基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設計-中北大學畢設設計說明書-論文

1、目 錄1 緒論11.1 鍋爐的定義及發(fā)展現(xiàn)狀11.2 PLC控制燃油鍋爐的目的和意義41.3 PLC控制燃油鍋爐的設計內容41.4 預期實現(xiàn)的目標42 系統(tǒng)總體設計方案52.1 燃油鍋爐控制系統(tǒng)基本組成部分52.2 燃油鍋爐的工作過程52.3 燃油鍋爐工藝控制要求63 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設計83.1 PLC機型的選擇及各硬件性能指標分析83.1.1 方法1. 按以下條件選擇機型83.1.2 方法293.1.3 PLC容量估算103.2 燃油鍋爐的控制過程分析133.3 燃油鍋爐的運行流程圖設計133.4 系統(tǒng)的I/O接口以及硬件接線圖設計153.5 系統(tǒng)供電電源設計154 燃油鍋爐控制系統(tǒng)

2、的軟件設計174.1 控制系統(tǒng)各部分控制的梯形圖174.1.1 起動174.1.2 停止184.1.3 異常狀況自動關火194.1.4 鍋爐水位控制204.2 基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)總梯形圖204.3 對系統(tǒng)控制總梯形圖的分析234.4 系統(tǒng)的示警電路分析245 燃油鍋爐控制系統(tǒng)程序調試結果255.1 程序調試過程255.2 程序調試時序圖276 總 結29附錄 指令表30參 考 文 獻34致 謝351 緒論隨著科技的不斷進步，自動化技術以及電力電子技術快速提高，國內外以繼電器為基礎的自動化儀表工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)也得到發(fā)展，并且廣泛應用于實際生產過程。在上個世紀60年代前期，我國鍋爐的控制

3、系統(tǒng)開始得到迅速發(fā)展;到了60年代的中后期，我國引進了國外全自動的燃油鍋爐的控制系統(tǒng)；到了上個世紀的70年代末，我國逐漸自主研發(fā)了一些工業(yè)鍋爐的自動化儀器，同時，在工業(yè)鍋爐的控制系統(tǒng)方面也在逐步推廣應用自動化技術。PLC是采用微電腦技術制造的通用的自動控制設備，它具有高可靠性，能適應工業(yè)現(xiàn)場的高溫，沖擊震動等惡劣環(huán)境，廣泛應用于機械設備、生產流水線和生產過程的自動控制。經過長時間的發(fā)展和完善，PLC主要具有邏輯運行功能，可以代替繼電器進行開關控制、具有定時控制的功能、記數(shù)控制功能、步進控制功能，A/D、D/A轉換功能，數(shù)據處理功能，通信，聯(lián)網功能，并配置了較強的監(jiān)控功能。這些功能造就了PLC的

4、旺盛生命力。到現(xiàn)在已出現(xiàn)越來越多的新PLC產品：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系列PLC 等一系列新產品最初的工廠自動化控制主要是以繼電器回路控制占主導地位，這種控制具有體積大，耗電多，壽命短，可靠性差以及運行速度慢等缺點，而可編程序控制器具有體積小，可靠性高，耗電少等優(yōu)點，在設計中可簡化設計結構，降低成本，可實現(xiàn)數(shù)據的傳輸和監(jiān)控。由PLC組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)適用于配用各種進口以及國產燃燒器的燃油鍋爐，對鍋爐實行全自動控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測、指

5、示、報警、調節(jié)等進行控制，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。1.1 鍋爐的定義及發(fā)展現(xiàn)狀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械設備。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所。鍋爐中產生的熱水或蒸汽可直接為生產和生活提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉換為機械能，或再通過發(fā)電機將機械能轉換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產中也有少量應用。產生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，又叫蒸汽發(fā)生器，常簡稱為鍋爐，是蒸汽動力裝置的重要組成部分，多用于火電站、船舶、機車和工礦企業(yè)。鍋爐承

6、受高溫高壓，安全問題十分重要。即使是小型鍋爐，一旦發(fā)生爆炸，后果也十分嚴重。因此，對鍋爐的材料選用、設計計算、制造和檢驗等都制訂有嚴格的法規(guī)。18世紀上半葉，英國煤礦使用的蒸汽機，包括瓦特的初期蒸汽機在內，所用的蒸汽壓力等于大氣壓力。18世紀后半葉改用高于大氣壓力的蒸汽。19世紀，常用的蒸汽壓力提高到0.8兆帕左右。與此相適應，最早的蒸汽鍋爐是一個盛水的大直徑圓筒形立式鍋殼，后來改用臥式鍋殼，在鍋殼下方磚砌爐體中燒火。隨著鍋爐越做越大，為了增加受熱面積，在鍋殼中加裝火筒，在火筒前端燒火，煙氣從火筒后面出來，通過磚砌的煙道排向煙囪并對鍋殼的外部加熱，稱為火筒鍋爐。開始只裝一只火筒，稱為單火筒鍋爐

