燃油锅炉控制装置设计论文.doc

目 录摘要1引言11 控制方案比较12 燃油锅炉总体结构23 燃油锅炉控制要求34 硬件电路设计34.1 主电路的设计44.2 辅助电路的设计44.2.1 PLC型号的选择44.2.2 系统I/O通道分配及PLC的I/O接线图55 软件系统设计65.1 软件设计一般原则65.2 软件设计要求75.3 软件系统设计8结论11致谢11参考文献11燃油锅炉控制装置设计摘要 : 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。以前使用燃油锅炉由于其在燃烧时产生大量的二氧化碳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控制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。关键词: 可编程序控制器； 燃油锅炉；控制系统引 言随着社会生产的发展，人类社会对能源的需求不断增加，我国是世界能源生产大国，也是能源消耗大国但人均占有量远低于世界平均水平，这就使得节约能源在我国显得尤为重要。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。据有关资料统计，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的重要动力设备。在石油化工领域，它的主要作用是向各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，而且还将直接影响到相关装置生产过程的稳定性。目前大多数锅炉在启动和运行的过程中都需要精确的实时控制，然而锅炉的控制系统还采用继电器逻辑控制。这类系统自动化程序很低，大部分操作还是由手动来完成，只能处理一些开关量问题，无法处理系统的模拟量，即使控制一些开关量，其电气线路复杂，可靠性不高，不便维护，实际锅炉系统控制中每台炉就需要一套继电器控制系统，而采用可编程控制器设计的控制系统实现了锅炉系统的自动控制。本文介绍利用PLC编程功能实现对燃油锅炉自动化控制的方法。采用OMRONCPM1A系列可编程控制器设计的控制系统实现了燃油锅炉的系统自动控制，并且实现了整个系统的优化控制。1 控制方案比较最初的锅炉控制系统主要是以继电器回路控制占据主导地位，这种控制系统利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其连线多而复杂，存在体积大、功耗大的问题；机械触点动作时间较长，一般需要几十毫秒，还存在机械抖动问题；触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，存在寿命短、可靠性差的问题。一旦继电器控制系统构成后，再想改变或者增加控制功能都很困难，通常需要重新设计、重新配线，但具有价格比较便宜的优点。而利用PLC作锅炉的控制，具有体积小、可靠性高、耗电量少等优点，同时在系统设计中，可简化设计结构，降低成本。从适应性、可靠性、方便性及设计、安装、调试及维护、体积和功耗等方面比较，PLC都有显著优势。因而PLC的控制方式很快被利用到锅炉的自动控制中。经过各方面的比较，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。 具有效率高、节约能源、高可靠性的安全系统、符合环保要求、完善的智能控制等优点。所以本文选用PLC来实现对燃油锅炉控制装置的设计。2 燃油锅炉总体结构燃油锅炉控制系统由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。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2-1所示。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。点火完毕后，关闭子火与母火，继续送风和喷油，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、下水位分别由水位上限、下限阀检测，蒸汽压力由蒸汽压力阀检测。图2-1 燃油锅炉示意图3 燃油锅炉控制要求(1) 起动：该锅炉的燃烧按一定时间间隔顺序起燃。其起燃顺序为：(2) 停止：停止燃烧时，要求： (3) 异常状况自动关火：锅炉燃烧过程中，当出现异常状况时(即蒸气压力超过允许值，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：(4) 锅炉水位控制：锅炉工作起动后，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。4 硬件电路设计硬件电路是系统用于驱动外部设备的执行工作的部分。它可分为主电路和辅助电路，主电路采用380伏的三相电源，经交流接触器、热继电器等常用低压电器直接驱动三相电机的运转。辅助电路以PLC器件为主，结合开关、按钮等用于控制主电路中各接触器、继电器的通断，从而控制主电路的运行状态。它采用交流220伏和直流24伏两路电源供电，其中直流24伏电源由PLC提供。4.1 主电路的设计燃油锅炉的运行状态有三种：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。燃油锅炉的起动由接通预热器电源使燃油经预热器预热，鼓风机送风，接通点火变压器实现。停止燃烧也是由预热器来控制，先关闭预热器的电源，再关闭喷油泵，最后鼓风机停止送风。出现异常状况，首先要清炉，关闭燃油预热器、喷油泵，等到异常状况消失后重新起燃。为了防止电机长期过载运行和缺相运行而发热以至烧坏，主电路中设有热继电器加以保护，同时还设有短路保护。一旦发生短路或过载运行和缺相运行，这些电器就动作，从而及时切断电源。