基于PLC的燃油設(shè)計(jì)

1、電氣控制與PLC技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文題目 plc在燃油鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 系 別 信息與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 班 級(jí) 12電本2班 學(xué) 號(hào) 201201902245 學(xué)生姓名 謝廣鳳 指導(dǎo)教師（簽名） 完成時(shí)間 2015 年 6 月 27 日課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表評(píng)價(jià)內(nèi)容標(biāo) 準(zhǔn)分值得分1選題能體現(xiàn)課程的培養(yǎng)目標(biāo)，難度和工作量較大，有較強(qiáng)的創(chuàng)新性。102設(shè)計(jì)圓滿完成課程設(shè)計(jì)中各項(xiàng)要求，設(shè)計(jì)書(shū)設(shè)計(jì)科學(xué)、先進(jìn)，計(jì)算準(zhǔn)確；圖、表繪制及技術(shù)要求符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。有較大創(chuàng)新和較大實(shí)用價(jià)值；立論正確，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)結(jié)論明確。設(shè)計(jì)書(shū)中分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)正確、嚴(yán)密，對(duì)專業(yè)知識(shí)綜合訓(xùn)練程度高，課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫規(guī)范。6

2、03陳述回答問(wèn)題有理有據(jù)，體現(xiàn)出較寬泛的知識(shí)面，思維敏捷、邏輯性強(qiáng)。陳述清晰、正確、邏輯性強(qiáng)，基本概念清楚，語(yǔ)言流暢、精煉。204表現(xiàn)在整個(gè)課程設(shè)計(jì)階段能夠獨(dú)立分析并解決問(wèn)題，完成相關(guān)部分的設(shè)計(jì)。10總 評(píng)0摘 要隨著科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)以及電力電子技術(shù)快速提高，國(guó)內(nèi)外以繼電器為基礎(chǔ)的自動(dòng)化儀表工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)也得到發(fā)展，并且廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程。在上個(gè)世紀(jì)60年代前期，我國(guó)鍋爐的控制系統(tǒng)開(kāi)始得到迅速發(fā)展;到了60年代的中后期，我國(guó)引進(jìn)了國(guó)外全自動(dòng)的燃油鍋爐的控制系統(tǒng)；到了上個(gè)世紀(jì)的70年代末，我國(guó)逐漸自主研發(fā)了一些工業(yè)鍋爐的自動(dòng)化儀器，同時(shí)，在工業(yè)鍋爐的控制系統(tǒng)方面也在逐步推廣應(yīng)用自

3、動(dòng)化技術(shù)。PLC是采用微電腦技術(shù)制造的通用的自動(dòng)控制設(shè)備，它具有高可靠性，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫，沖擊震動(dòng)等惡劣環(huán)境，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和完善，PLC主要具有邏輯運(yùn)行功能，可以代替繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制、具有定時(shí)控制的功能、記數(shù)控制功能、步進(jìn)控制功能，A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)處理功能，通信，聯(lián)網(wǎng)功能，并配置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。這些功能造就了PLC的旺盛生命力。到現(xiàn)在已出現(xiàn)越來(lái)越多的新PLC產(chǎn)品：如三菱FX2N系列PLC、三菱FX2NC系列PLC、三菱FX1N系列PLC、松下FP2松下電工可編程控制器(PLC)、三菱A/Q系列PLC、橫河FA-MA系

4、列PLC 等一系列新產(chǎn)品 最初的工廠自動(dòng)化控制主要是以繼電器回路控制占主導(dǎo)地位，這種控制具有體積大，耗電多，壽命短，可靠性差以及運(yùn)行速度慢等缺點(diǎn)，而可編程序控制器具有體積小，可靠性高，耗電少等優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，降低成本，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和監(jiān)控。 由PLC組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)適用于配用各種進(jìn)口以及國(guó)產(chǎn)燃燒器的燃油鍋爐，對(duì)鍋爐實(shí)行全自動(dòng)控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測(cè)、指示、報(bào)警、調(diào)節(jié)等進(jìn)行控制，具有效率高、節(jié)約能源、高可靠性的安全系統(tǒng)，符合環(huán)保要求，完善的智能控制等優(yōu)點(diǎn)。目 錄前言4第一章 應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)51.1PLC控制燃油鍋爐的設(shè)計(jì)內(nèi)容 51.2系

