城市燃?xì)庀到y(tǒng)

摘要常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)-59- 第2章設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定第2章設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定2.1設(shè)計(jì)要求使用Siemens公司的可編程序控制器。設(shè)計(jì)滿足控制要求的鍋爐供熱控制系統(tǒng)，并完成：1、了解供熱鍋爐的主要功能及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法2、完成供熱鍋爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方案3、了解供熱鍋爐的工作原理及傳感器的使用方法4、完成集中供熱鍋爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)5、進(jìn)行仿真調(diào)試2.2控制要求1、出水溫度（0～100℃）2、鍋爐水位高低可控3、人機(jī)界面顯示系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)4、報(bào)警功能2.3設(shè)計(jì)方案西門子PLCS7—200作為核心部件來(lái)進(jìn)行控制，本文主要是控制燃煤鍋爐的運(yùn)作。圖2-1控制系統(tǒng)框圖1.燃燒機(jī)風(fēng)機(jī)：對(duì)鍋爐燃燒的大小進(jìn)行調(diào)整。2.給煤機(jī)：給煤機(jī)的作用是根據(jù)鍋爐負(fù)荷需要，調(diào)節(jié)給煤量，把原煤常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第2章設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定均勻地送進(jìn)鍋爐燃燒部分。3.電磁閥：當(dāng)液位降低時(shí)，進(jìn)水口的電磁閥開(kāi)大一些．向鍋爐內(nèi)加入水；鍋爐內(nèi)液位過(guò)高，進(jìn)水口的電磁閥開(kāi)大一些，以保持爐內(nèi)的液位平衡。4.報(bào)警：鍋爐內(nèi)溫度高、水位低、水位高、燃燒機(jī)故障等。5.人機(jī)界面：顯示溫度等參數(shù)，使系統(tǒng)更加直觀。6.溫度傳感器：將其測(cè)得的結(jié)果經(jīng)過(guò)模塊處理轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送到PLC上，PLC在根據(jù)具體要求進(jìn)行控制，從而提高或降低爐腔的溫度。7.壓力傳感器：壓力過(guò)高，可能會(huì)降低鍋爐的使用壽命，甚至發(fā)生危險(xiǎn)，因而一定要控制壓力，當(dāng)壓力超過(guò)一定的數(shù)值，就需要報(bào)警，并迅速進(jìn)行處理，降低鍋爐內(nèi)壓力以免發(fā)生危險(xiǎn)。8.水位傳感器：給出水位高低參數(shù)送到PLC中由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整使液位平衡到安全值。9.除渣：鍋爐受熱面容易形成的灰渣和結(jié)焦，為了保持受熱面清潔，減少熱阻，提高燃燒熱效率，減輕人工清掃的強(qiáng)度，減少高溫或者低溫腐蝕，節(jié)省能源等，就需要除渣裝置。鍋爐內(nèi)的溫度要被操作人員可靠控制，所以可以在爐腔內(nèi)裝上溫度傳感器，將其測(cè)得的結(jié)果經(jīng)過(guò)模塊處理轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送到PLC上，PLC在根據(jù)具體要求進(jìn)行控制，從而提高或降低爐腔的溫度。壓力傳感器是一個(gè)必要的裝置，鍋爐的使用壽命在壓力過(guò)高的情況下會(huì)降低，甚至鍋爐會(huì)發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)，因而壓力的控制是非常重要的一件事。當(dāng)壓力到達(dá)危險(xiǎn)值的時(shí)候，發(fā)出光控報(bào)警，工作人員應(yīng)該立刻調(diào)查處理，是壓力降到安全范圍內(nèi)，以免發(fā)生危險(xiǎn)。不斷循環(huán)，讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)是PLC反反復(fù)復(fù)執(zhí)行的任務(wù)，這種循環(huán)被稱為掃描周期，掃描周期有3個(gè)階段，也就是輸入掃描、程序執(zhí)行和輸出刷新。溫度、水位、壓力傳感器檢測(cè)給出控制信號(hào)，然后通過(guò)PLC來(lái)控制燃燒機(jī)、給媒機(jī)、排爐機(jī)、電磁閥等設(shè)備進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，如系統(tǒng)參數(shù)顯示、參數(shù)修改等。為滿足集中供熱鍋爐控制系統(tǒng)和自動(dòng)控制的功能要求，擬定如下的控制方案?？刂茀?shù)：集中供熱系統(tǒng)爐內(nèi)溫度、鍋爐水位、鍋爐壓力。控制內(nèi)容：燃燒機(jī)風(fēng)機(jī)、電磁閥、給煤機(jī)、排爐機(jī)、報(bào)警。系統(tǒng)根據(jù)鍋爐水位、溫度、壓力等自我控制，溫度參數(shù)可以設(shè)定。PLC控制鍋爐實(shí)現(xiàn)水位的高低自我調(diào)節(jié)，當(dāng)液位降低時(shí)，進(jìn)水口的電磁閥開(kāi)大一些，向鍋爐內(nèi)加入水；鍋爐內(nèi)液位過(guò)高，出水口的電磁閥開(kāi)大一些，使液位保持在安全值。故障報(bào)警：鍋爐內(nèi)溫度高、水位低、水位高、鍋爐內(nèi)壓力高、電機(jī)故障等。根據(jù)鍋爐運(yùn)行的實(shí)際情況設(shè)定溫度值、壓力值、液位值等參數(shù)。