基于S7-200PLC的锅炉控制系统的设计.doc

商丘学院本科毕业设计 摘 要 本设计是以西门子 S7-200 可编程控制器为基础的自动化控制系统，它的主要功能是 通过 PLC 完成对锅炉的启动，运行，调控，监控，报警等功能的全自动化控制。通过变 频器和传送器等以及 PID 控制来实现各系统的变频控制，以使其更加完整和精确，电路 中，无论是控制电器还是各种阀门的动作，全部都是通过 PLC 的程序逻辑来实现的。众 所周知，在锅炉的工作中，不可避免的会有气压超过预定值的情况，此时锅炉的报警系 统就显得尤为重要，本设计不仅可以大大的节约能源，促进环保，还能够大幅度的提高 生产力的发展进程，有着非常明显的经济效益以及社会效益，对人民生活的质量有着质 的提高。 关键词：PLC;变速控制;PID; 商丘学院本科毕业设计 Abstract The design is based on Siemens S7-200 can be programmed controller as basic automation control system, his main function is by PLC to the boiler start-up, operation, control, monitoring, alarm and other functions of automatic control. Through the transducer and transmitter, and PID control to the implementation of the system of frequency conversion control, to make it more temperature and precise, circuit, whether it is electrical appliance or a variety of valve movement control, are all in accordance with the logic of the PLC program to achieve. As we all know, in the boiler work, will inevitably have pressure exceeds a predetermined value, then the boiler alarm system is particularly important, this design can not only greatly saving energy, promote environmental protection, also can greatly increase the productivity of the automatic development process, has a very obvious economic benefit and social benefit, improvement of peoples living quality improvement. Keywords: PLC; variable speed control; PID 商丘学院本科毕业设计 I 目 录 1 绪论1 1.1 锅炉的构造.1 1.2 锅炉的工作原理和过程.2 2 总体设计方案2 2.1 温度控制系统.2 2.2 蒸汽压力控制系统.3 2.3 炉膛内壁负压控制系统.3 2.4 其余控制系统.4 2.5 总体的设计结构.4 3 硬件的设计4 3.1 传感器的选择.4 3.2 变频器的选择.5 3.3 PLC 的选型6 3.4 控制系统.7 3.4.1 给水泵控制系统结构7 3.4.2 给油控制系统结构8 3.4.3 引风控制系统结构9 3.4.4 鼓风机控制系统结构10 3.5 CPU 和模块端子的连接11 3.5.1 CPU226 和模块的供电.11 3.5.2 CPU 