5、統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 51.3控制要求5第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)6 2.1 PLC機(jī)型的選擇62.2 I/O設(shè)備及I/O編號(hào)的分配6第三章 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)73.1 根據(jù)系統(tǒng)要求可以設(shè)計(jì)出梯形圖 73.2 梯形圖的設(shè)計(jì)及過(guò)程分析8總結(jié)10參考文獻(xiàn)10 前言鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能，把水加熱成為熱水或蒸汽的機(jī)械設(shè)備。鍋爐包括鍋和爐兩大部分，鍋的原義是指在火上加熱的盛水容器，爐是指燃燒燃料的場(chǎng)所。 鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為生產(chǎn)和生活提供所需要的熱能，也可通過(guò)蒸汽動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或再通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產(chǎn)中也有少量應(yīng)用。產(chǎn)

6、生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，又叫蒸汽發(fā)生器，常簡(jiǎn)稱為鍋爐，是蒸汽動(dòng)力裝置的重要組成部分，多用于火電站、船舶、機(jī)車和工礦企業(yè)。 鍋爐承受高溫高壓，安全問(wèn)題十分重要。即使是小型鍋爐，一旦發(fā)生爆炸，后果也十分嚴(yán)重。因此，對(duì)鍋爐的材料選用、設(shè)計(jì)計(jì)算、制造和檢驗(yàn)等都制訂有嚴(yán)格的法規(guī)。 18世紀(jì)上半葉，英國(guó)煤礦使用的蒸汽機(jī)，包括瓦特的初期蒸汽機(jī)在內(nèi)，所用的蒸汽壓力等于大氣壓力。18世紀(jì)后半葉改用高于大氣壓力的蒸汽。19世紀(jì)，常用的蒸汽壓力提高到0.8兆帕左右。與此相適應(yīng)，最早的蒸汽鍋爐是一個(gè)盛水的大直徑圓筒形立式鍋殼，后來(lái)改用臥式鍋殼，在鍋殼下方磚砌爐體中燒火。PLC控制燃油鍋爐的目的和意義 鍋爐是一次性能

7、源煤炭、石油、天然氣轉(zhuǎn)換成二次能源蒸汽量的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)有各類工業(yè)鍋爐約25萬(wàn)。每年耗煤量占全國(guó)產(chǎn)量的1/3，同時(shí)還消耗大量的石油和天然氣。工業(yè)鍋爐是生產(chǎn)過(guò)程中重要的動(dòng)力設(shè)備。在石油化工領(lǐng)域，g它的主要作用是向生產(chǎn)裝置提供所需的合格蒸汽，其控制質(zhì)量的優(yōu)劣不僅關(guān)系到鍋爐自身運(yùn)行的效果，而且還將直接影響到相關(guān)裝置生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性?，F(xiàn)代燃油燃燒機(jī)多為自動(dòng)控制的燃燒機(jī)，一般采用工業(yè)程序控制器、火焰檢測(cè)器以及溫度傳感器等組成自動(dòng)控制系統(tǒng)。 燃油鍋爐隨著城市的發(fā)展而越來(lái)越多地被應(yīng)用。以前使用燃煤鍋爐由于其在燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的CO2和粉塵污染環(huán)境而逐漸被淘汰，相對(duì)應(yīng)的用燃油鍋爐來(lái)代替燃

8、煤鍋爐已被廣泛用于酒店、大型商場(chǎng)等建筑。由PLC組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)適用于配用各種進(jìn)口及國(guó)產(chǎn)燃燒器的燃油鍋爐，對(duì)鍋爐實(shí)行全自動(dòng)控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測(cè)、指示、調(diào)節(jié)等進(jìn)行控制。 第一章 應(yīng)用plc實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1PLC控制燃油鍋爐的設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)采用可編程序控制器PLC控制燃油鍋爐的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。通過(guò)PLC的選型、檢測(cè)元件選型、低壓電器選型、電源設(shè)計(jì)完成燃油鍋爐的硬件設(shè)計(jì)部分。通過(guò)仿真軟件的模擬和調(diào)試完成燃油鍋爐的軟件設(shè)計(jì)。預(yù)期實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)燃油鍋爐的自動(dòng)控制，不但能很好的控制鍋爐的水位和蒸汽壓力等參數(shù)，還能很方便的加水和排水，基于PLC的控制很容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化

