燃油锅炉燃烧过程的PLC控制.doc

I 目 录 目目 录录.I I 摘摘 要要.IIII 1 1 PLCPLC 的概述的概述 .1 1 1.1 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构.1 1.2 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理.2 2 2 锅炉控制系统概况锅炉控制系统概况.7 7 2.1 燃油锅炉结构示意图燃油锅炉结构示意图.7 2.2 燃油锅炉工作原理燃油锅炉工作原理.7 2.3 控制要求控制要求.8 3 3 总体方案的确定总体方案的确定.9 9 3.1 PLC 控制系统与继电器控制系统的比较控制系统与继电器控制系统的比较.9 3.2 PLC 控制系统与微型计算机控制系统的比较控制系统与微型计算机控制系统的比较.9 3.3 控制系统总体框架设计控制系统总体框架设计.10 4 4 PLCPLC 的选型及硬件电路的设计的选型及硬件电路的设计 .1212 4.1 I/O 地址分配地址分配 .12 4.2 设计设计 PLC 的外部接线的外部接线.12 4.3 主控制电路的设计主控制电路的设计.13 4.4 外部电路设计、器件选择外部电路设计、器件选择.13 5 5 软件的设计软件的设计.1515 5.1 程序设计流程图程序设计流程图.15 5.2 梯形图及基本逻辑指令编程梯形图及基本逻辑指令编程.15 6 6 燃油锅炉控制系统的抗干扰措施燃油锅炉控制系统的抗干扰措施.2020 6.1 硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施.20 6.2 软件抗干扰措施软件抗干扰措施.22 7 7 总结与展望总结与展望.2323 致致 谢谢.2424 参考文献参考文献.2525 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 II 摘摘 要要 锅炉是一次性能源煤炭石油天然气转换成二次能源蒸汽量的重要动力设备。据有 关数据统计，目前我国有各类工业锅炉约 25 万多台。每年耗煤量占全国产量的 1/3， 同时还消耗大量的石油和天然气。工业锅炉是生产过程中重要的动力设备。在石油化 工领域，它的主要作用是向生产装置提供所需要的合格蒸汽，其控制质量的优劣不仅 关系到锅炉自身运行的效果，而且还将直接影响道相关装置生产过程的稳定性。现代 燃油燃烧机多为自动控制的燃烧机，一般采用工业程序控制器、火焰检测器以及温度 传感器等组成自动控制系统。 燃油锅炉和建筑物自备发电机随着城市发展而越来越多地应用。以前使用燃煤锅 炉由于其在燃烧时产生大量的 CO2和粉尘污染环境而逐渐被淘汰，相对应的用燃油锅 炉来代替燃煤锅炉已被广泛用于宾馆、大型商场等建筑。由 PLC 组成的燃油锅炉控制 系统适用于配用各种进口及国产燃烧器的燃油锅炉，对锅炉实行全自动控制，包括锅 炉水位、蒸汽压力、燃烧系统的参数检测、指示、报警、调节等进行控制。 目前，自动控制技术尤其是锅炉控制技术在国内外得到广泛的应用和要求。时滞 效应始终困扰着其实际应用，为此人们发明了多种控制方法来解决时滞问题，例如比 例控制方式、PID 控制方式、模糊控制方式等。本文将针对一种燃油锅炉控制方式进 行学习，并设计一个用三菱系列的可编程序控制器（Program Logic Control, PLC）对燃 油锅炉控制的项目。其控制过程主要是将采样的数据通过可编程序控制器预先编好的 程序进行控制，通过观测燃烧锅炉加热过程中的燃烧、水温、压力与水位等输出，实 现对燃油锅炉加热过程的自动控制。 本文介绍了一种利用 PLC（FX）的燃油锅炉控制，并且叙述了燃油锅炉的基本原 理、PLC 的基本原理、PLC 的工程设计步骤。并由 PLC 来控制燃油锅炉的起动、停止、 出现异常情况时能暂停且异常情况消失后能自动按起燃顺序重新工作的；并且对硬件 部分和软件部分的设计做了详细的说明。 本设计可以对燃烧机燃烧 火焰状况进行及时调节，既可以单调油门、还可以油门 联动，进行风、油比例调整。具有手动/自动控制功能，并能与计算机进行实时通信。 适用于各种工业锅炉。适用燃料为：柴油、重油、渣油及各种气体燃料，并可单燃油、 单燃气、油气混燃。 关键词：可编程序控制器 燃油锅炉 控制系统 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 1 1 PLC 的概述的概述 1.1 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构 PLC 由中央处理单元、存储器、输入输出单元、电源、编程器五部分组成。其结 构框图如图 1 所示。 图 1 可编程控制器的基本结构图 1）中央处理单元（简称）中央处理单元（简称 CPU） CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总 线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。CPU 是 PLC 的核心，起神 经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并 存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入 规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错 误等。 