端子的连接.11 3.5.3 1#EM223 的端子极限结构.13 4 程序设计16 4.1 锅炉主程序的设计.16 4.2 子程序的设计.16 4.2.1 给水泵控制系统的设计程序16 4.2.2 其他各个控制系统的设计17 4.2.3 系统中蒸汽阀门的控制设计17 4.2.4 报警系统的设计18 商丘学院本科毕业设计 II 4.3 PID 算法的实现.18 4.4 PLC 开关的输入和输出点19 4.5 程序梯形图.20 4.5.1 主程序梯形图20 4.5.2 气泡液位控制程序设计26 4.5.3 汽包压力控制程序的设计27 4.5.4 蒸汽温度控制程序的设计27 4.5.5 炉膛压力控制的程序设计27 5 结论28 参考文献29 附 录30 致 谢33 商丘学院本科毕业设计 1 1 绪论 锅炉是现在最普及的供热设备，它可将燃料中的能量通过燃烧转化为热能，进而变 得更容易被人们所利用。目前的锅炉大多都是较为传统的非智能化控制，这对于当代的 燃料利用率无疑是底下的，会不可避免的造成大量的浪费，对于控制量众多的锅炉燃烧 系统，必须采取智能化控制，才能符合未来的节能可持续发展战略方针。 当代 PLC 是一种集成度高，组态灵活，抗干扰能力强，功能强大，工作稳定的可编 程控制器，对于当代的工业现代化改造中发挥着重要作用1。 目前大部分锅炉采用的都是人工监控模式，但是由于出现事故隐患的时候，人工是 很难及时发现的，这样就很容易在这个过程中造成一些不可避免的损失，所以锅炉的智 能化控制是很有必要进行采取的。 1.1 锅炉的构造 锅炉通过燃烧使燃料放出大量热能，用这些热能将水转化为蒸气，在由蒸汽供给人 们日常所需的热能。因此，锅炉的主要任务就是把燃料燃烧，使其化学能转化成蒸汽内 能。 下面是锅炉的主要设备名称和作用： 气锅：在水受热而在管内形成循环，逐渐汽化，产生大量饱和蒸汽集中在上锅筒内。 炉子：作用就是使燃料充分燃烧并且放热的设备。 炉膛：是燃料燃烧充分得到保证，并且让水的受热面积得到规定的数值。 锅筒：使锅炉能够适应负荷变化的设备。 水冷壁：保护炉壁。 过热器：把气锅产生的饱和蒸汽继续加热成过热蒸汽的转换器 省煤器：节省燃料。 燃烧设备：将燃料和空气送入炉膛使其充分燃烧。 引风设备：由引风机，烟道和烟囱组成。用于排烟。 送风设备：由鼓风机和分道组成，作用是供应空气。 给水设备：包括给水泵和给水管。 空气预热器：继续利用离开省煤器后的烟气余热，加热空气，是一个换热器。 水处理设备：其作用是用为了清除水中的杂质来降低水的硬度，进而减少水垢的形 成。 商丘学院本科毕业设计 2 燃料供给设备：保证燃料的供应。 除尘设备：收集并运输炉灰。 此外，除了保证锅炉的正常运行和安全以外，锅炉还必须安装安全阀，压力表，水 位表等等，才能确保整个系统的安全运行，系统的硬件组成如图 1.1 所示。 汽包 汽水分界 面 除 尘 器 锅炉引风机 鼓风机 烟囱 给水开关锅炉给水泵 省煤器 燃油开关 排汽阀 锅炉给油泵 排水开关 补水箱 图 1.1 锅炉控制系统硬件组成图 1.2 锅炉的工作原理和过程 锅炉通过其中燃料的燃烧并且经过热量的传导，使水变成蒸汽，从而进行更加方便 的热能传导和动能的转化，整个工作过程大体可以包括三个过程：燃料燃烧、水的汽化、 和烟气向水的传热过程。 2 总体设计方案 锅炉系统是个复杂的系统。根据变量可以分成温度控制系统，蒸汽压力控制系统， 液位控制系统和炉膛负压控制系统。 2.1 温度控制系统 由于总会受到某些因素的影响，所以锅炉的环境不会是理想的，因而必须控制蒸汽 的温度，只有这样才能得到相对稳定的蒸汽。温度的主要影响因素给油量与空气是成比 例的，故而我们可以采用串级比值系统分别对给油量还有给风量进行控制，另外给水量， 引风量等都是蒸汽温度的影响因素，所以我们将给水和蒸发两个参考量来构成前馈控制 商丘学院本科毕业设计 3 系统。 2.2 蒸汽压力控制系统 当锅炉内的压力过低时，蒸汽质量将会下降；反之有可能会有爆炸等安全隐患的发 生。