燃氣鍋爐溫度的PLC控制系統(tǒng)

1、畢業(yè)論文題目：燃氣鍋爐的PLC控制系統(tǒng)學生姓名： TOC o 1-5 h z 系別:專業(yè)班級:指導(dǎo)教師:o年五月摘要燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)根據(jù)實際供暖中負荷多變的特點，采用先進 的變頻技術(shù)和模糊控制技術(shù)專門進行研發(fā)的，其主要功能是改變鍋爐的燃氣量，使鍋 爐節(jié)能運行。該系統(tǒng)對提高燃料利用率有明顯效果。目前，人們對環(huán)境保護的意識越 來越高，改變供暖的燃料品種，燃燒清潔燃料,是降低空氣污染的有效措施。近幾年來, 我國城市燃氣結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，西氣東輸、西電東運等工程的實施,更為燃氣鍋爐 PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用起到了至關(guān)重要的推動作用。關(guān)鍵詞：PLC；燃氣鍋爐；控制系統(tǒng)目錄 TOC o 1-

2、5 h z HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 一、PLC的由來1（二）PLC的基本概念-PLC的定義及燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)的特點.1 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 二、燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)的程序概述2 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document （一）燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document （二）、燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)中的各種模擬量的內(nèi)存配置 3 HYP

3、ERLINK l bookmark44 o Current Document （三）、燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng) 4 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document （1）鍋爐的控制程序 4 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document （2）燃氣鍋爐控制的應(yīng)用 5 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document （3）汽壓調(diào)節(jié)工作的應(yīng)用 5 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 三、應(yīng)用前景預(yù)測6 HYPERLINK l bookmark

4、65 o Current Document 四、總結(jié)6 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 參考文獻8 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 謝辭9一、PLC的由來(-)PLC技術(shù)系統(tǒng)的由來可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè) 控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù) 的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控

5、制的范圍，因此，今天這種裝置稱 作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的 簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。(二)PLC的基本概念-PLC的定義及燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng) 的特點燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)特點：本系統(tǒng)根據(jù)實際供暖中負荷多變的特點，采用 先進的變頻技術(shù)和模糊控制技術(shù)，改變鍋爐的燃氣量，使鍋爐節(jié)能運行。該系統(tǒng)對提 高燃料利用率有明顯效果，同時兼顧安全性和穩(wěn)定性：高可操控性：首先所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外 電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；其次各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時 間常數(shù)一般為1020

6、ms ；第三各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；第四采用 性能優(yōu)良的開關(guān)電源。第五對采用的器件進行嚴格的篩選；第六良好的自診斷功能， 一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大； 第七大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可*性 更進一步提高。豐富的I/O接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān) 量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè) 現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈; 控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口

7、模塊；為 了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。（3）采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外， 絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用 模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需 要自行組合。（4）編程簡單易學PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對 使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理 解和掌握。（5）安裝簡單，維修方便不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。 使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接

8、，即可投入運行。各種模 塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊 化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢 復(fù)運行。二、燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)的程序概述（一）燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一個鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)主要包含一下幾個部分：設(shè)備狀態(tài)的采集；系統(tǒng)狀態(tài)的采集; 鍋爐和各種執(zhí)行機構(gòu)的控制。設(shè)備狀態(tài)的采集主要是鍋爐輸出的狀態(tài)點，循環(huán)泵和補水泵給出的狀態(tài)點，以 及水箱等其他設(shè)備的狀態(tài)點。鍋爐輸出的狀態(tài)點主要包括鍋爐的運行狀態(tài)點、鍋爐 故障狀態(tài)點、鍋爐出水溫度、鍋爐回水溫度、鍋爐排煙溫度；循環(huán)泵和補水泵以及 輔助其工作的變頻設(shè)備的狀態(tài)