2）存储器（）存储器（RAM、ROM） 存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称 为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储 器称为数据存储器。常用的存储器有 RAM、EPROM 和 EEPROM。RAM 是一种可进 行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在 RAM 中的用户程序 可方便地修改。RAM 存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用 锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM 都是只读 存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。 3）输入输出单元（）输入输出单元（I/O 单元）单元） I/O 单元实际上是 PLC 与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O 单元有良 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 2 好的电隔离和滤波作用。接到 PLC 输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。 PLC 的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型， 高电压型和低电压型，电压型和电流型。 4）电源）电源 PLC 电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成 内部工作电压。PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还 为输入电路提供 24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC 或 110VAC） ， 直流电源（常用的为 24VAC） 。 5）编程器）编程器 编程器是 PLC 的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入 PLC 的存储器，还 可以用编程器检查程序，修改程序，监视 PLC 的工作状态。除此以外，在个人计算机 上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对 PLC 编程。利用微机作为编程 器，可以直接编制并显示梯形图。 1.2 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 最初研制生产的 PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这 两者的运行方式是不相同的： 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或 断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪 个位置上都会立即同时动作。 PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈 或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立 即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各 类触点的动作时间一般在 100ms 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一般均小 于 100ms，因此，PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技 术。这样在对于 I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置的处理结果 上就没有什么区别了。 1）扫描技术）扫描技术 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行 和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段，如图 2。 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 3 图 2 PLC 的扫描周期图 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存 入 I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶 段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态 和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个 扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按 先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运 算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈 在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化， 而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生 变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或 数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据 只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映 象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。 