因此必须保证锅内压力在一定范围内，也就是说必须对锅炉压力进行控制。压力控 制系统包括安全压力和超压力控制系统两种，前者是在蒸汽压力正常的范围内进行适当 调控，后者是在压力超出正常范围的某个值以后迅速打开安全阀门，从而使得蒸汽压力 迅速降低到可控的安全范围内。这是一种分程控制系统！系统的结构示意图如图 2.1 所 示。 蒸汽压 力 控制 器 蒸汽流量 控制 器 蒸汽流 量 调节 器 蒸汽流量 执行器 蒸汽流 量 蒸汽压 力 蒸汽流量检 测 、变送器 蒸汽压力检测、变送 器 安全阀 - 蒸汽压力 设定值 图 2.1 压力控制结构示意图 2.3 炉膛内壁负压控制系统 凡事都要在一个正常的范围之内，就像压力控制系统一样，负压控制系统也必不可 少，如果负压过大，炉膛内的烟量必定超出稳定值，甚至会出现烟气外溢的情况，从而 对设备造成影响甚至造成不必要的人员伤亡，可如果负压过于小的情况下，可能会造成 在大气压的压力下，冷空气进入炉膛，不但会使热量出现不必要的损失，更会使得燃料 的燃烧率降低，从而造成能源的浪费。现实中我们可以通过对抽风量的控制从而达到对 炉膛压力的控制，因为不论是给煤量，还是给风量，均是由温度，压力等其他因素控制 的，我们能够调控的只有抽风量。通过分析，炉膛负压应该采用前馈串级控制。其中炉 膛内壁的负压系统结构如图 2.2 所示。 炉膛负压 控制器 引风 控制器 引风 调节器 引风 执行器 引风量炉膛负压 引风量检测变送器 炉膛负压检测变送器 - 炉膛负压 设定值 给油量 商丘学院本科毕业设计 4 图 2.2 炉膛内壁负压控制系统结构图 2.4 其余控制系统 除了上述的一些必要控制系统外，汽包液位控制系统、报警系统等也是不可或缺的， 他们可以保证整个系统的完整和安全。 2.5 总体的设计结构 锅炉燃烧系统，采用的整体构造是集中控制，系统结构示意如图 2.3 示。 电气控制回路 （带变频） 1#-2#给水泵 传感器与变送器 锅炉本体 西门子 S7-200 系列可编程控制器 电气控制回路 （带变频） 电气控制回路 （带变频） 电气控制回路 （带变频） 3#-4#给油泵5#-6#引风机7#-8#鼓风机 图 2.3 系统结构图 3 硬件的设计 3.1 传感器的选择 通过前面的分析，有很多量需要控制，而自然量是很难控制的，需要将其通过处理转变成为易 于控制的能量形式，从而更容易的达到各种理性的控制状态，因此，需要选择合适的传感器来达到 预期的目的。在经过层次分析后，决定温度传感器采用镍镉-镍硅热点偶，其正负极分别 为镍铬合金和镍硅，它最大的特点是测温宽度很大，可以测量-2001200的范围， 且热电动势和温度几乎程线性关系，且性价比较高；而压力传感器采用够抗腐蚀性能极 佳的陶瓷压力传感器，因为其硬度较高，所以在受到压力的时候，其型变量较小，因此 商丘学院本科毕业设计 5 可以更加稳定，其次由于在高弹性，抗腐蚀，抗磨损，抗冲击和震动方面，陶瓷都具有 较好的实用性，其稳定的热稳定性，和宽度极大的工作范围，都决定了它会是一种具有 较强信号输出，并且可以长期使用的良好材料；最后在液位传感器方面我们选择的是静 压投入式液位变送器，它可以用于各种介质的液位测量，它利用流体静力学原理来测量 液位，采用的密封技术，保证了传感器的水密性，进而使得测量的精度和稳定性大幅度 提高。其中静压测量的原理是当液位变送器投入到被测量的液体中某一深度时，传感器 所受的液面压力，其公式为： 变压器所受压力=被测液体密度*当地重力加速度*变送器所处点的液体深度+液面大 气压 3.2 变频器的选择 在锅炉系统中变频调速的使用不可避免，因为它可以实现电机无级调速。根据电机 的转速和电源输入的正比例关系很多情况下配用交流异步电动机拖动，在电动机转速变 低的时候，可以达到节约能源的目的，所以他的经济效益非常好。 异步电动机的转速公式为： n=n。(1-S)=60f*(1-S)/P 其中 n 表示电动机的同步转速；n。表示电动机转子的转速；P 表示电动机的磁极对 数；f 表示电源频率；S 为转速差。 