基于PLC的水暖锅炉控制系统改造设计毕业论文

1、基于PLC的水暖锅炉控制系统改造设计毕业论文 河南科技学院 200届本科毕业论文设计 论文题目：基于PLC的水暖锅炉控制系统 改造设计 学生姓名： 所在院系： 机电学院 所学专业： 导师姓名： 完成时间：200年 月 日 The design of heating boiler auto control reformation system based on PLC technology Abstract In this Paper,a heating boiler control system based on PLC and variable frequency Speed-regulat

2、ing technology is designed. The control system is made up of PLC,transducers,electromotor units of Pumps and fans, sensors, etc. It can control electromotor starting,running and timing by means of transducers. The design is based on Siemens S7-200 series programmable controller as the core; on the o

3、ne hand through the console it can communicate with the PLC, to receive control commands from managers. On the other hand it communicate with the variable frequency Speed-regulating, to fulfilled such as starting and stopping pump motor control and speed settings, the operator at console can find ou

4、t at the scene of the operation of each boiler to fans, pumps and other motor control to start and stop. at any time. Key words：boiler control, variable frequency Speed-regulating, PLC technology 目 录 1 绪论1 2 供暖锅炉改造设计思路1 2.1 供暖锅炉改造设计要求1 2.2 锅炉系统的结构2 2.3 整体方案选择2 3 变频调速在供暖锅炉控制中的应用3 3.1 变频调速根本原理3 3.2 变频

5、调速在供暖锅炉系统中的应用4 4 锅炉控制系统总体设计4 4.1系统功能分析4 4.2 总体设计思路5 4.3 系统结构5 5 系统硬件设计6 5.1 可编程控制器PLC的选型6 5.2 PLC配置6 5.3 I/O接线8 5.4 变频器配置8 5.5 传感器与变送器9 压力变送器工作原理10 压力变送器选型10 温度传感器选型10 6 系统构成11 6.1 补水泵控制系统11 6.2 循环泵控制系统13 6.3 燃烧控制系统14 7 PID控制原理15 8 程序设计18 8.1 主程序设计14 8.2 子程序设计14 9 结束语26 致谢26 参考文献26 1 绪论 锅炉是供热设备中最普遍的

6、动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，大多数锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，许多参数之间明显地存在着复杂的关系。对于锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以到达理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最正确控制效果。 可编程逻辑控制器 PLC 既能代替传统的继电器接触器控制系统,又具有扩展各种输入输出模块,如A/D模块、热电偶热电阻模块,构成多功能控制系统。现代PLC集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵

7、活、工作稳定。在传统工业的现代化改造中发挥着越来越重要的作用。 供暖锅炉，是连接用户极为重要的环节，其工作平安性、可靠性直接影响的平安性供热质量目前大都采用人工监控，一方面浪费人力；另一方面在出现事故隐患时操作人员难以发现，易造成设备事故。 2 供暖锅炉改造设计思路 2.1 供暖锅炉改造设计要求 1 PLC容量和性能要与任务相适应，PLC运行速度要满足实时控制的要求 2 要确定PLC的型号、需要的传感器和变频器的型号、PLC硬件接线图和梯形图 3 要有PLC的I/O接口地址分配表 4 系统具有手动/自动转换、在线监控及在现场调试、驱动电机过热保护 2.2 锅炉系统的结构 锅炉控制系统，一般由以

8、下几局部组成，即由锅炉本体、补水箱、循环水泵、补水泵等局部组成。补水箱内的水由两路提供。一路是来自用户网通过热交换形成的冷凝水。一路是来自自来水管的自来水。当回水缺乏以维持供热所需的水时。启动补水泵，用补水箱内的水，参加到锅炉。 图1 总体系统结构图 2.3 整体方案选择 以往供暖锅炉系统中带有循环泵、补水泵等水泵类的设备，通常是根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。 这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏，还加速了阀体的磨损，严重时损坏设备而影响生产。目前，风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流

9、大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。 对于如何供暖锅炉的根本功能和它存在的缺陷等问题提出两种改造方案。 第一种就是利用单片机进行控制中心的，但是由于单片机工作状态的不稳定性，抗干扰能力比较差。所以不在此处选用。 第二种就是用可编程控制器PLC进行改造，把原来的继电接触式电控系统改造为PLC控制。不仅可以消除掉它原来存在的所有缺陷，而且增加了故障检修功能，可以在发生故障的部位进行报警。 第二个方案用可编程控制器PLC对原来的继电接触式电控系统进行技术改造，改造后可以减少强电元气件数目，而且增

10、加了一些故障自诊断功能。提高了系统的稳定性，可靠性，平安性。使电气控制系统的工作更加灵活，更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。因此我们选择第二种方案。 3 变频调速在供暖锅炉控制中的应用 3.1 变频调速根本原理 目前，随着大规模集成电路和微电子技术的开展，变频调速技术已经开展为一项成熟的交流调速技术。变频调速器作为该技术的主要应用产品经过几代技术更新，己日趋完善，能够适应较为恶劣的工业生产环境，目能提供较为完善的控制功能，能满足各种生产设备异步电动机调速的要求。变频调速技术的根本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系水泵多配用交流异步电机拖动，当电机转速降低时，既可节约能量，经

11、济效益十分显著。由异步电动机的转速公式： 1 式中，异步电动机的同步转速r/min； 异步电动机转子的转速r/min； 电动机的磁极对数； 电源频率，电动机定子电压频率； 转速差； 2 由公式可见改变电动机极对数P、改变转速差S及改变电源频率f都可以改变转速。通过改变电动机工作电源频率到达改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，集电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。 实现调频调压的电路有两种：交-直-交变频器，交-交变频器见图2。上面是交-直-交变频器，下面是交-交变频器。 图2 变频器种类 1 交-直-交变频器 它是由三个环节组成：可控硅整流电路，

12、其作用是将电压、定频率的交流电路变为电压可调的直流电；可控硅逆变电路，其作用是将整流电路输出的直流电变换为频率可调的交流电；滤波环节，它在整流电路和逆变电路之间，一般是利用无电源电容或电抗器对整流后的电压或电流进行滤波。 2 交-交变频器 它是由两组反并联的整流电路组成，直接将电网的交流电通过变频电路同时调节电压和频率，变成电压和频率可调的交流电输出，交-交变频器由于直接交换，减少换流电路，减少损耗，效率高，波型好，但调速范围小，控制线路复杂，功率因数低，目前较少采用2。 3. 2 变频调速在供暖锅炉系统中的应用 由于变频调速可以实现电机无级调速，具有异步电机调压调速和串级调速无可比较的优越性，在锅炉系统中得到广泛的应用。变频调速在供热锅炉系统中主要应用在风机调