9、點一般是由水泵控制柜或變頻控制柜中集中取出的。 水箱的液位狀態(tài)一般直接送到PLC控制柜。系統(tǒng)狀態(tài)的采集根據(jù)鍋爐系統(tǒng)的不同有差別。一般來講，目前設(shè)計的系統(tǒng)主要 分為一次側(cè)與二次側(cè)。一次側(cè)的是鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)，二次側(cè)水循環(huán)系統(tǒng)常用的換熱 器有兩種一種是板式換熱器，另一種是容積式換熱器。一次側(cè)采集的狀態(tài)包括一次 側(cè)供水溫度、一次側(cè)回水溫度、一次側(cè)供水壓力、一次側(cè)回水壓力；二次側(cè)采集的 狀態(tài)包括二次側(cè)供水溫度、二次側(cè)回水溫度、二次側(cè)供水壓力、二次側(cè)回水壓力； 如果需要根據(jù)室外溫度實現(xiàn)鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的自動控制那么還需要增加室外溫度的采 集。鍋爐和各種執(zhí)行機構(gòu)的控制主要是對鍋爐本體的啟停控制和各種電動閥門的控

10、 制。這里所說的對鍋爐本體的啟停控制主要是通過鍋爐自身的控制器提供的控制點 控制鍋爐。鍋爐本體自帶的控制器這里暫不介紹。鍋爐提供的控制點是開關(guān)量控制 點，一般是常開點。根據(jù)影響鍋爐運行的狀態(tài)點的組合條件，給出允許鍋爐啟動信 號。簡單的說就是需要什么樣的條件鍋爐才能啟動或停止。閥門的控制有兩種方式， 一種是開關(guān)量控制閥門打開與關(guān)閉，另一種是模擬量輸出控制閥門打開與關(guān)閉。（二）、燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)中的各種模擬量的內(nèi)存配置我們的鍋爐系統(tǒng)中存在大量的模擬量信號，這些信號一般來說輸入都是由模擬 量采集模塊將連續(xù)的變化量（大部分為4-20mA的電流信號，0-5V或010V的電 壓信號）轉(zhuǎn)換離散的數(shù)

11、字量，存儲到PLC內(nèi)存里的；輸出是由模擬量輸出模塊將我 們要輸出的存儲在內(nèi)存中的數(shù)字離散信號轉(zhuǎn)換為電壓信號或者電流信號。無論是內(nèi) 存中采集上來的數(shù)值還是我們輸出的數(shù)值都不是我們得到的理想的數(shù)值，還需要轉(zhuǎn) 換程序?qū)⑦@些量轉(zhuǎn)換成可讀懂的數(shù)據(jù)。鍋爐控制系統(tǒng)中的模擬量輸入值主要是：鍋爐出水溫度、鍋爐回水溫度、鍋爐 排煙溫度、鍋爐出水壓力、鍋爐回水壓力、一次供水壓力、一次回水壓力、一次供 水溫度、一次回水溫度、采暖供水溫度、采暖回水溫度、采暖供水壓力、采暖回水 壓力、生活供水溫度、生活回水溫度、生活供水壓力、生活回水壓力、水流量、供 熱量、閥門開度、室外溫度、變頻器頻率等等。當然，這些數(shù)據(jù)種類根據(jù)設(shè)計院

12、設(shè) 計的不同，所需要采集的數(shù)據(jù)種類也不同。鍋爐控制系統(tǒng)中的模擬量輸出值主要是：各中需要模擬量控制的閥門開啟值和 變頻器的給定頻率?？紤]到這些模擬量經(jīng)過程序轉(zhuǎn)換之后一般為實數(shù)類型（REAL）的數(shù)值，所以每個 數(shù)值存儲到內(nèi)存后所占用的內(nèi)存空間為4個字節(jié)，即32位的數(shù)值。那么我們可以這 樣標準化采集量。因為一個PLC控制鍋爐臺數(shù)的上限是10臺，所以總供需要200 個字節(jié)。于是我們把VB100-VB299的內(nèi)存段分配給與鍋爐相關(guān)的采集值。（三）、燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)鍋爐控制程序也是控制系統(tǒng)的核心部分。鍋爐控制程序的目的是保障鍋爐的 正常工作，故障時立即報警，并準確判斷報警位置，為鍋爐操作人員提供