因此可以看出通过改变电动机的工作电源频率可以改变电机转速。 而可以实现调频调压的电路有两种，分别是交直交，交交，如图 3.1 所示。 整流器滤波 波 逆变器 交流VV直流VF交流 交直交变频器 流 滤波 逆变器 U2F2 交流 U1F1 交流VVVF 交交变频器 图 3.1 变频器电气图 此次设计选用的变频器是 ABB 所有的 Acs601 系统，其变频器接线示意如图 3.2 所 商丘学院本科毕业设计 6 示。 变频器内置 PID PLC 接电机 KA1 +24V DI1 TSRPE UPE AI2- AI2+ WV M 3 图 3.2 变频器接线示意图 整个系统中，信息的反馈是依据压力变送器，通过 PLC 的配合来调整泵的转速2。 在整个系统中硬件将变频器和 PLC 连接起来而上位机的通讯实现了系统中参数的联系， 而系统均为 Rs485 接口3，他们的联系如图 3.3 所示。 PID 变频器内 置 PLC 设定值 水泵电机 压力传感器 出口压力 变频器 图 3.3 变频器接线原理图 3.3 PLC 的选型 经过各方面的考虑，此试验最终选用的 PLC 是德国 Siemens 公司的 S7-200 型4。因 为其不仅具有较高的性价比，而且其实用性也较为广泛，又具有比较丰富的的通用指令， 商丘学院本科毕业设计 7 并且他的通信协议简单等优点。 3.4 控制系统 在设计的控制电路中，无论是控制电器还是各种阀门的动作，全部都是按照 PLC 的 程序逻辑来实现的5。PLC 输出端口利用中间继电器来控制电机和阀门的动作，这是为 了将系统内的强弱电进行隔离，这样不仅可以保护系统，还可以延长使用寿命和增加系 统的可靠性。 变频器和三相电源的连接是靠输出端子 R,S,T 通过空气开关完成的，而三相电动机 和变频器输出端点 U,V,W 的连接是通过接触器实现的，如果旋转方向和预先设定不一样 的时候，就需要调换 U,V,W 中的任意两相。在工作的时候，一定要确保在工频电源拖动 和变频输出电源拖动两种情况下的电机旋转方向的一致，否则会因为产生电流过大而无 法转换成功。 3.4.1 给水泵控制系统结构 在设计的硬件系统中，变频器使用了两台，1#给水泵电动机的工作状态有工频和变 频两种，电动机均使用两个接触器和工频电源以及变频器输出电源相关，变频器通过接 入的空气开关来实现电机和变频器的连接，我们根据电机的额定电流来确定空气开关的 容量，所有的接触器都要根据电动机的容量来选择。 有两台给水泵，分别为 1#和 2#。每台均配备有变频器。过程中如果 1#给水泵采用 变频控制启动仍旧不能满足系统的要求的时候，就让 1#给水泵工作工频同时启动 2#给 水泵，此时 2#给水泵使用变频控制。所使用电机型号均为 YR(IP44)。 给水泵系统电器控制图如图 3.4 所示。 商丘学院本科毕业设计 8 1#变频器 QF1 FR1 KM1 M 3 2#变频器 QF3 FR3 KM3 M 3 QF2 KM2 1#给水泵 2#给水泵 图 3.4 给水泵系统电气控制图 3.4.2 给油控制系统结构 在设计的硬件系统中，变频器使用了两台，1#给油泵电动机的工作状态有工频和变 频两种，电动机均使用两个接触器和工频电源以及变频器输出电源相关，变频器通过接 入的空气开关来实现电机和变频器的连接，6我们根据电机的额定电流来确定空气开关 的容量，所有的接触器都要根据电动机的容量来选择。 有两台给水泵，分别为 1#和 2#。每台均配备有变频器。程中过如果 1#给油泵采用 变频控制启动仍旧不能满足系统的要求的时候，就让 1#给油泵工作工频同时启动 2#给 油泵，此时 2#给油泵使用变频控制。其机构如图 3.5 所示。 商丘学院本科毕业设计 9 3#变频器 QF4 FR4 KM4 M 3 4#变频器 QF6 FR6 KM6 M 3 QF5 KM5 1#给油泵 2#给油泵 图 3.5 给油泵系统电气控制图 3.4.3 引风控制系统结构 在设计的硬件系统中，变频器使用了两台，1#给引风机电机的工作状态有工频和变 频两种，电机均使用两个接触器和工频电源以及变频器输出电源相关，变频器通过接入 的空气开关来实现电机和变频器的连接，我们根据电机的额定电流来确定空气开关的容 量，所有的接触器都要根据电动机的容量来选择。 