这时，才是 PLC 的真正输出。 比较下二个程序的异同： 程序 1： 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 4 程序 2： 这两段程序执行的结果完全一样，但在 PLC 中执行的过程却不一样。程序 1 只用 一次扫描周期，就可完成对%M4 的刷新； 程序 2 要用四次扫描周期，才能完成对% M4 的刷新。 这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。 另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运 行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那 么二者之间就没有什么区别了。 一般来说，PLC 的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图 3 所示，即一个扫描周 期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 5 图 3 PLC 扫描过程组成图 2）PLC 的的 I/O 响应时间响应时间 为了增强 PLC 的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC 的每个开关量输入端都采用光 电隔离等技术。 为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC 采用了不同于一般微型计算 机的运行方式（扫描技术） 。 以上两个主要原因，使得 PLC 得 I/O 响应比一般微型计算机构成的工业控制系统 满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。 所谓 I/O 响应时间指从 PLC 的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改 变所需的时间。其最短的 I/O 响应时间与最长的 I/O 响应时间分别如图 4、图 5 所示： 最短 I/O 响应时间： 图 4 最短响应时间图 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 6 最长 I/O 响应时间： 图 5 最长响应时间图 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 7 2 锅炉控制系统概况锅炉控制系统概况 2.1 燃油锅炉结构示意图燃油锅炉结构示意图 燃油锅炉控制系统是由 PLC 来控制燃油锅炉的起动、停止、出现异常情况时能暂 停且异常情况消失后能自动按起燃顺序重新工作的。它是由燃油预热器、喷油泵、喷 油口、鼓风机、点火变压器、瓦斯阀、压力蒸汽开关、进水阀、排水阀、上下水位开 关等组成，如图 6 所示。 图 6 燃油锅炉结构示意图 燃油经燃油预热器预热，由喷油泵经喷油口打入锅炉进行燃烧。燃烧时，鼓风机 送风，喷油口喷油，点火变压器接通（子火燃烧） ，瓦斯阀打开（母火燃烧） ，将燃油 点燃，使燃烧持续。锅炉的进水和排水分别由进水阀和排水阀执行，上、下水位分别 由上限、下限水位开关检测，蒸汽压力由蒸汽压力开关检测，蒸汽压力由蒸汽压力开 关检测。 2.2 燃油锅炉工作原理燃油锅炉工作原理 燃油锅炉的工作原理就是锅炉的燃料以柴油或重油为主通过电动控制将和锅炉炉 体燃烧室连接的喷油嘴点燃。燃油锅炉是利用燃油产生热能来工作的,使燃油能达到全 自动燃烧的目的,必须使用燃油燃烧器,这个燃烧器有几大部件组成,一是风机,产生足够 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 8 的氧气助燃,二是油泵及油嘴,油泵与风机电机联动产生高压油,约十二公斤每立方厘米, 油嘴将此高压油形成雾状喷出,高压包产生十千伏的高压在点火电极产生电火花点燃此 油雾,正常的燃烧形成,其中还有一些附属设备如电眼,用来监控燃烧是否正常,电磁阀用 来开闭油路,伺服马达控制风门的开度来调节风量大小,程控盒做为燃烧器的大脑来控制 所有部件按顺序工作. 2.3 控制要求控制要求 .启动：该锅炉的燃烧按一定时间间隔顺序起燃。其起燃顺序为： .停止：停止燃烧时，要求： .异常状况自动关火：锅炉燃烧过程中，当出现异常状况时（即蒸汽压力超过允 许值，或水位超过上限，或水位低于下限） ，能自动关火进行清炉；异常状况消失后， 又能自动按起燃程序重新点火燃烧，即： .锅炉水位控制：锅炉工作启动后，当水位低于下限时，进水阀打开，排水阀关 闭。当水位高于上限时，排水阀打开，进水阀关闭。 