13、最大的方 便。一般來講鍋爐控制系統(tǒng)目前主要分為兩種方式：自動控制與手動控制。手動控 制是最基本的控制功能，在這里就不再敘述，而熟悉自動控制系統(tǒng)的方式與方法對 我們?nèi)粘９芾砗缅仩t的自安全和穩(wěn)定有非常大的幫助。（1）鍋爐的控制程序鍋爐的控制程序重要為控制啟動程序和停止程序，需要控制的設(shè)備主要有鍋爐 燃燒機、鍋爐碟閥、變頻器、三通調(diào)節(jié)閥等等。鍋爐燃燒機控制鍋爐的啟動和停止， 鍋爐碟閥控制鍋爐水循環(huán)的通斷，通過變頻器可以控制泵的運轉(zhuǎn)實現(xiàn)系統(tǒng)水流的循 環(huán)，三通閥的設(shè)置主要是為了節(jié)能的需要，可以調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的熱量分配。a.鍋爐 的啟動前需要燃氣閥開、鍋爐碟閥開、燃燒機無故障、循環(huán)水泵無故障并且運行等 必要

14、的前提條件。只能在所有條件都滿足的條件下才能從PLC給燃燒機輸出允許鍋 爐啟動的信號。這個條件無論是自動控制還是手動控制都需要給到鍋爐燃燒機才能 啟動鍋爐。b、鍋爐啟動的程序。判斷是否有啟動信號，是何種啟動信號（自動啟動 /手動啟動），通過判斷鍋爐碟閥是否打開，也就是說鍋爐本體是否能夠形成水循環(huán)。 這樣做的目的是處于安全的考慮，如果鍋爐本體水流不能循環(huán)會發(fā)生危險。鍋爐閥 沒有打開，那么鍋爐啟動前提條件必不滿足，鍋爐允許啟動信號不滿足導(dǎo)致鍋爐不 能啟動。待鍋爐碟閥打開后啟動條件滿足，啟動程序輸出啟動信號。需要注意的一 點是自動啟動和手動啟動信號的互鎖，即選擇自動控制時復(fù)位手動啟動信號，選擇 手動

15、控制時，復(fù)位自動啟動信號。c、鍋爐停止的程序。鍋爐停止是相對于鍋爐啟動 的一個逆向過程。只要將鍋爐啟動程序逆向操作即可完成鍋爐的停止操作。（2）燃氣鍋爐控制的應(yīng)用按下啟動開關(guān)，引風機便開始動作，待引風機電流正常后，送風機隨之動作， 進行前吹掃。若無其他異常變化，點火系統(tǒng)的閥門打開將點火所需燃料供給噴嘴； 噴嘴燃燒控制閥打開，此時應(yīng)處于低流量燃燒狀態(tài)，火焰檢測器依據(jù)燃燒情況，發(fā) 出檢測信號來加大燃料流量調(diào)節(jié)閥及風機風門開度；燃燒狀態(tài)正常后，點火系統(tǒng)閥 門即關(guān)閉。應(yīng)注意的是，當爐膛內(nèi)燃氣體積濃度達到爆炸區(qū)間時，如遇金屬撞擊或 放電等產(chǎn)生的火花會發(fā)生爆炸，因此應(yīng)由火焰檢測器來確認主噴嘴部位的燃燒狀態(tài)

16、， 實現(xiàn)對燃料流量的控制。燃燒控制一般分有級調(diào)節(jié)和無級調(diào)節(jié)兩種。燃氣鍋爐所配 燃燒器均配置為無級調(diào)節(jié)，其燃料供給量隨熱負荷改變而改變，克服了有級調(diào)節(jié)對 鍋爐熱沖擊力大的缺點，運行穩(wěn)定，燃料損失少，但成本較高。（3）汽壓調(diào)節(jié)工作的應(yīng)用系統(tǒng)實際上是由變頻器驅(qū)動氣閥向噴氣嘴供天然氣，由于燃氣流量在滿足一定 條件下與蒸汽壓力、流量存在某種控制關(guān)系，因此可利用這一關(guān)系實時調(diào)節(jié)燃氣流 量來達到調(diào)節(jié)蒸汽流量與壓力的目的。由設(shè)在蒸汽出口管處的壓力傳感器反饋蒸汽 壓力信號，并與變頻器中的設(shè)定蒸汽壓力值相比較構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，即現(xiàn)地控制 單元根據(jù)蒸汽壓力實際情況，設(shè)定供氣系統(tǒng)流量值。當其蒸汽壓力和流量需增加時，