9、。我國(guó)目前運(yùn)行的很多鍋爐控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平不高、安全性低，工作效率普遍低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此實(shí)現(xiàn)燃油鍋爐的自動(dòng)控制對(duì)能源消耗來(lái)說(shuō)很重要。 1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 燃油鍋爐控制系統(tǒng)基本組成部分 燃油鍋爐主要組成部分： （ 1）燃油預(yù)熱器：鍋爐啟動(dòng)前，將鍋爐燃燒用的燃油加熱到適當(dāng)溫度以達(dá)到良好霧化，保證鍋爐的正常燃燒。 （2） 汽包：由上下鍋筒和三簇沸水管組成，水在管內(nèi)受管外煙氣加熱，在管簇內(nèi)發(fā)生自然的循環(huán)流動(dòng)，并逐漸汽化，產(chǎn)生的飽和蒸汽聚集在上鍋筒里邊。下鍋筒作為連接沸水管之用，同時(shí)儲(chǔ)存水和水垢。 （3） 爐膛：是使燃料充分燃燒并放出熱能的設(shè)備，由供油系統(tǒng)和油槍組成。（4） 引風(fēng)設(shè)備：包括引風(fēng)機(jī)，

10、煙囪，煙道幾部分，用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排除。（5） 送風(fēng)設(shè)備：由鼓風(fēng)機(jī)和風(fēng)道組成，用它來(lái)供應(yīng)燃料燃燒所需要的空氣。（6） 燃料供給設(shè)備：包括供油管路和油槍等。 燃油鍋爐控制系統(tǒng)由燃油預(yù)熱器、點(diǎn)火變壓器、瓦斯閥、引風(fēng)機(jī)、油泵、進(jìn)水閥、出水閥、水位上限開(kāi)關(guān)、水位下限開(kāi)關(guān)、各種檢測(cè)儀表及監(jiān)控設(shè)備組成。1.3 控制要求1) 起動(dòng)：該鍋爐的燃燒按一定時(shí)間間隔順序起燃。其起燃順序?yàn)椋?間隔10s 間隔10s 間隔5s 間隔5s 送風(fēng)-燃油預(yù)熱 - 子火燃燒-噴油- 母火燃燒-關(guān)閉子火、預(yù)熱器、噴油泵2) 停止：停止時(shí)，要求：停止-子火、母火、預(yù)熱器、噴油泵關(guān)閉- -送風(fēng)(將廢氣、雜質(zhì)吹去)-送風(fēng)停止(清

11、爐停止) 3）異常狀況自動(dòng)關(guān)火：鍋爐燃燒過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時(shí)(即蒸汽壓力超過(guò)允許值，或水位超過(guò)上限，或水位低于下限)，能自動(dòng)關(guān)火進(jìn)行清爐；異常狀況消失后，又能自動(dòng)按起燃程序重新點(diǎn)火燃燒。 間隔10 s。 即：異常情況-子火、母火、預(yù)熱器、噴油關(guān)閉-送風(fēng)-清爐 觸發(fā)預(yù)熱器 停止-重新起燃 4) 鍋爐水位控制：鍋爐工作起動(dòng)后，當(dāng)水位低于下限時(shí)，進(jìn)水閥打開(kāi)，排水 閥關(guān)閉。當(dāng)水位高于上限時(shí)，排水閥打開(kāi)，進(jìn)水閥關(guān)閉。燃油鍋爐系統(tǒng)工藝流程圖如圖（1）所示 （圖1）燃油鍋爐運(yùn)行的示意圖如上所示，燃油經(jīng)燃油預(yù)熱器預(yù)熱，由噴油泵經(jīng)噴油口打入鍋爐進(jìn)行燃燒。燃燒時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)；噴油口噴油；點(diǎn)火變壓器接通(子火燃