鍋爐上限水位報(bào)警，爐內(nèi)的水位到達(dá)上限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，報(bào)警燈亮。鍋爐下限水位報(bào)警，爐內(nèi)的水位到達(dá)下限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，報(bào)警燈亮。鍋爐內(nèi)壓力過(guò)高報(bào)警，壓力傳感器檢測(cè)到鍋爐內(nèi)壓力過(guò)高時(shí)，報(bào)警燈亮。電機(jī)的故障報(bào)警，由PLC控制電機(jī)開(kāi)啟后，如果一段時(shí)間后鍋爐溫度與設(shè)定值相差很大，就認(rèn)為電機(jī)故障，響鈴報(bào)警。電機(jī)故障報(bào)警采用聲控模式，液位和壓力報(bào)警采用光控報(bào)警，這樣有利于維修人員及時(shí)分辨出故障點(diǎn)進(jìn)行維修，根據(jù)報(bào)警鈴和燈的不同來(lái)確定出現(xiàn)問(wèn)題的地方。2.4本章小結(jié)通過(guò)了解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制要求，對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)直觀的概念和一個(gè)比較清晰的思路，對(duì)接下來(lái)的設(shè)計(jì)方向有了明確的認(rèn)知。查閱資料，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更深刻的了解。第3章鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第3章鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1控制方式比較鍋爐燃燒控制系統(tǒng)屬于非線性時(shí)多變混合系統(tǒng)中的一種，由于其繁雜的控制過(guò)程，所以并不具備完善的系統(tǒng)模式。若采用傳統(tǒng)的控制方法，當(dāng)然包括現(xiàn)代控制理論的控制方法，是很難得到理想的控制效果，會(huì)對(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)化過(guò)程帶來(lái)不必要的麻煩，從而考慮使用一些智能手段來(lái)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。對(duì)它的控制算法進(jìn)行研究，還是具有比較重要的現(xiàn)實(shí)意義的。生產(chǎn)生活中鍋爐是提供有一定溫度的蒸汽或著熱水的設(shè)備，鍋爐必須滿足對(duì)負(fù)荷的需求，安全運(yùn)行。在滿足外部設(shè)備負(fù)荷的要求和保證鍋爐本體的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行下，所以自動(dòng)控制系統(tǒng)具有較優(yōu)的自控功能、自動(dòng)檢測(cè)功能、自我保護(hù)功能和程序控制功能等是必要的，控制部分通常情況下包括給水控制系統(tǒng)和燃燒供熱系統(tǒng)等。雖然鍋爐分為燃煤、燃油和燃?xì)獾炔煌绞?，不過(guò)它們?cè)诮o水控制這方面的原理大致上是一樣的，它們最顯著的區(qū)別在于燃燒控制部分的構(gòu)造不要一樣而已。保障鍋爐的水位、溫度、壓力等物理參數(shù)在設(shè)定的范圍內(nèi)是鍋爐自動(dòng)控制的主要使命，能夠自動(dòng)適應(yīng)鍋爐中負(fù)荷的變化也及其重要，確保鍋爐在良好的狀況下運(yùn)行。目前，鍋爐供熱自控系統(tǒng)的主要控制方式有以下幾種：（1）儀表控制鍋爐供熱控制系統(tǒng)中儀表控制主要是通過(guò)電動(dòng)單元組合儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。時(shí)間和程序繼電器、電動(dòng)單元組合儀表和測(cè)量?jī)x表是組成儀表控制系統(tǒng)的幾個(gè)主要部件，采用傳統(tǒng)繼電器控制方式。儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在價(jià)格方面雖然有優(yōu)勢(shì)，但是數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送它是難以辦到的，維修也比較不方便，更不要說(shuō)實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制方法。智能儀表的功能已經(jīng)擴(kuò)大了很多，通訊功能也已經(jīng)具備，但是儀表控制的內(nèi)在缺陷仍然無(wú)法避免。儀表的功能更加趨于多元化，但是它的價(jià)格也越來(lái)越貴，在這方面就失去了市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。（2）PLC控制可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController簡(jiǎn)稱PLC)，計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想被用于PLC中，PLC最初主攻方向是用于邏輯運(yùn)算的順序控制。當(dāng)今世界，計(jì)算機(jī)、通信和微電子技術(shù)迅猛發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化控制要求也越來(lái)越高。在速度上、功能上、聯(lián)網(wǎng)通信以及智能化模塊方面，PLC都有著很大的提高?，F(xiàn)如今開(kāi)關(guān)量控制只能算是PLC中的冰山一角，其功第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)能除了邏輯控制和順序控制以外，還已經(jīng)具備模擬量控制、遠(yuǎn)程通信以及過(guò)程控制等一些強(qiáng)大的功能。