7、或康尼許鍋爐，后來加到兩個火筒，稱為雙火筒鍋爐或蘭開夏鍋爐。1830年左右，在掌握了優(yōu)質鋼管的生產和脹管技術之后出現(xiàn)了火管鍋爐。一些火管裝在鍋殼中，構成鍋爐的主要受熱面，火(煙氣)在管內流過。在鍋殼的存水線以下裝上盡量多的火管，稱為臥式外燃回火管鍋爐。它的金屬耗量較低，但需要很大的砌體。19世紀中葉，出現(xiàn)了水管鍋爐。鍋爐受熱面是鍋殼外的水管，取代了鍋殼本身和鍋殼內的火筒、火管。鍋爐的受熱面積和蒸汽壓力的增加不再受到鍋殼直徑的限制，有利于提高鍋爐蒸發(fā)量和蒸汽壓力。這種鍋爐中的圓筒形鍋殼遂改名為鍋筒，或稱為汽包。初期的水管鍋爐只用直水管，直水管鍋爐的壓力和容量都受到限制。二十世紀初期，汽輪機開始發(fā)

8、展，它要求配以容量和蒸汽參數(shù)較高的鍋爐。直水管鍋爐已不能滿足要求。隨著制造工藝和水處理技術的發(fā)展，出現(xiàn)了彎水管式鍋爐。開始是采用多鍋筒式。隨著水冷壁、過熱器和省煤器的應用，以及鍋筒內部汽、水分離元件的改進，鍋筒數(shù)目逐漸減少，既節(jié)約了金屬，又有利于提高鍋爐的壓力、溫度、容量和效率。以前的火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐都屬于自然循環(huán)鍋爐，水汽在上升、下降管路中因受熱情況不同，造成密度差而產生自然流動。在發(fā)展自然循環(huán)鍋爐的同時，從30年代開始應用直流鍋爐，40年代開始應用輔助循環(huán)鍋爐。第二次世界大戰(zhàn)以后，這兩種型式的鍋爐得到較快發(fā)展，因為當時發(fā)電機組要求高溫高壓和大容量。發(fā)展這兩種鍋爐的目的是縮小或不

9、用鍋筒，可以采用小直徑管子作受熱面，可以比較自由地布置受熱面。隨著自動控制和水處理技術的進步，它們漸趨成熟。在超臨界壓力時，直流鍋爐是唯一可以采用的一種鍋爐，70年代最大的單臺容量是27兆帕壓力配1300兆瓦發(fā)電機組。后來又發(fā)展了由輔助循環(huán)鍋爐和直流鍋爐復合而成的復合循環(huán)鍋爐。在鍋爐的發(fā)展過程中，燃料種類對爐膛和燃燒設備有很大的影響。因此，不但要求發(fā)展各種爐型來適應不同燃料的燃燒特點，而且還要提高燃燒效率以節(jié)約能源。此外，爐膛和燃燒設備的技術改進還要求盡量減少鍋爐排煙中的污染物(硫氧化物和氮氧化物)早年的鍋殼鍋爐采用固定爐排，多燃用優(yōu)質煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。直水管鍋爐出現(xiàn)后開始采用

10、機械化爐排，其中鏈條爐排得到了廣泛的應用。爐排下送風從不分段的“統(tǒng)倉風”發(fā)展成分段送風。早期爐膛低矮，燃燒效率低。后來人們認識到爐膛容積和結構在燃燒中的作用，將爐膛造高，并采用爐拱和二次風，從而提高了燃燒效率。早年制造的煤粉爐采用了U形火焰。燃燒器噴出的煤粉氣流在爐膛中先下降，再轉彎上升。后來又出現(xiàn)了前墻布置的旋流式燃燒器，火焰在爐膛中形成形火炬。隨著鍋爐容量增大，旋流式燃燒器的數(shù)目也開始增加，可以布置在兩側墻，也可以布置在前后墻。1930年左右出現(xiàn)了布置在爐膛四角且大多成切圓燃燒方式的直流燃燒器。第二次世界大戰(zhàn)后，石油價廉，許多國家開始廣泛采用燃油鍋爐。燃油鍋爐的自動化程度容易提高。70年代

11、石油提價后，許多國家又重新轉向利用煤炭資源。這時電站鍋爐的容量也越來越大，要求燃燒設備不僅能燃燒完全，著火穩(wěn)定，運行可靠，低負荷性能好，還必須減少排煙中的污染物質。在燃煤(特別是燃褐煤)的電站鍋爐中采用分級燃燒或低溫燃燒技術，即延遲煤粉與空氣的混合或在空氣中摻煙氣以減慢燃燒，或把燃燒器分散開來抑制爐溫，不但可抑制氮氧化物生成，還能減少結渣。沸騰燃燒方式屬于一種低溫燃燒，除可燃用灰分十分高的固體燃料外，還可在沸騰床中摻入石灰石用以脫硫。1.2 PLC控制燃油鍋爐的目的和意義鍋爐是一次性能源煤炭、石油、天然氣轉換成二次能源蒸汽量的重要動力設備。據有關數(shù)據統(tǒng)計，目前我國有各類工業(yè)鍋爐約25萬。每年耗