12、燒)；瓦斯閥打開(kāi)(母火燃燒)，將燃油點(diǎn)燃。點(diǎn)火完畢，關(guān)閉子火，繼續(xù)送風(fēng)、噴氣，使燃燒持續(xù)。鍋爐的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水閥和排水閥來(lái)執(zhí)行。上、下水位分別由上限、下限水位開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)。蒸汽壓力由蒸汽壓力開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)。 第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2.1 PLC機(jī)型的選擇由前述的燃油鍋爐示意圖及運(yùn)行、控制要求可知該控制系統(tǒng)共有5個(gè)輸入（啟動(dòng)X1、停止X2、蒸汽壓力X3、上限X4、下限X5），7個(gè)輸出（預(yù)熱Y1、送風(fēng)Y2、子火Y3、噴油Y4、母火Y5、進(jìn)水閥Y6、出水閥Y7），輸入/輸出（I/O）總點(diǎn)數(shù)為12，考慮到控制對(duì)象系統(tǒng)有可能有所變動(dòng)或擴(kuò)展以及保留1015%裕量，同時(shí)該系統(tǒng)的控制要求精度不是很高和對(duì)成本

13、的考慮，最后選擇FX1N-24MR-001機(jī)型（12個(gè)輸入點(diǎn)，12個(gè)輸出點(diǎn)）作為該系統(tǒng)的PLC機(jī)型.2.2 系統(tǒng)的I/O接口以及硬件接線圖設(shè)計(jì) 由前面所述可知該系統(tǒng)有5個(gè)輸入，7個(gè)輸出，其I/O接口如表2所視。 (表2)由上表以及所選機(jī)型FX1N-40MR-001可得該系統(tǒng)的硬件接線圖，如圖3所示 （ 圖3）第三章 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 3.1 根據(jù)系統(tǒng)要求可以設(shè)計(jì)出梯形圖 要求如下：1) 起動(dòng)：該鍋爐的燃燒按一定時(shí)間間隔順序起燃。其起燃順序?yàn)椋?間隔10s 間隔10s 間隔5s 間隔5s 送風(fēng)-燃油預(yù)熱 - 子火燃燒-噴油- 母火燃燒-關(guān)閉子火、預(yù)熱器、噴油泵2) 停止：停止時(shí)，要求：

14、停止-子火、母火、預(yù)熱器、噴油泵關(guān)閉- -送風(fēng)(將廢氣、雜質(zhì)吹去)-送風(fēng)停止(清爐停止) 3）異常狀況自動(dòng)關(guān)火：鍋爐燃燒過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時(shí)(即蒸汽壓力超過(guò)允許值，或水位超過(guò)上限，或水位低于下限)，能自動(dòng)關(guān)火進(jìn)行清爐；異常狀況消失后，又能自動(dòng)按起燃程序重新點(diǎn)火燃燒。 間隔10 s。 即：異常情況-子火、母火、預(yù)熱器、噴油關(guān)閉-送風(fēng)-清爐 觸發(fā)預(yù)熱器 停止-重新起燃 4) 鍋爐水位控制：鍋爐工作起動(dòng)后，當(dāng)水位低于下限時(shí)，進(jìn)水閥打開(kāi)，排水 閥關(guān)閉。當(dāng)水位高于上限時(shí)，排水閥打開(kāi)，進(jìn)水閥關(guān)閉。用PLC控制燃油鍋爐的啟動(dòng)、停止、出現(xiàn)異常情況時(shí)能暫停且異常情況消失后能自動(dòng)按起燃順序重新工作，3.2 梯