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 9 3 总体方案的确定总体方案的确定 3.1PLC 控制系统与继电器控制系统的比较控制系统与继电器控制系统的比较 1）功能强，性能价格比高）功能强，性能价格比高 一台小型 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实 现非常复杂的控制功能。与相同功能的相比，具有很高的性能价格比。可篇程序控制 器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 2）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件 装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。 楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有很强的 带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。 3）可靠性高，抗干扰能力强）可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触 不良，容易出现故障，PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输 入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的 1/10-1/100，因触点接触 不良造成的故障大为减少。 4）系统的设计、安装、调试工作量少）系统的设计、安装、调试工作量少 PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数 器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC 的梯形图程序一般采 用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统， 梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 5）编程方法简单）编程方法简单 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继 电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技 术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实 际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解 释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。 做为工业锅炉的控制，对控制的要求相当严格，并且控制系统的抗干扰能力也显 得相当重要。综合上述三种方案，最终选择采用 PLC 控制方案。 3.2PLC 控制系统与微型计算机控制系统的比较控制系统与微型计算机控制系统的比较 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 10 1）应用范围：）应用范围：微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通 信等方面。而 PLC 主要应用于工业控制。 2）使用环境：）使用环境：微机对环境要求很高，一般要在干扰小，具有一定的温度和湿度要求的 机房内使用。而 PLC 适用于工程现场的环境。 3）输入输出：）输入输出：微机系统的 I/O 设备与主机之间采用微机联系，一般不需要电气隔离。 而 PLC 一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用“光-电”耦合，输出还采用继 电器，晶闸管或大功率晶体管进行功率放大。 4）程序设计：）程序设计：微机具有丰富的程序设计语言，例如：汇编语言、FORTRAN 语言、 PASCAL 语言、C 语言等，其语句多，语法关系复杂，要求使用者必须具备一定水平 的计算机硬件和软件的知识。而 PLC 提供给用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于 学习和掌握。 5）系统功能：）系统功能：微机系统一般配有较强的系统软件，例如：操作系统，能进行设备管理、 文件管理、存储器管理等。它还配有许多应用软件，以方便用户。而 PLC 一般只有简 单的监控程序，能完成故障检查，用户的程序输入和修改、用户程序的执行与监视等 功能。 6）运算速度和存储容量：）运算速度和存储容量：微机运算速度快，一般为微秒级。因有大量的系统软件和应 用软件，故存储容量大。而 PLC 因接口的响应速度慢而影响数据处理速度。一般接口 响应速度为 2ms，PLC 的巡回检查速度为每千字 8ms。PLC 的软件少，编程简短，故 内存量少。 7）价格：）价格：微机是通用机，功能完善，故价格较高。而 PLC 是专用机，功能较少，其 价格是微机的十分之一。 从以上几个方面的比较可知：PLC 是一种用于工业自动化控制的专用微机控制系 统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和掌握。价格也比一般的微机系统便宜。 3.3 控制系统总体框架设计控制系统总体框架设计 燃烧过程自动控制系统的方案，与锅炉的类型、运行方式及控制要求有关，对不 同的情况与要求，控制系统的设计方案不一样。