12、煤量占全國產量的1/3，同時還消耗大量的石油和天然氣。工業(yè)鍋爐是生產過程中重要的動力設備。在石油化工領域，它的主要作用是向生產裝置提供所需的合格蒸汽，其控制質量的優(yōu)劣不僅關系到鍋爐自身運行的效果，而且還將直接影響到相關裝置生產過程的穩(wěn)定性?，F(xiàn)代燃油燃燒機多為自動控制的燃燒機，一般采用工業(yè)程序控制器、火焰檢測器以及溫度傳感器等組成自動控制系統(tǒng)。燃油鍋爐隨著城市的發(fā)展而越來越多地被應用。以前使用燃煤鍋爐由于其在燃燒時產生大量的CO2和粉塵污染環(huán)境而逐漸被淘汰，相對應的用燃油鍋爐來代替燃煤鍋爐已被廣泛用于酒店、大型商場等建筑。由PLC組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)適用于配用各種進口及國產燃燒器的燃油鍋爐，對

13、鍋爐實行全自動控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測、指示、調節(jié)等進行控制。1.3 PLC控制燃油鍋爐的設計內容本設計采用可編程序控制器PLC控制燃油鍋爐的穩(wěn)定可靠運行。通過PLC的選型、檢測元件選型、低壓電器選型、電源設計完成燃油鍋爐的硬件設計部分。通過仿真軟件的模擬和調試完成燃油鍋爐的軟件設計。1.4 預期實現(xiàn)的目標實現(xiàn)燃油鍋爐的自動控制，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的控制很容易實現(xiàn)工業(yè)化。我國目前運行的很多鍋爐控制系統(tǒng)自動化水平不高、安全性低，工作效率普遍低于國家標準，因此實現(xiàn)燃油鍋爐的自動控制對能源消耗來說很重要。2 系統(tǒng)總體

14、設計方案2.1 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：燃油預熱器：鍋爐啟動前，將鍋爐燃燒用的燃油加熱到適當溫度以達到良好霧化，保證鍋爐的正常燃燒。汽包：由上下鍋筒和三簇沸水管組成，水在管內受管外煙氣加熱，在管簇內發(fā)生自然的循環(huán)流動，并逐漸汽化，產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，同時儲存水和水垢。爐膛：是使燃料充分燃燒并放出熱能的設備，由供油系統(tǒng)和油槍組成。引風設備：包括引風機，煙囪，煙道幾部分，用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排除。送風設備：由鼓風機和風道組成，用它來供應燃料燃燒所需要的空氣。燃料供給設備：包括供油管路和油槍等。燃油鍋爐控制系統(tǒng)由燃油預熱器、點火變壓器

15、、瓦斯閥、引風機、油泵、進水閥、出水閥、水位上限開關、水位下限開關、各種檢測儀表及監(jiān)控設備組成。系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示。圖2.1 燃油鍋爐系統(tǒng)原理框圖2.2 燃油鍋爐的工作過程鍋爐工作時燃料在爐膛內進行燃燒，將其化學能轉化為熱能，高溫的燃燒產物煙氣通過汽包受熱面將熱能傳遞給汽包內溫度較低的水，水被加熱進而沸騰汽化，生成蒸汽。 燃料在燃燒時，油由油泵從儲油罐中抽出，經燃油預熱器預熱，由噴油電磁閥經噴油口打入鍋爐進行燃燒。燃燒時，鼓風機送風，噴油電磁閥噴油，點火變壓器接通（子火燃燒），瓦斯閥打開（母火燃燒），將燃油點燃。點火完畢后，關閉點火，繼續(xù)送風、噴油，使燃燒持續(xù)。2.3 燃油鍋爐工藝控制

16、要求由PLC組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)適用于配用各種進口及國產燃燒器的燃油鍋爐，對鍋爐實行全自動控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測、指示、調節(jié)等進行控制。鼓風機通風10min后，燃油經燃油預熱器預1min，由噴油泵經噴油口打入鍋爐燃燒。點火時，鼓風機送風；噴油口噴油；點火變壓器接通（子火）；瓦斯閥打開（母火）。5S后，關閉子火，繼續(xù)送風，使燃燒繼續(xù)，控制鍋爐的進出水和蒸汽壓力。燃油鍋爐系統(tǒng)工藝流程圖如圖2.2所示圖2.2 燃油鍋爐運行示意圖燃油鍋爐運行的示意圖如上所示，燃油經燃油預熱器預熱，由噴油泵經噴油口打入鍋爐進行燃燒。燃燒時，鼓風機送風；噴油口噴油；點火變壓器接通(子火燃燒)；

