 控制系统由硬件及 件组成。硬件设计是指硬件选型，合理选择 提高 制系统的技术、经济指标起着重要的作用。机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。 本文选用 7燃油辅助锅炉进行控制。 于小型 编程控制器，采用模块式结构，具有四种 不同配置的 文选用 板。 量轻，结构紧凑。其执行指令速度高，有丰富的指令功能，包括脉宽调制 (位控（ 、 功能。通信是 的一个重要功能，它为用户提供了很强的，灵活的通信功能，用点对点接口 ( 9600数据通信，用 口实现高速用户可编程接口。 已提供了一定数量的输入和输出接点，但如用户需要多于 ，可以对系统做必要的扩展。其中 226 最多可扩展 7 个扩展 单元（开关量或模拟量）。 有三种工作模式，处于 式下， 止工作，可以利用编程设备向 入程序，检查部分用户存储器内容，改变列入的各种配置；在 式下，扫描周期循环执行用户程序，此时不能向 入程序；在 式下， 的工作模式（ 由编程设备通过通信方式来改变的工作模式，此多用于联网的网络或现场调试时使用。 序设计步骤一般包括以下几步，（ 1）了解系统概况；（ 2）熟悉被控对象；（ 3）程序框图设计；（ 4）编写程序；（ 5）程序测试及调试 。在工程中，对 用程序的设计有多种方法，包括经验设计法、逻辑设计法、时序图设计法、顺序控制设计法等。对于本控制设计的特点，燃烧控制可采用时序图设计法。 根据第二章所述锅炉控制的设计要求可以画出控制流程图如下： 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 锅炉控制系统流程图 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 I/O 点数分配 考虑到 上位机锅炉模型相连接通信，由模型充当实物锅炉，输入点由输入映像存储区 I 改用内部标志位存储区 M，如果 控制实物锅炉，只需将 序中对应 M 改为I，即可实现控制。 输入点： “起动”按钮 手动控制方式 自动控制方式 “ 停止”按钮 重油温度低限 重油温度高限 蒸汽压力起动值 PB( 蒸汽压力高火值 PL( 低水位 (低于闭和 ) 高水位 (低于闭和 ) 蒸汽压力低火值 PH( 蒸汽压力停炉值 PS( 超高压报警检测 极限低水位报警检测 报警复位按钮 报警消音按钮 电机过载 重油低温报警检测 重油高温报警检测 手动点火 IG( 重油选择开关 HO( 轻油选择开关 LO( 低风压报警检测 燃油加热手动开关 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 低油压报警检测 光电检测火焰 FR( 风机手动开关 轻油泵手动开关 重油泵手动开关 水泵手动开关 高火手动控制开关 低火 手动控制开关 出点： 1 号轻油泵接触器 1 2 号轻油泵接触器 2 1 号重油泵接触器 1 2 号重油泵接触器 2 1 号水泵接触器 1 2 号水泵接触器 2 风机接触器 风机大风门执行机构 风机小风门执行机构 点火电磁阀 电加热器电磁阀 1 号主喷油电磁阀 1 2 号主喷油电磁阀 2 点火变压器 重油低温报警指示灯 蒸汽超高压报警指示灯 极限低水位报警指示灯 低油压报警指示灯 电机过载报警指示灯 点火失败 /中途熄火报警指示灯 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 低风压报警指示灯 报警蜂鸣器 围接线控制电路 具有自动和手动两种控制方式的锅炉控制面版图如下 ： 图 锅炉的控制面板 锅炉的控制电路如下： 12345 6 7交流接触器；(1 烧控制 1 2 3 3 2 1 重油泵手动开关 轻油泵手动开关 动 or 动点火 风机手动 动 2 号喷油电磁阀 手动 1 号喷油电磁阀 N N 止 重油选择 轻油选择 泵手动开关 油加热手动开关 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 000v 风机 7 号重油泵 6 号重油泵 5Y 2 号轻油泵 1 号轻油泵 2 号水泵 1 号水泵 4Y 5 Y 1Q 2T 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 P 2M M M O G S L + 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 Y T 2Q 1L X N P S M 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 控制程序设计 X 2 L Y 络 3 网络 2 网络 1 +400 网络 8 38 450 N 网络 7 络 6 络 5 38 络 4 T 30 T +70 T 40 T 40 T +450 T 。建模就是用数学的方法把系统的实际工作过程描述