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)給其取名為可編程控制器(ProgrammableController簡(jiǎn)稱PC)，但是個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer簡(jiǎn)稱PC)又和它相似，所以為了區(qū)分，人們通常把可編程控制器仍簡(jiǎn)稱為PLC。PLC是以嵌入式CPU為核心的，連接各種功能模塊，比如輸入、輸出及通訊等模塊，可以方便地用于工業(yè)控制系統(tǒng)。由于其在穩(wěn)定性、可靠性、編程和操作性方面的優(yōu)勢(shì)，它已經(jīng)在現(xiàn)代化企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)的可靠性、靈活性等在過(guò)去的基礎(chǔ)上得到了極大地提升。當(dāng)然，世界上并沒(méi)有完美的事物，PLC也是有著局限性的，動(dòng)態(tài)參數(shù)并不能夠向操作者正確反映，也無(wú)法進(jìn)行大批量的數(shù)據(jù)存貯及轉(zhuǎn)化，如果系統(tǒng)控制發(fā)生改變，相關(guān)參數(shù)、配方就不是太容易更改。因此，為了解決此類難題，我們將PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合使用，這樣一些復(fù)雜的控制系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)完整的控制功能。工控機(jī)也就是所謂的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，適用于工業(yè)生產(chǎn)中的一款計(jì)算機(jī)，比普通的商業(yè)PC機(jī)具有更高的可靠性和穩(wěn)定性。與此同時(shí)，在商品軟件后備支持方面，也是豐富多彩的，可以開(kāi)發(fā)出適合用戶的更直觀、更方便的圖形操作界面。目前，在PC+PLC控制系統(tǒng)中，工業(yè)控制中PLC主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、控制運(yùn)算和控制輸出，一些數(shù)字信號(hào)也可以接收，4～20MA電流、1～5V電壓、熱電偶、熱電阻等模擬信號(hào)能夠直接接收?，F(xiàn)如今網(wǎng)絡(luò)通信功能的逐漸增強(qiáng)，PLC與計(jì)算機(jī)配合使用，能夠開(kāi)發(fā)出更加強(qiáng)大的功能，形成集成式的控制系統(tǒng)。在線通用計(jì)算機(jī)的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)在線組態(tài)、編程以及下裝、在線監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，集散控制系統(tǒng)的形態(tài)就已慢慢成型，PLC在價(jià)格和可靠性方面是有優(yōu)越性的，這就能夠使其與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)抗衡。（3）DCS控制集散控制系統(tǒng)(DistributionControlSystem簡(jiǎn)稱DCS)是一種分布式控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是以回路儀表控制系統(tǒng)為雛形的，統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)繁瑣的問(wèn)題迎刃而解，上位機(jī)與下位機(jī)的組態(tài)功能和配置功能也劃清了界限。系統(tǒng)的可靠性可以利用冗余配置和添加外部設(shè)備來(lái)提高，在處理模擬量和調(diào)節(jié)回路等方面，DCS也有著較大的優(yōu)勢(shì)。DCS一般應(yīng)用于大型或者多個(gè)鍋爐控制中，小型集散自動(dòng)控制系統(tǒng)中也在慢慢普及，DCS控制方式已經(jīng)越來(lái)越受歡迎。DCS經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展已經(jīng)逐步成熟，并且在當(dāng)今的工業(yè)控制領(lǐng)域中也有了一席之地，不過(guò)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對(duì)控制要求的提高，它在某些方面已經(jīng)不能夠跟上時(shí)代的步伐:價(jià)格偏高，系統(tǒng)開(kāi)放性較差，控制相對(duì)集中。（4）FCS控制現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)是20世紀(jì)下半葉國(guó)際上發(fā)展形成的，過(guò)程自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、制造自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)中都能找到它的身影?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS就是在現(xiàn)場(chǎng)總線FC的基礎(chǔ)上更加完善的一種自動(dòng)控制系統(tǒng)。DCS傳統(tǒng)的多機(jī)冗余方式在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中已經(jīng)被舍棄了，其I/O也采取新型全分布式結(jié)構(gòu)。由于在管理集中與控制分散方面的要求，需要把控制功能完全下放到現(xiàn)場(chǎng)，傳統(tǒng)的DCS得以完美實(shí)現(xiàn)。