15、形圖的設(shè)計(jì)及分析梯形如圖（4）所示 圖（4）對(duì)系統(tǒng)控制總梯形圖的分析 ： 啟動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕X1，鼓風(fēng)機(jī)Y2開(kāi)始送風(fēng)并自鎖，通風(fēng)10min后T0動(dòng)作燃油預(yù)熱器Y1動(dòng)作并自鎖，時(shí)間T1同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，60S后T1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，子火Y3點(diǎn)燃，時(shí)間T2開(kāi)始計(jì)時(shí)，5S后T2觸點(diǎn)閉合，接通噴油口Y4開(kāi)始點(diǎn)燃，Y4自鎖，時(shí)間T3開(kāi)始計(jì)時(shí)，5S后T3觸點(diǎn)閉合，母火Y5點(diǎn)燃，同時(shí)切斷燃油預(yù)熱Y1、子火Y3和噴油泵Y4。送風(fēng)Y2、瓦斯閥(母火)噴氣持續(xù)進(jìn)行，啟動(dòng)完成。 停止時(shí)，在啟動(dòng)燃燒后，即X1按下，母火Y5和送風(fēng)Y2一直在進(jìn)行，按下停止按鈕X2，瓦斯閥Y5被切斷（自鎖消失），同時(shí)啟動(dòng)M2斷開(kāi)燃油預(yù)熱Y1、子

16、火Y3和噴油泵Y4，T4得電并開(kāi)始記時(shí)；30S后切斷送風(fēng)Y2，送風(fēng)停止，即清爐停止。 緊急情況時(shí)，當(dāng)蒸汽壓力超過(guò)允許值，即X3動(dòng)作，或水位超過(guò)上限，即X4動(dòng)作，或水位低于下限即X5動(dòng)作，中間繼電器M1接通并自鎖，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷燃油預(yù)熱Y1、子火Y3和噴油泵Y4，同時(shí)M1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，時(shí)間繼電器T5開(kāi)始記時(shí)（自鎖），送風(fēng)也在進(jìn)行中，進(jìn)行清爐。30S后，T5動(dòng)作，中間繼電器M1被斷開(kāi)，M1常閉節(jié)點(diǎn)恢復(fù)閉合，由T5送入一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，使預(yù)熱Y1接通并自鎖，系統(tǒng)完成重新啟燃過(guò)程。 控制水位時(shí)，當(dāng)水位低于下限時(shí)，X5動(dòng)作，進(jìn)水閥Y6打開(kāi)，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)水，同時(shí)由于互鎖使出水閥被斷開(kāi)（關(guān)閉）；當(dāng)水位高于

17、上限時(shí)，X4動(dòng)作，出水閥Y7排水，同時(shí)由于互鎖斷開(kāi)進(jìn)水閥Y6，即進(jìn)水閥關(guān)閉，水位正常后由T5關(guān)閉進(jìn)出水閥門即可完成水位控制過(guò)程。 總 結(jié) 這個(gè)設(shè)計(jì)是基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在研究課題和設(shè)計(jì)任務(wù)中首先要解決的是PLC機(jī)型的選擇，這個(gè)任務(wù)需要去翻閱相關(guān)的書(shū)籍和網(wǎng)上查找一些新信息，翻閱和查找增加了許多新知識(shí)，包括一些PLC新產(chǎn)品等。而在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，不但對(duì)原有多學(xué)的知識(shí)要懂，需要一定的基礎(chǔ)，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，讓我懂得了一些關(guān)于PLC選型，硬件電路設(shè)計(jì)，三菱編程仿真軟件的使用等。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，既鞏固原有的PLC知識(shí)，又增加一些新知識(shí)。 通過(guò)對(duì)基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使我懂得了 1. PLC的發(fā)展，既是企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，也是現(xiàn)代工廠對(duì)控制系統(tǒng)精度要求越來(lái)越高的結(jié)果。PLC越來(lái)越多的應(yīng)用于城市和工廠。PLC應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，學(xué)習(xí)PLC知識(shí)，更新PLC知識(shí)，對(duì)自己的發(fā)展也有好處。 2.通過(guò)PLC在燃油鍋爐上的使用，一方面，可減少成本，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的控制。利用PLC編程簡(jiǎn)單和數(shù)據(jù)格式簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，采用PLC的輸出接口，配上相應(yīng)的顯示儀表，投資少，方便快捷。另一方面，通過(guò)對(duì)PLC在燃油鍋爐的應(yīng)用，可以看出PLC的功能強(qiáng)大，在很多地方都有用武之地。 課程設(shè)計(jì)，