将单元机组燃烧过程被控对象看作是 一个多变量系统，设计控制系统时，充分考虑工程实际问题，既保证符合运行人员的 操作习惯，又要最大限度的实施燃烧优化控制。控制系统的总体框架如图 7 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 11 图 7 单元机组燃烧过程控制原理图 P 为机组负荷热量信号。控制系统包括：滑压运行主汽压力设定值计算模块（由 热力系统实验获得数据，再拟合成可用 DCS 折线功能块实现的曲线） 、负荷一送风量 模糊计算模块、主蒸汽压力控制系统和送、引风控制系统等。主蒸汽压力控制系统采 用常规串级 PID 控制结构。 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 12 4 PLC 的选型的选型及及硬件电路的设计硬件电路的设计 4.1I/O 地址分配地址分配 根据控制要求，I/O 通道地址分配如表 1 所示。 表 1 I/O 地址分配 输入设备输入点编号输出设备输出点编号 启动按钮X0 燃油预热 Y0 停止按钮X1鼓风机Y1 蒸汽压力检测 X2 点火变压器Y2 水位上限检测 X3 瓦斯阀Y3 水位下限检测 X4 喷油泵Y4 报警响应按钮X5 进水阀Y5 报警灯测试按钮X6 排水阀Y6 报警复位按钮X7报警Y7 由上表可知，输入有 8 点,输出 8 点,I/O 总数为 16 点。考虑适当的余量，则三菱公 司 FX2N 系列机型 FX2N-32MR-001 满足 I/O 总数，从而确定 FX2N-32MR-001 机型更 为适合。 FX2N-32MR-001 基本参数： 输出类型：继电器输出； 运算控制方式：存储程序反复运算方式、中断命令 输入输出控制方式：批处理方式(执行 END 指令时)，但是有 IO 刷新指令 程序语言：继电器符号+步进梯形图方式(可用 SFC 表示) 内置存储器容量：8 k 步 RAM(内置锂电池后备)，电池寿命约 5 年，使用 RAM 卡盒约 3 年 运算处理速度：基本指令 008us指令，应用指令 l.52数 100us指令 电源：交流电源、24V 直流输入类型。内置的 24V、400mA 直流电源可用于外围 设备，如传感器或其它元件。 4.2 设计设计 PLC 的外部接线的外部接线 正确选择 PLC 对于保证整个控制系统的技术与经济性能指标起着重要的作用。选 择 PLC，包括机型的选择，容量的选择，I/O 模块的选择，电源模块的选择等。 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 13 根据被控制对象系统的要求，及 PLC 的输入量，输出量的类型和点数，确定出 PLC 的型号和硬件配置。对于整体式 PLC，应该确定基本单元和扩展单元的型号;对于 模块式 PLC，应确定框架(或基板)的型号，及所需模板的型号和数量。 PLC 硬件配置确定后，应对 I/O 点进行分配，确定外部输入输出元件与 PLC 的 I/O 点的连接关系，完成 I/O 点地址定义表。 分配好与各输入量和输出量相对应的元件后，设计出 PLC 的外部接线图，其它部 分的电路原理图，接线图和安装所需要图纸，以便进行硬件装配。具体设计如下。 4.3 主控制电路的设计主控制电路的设计 图 8 主控制系统外部接线图 4.4 外部电路设计、器件选择外部电路设计、器件选择 1)按钮开关按钮开关 SB 按钮开关是一种结构简单，应用广泛的手动主令电器，用以接通或断开控制回路 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 14 中的电流，在控制电路中发出手动指令远距离控制其他电器，再由其他电器去控制主 电路或转移各种信号，也可以直接用来转换信号电路和电器联锁电路等。 2)选择开关选择开关 选择开关是由多组相同结构的开关元件叠装而成，可以控制多回路的一种主令电 器，它由操作机构、定位装置和触点三部分组成。 3)续流二极管续流二极管 PLC 的输入端或输出输出常常接有感性元件。如果是直流感性元件，应在其两端 并联续流二极管；如果是交流元件，应在其两端并联阻容电路（也称灭弧罩，有系列 产品可供选择） 。从而抑制电路断开时产生的电弧对 PLC 内部输入、输出元件的影响。 其工作原理是：正常通电时，电源电压为正，二极管不通，当电源断开，电压变 负时，负载上产生很大的反电动势，并联二极管可使负载间的电压等于二极管管压降， 接近于零这样电路中总的电压的变化将会很少，就不易产生弧光，从而起到保护负载 的作用。 4)熔断器熔断器 熔断器是一种用于过载与短路保护的电器，当超出限定值的电流通过熔断器的熔 体是将其熔化而分断电路。具有结构简单、体积小、重量轻、使用方便、价格低廉等 优点，获得广泛的使用。其工作原理是：熔断器接入电路时，熔体是串接在电路中， 负载电流流经熔体，由于电流的热效应使温度上升，当电路发生过载或短路时，电流 大于熔体允许的正常发热电流，使熔体温度急剧上升，超过其熔点而熔断，将电路切 断，有效保护电路和设备。 5)时间继电器时间继电器 时间继电器可分为空气式时间继电器，电子式时间继电器，数字式时间继电器， 但在交流电路中常采用空气式时间继电器，它是利用空气阻尼作用而达到动作延时的 目的。 其工作原理是：当吸引线圈通电后就将动铁心吸下，使动铁心与活塞杆之间有一 段距离，在释放弹簧的作用下，活塞杆就向下移动，在伞形活塞的表面固定有一屋橡 皮膜，因此当活塞身下移动时，在膜上面造成空气稀薄的空间，活塞受到下面空气的 压力，不能迅速下移，当空气由进气孔进入时，活塞才逐渐下移，移动到最后位置时， 杠杆使微动开关动作。 