有两台引风机，分别为 1#和 2#。每台引风机均配备有变频器。程中过如果 1#引风 机采用变频控制启动仍旧不能满足系统的要求的时候，就让 1#引风机工作工频同时启动 2#引风机，此时 2#引风机使用变频控制。其电气结构图如图 3.6 所示。 商丘学院本科毕业设计 10 5#变频器 QF7 FR7 KM7 M 3 6#变频器 QF9 FR9 KM9 M 3 QF8 KM8 1#引风机 2#引风机 图 3.6 引风机系统电气控制图 3.4.4 鼓风机控制系统结构 在设计的硬件系统中，变频器使用了两台，1#给鼓风机电机的工作状态有工频和变 频两种，电机均使用两个接触器和工频电源以及变频器输出电源相关，变频器通过接入 的空气开关来实现电机和变频器的连接，其结构如图 3.7 所示。 有两台鼓风机，分别为 1#和 2#。每台鼓风机均配备有变频器。程中过如果 1#鼓风 机采用变频控制启动仍旧不能满足系统的要求的时候，就让 1#鼓风机工作工频同时启动 2#鼓风机，此时 2#鼓风机使用变频控制。 商丘学院本科毕业设计 11 7#变频器 QF10 FR10 KM10 M 3 8#变频器 QF12 FR12 KM12 M 3 QF11 KM11 1#鼓风机 2#鼓风机 图 3.7 鼓风机系统电气控制图 3.5 CPU 和模块端子的连接 3.5.1 CPU226 和模块的供电 对于系统的供电分为两部分，即输出供电和输入供电两部分，输出部分为 220V 的 交流电，输入部分为 24V 的直流电。 3.5.2 CPU 端子的连接 本设计的 CPU 各端子的设计图如图 3.8、图 3.9 所示。 商丘学院本科毕业设计 12 图 3.8 CPU226 的输入端接线 商丘学院本科毕业设计 13 图 3.9 CPU226 输出端接线 3.5.3 1#EM223 的端子极限结构 本设计的各端子接线设计如图 3.10、图 3.11 所示。 商丘学院本科毕业设计 14 图 3.10 EM223 的输出端接线结构 商丘学院本科毕业设计 15 图 3.11 EM223 输出端接线结构 商丘学院本科毕业设计 16 4 程序设计 PLC 设计软件可以作为一种户用自主性极高的应用软件程序，系统程序让用户程序 开放有了充足的空间。同时，还为 PLC 程序10的可靠运行及信号与信息转换进行必要的 处理。用户程序由用户按具体的控制系统要求进行设计，这里所说的 PLC 软件设计即是 用户自行开发的应用程序。 4.1 锅炉主程序的设计 锅炉的主程序主要包括锅炉的启动、停止，模拟量输入，给水泵控制，给油泵控制， 鼓风机控制以及通讯报警等组成。其结构如图 4.1 所示。 锅炉启停控制 模拟量输入 给水泵控制 给油泵控制 引风机控制 鼓风机控制 蒸汽阀门控制 模拟量输出 主 程 序 通信控制 报警设置及自动停止 图 4.1 主程序结构图 4.2 子程序的设计 4.2.1 给水泵控制系统的设计程序 给水泵控制程序的功能主要是为了实现水泵电机的启动，变频等控制，系统会依据 商丘学院本科毕业设计 17 气泡液位的设定值来确定整个水泵的启动，停止等运行过程，过程中每台给水泵都要通 过变频启动，切换到工频运行，到最后，其中的一台给水泵会进行变频运行，而其他给 水泵不变均保持工频运行。然后系统通过气泡液位的 PID 控制来调节变频器的频率，从 而稳定液位。其流程如图 4.2 所示。 否 开始 1#给水泵是 否过载 启动 1#给水泵 1#给水泵切换到 工频运行 启动 1#变频器 停止 1#变频器 启动 2#给水泵 启动 2#变频器 液位控制 PID 确定变频器频率 是 结束 图 4.2 给水泵控制流程图 4.2.2 其他各个控制系统的设计 给水泵控制系统、机油泵控制系统、引风机控制系统、鼓风机控制系统等的程序设 计理念基本系统，均以给水泵的控制系统程序设计为模版进行。 