17、瓦斯閥打開(母火燃燒)，將燃油點燃。點火完畢，關閉子火，繼續(xù)送風、噴氣，使燃燒持續(xù)。鍋爐的進水和排水分別由進水閥和排水閥來執(zhí)行。上、下水位分別由上限、下限水位開關來檢測。蒸汽壓力由蒸汽壓力開關來檢測。3 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設計3.1 PLC機型的選擇及各硬件性能指標分析通常選擇PLC機型有以下幾種方法：3.1.1 方法1. 按以下條件選擇機型（）可編程序控制器的類型：可編程序控制器按結構可分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場和控制室安裝兩類；按CPU的字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入/輸出點數(shù)類型。可按表3.1的控制功能或輸入

18、輸出點數(shù)選擇可編程序控制器的類型。類型總點數(shù)信號類型程序容量結構類型超小型小型中型大型超大型6412851210241024開關量開關量開關量、模擬量有特殊單元功能強整體型整體型模塊型模塊型模塊型表3.1根據控制功能或輸入輸出點數(shù)選擇可編程序控制器的類型（）輸入輸出模塊的選擇：輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、適用范圍廣、壽命短、響應時間長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因素負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有

19、直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。（）電源的選擇可編程序控制器的供電電源，除了引進設備時同時引進可編程序控制器應根據產品說明書要求設計和選用外。一般可編程序控制器的供電電源的應設計選用交流電源，與國內電網電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。（）存儲器的選擇由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求可編程序控制器的存儲器容量，按個點至少存儲器選擇。（）經濟性的考慮選擇可編程序控制器時，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同時考慮應用的可擴張性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產品。3

20、.1.2 方法2目前，國內外PLC生產廠家生產的PLC品種已達幾百個，其性能各有特點，價格也不盡相同。在設計PLC控制系統(tǒng)時，要選擇最適宜PLC機型，一般應考慮下列因素：（1）系統(tǒng)的控制目標。設計PLC控制系統(tǒng)時，首要的控制目標就是：確保生產的安全可靠，能長期穩(wěn)定運行，保證產品高質量，提高生產效率，改善信息管理等。（2）PLC的硬件配置。根據系統(tǒng)的控制目標和控制類型，從眾多的PLC生產廠中初步選擇幾個具有一定知名度的公司，如SIEMENS，OMRON，A-B等，再根據被控對象的工藝要求以及I/O系統(tǒng)考慮具體配置問題。（3）I/O系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)的輸入/輸出點數(shù)的多少，是PLC系統(tǒng)設計時必須

21、知道的參數(shù)，在運行硬件配置時這個參數(shù)具有兩個含義：一個是實際的控制系統(tǒng)所需要的I/O點數(shù)，另一個是所考慮的PLC機型能夠提供的I/O點數(shù)。（5）指令系統(tǒng)。PLC的種類很多，因此它的指令系統(tǒng)是不完全相同的。可根據實際應用場合對指令系統(tǒng)提出的要求，選擇相應的PLC。從應用的角度考慮，有的場合以邏輯控制為主，有的場合需要算術運算，有的場合可能需要更先進、更復雜的控制系統(tǒng)。（6）響應速度。對于以數(shù)字量控制為主的PLC控制系統(tǒng)，PLC的響應速度都可以滿足要求，不必特殊考慮。而對于還有模擬量的PLC控制系統(tǒng)，特別是含有較多閉環(huán)控制的系統(tǒng)，必須考慮PLC的響應速度。一般從兩個方面來考慮：一是執(zhí)行指令時間；二

22、是掃描周期。 3.1.3 PLC容量估算PLC容量包括兩個方面：一是I/O點數(shù)，二是用戶存儲器的容量。I/O點數(shù)的估算。根據功能說明書，可統(tǒng)計出PLC系統(tǒng)的開關量I/O點數(shù)及模擬量I/O通道數(shù)，以及開關量和模擬量的信號類型?？紤]到在前面的設計中I/O點數(shù)可能有疏漏，并考慮到I/O端的分組情況以及隔離與接地要求，應在統(tǒng)計后得出I/O總點數(shù)的基礎上，增加10%15%的裕量?？紤]裕量后的I/O總點數(shù)即為I/O點數(shù)估算值，該估算值是PLC選型的主要技術依據，考慮到今后的調整和擴充，選定的PLC機型的I/O能力極限值必須大于I/O點數(shù)估算值。并應盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應留有30%左右的裕量。