6)热继电器热继电器 热继电器是利用测量元件被加热到一定程度而动作的一种继电器。热继电器的测 量元件通常用双金属片，它是由主动层和被动层组成的。主动层材料采用较高膨胀系 数的铁镍铬合金，被动层材料采用膨胀系数很小的铁镍铬合金。主动层和被动层可采 用热和压力使其结合成双金属片，也可采用冷结合。因此双金属片在受热后将被动层 方向弯曲。 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 15 5 软件的设计软件的设计 5.1 程序设计流程图程序设计流程图 图 9 程序设计流程图 5.2 梯形图及基本逻辑指令编程梯形图及基本逻辑指令编程 1)根据控制要求用基本逻辑指令编制的梯形图如图根据控制要求用基本逻辑指令编制的梯形图如图 10 所示。所示。 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 16 图 10 燃油锅炉用基本逻辑指令编制的梯形图 2)基本逻辑指令编程基本逻辑指令编程 LD X0 OR M0 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 17 ANI X1 OUT M0 LD M0 ANI X2 ANI X3 AND X4 OUT M1 LD M1 OUT Y0 OUT T0 K60 AND T0 OUT M2 LD M2 OR M3 OUT Y1 ANI M3 OUT T1 K5 ANI T2 OUT Y2 OUT Y3 LD T1 OUT Y4 OUT T2 K5 LD X1 OR X2 OR X3 OR X4 OR M3 OUT T3 K20 ANI T3 OUT M3 MC M0 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 18 LDI X4 OR Y5 ANI X3 OUT Y5 LD X3 OR Y6 AND X4 OUT Y6 MCR M0 3)报警电路及其置位和复位报警电路及其置位和复位 报警电路：输入点 M3 为报警输入，即 M3=ON 要求报警。输出 Y10 为报警灯， Y11 为报警蜂鸣器。输入 X5 为报警响应。X5 接通后 Y10 报警灯从闪烁变为常亮，同 时 Y11 报警蜂鸣器关闭。输入 X6 为报警灯的测试信号输入。X6 接通则 Y10 接通。定 时器 T4 和定时器 T5 构成震荡电路，实现每 0.5s 的 OFF，0.5s 的 ON，并且重复。 (a) 梯形图 LD M3 ANI T5 OUT T4 K5 LD T4 OUT T5 K5 LD T4 OR M4 AND M3 OR X6 AND M3 LD M3 ANI M4 OUT Y11 （b）语句表 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 19 置位：若 M3 和 X5 同时接通 1s 以上，则 S900 置 1。S900 置 1 后，即使 M3 和 X5 变为 OFF，S900 仍保持为 1，而定时器则被复位。 若 M3 和 X5 接容不满 1s 而又再 OFF，则定时器复位。 复位：当 X7 接通时，信号报警器 S900S999 中被置 1 的报警器复位。 若同时有多个报警器被置 1，则将元件号最低的那个报警器复位。当 X7 再次接 通时，下一个被置 1 的报警器复位。 若采用连续执行型指令 ANR，则按扫描周期依次逐个的将报警器复位。 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 20 6 燃油锅炉控制系统的抗干扰措施燃油锅炉控制系统的抗干扰措施 PLC 受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰 是随机的，与系统结构无关，且干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制； 内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起， 可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。要提高 PLC 控制系统 的可靠性，就要从多方面提高系统的抗干扰能力。 6.1 硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施 1)PLC 控制系统的安装和使用环境控制系统的安装和使用环境 PLC 是专为工业控制设计的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业 环境使用。但是在 PLC 控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用不当，会降低 系统的可靠性。PLC 使用环境温度通常在 0 55范围内，应避免太阳光直接照 射，安装位置应远离发热量大的器件，同时应保证有足够大的散热空间和通风条件。 环境湿度一般应小于 85%，以保证 PLC 有良好的绝缘。在含有腐蚀性气体、浓雾或 粉尘的场合，需将 PLC 封闭安装。此外，如果 PLC 安装位置有强烈的振动源，系统 的可靠性也会降低，所以应采取相应的减振措施。 2)PLC 的电源与接地的电源与接地 PLC 本身的抗干扰能力一般都很强。