4.2.3 系统中蒸汽阀门的控制设计 对于阀门开度的控制，我们采用的模拟量是用 4-20 毫安的微小电流信号进行控制， 商丘学院本科毕业设计 18 而对应的 PLC 内存数据大小的范围是 640032000，其阀门的对应开度为 0% 100%。 三通阀阀门设置 Network 1/ LD SM0.0 MOVW VW900, VW3600 /将数据传如转换数据区，VW900 是 0-100 的整数。 AENO *I +256, VW3600 /数据乘以 256 AENO MOVW VW3600, VW3602 AENO +I +6400, VW3602 /数据+6400 AENO MOVW VW3602, AQW0 /输出给定值 4.2.4 报警系统的设计 众所周知，在锅炉的工作中，不可避免的会有气压超过预定值的情况，此时锅炉的 报警系统就显得尤为重要，在本设计中，锅炉的液位上限为 90%，下限为 65%，气压大 于 12MPa,温度高于 150 摄氏度的时候，报警系统的就会自动运行，此时会控制锅炉系统 自动停止运行。 4.3 PID 算法的实现 在模拟量的控制领域内，扩展模拟量处理模块，依据 PLC 提供的 PID 编程模块功能， 只需设定好 PID 的参数，然后运行 PID 控制指令，就可以得到输出控制值，从而实现模 拟量的闭环控制。 在使用 PLC 控制 PID 回路的时候，需要将实际的测量输入量，设定值等输入参数进 行标准化的处理，比如将 AIW 采集的 16 为整数转化为 10 以内的标准化实数。 在大多的模拟量控制中，使用的回路控制类型是有差异的，比如只需要比例回路或 者只需要积分回路，此时，对常量进行参数设置的时候，可以关闭不需要的控制类型， 然后关闭积分回路：把积分的时间设置成无穷大，这个时候比分的作用就可以忽略不计。 而关闭微分回路的时候，可以将微分实际 TD 设置为 0，此时微分作用饥渴关闭。而关 闭比例回路的时候，把比例增益 K 设置为 0，就可以只保留积分和微分项了。 商丘学院本科毕业设计 19 4.4 PLC 开关的输入和输出点 在设计中，PLC 的输出，输入点的个数是需要根据系统的设计要求来确定的。这不 仅保证了系统的正常工作，同时也使整个系统具有较高的性价比和实用性。PLC 端口输 出点如表 4.1 所示。 表表 4.1 I/O 分配表分配表 启动按钮 SB1I0.0 停止按钮 SB2I0.1 1#给水泵过载输入 FR1-3I0.2 1#给油泵过载输入 FR4-6I0.3 1#引风机过载输入 FR7-9I0.4 1#鼓风机过载输入 FR10-12I0.5 汽包压力AIW0 汽包液位AIW2 炉膛压力AIW4 输 入 信 号 蒸汽温度AIW6 排水开关 YV1Q0.0 给水开关 YV2Q0.1 燃油开关 YV3Q0.2 1#变频器启动/停止切换 KA1Q0.3 2#变频器启动/停止切换 KA2Q0.4 3#变频器启动/停止切换 KA3Q0.5 4#变频器启动/停止切换 KA4Q0.6 5#变频器启动/停止切换 KA5Q0.7 6#变频器启动/停止切换 KA6Q1.0 7#变频器启动/停止切换 KA7Q1.1 8#变频器启动/停止切换 KA8Q1.2 排汽阀启动/停止切换 KM13Q1.3 1#给水泵变频运行 KM1Q2.0 1#给水泵工频运行 KM2Q2.1 输 出 信 号 2#给水泵变频运行 KM3Q2.2 商丘学院本科毕业设计 20 1#给油泵变频运行 KM4Q2.3 1#给油泵工频运行 KM5Q2.4 2#给油泵变频运行 KM6Q2.5 1#引风机变频运行 KM7Q2.6 1#引风机工频运行 KM8Q2.7 2#引风机变频运行 KM9Q3.0 1#鼓风机变频运行 KM10Q3.1 1#鼓风机工频运行 KM11Q3.2 2#鼓风机变频运行 KM12Q3.3 1#给水泵过载指示 HL1Q3.4 1#给油泵过载指示 HL2Q3.5 1#引风机过载指示 HL3Q3.6 1#鼓风机过载指示 HL4Q3.7 液位上限报警电铃 DL1Q4.0 液位下限报警电铃 DL2Q4.1 汽包压力过压报警电铃 DL3Q4.2 蒸汽温度过高报警电铃 DL4Q4.3 炉膛负压过压报警电铃 DL5Q4.4 排汽阀调节输入口AQW0 给水泵变频器调节输入口AQW2 引风机变频器调节输入口AQW4 给油泵变频器调节输入口AQW6 鼓风机变频器调节输入口AQW8 4.5 程序梯形图 4.5.1 主程序梯形图 采用的主程序图如图 4.3 所示。 