23、存儲器容量估算。用戶應用程序占用多少內存與許多因素有關，如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結構等。因此在程序設計之前只能粗略的估算。根據經驗，每個I/O點及有關功能器件占用的內存大致如下：開關量輸入所需存儲器字數(shù)=輸入點數(shù)×10開關量輸出所需存儲器字數(shù)=輸出點數(shù)×8定時器/計數(shù)器所需存儲器字數(shù)=定時器/計數(shù)器數(shù)量×2模擬量所需存儲器字數(shù)=模擬量通道數(shù)×100通信接口所需存儲器字數(shù)=接口個數(shù)×300存儲器的總字數(shù)再加上一個備用量即為存儲器容量。例如：作為一般應用下的經驗公式是：所需存儲器容量（KB）=（11.25）×（DI

24、5;10+DO×8+AI/O×100+CP×300）/1024其中：DI為數(shù)字量總輸入點數(shù)；DO為數(shù)字量輸出總點數(shù)；AI/AO為模擬量I/O通道總數(shù)；CP為通信接口總數(shù)。根據上面的經驗公式得到的存儲器容量估算值只具有參考價值，但在明確PLC要求容量時，還應根據其他因素對其進行修正。綜合考慮上述一些選擇要求以及對PLC產品的熟悉程度，最后選擇日本三菱的FX2系列PLC作為系統(tǒng)控制的機型。FX2系列可編程序控制器是日本三菱公司繼F1、F2系列可編程序控制器之后推出的新產品。它采用整體式結構，按功能可分為基本單元、擴展單元、擴展模塊及特殊適配器等四種類型產品?；締卧?/p>

25、CPU、存儲器、輸入/輸出（I/O）、電源餓等，是一個完整的PC機，可以單獨使用。基本單元型號表示方法如下：FX2N×× M ×| | 2式中，1部分表示用兩位數(shù)表示輸入/輸出（I/O）總點數(shù)，有16、24、32、48、64和80六種；2部分用字符表示輸出類型：R表示繼電器輸出，T表示晶體管輸出，S表示雙向晶閘管輸出。PLC的主要技術性能包括編程方式、指令、存儲器、PC的元器件等，是PLC選型時主要的選擇依據。FX2N系列PLC的主要技術性能如表4.4.1所示。FX2N系列輸入類型為直流輸入，采用直流（DC24V）供電。輸出類型有繼電器、晶體管、雙向晶閘管三種輸出

26、形式。繼電器輸出可靠性高，價格低，使用電壓范圍廣，既可控制交流負載又可控制直流負載，因而使用廣泛；但因有觸點輸出，尤其在感性負載時繼電器觸點壽命較短，動作響應時間較長（10ms以下），因而不適應要求高速通斷、快速響應的工作場合。晶體管輸出是無觸點輸出，動作響應時間短（0.5ms以下），用于控制直流負載。雙向晶閘管輸出亦是無觸點輸出，動作響應時間較短，用于控制交流負載。晶體管和雙向晶閘管輸出過載、過壓能力較差，價格高，因而適應于要求快速通斷、快速響應的工作場合。由前述的燃油鍋爐示意圖及運行、控制要求可知該控制系統(tǒng)共有5個輸入（啟動X1、停止X2、蒸汽壓力X3、上限X4、下限X5），7個輸出（預熱

27、Y1、送風Y2、子火Y3、噴油Y4、母火Y5、進水閥Y6、出水閥Y7），輸入/輸出（I/O）總點數(shù)為12，考慮到控制對象系統(tǒng)有可能有所變動或擴展以及保留1015%裕量，同時該系統(tǒng)的控制要求精度不是很高和對成本的考慮，最后選擇FX2N-24MR-001機型（12個輸入點，12個輸出點）作為該系統(tǒng)的PLC機型。在鍋爐的控制要求中，蒸汽壓力，這個值的控制一般用傳感器來控制，即當系統(tǒng)壓力超過一定值時通過傳感器將非電信號轉化為電信號傳輸給控制系統(tǒng)，再由控制系統(tǒng)做相應的動作。信號有模擬量和開關量兩種形式，這里我們采用開關量信號。具體項目性能指標如表 3.2所示：項目性能指標編程方式梯形圖，步進順控指令基本

28、指令執(zhí)行時間0.74µs/步指令種類107條（基本指令20條，步進順序指令2條，功能指令85條）程序容量/存儲器類型2K步RAM（標準配置）4K步EEPROM卡盒（選配）8K步RAM、EEPROM、EPROM卡盒（選配）輸入繼電器（DC輸入）24V DC，7mA光電隔離輸出繼電器繼電器250V AC 、30V DC、2A（電阻負載）晶體管30V DC、0.5A/點雙向晶閘管242V AC、0.3A/點輔助繼電器通用型500點（M0M499）停電保持型524點（M500M1023），電池后備特殊型256點（M8000M8255）狀態(tài)元件初始化用10點（S0S9）用于初始狀態(tài)通用型490