通常，只能将 PLC 的电源与系统的动力设 备电源分开配线，对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。但是，如果 遇上特殊情况，电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器以减少设备 与地之间的干扰，提高系统的可靠性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电源必 须与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电必须同时进行。良 好的接地是保证 PLC 安全可靠运行的重要条件。为了抑制附加在电源及输入端、输 出端的干扰，应给 PLC 接专用地线，并且接地点要与其它设备分开。若达不到这种 要求，也可采用公共接地方式。但是禁止采用串联接地方式，因为它会使各设备间 产生电位差而引入干扰。此外，接地线要足够粗，接地电阻要小，接地点应尽可能 靠近 PLC 。 接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 21 统是 PLC 控制系统抗干扰的重要措施之一。接地在消除干扰上起很大的作用。这里 的接地是指决定系统电位的地，而不是信号系统归路的接地。在 PLC 控制系统中有 许多悬浮的金属架，它们是惧空中干扰的空中线，需要有决定电位的地线。交流地 是 PLC 控制系统供电所必需的，它通过变压器中心点构成供电两条回路之一。这条 回路上的电流、各种谐波电流等是个严重的干扰源。因此交流地线、直流地线、模 拟地和数字地等必须分开。数字地和模拟地的共点地最好置悬浮方式。地线各点之 间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采用环形地线。系统地端子(LG)是 抗干扰的中性端子，通常不需要接地，可是，当电磁干扰比较严重时，这个端子需 与接大地的端子(GR)连接。 3) PLC 的输入、输出设备的输入、输出设备 输入电路是 PLC 接受开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、 接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。以开关量输入为例，按 钮、行程开关的触点接触要保持在良好状态，接线要牢固可靠。机械限位开关是容 易产生故障的元件，设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。 此外，按钮触点的选择也影响到系统的可靠性。在设计电路时，应尽量选用可靠性 高的元器件，对于模拟量输入信号来说，常用的有 420mA、020mA 直流电流信 号；05V、010V 直流电压信号，电源为直流 24V。 对于开关量输出来说，PLC 的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三 种形式，具体选择哪种形式的输出应根据负载要求来决定，选择不当会使系统可靠 性降低，严重时导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载，晶体管 输出只能用于直流负载。此外，PLC 的输出端子带负载能力是有限的，如果超过了 规定的最大限值，必须外接继电器或接触器，才能正常工作。外接继电器、接触器、 电磁阀等执行元件的质量，是影响系统可靠性的重要因素。常见的故障有线圈短路、 机械故障造成触点不动或接触不良。这一方面可以通过选用高质量的元器件来提高 可靠性，另一方面，在对系统可靠性及智能化要求较高的场合，可以根据电路中电 流异常的情况对输出单元的一些重点部位进行诊断，当检测到异常信号时，系统按 程序自动转入故障处理，从而提高系统工作的可靠性。若 PLC 输出端子接有感性元 件，则应采取相应的保护措施，以保护 PLC 的输出触点。 为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出应分 别使用各自的电缆；对于集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线、必须使用屏 开封大学机电工程学院电气自动化技术专业毕业论文 22 蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧悬空，而在控制侧接地。 6.2 软件抗干扰措施软件抗干扰措施 硬件抗干扰措施的目的是尽可能地切断干扰进入控制系统，但由于干扰存在的 随机性，尤其是在工业生产环境下，硬件抗干扰措施并不能将各种干扰完全拒之门 外，这时，可以发挥软件的灵活性与硬件措施相结合来提高系统的抗干扰能力。 1)利用利用看门狗看门狗方法对系统的运动状态进行监控方法对系统的运动状态进行监控 PLC 内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来 设计一些程序，可以屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作。在设计应用 程序时，可以利用看门狗方法实现对系统各组成部分运行状态的监控。如用 PLC 控制某一运动部件时，编程时可定义一个定时器作看门狗用，对运动部件的工作状 态进行监视。定时器的设定值，为运动部件所需要的最大可能时间。在发出该部件 的动作指令时，同时启动看门狗定时器。若运动部件在规定时间内达到指定位置， 发出一个动作完成信号，使定时器清零，说明监控对象工作正常；否则，说明监控 对象工作不正常