17、變頻器輸出電壓和頻率升高，天然氣泵轉(zhuǎn)速升高，泵口出氣量增加；當蒸汽流量要 減少時，變頻器輸出電壓和頻率降低，氣泵轉(zhuǎn)速降低，泵口出氣量減少，并始終保 持管網(wǎng)壓力恒定，使其保持在設(shè)定壓力值上。變頻供氣采用數(shù)字式增量PID調(diào)節(jié)方 式，自動閉環(huán)調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)的量是該管路蒸汽實際流量值P和流量參考值P0相比較 所產(chǎn)生的差值信號送PID調(diào)節(jié)器進行PID運算，其運算結(jié)果轉(zhuǎn)換為適當模擬控制信 號送變頻器進行運轉(zhuǎn)控制，以達到運行流量值P在任何流量狀態(tài)始終接近于設(shè)定參 考流量值P0。過程如下：（1）當實際流量低于P1時，為加快響應(yīng)速度，氣泵滿速運 行。（2）當實際流量位于P1P2時，為避免積分飽和，分離積分項，采用

18、PD控制。（3）當實際流量位于P2P3時，采用PID控制。（4）當實際流量位于P3P4時，采 用自適應(yīng)PID控制。（5）當實測流量P0+0.1，且在采樣周期中，流量持續(xù)上升，則 變頻器斷開。（6）在采樣周期中，流量持續(xù)下降，則變頻器開通，其他情況實行 PID控制。（7）實測流量大于P4時，關(guān)閉變頻器電源。這種控制方法不僅考慮了實測流量和設(shè)定流量的偏差，且考慮了實測流量變化 趨勢，可減少超調(diào)和波動，具有自適應(yīng)效果。P1、P2、P3、P4選擇為：P1=P0X94%， P2=P0X97%，P3=P0-0.2，P4=P0+ 0.2。（P0：設(shè)定流量值）三、應(yīng)用前景預(yù)測隨著時代的發(fā)展，如何環(huán)保、高效的提

19、供采暖及生活熱水越來越緊迫的提了出 來，燃煤改燃氣滿足了人們要求。國家重點建設(shè)工程西氣東輸及“氣化工程”的不 斷推進，為燃氣鍋爐推波助瀾，促進了燃氣鍋爐的研制、開發(fā)和應(yīng)用。燃氣鍋爐是我國節(jié)能鍋爐發(fā)展的一個方向，而實現(xiàn)完全智能化控制及遠程技 術(shù)服務(wù)系統(tǒng)是燃氣鍋爐發(fā)展的必然趨勢。燃氣鍋爐PLC自動控制系統(tǒng)的智能化、高 速度、高性能極大促進了燃氣鍋爐革命時代的技術(shù)革新進程。在我國，燃氣鍋爐PLC 自動控制系統(tǒng)還剛剛起步，技術(shù)發(fā)展還不成熟，但它的技術(shù)優(yōu)越性在當時代中是無 可比擬的，它在一系列先進技術(shù)支持下必將成為新時期燃氣革命時代的領(lǐng)跑者，并 且隨著我國西氣東輸工程的進展加快，該系統(tǒng)必將有一個良好的開發(fā)前景：（1）高層 民用建筑的發(fā)展：自80年代以來，中國的大中城市的高層民用建筑有較大的發(fā)展;進 入90年代以后，高層民用建筑增加的速度更快，而且高度也在不斷增加。如此眾多的 高層建筑的出現(xiàn)，給與之配套的鍋爐房設(shè)置帶來一系列問題，如場地緊張、對周圍環(huán) 境的影響、對自動化程度和可靠性要求較高等。這些都促進了燃氣鍋爐的應(yīng)用。（2） 高新經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的建設(shè):改革開放政策吸引大量外資企業(yè)來華投資，全國各地紛 紛開發(fā)高新經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，改善了投資環(huán)境。由于高