此外，在三相电源的入端设有组合开关QS，在主电路出现故障时，用以切断并隔离电路，给检修带来安全和方便。硬件电路的主电路图如图4-1所示。图4-1 燃油锅炉主电路图4.2 辅助电路的设计4.2.1 PLC型号的选择（1）I/O点数的估算系统输入信号：总起停按钮需要二个输入端；蒸汽压力开关需要一个输入端；水位上、下限开关需要二个输入端；系统输出信号：燃油预热接触器需要一个输出端；鼓风机接触器需要一个输出端；点火变压器接触器需要一个输出端；喷油泵接触器需要一个输出端；瓦斯阀需要一个输出端；进水、排水阀需要二个输出端；该系统输入开关量需要5点，输出为7点，按15%20%备用量选择控制系统的 I/O点数，若以后要扩展功能导致点数不够用可选用扩展模块进行扩展功能。4.2.2 系统I/O通道分配及PLC的I/O接线图（1）系统I/O通道分配 根据控制要求，I/O通道分配如表4-1所示。表3-1 PLC的I/O地址分配输入设备输入点编号输出设备输出点编号起动按钮 SB100000燃油预热接触器 KM101000停止按钮 SB200001鼓风机接触器 KM201001蒸汽压力开关 KP00002点火变压器接触器 KM301002水位上限开关 SQ100003喷油泵接触器 KM401003水位下限开关 SQ200004瓦斯阀 YV101004进水阀 YV201005排水阀 YV301006（2）PLC的I/O接线图 根据I/O通道的分配，可画出PLC的I/O接线图如图4-2所示。图4-2 PLC外部接线图（3） 元件选型 根据系统需要，列出元件清单如表4-2所示。表4-2 元件清单元件型号燃油预热器油丁(带温度控制) 2KW鼓风机RRBRRG罗茨鼓风机 1KW点火变压器日本山武点火变压器S720A 瓦斯阀ZCM燃气电磁阀喷油泵Y90L4 750W蒸气压力开关LF25蒸汽压力开关水位开关HXFB2（集成上下水位开关）进水/排水阀ZCS水用电磁阀5 软件系统设计5.1 软件设计一般原则进行PLC控制系统设计的一般原则是：最大限度地满足被控对象的控制要求，在此前提下，力求使控制系统简单、经济，用户使用和维护方便，保证系统的安全性、可靠性，并使之具有一定的可扩展性。PLC控制系统由信号输入元件（如按钮、限位开关和传感器等）、输出执行元件（如电磁阀、接触器和信号灯）和 PLC构成。输入元件接在PLC的输入端，向PLC输入指令信号和被控信号的状态信号。输出执行元件接在PLC的输出端，控制被控对象工作。PLC通过执行控制程序来完成控制功能。根据控制要求设计程序，其编程过程大致分如下几步进行: (1) 确定I/O点数首先要明确系统对现场的控制要求和控制系统的组成，分清输入设备和输出设备的种类和数量，即PLC所需的总的I/O点数。 (2) 分配I/O地址可编程控制器的内存单元采用通道的概念，每个通道由16个二进制数位组成，每位就是一个继电器。位地址由存储器标识符、通道地址和位码共同组成。对输入、输出信号和中间信号地址位的分配，称为继电器（位）的I/O分配。其分配原则如下：1） 根据信号发生的时序来分配地址，以便于检查。2） 尽可能把一个系统、设备或部件的信号集中编址，以利于维护。3） 定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保工作顺序的可靠性。4） 程序中大量使用的内部继电器称作工作位（不是I/O位），工作位也要统一编号，进行工作位分配。5） 在地址分配完成后，列出I/O位分配表和工作位分配表。(3) 绘制梯形图绘制梯形图是程序设计的主体，由梯形图语言可直观的表达程序设计的思想，实现程序编制。5.2 软件设计要求（1）燃油经预热器预热，由喷油泵经喷油口打入锅炉，点火后进行燃烧，鼓风机送风使火烧得更旺。预热器的功率为2KW，喷油泵功率为750W，鼓风机功率为1KW。（2）起动点火过程：接通预热器电源使燃油预热1min后，鼓风机送风、点火变压器接通（子火燃烧）、瓦斯阀打开（母火燃烧），间隔5s后，喷油泵喷油燃烧，间隔5s后，点火变压器断开（子火关闭）、瓦斯阀关闭（母火关闭）。（3）停止燃烧过程：关闭预热器电源、关闭喷油泵、鼓风机送风（以便将废气、杂质除去），间隔20s后，鼓风机停止送风。 （4）异常情况自动关火过程：锅炉燃烧过程中，当出现异常情况时（即水蒸气压力超过允许值3s钟，或水位超过上限并持续5s钟，或水位低于下限并持续5s钟），关闭预热器、关闭喷油泵、鼓风机送风；间断20s后，判断异常情况是否消失，若异常情况消失，则重新起动点火燃烧程序。水蒸气压力超限情况由水蒸气压力开关提供（常开触头），水位上限和水位下限由水位开关提供（常开触头）。（5）锅炉水位控制过程：锅炉起动后，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。5.3 软件系统设计根据系统的控制要求编制梯形图如图5-1所示。图5-1 燃油锅炉控制装置梯形图结论可编程序控制器具有控制能力强、操作方便灵活、可靠性高等特点，在燃油锅炉自动化控制过程中，显示出较大的优越性。他不仅可以取代传统的继电接触控制系统，还可以构成复杂的控制网络。利用OMRON CPM1A-20CDR-A型PLC实现对燃油锅炉控制装置的设计，能实现对锅炉的全自动控制，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。该系统具有操作简单、运行稳定、故障少、安全，改变了人工操作的麻烦，降低了劳动强度，提高了工作效率等优点。致谢本设计是在韦老师的精心指导下完成的。在论文的选题、查阅资料、模式排版等上面都给予了耐心细致的解说。在论文写作期间，韦老师对我的论文做过分析指导和修改，对其进展、结果分析、讨论及相关理论的传授让我们受益非浅，不但对已学的知识充分的应用，并通过大量的资料查询，了解了单片机和水位控制的应一步的认识。同时，王老师渊博的知识、严谨求实、精益求精的治学态度，对学生体贴、照用，对自动化专业有了更进顾无私的博爱让我深深感动！ 同时，在