29、點（S10S499）停電保持型400點（S500S899）報警100點（S900S999）定時器0.1s（100ms）200點（T0T99），0.13279.7S0.01s(10ms)46點（T200T245），0.01327.67S1ms（積算）4點（T246T249），0.00132.767S，電池后備100ms（積算）6點（T250T255），0.13276.7S，電池后備計數(shù)器通用加數(shù)器100點（C0C99），132767S，電池后備停電保持加計數(shù)器100點（C100C199），132767S，電池后備通用加減計數(shù)器20點（C200C220）停電保持加減計數(shù)器15點（C220C234）

30、電池后備高速計數(shù)器6點（C235C256）電池后備寄存器同用數(shù)據寄存器200點（D0D199）停電保持數(shù)據寄存器312點（D200D511）特殊寄存器256點（D8000D8255）變址寄存器2點（V ，Z ）文件寄存器最大2000點（D1000D2999），電池后備表 3.2 FX2系列PLC機的主要技術性能3.2 燃油鍋爐的控制過程分析用PLC控制燃油鍋爐的啟動、停止、出現(xiàn)異常情況時能暫停且異常情況消失后能自動按照起燃順序重新工作?？刂埔螅?1) 起動：該鍋爐的燃燒按一定時間間隔順序起燃。其起燃順序為：間隔10min 間隔1min       間隔5s &#

31、160; 間隔5s送風-燃油預熱 - 子火燃燒-噴油- 母火燃燒-關閉子火、預熱器、噴油泵  2) 停止：停止燃燒時，要求：                                             間隔30s停止-子火、母火、預熱器、噴油泵關閉- -送風(將廢氣、雜質吹去)-送風停止(清爐停止)3) 異常狀況自動關火：鍋爐燃燒過程中，當出現(xiàn)異

32、常狀況時(即蒸汽壓力超過允許值，或水位超過上限，或水位低于下限)，能自動關火進行清爐；異常狀況消失后，又能自動按起燃程序重新點火燃燒。即：            間隔30s   異常情況-子火、母火、預熱器、噴油關閉-送風-清爐觸發(fā)預熱器停止-重新起燃4) 鍋爐水位控制：鍋爐工作起動后，當水位低于下限時，進水閥打開，排水 閥關閉。當水位高于上限時，排水閥打開，進水閥關閉。3.3 燃油鍋爐的運行流程圖設計根據系統(tǒng)的控制要求可得運行流程圖，如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)運行流程圖3.4 系統(tǒng)的I/O接口以及硬件接線圖設計由前面所

33、述可知該系統(tǒng)有5個輸入，7個輸出，其I/O接口如表3.3輸入接口輸出接口啟動按鈕X1燃油預熱Y1停止按鈕X2鼓風機送風Y2蒸汽壓力X3點火變壓器（子火）Y3水位上限X4噴油口噴油Y4水位下限X5瓦斯閥（母火）Y5進水電磁閥Y6出水電磁閥Y7表3.3 系統(tǒng)輸入、輸出接口示意圖由上表以及所選機型FX2N-24MR-001可得該系統(tǒng)的硬件接線圖，如圖3.2所示：圖3.2 系統(tǒng)硬件接線圖3.5 系統(tǒng)供電電源設計上圖中，PLC接入了一個電源，可編程控制器CPU所需的工作電源一般都是5V直流電源，一般的編程接口和通信模板還需要5.2V和24V直流電源，這些電源可由可編程控制器本身的電源模板供給，而PLC的

34、電源模板需要外接。PLC的電源模板可能包括多種輸入電壓，有220V交流，110V交流和24V直流等。針對燃油鍋爐的實際情況，我們采用220V交流，簡單不需添加變壓器，是普通電網就能提供。系統(tǒng)供電電源設計如圖3.3所示。圖3.3 系統(tǒng)供電電路在圖中，系統(tǒng)總電源通過電源總開關接入PLC系統(tǒng)中，系統(tǒng)電源總開關實現(xiàn)整個電源系統(tǒng)的控制，交流220V電源通過電源開關接入隔離變壓器。經過隔離變壓器后，通過交流穩(wěn)壓器或UPS不間斷電源為系統(tǒng)供電。在電網電壓較穩(wěn)定的情況下也可以不用交流穩(wěn)壓器或UPS不間斷電源。通過交流穩(wěn)壓器或UPS不間斷電源為PLC的電源模板供電。4. 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的軟件設計4.1 控制系

35、統(tǒng)各部分控制的梯形圖根據系統(tǒng)的控制要求我們繪制出相應的梯形圖：4.1.1 起動該鍋爐的燃燒按一定時間間隔順序起燃。其起燃順序為：    間隔10min 間隔1min       間隔5s   間隔5s送風-燃油預熱 - 子火燃燒-噴油- 母火燃燒-關閉子火、預熱器、噴油泵根據上面的控制要求，可以繪制出相應的梯形圖，如圖4.1所示。 圖4.1 系統(tǒng)啟動梯形圖 啟動過程：按下啟動按鈕X1，鼓風機Y2開始送風并自鎖，通風10min后T0動作燃油預熱器Y1動作并自鎖，時間T1同時開始計時，60S后T1常開觸點閉合，子火Y3點燃，時間T2開始計