商丘学院本科毕业设计 21 商丘学院本科毕业设计 22 商丘学院本科毕业设计 23 商丘学院本科毕业设计 24 商丘学院本科毕业设计 25 商丘学院本科毕业设计 26 图 4.3 主程序设计图 4.5.2 气泡液位控制程序设计 此系统使用的是比例积分控制。本设计采用的控制参数值为：K=0.25,t=0.1 秒， T=30 分钟。采用的的系统设定值是水箱满水的时候水位的 75%，而当水位低于 60%的 时候输出液位下限信号 L,高于 90%的时候输出液位的上限信号 H,这个过程中过程变量是 商丘学院本科毕业设计 27 由漂浮在液面的水位仪测量得到的，程序输出的值是给水泵中进水的速度，其允许的变 化范围可以是 0%100%。而程序需要的设定值可以在设定后直接输入到回路表中去， 这个过程中过程变量是来自水位表的单极性模拟量，且他为电压信号，其电压范围为 0- 10V,而系统中的回路输出值也是一个用来控制给水泵速度的模拟量。范围同样是 0-10， 分辨率为标准化即 1/32000。 4.5.3 汽包压力控制程序的设计 此系统使用的是比例积分控制。本设计采用的控制参数值为：K=0.25,t=0.1 秒， T=20 分钟。 采用的的系统设定值是 10MPa，在锅炉内的压力大于 12MPa 时，输出过压信号 “F1” 。输出的值是系统排气阀的开度，其允许的范围是 0%-100%。而程序需要的设定 值可以在设定后直接输入到回路表中去，这个过程中过程变量是来自水位表的单极性模 拟量，且他为电流信号，其电流范围为 4.-20MA。而系统的回路输出值也是一个单极性 模拟量，他用来控制排气阀的开度，范围同样是 0-10，分辨率为标准化即 1/32000。 4.5.4 蒸汽温度控制程序的设计 此系统使用的是比例积分控制。本设计采用的控制参数值为：温度 PID 回路表 VB500；输入标准值 VD500；温度设定值 VD504；输出标准值 VD508；PID 增益参数 VD512；PID 采样时间 VD516；PID 积分时间 VD520；PID 微分时间 VD524。过程中， 如果蒸汽的温度高于 150 摄氏度时，输出蒸汽温度过高的信号“W” 。它的输出值是系统 给油泵和鼓风机的速度，系统所允许的最大值范围是 0%-100%，而程序需要的设定值可 以在设定后直接输入到回路表中去，而过程变量是温度传感器的单极性模拟量， ，为电 压信号，范围同样是 0-10，分辨率为标准化即 1/32000。 4.5.5 炉膛压力控制的程序设计 此系统使用的是比例积分控制。本设计采用的控制参数值为：锅炉的压力设定为 VD704=0.8,增益 VD712=0.2 采样时间 VD716=0.1，积分时间 VD720=30.0，微分时间 VD724=0.0，开启定时中断（事件号 10） 。其中输出值为系统引风机的速度，其范围可 以是 0%-100%。而程序需要的设定值可以在设定后直接输入到回路表中去，过程变量是 来自炉膛内部的压力表的单极性模拟量，且其为电压信号，范围是 0-10V。范围同样是 0-10，分辨率为标准化即 1/32000。 商丘学院本科毕业设计 28 5 结论 本设计是锅炉燃烧控制系统的自动化设计，其中包括温度控制系统，蒸汽压力控制 系统，液位控制系统和炉膛负压控制，汽包液位控制系统、报警系统等方面，系统中变 频调速的使用和变送器使得整个系统的精确性更高和更加容易调控，实现电机无级调速。 跟据电机的转速和电源输入的正比例关系很多情况下配用交流异步电动机