36、時，5S后T2觸點閉合，接通噴油口Y4開始點燃，Y4自鎖，時間T3開始計時，5S后T3觸點閉合，母火Y5點燃，同時切斷燃油預熱Y1、子火Y3和噴油泵Y4。送風Y2、瓦斯閥(母火)噴氣持續(xù)進行，啟動完成。4.1.2 停止停止燃燒時，要求：                                                間隔30s停止-子火、母火、

37、預熱器、噴油泵關閉-送風(將廢氣、雜質吹去)-送風停止(清爐停止)根據系統(tǒng)停止的控制要求，繪制出相應的梯形圖，如圖4.2所示。圖4.2 系統(tǒng)停止梯形圖 停止過程：在啟動燃燒后，即X1按下，母火Y5和送風Y2一直在進行，按下停止按鈕X2，瓦斯閥Y5被切斷（自鎖消失），同時啟動M2斷開燃油預熱Y1、子火Y3和噴油泵Y4，T4得電并開始記時；30S后切斷送風Y2，送風停止，即清爐停止。4.1.3 異常狀況自動關火鍋爐燃燒過程中，當出現(xiàn)異常狀況時(即蒸汽壓力超過允許值，或水位超過上限，或水位低于下限)，能自動關火進行清爐；異常狀況消失后，又能自動按起燃程序重新點火燃燒。即：   

38、        間隔30s   異常情況-子火、母火、預熱器、噴油關閉-送風-清爐觸發(fā)預熱器停止-重新起燃根據系統(tǒng)在異常情況下自動關火的控制要求，可以繪制出相應的梯形圖，如圖4.3所示。圖4.3 系統(tǒng)異常情況自動關火梯形圖動作過程：當蒸汽壓力超過允許值，即X3動作，或水位超過上限，即X4動作，或水位低于下限即X5動作，中間繼電器M1接通并自鎖，其常閉觸點斷開，切斷燃油預熱Y1、子火Y3和噴油泵Y4，同時M1的常開觸點閉合，時間繼電器T5開始記時（自鎖），送風也在進行中，進行清爐。30S后，T5動作，中間繼電器M1被斷開，M1常閉節(jié)點恢復閉合，由

39、T5送入一個觸發(fā)信號，使預熱Y1接通并自鎖，系統(tǒng)完成重新啟燃過程。4.1.4 鍋爐水位控制鍋爐工作起動后，當水位低于下限時，進水閥打開，排水閥關閉。當水位高于上限時，排水閥打開，進水閥關閉。根據控制要求繪制出梯形圖，如圖4.4所示。圖4.4 系統(tǒng)水位控制梯形水位控制過程：當水位低于下限時，X5動作，進水閥Y6打開，系統(tǒng)開始進水，同時由于互鎖使出水閥被斷開（關閉）；當水位高于上限時，X4動作，出水閥Y7排水，同時由于互鎖斷開進水閥Y6，即進水閥關閉，即可完成水位控制。4.2 基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)總梯形圖綜合考慮上述系統(tǒng)的控制要求（用PLC控制燃油鍋爐的啟動、停止、出現(xiàn)異常情況時能暫停且異

40、常情況消失后能自動按起燃順序重新工作）。起動：該鍋爐的燃燒按一定時間間隔順序起燃。其起燃順序為：     間隔10min 間隔1min    間隔5s   間隔5s送風-燃油預熱 - 子火燃燒-噴油- 母火燃燒-關閉子火、預熱器、噴油泵停止：停止燃燒時，要求：        間隔30s停止-子火、母火、預熱器、噴油泵關閉-送風(將廢氣、雜質吹去)-送風停止(清爐停止)異常狀況自動關火：鍋爐燃燒過程中，當出現(xiàn)異常狀況時(即蒸汽壓力超過允許值，或水位超過上限，或水位低于下限)，能自動關火進行清爐；異

41、常狀況消失后，又能自動按起燃程序重新點火燃燒。即：           間隔30s   異常情況-子火、母火、預熱器、噴油關閉-送風-清爐停止觸發(fā)預熱器-重新起燃鍋爐水位控制：鍋爐工作起動后，當水位低于下限時，進水閥打開，排水閥關閉。當水位高于上限時，排水閥打開，進水閥關閉。通過對各個步驟的控制要求（啟動、停止、異常情況和水位控制）的梯形圖的繪制，聯(lián)系各個步驟之間的相互聯(lián)系，具體考慮這些控制要求，最后得到系統(tǒng)的控制順序流圖：1、 啟動（X1）輸出：送風（Y2）、時間繼電器（T0，以下也是0.1秒級，參數(shù)6000）T0輸出：燃油預熱（Y

42、1）、時間繼電器T1（參數(shù)600）T1輸出：子火Y003、T2（參數(shù)50）T2輸出：噴油Y004、T3（參數(shù)50）T3輸出：噴油Y0052、 停止（X002）：輸出內部繼電器M2輸出：（M2常閉條件）Y001、（M2常閉條件）Y003、（M2常閉條件）Y004母火Y005注釋：關閉輸出其實在輸出點前加輸入條件（常閉開關），而停止是外部條件，所以把其變成內部繼電器，來使用它的常閉觸點。同時輸出5：間隔時間T4（參數(shù)300）：（T4常閉）Y002 3、 異常狀況輸入條件匯總：M1  蒸汽壓力輸入：X003（壓力傳感器）水位高輸入：X004（水位上限傳感器）水位低輸入：X005（

43、水位下限傳感器）X3、X4、X5輸出：M1M1控制輸出：（M1常閉）Y001、（M1常閉）Y003、（M1常閉）Y004、（M1常閉）Y005、T005（參數(shù)300）T005輸出：Y001、時間繼電器T1（參數(shù)600）4、 水位控制：水位底X005輸出：進水閥Y006 水位高X004輸出：排水閥Y007Y006、Y007互鎖通過以上的控制順序表，大致可以編寫最后的梯形圖了，其中還需考慮一部分自鎖問題。最后得到系統(tǒng)的總梯形圖如圖4.5所示。圖4.5 系統(tǒng)總控制梯形圖4.3 對系統(tǒng)控制總梯形圖的分析啟動時，按下啟動按鈕X1，鼓風機Y2開始送風并自鎖，通風10min后T0動作燃油預熱器Y1動作并自鎖

44、，時間T1同時開始計時，60S后T1常開觸點閉合，子火Y3點燃，時間T2開始計時，5S后T2觸點閉合，接通噴油口Y4開始點燃，Y4自鎖，時間T3開始計時，5S后T3觸點閉合，母火Y5點燃，同時切斷燃油預熱Y1、子火Y3和噴油泵Y4。送風Y2、瓦斯閥(母火)噴氣持續(xù)進行，啟動完成。停止時，在啟動燃燒后，即X1按下，母火Y5和送風Y2一直在進行，按下停止按鈕X2，瓦斯閥Y5被切斷（自鎖消失），同時啟動M2斷開燃油預熱Y1、子火Y3和噴油泵Y4，T4得電并開始記時；30S后切斷送風Y2，送風停止，即清爐停止。緊急情況時，當蒸汽壓力超過允許值，即X3動作，或水位超過上限，即X4動作，或水位低于下限即X

45、5動作，中間繼電器M1接通并自鎖，其常閉觸點斷開，切斷燃油預熱Y1、子火Y3和噴油泵Y4，同時M1的常開觸點閉合，時間繼電器T5開始記時（自鎖），送風也在進行中，進行清爐。30S后，T5動作，中間繼電器M1被斷開，M1常閉節(jié)點恢復閉合，由T5送入一個觸發(fā)信號，使預熱Y1接通并自鎖，系統(tǒng)完成重新啟燃過程?？刂扑粫r，當水位低于下限時，X5動作，進水閥Y6打開，系統(tǒng)開始進水，同時由于互鎖使出水閥被斷開（關閉）；當水位高于上限時，X4動作，出水閥Y7排水，同時由于互鎖斷開進水閥Y6，即進水閥關閉，水位正常后由T5關閉進出水閥門即可完成水位控制過程。4.4 系統(tǒng)的示警電路分析由于系統(tǒng)采用了不間斷電源或

46、UPS供電，只要電網穩(wěn)定，一般不需要在電源處添加報警電路。在系統(tǒng)的異常情況時（蒸汽壓力超過允許值或水位超過上限或水位低于下限）需要有一個示警電路來顯示，只要在相應的電路開關路線上加一個發(fā)光二極管就可以了。一旦其中任何一個異常情況發(fā)生，即其開關開始閉合，發(fā)光二極管接通發(fā)光，顯示是什么超標。對于電路短路問題，只要在總電源處加保險絲就可以了，系統(tǒng)結構不是很復雜。上述步驟基本完成了用指令表設計燃油鍋爐的PLC控制程序，如果要設計出實物，只需要按I/O接線圖和電源供給圖安裝，再輸入控制梯形圖指令即可完成。5 燃油鍋爐控制系統(tǒng)程序調試結果5.1 程序調試過程 基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)程序調試過程如圖5.1、圖5.2、圖5.3、圖5.4所示圖5.1 打開工程過程圖圖5.2 PLC診斷過程圖圖5.3 軟元件測試過程圖圖5.4 程序運行過程圖5.2 程序調試時序