FCS系統(tǒng)采用全分散式的結(jié)構(gòu)，全開(kāi)放式的通信網(wǎng)絡(luò)，全數(shù)字化的傳輸信號(hào)方式，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可由操作人員手動(dòng)操作，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)以全分散式、全數(shù)字化、全開(kāi)放式作為主要特點(diǎn)，能夠真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)的集成，F(xiàn)CS擁有DCS控制模式的優(yōu)點(diǎn)，在可靠性和穩(wěn)定性方面更加優(yōu)秀。由于其可靠性第3章鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)高、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、成本較低、通信速率快等特點(diǎn)，F(xiàn)CS已成為工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。綜上，儀表控制、DCS、FCS控制方式這3種控制方式，都需要較多的操作人員參與，工作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度高，煤炭利用率低，燃燒效率不高，資源嚴(yán)重浪費(fèi)。儀表雖然大多已經(jīng)越來(lái)越智能，功能也越來(lái)越強(qiáng)大，在鍋爐上也基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)或半自動(dòng)化控制，但是，由于其在價(jià)格和管理功能等各種方面的劣勢(shì)，使其發(fā)展前景受到了很大限制。隨著PLC成本下降和功能的拓展，普通PLC己經(jīng)符合中小型鍋爐的控制要求，且性價(jià)比也較高。3.2系統(tǒng)原理分析對(duì)于一個(gè)比較復(fù)雜的控制對(duì)象鍋爐來(lái)說(shuō)，它的控制回路是非線性的。鍋爐的壓力、溫度和鼓風(fēng)控制回路構(gòu)成了鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)，主要調(diào)節(jié)壓力或著溫度，通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速使壓力或水溫迅速達(dá)到設(shè)定值范圍內(nèi)，與此同時(shí)為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)燃燒的目的，要配合和風(fēng)煤配比提到燃燒效率，最終達(dá)到需要的溫度值。熱水鍋爐的溫度由溫度傳感器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換到PL控制系統(tǒng)自動(dòng)修正。按下啟動(dòng)鍵后，首先最重要的是檢測(cè)鍋爐水位，如果水位低或者過(guò)高就開(kāi)啟電磁閥，使水位達(dá)到設(shè)定值，否則就正常運(yùn)行，然后燃燒機(jī)風(fēng)機(jī)進(jìn)行加熱，到達(dá)設(shè)定的溫度值時(shí)可以開(kāi)啟出水閥出水，此時(shí)進(jìn)水閥開(kāi)啟保持液位的平衡就要不斷向鍋爐內(nèi)加入冷水，與此同時(shí)檢測(cè)鍋爐內(nèi)的壓力和溫度，利用PLC控制系統(tǒng)使其保持在一個(gè)安全穩(wěn)定值。程序還應(yīng)該具有報(bào)警功能，鍋爐內(nèi)壓力高、燃燒機(jī)故障、水位高、水位底等發(fā)出報(bào)警信號(hào)。其中，水位的高低由水位控制器傳送出來(lái)；鍋爐內(nèi)壓力由壓力傳感器給出，溫度由溫度傳感器給出。除了低爐溫高報(bào)警停燃燒機(jī)、水位報(bào)警停止整機(jī)工作外，其他報(bào)警不影響機(jī)組的運(yùn)行。3.3硬件選型及接線圖3.3.1PLC及其I/O口目前，隨著技術(shù)等因素的進(jìn)步，PLC種類也越來(lái)越多，我們?cè)谶x用PLC時(shí)應(yīng)該考慮規(guī)模、結(jié)構(gòu)、功能和價(jià)格幾個(gè)方面；I/O的功能及外部接線能力的選擇也要正確，負(fù)載要選擇欠當(dāng)；外部環(huán)境問(wèn)題也不可忽視。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)PLC的推廣，PLC產(chǎn)品的種類和功能已經(jīng)完全夠用戶選擇。由于PLC的各式各樣，其結(jié)構(gòu)、容納量、性能比、編程和價(jià)格等方面就各不相同，每個(gè)PLC也都有其使用的場(chǎng)合。因而，選擇合適的PLC是很重要的，能夠提高PLC控制系統(tǒng)的一些指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)又效率。日系品牌三菱PLC，其優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單易懂，學(xué)習(xí)較容易，而德國(guó)品牌西門子PLC，指令比三菱的難，不易理解，不過(guò)令人欣慰的是指令片段少，在這方面三菱就沒(méi)有優(yōu)勢(shì)了，所以選擇三菱和西門子基本是差不多的。三菱PLC應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)控制和離散控制上的指令較為豐富，其一些特殊指令能夠比較容易實(shí)現(xiàn)控制伺服或步進(jìn)，實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動(dòng)作控制。而西門子在這方面就比較落后，并沒(méi)有特定的指令，只能通過(guò)復(fù)雜的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)做伺服或步進(jìn)定位控制，而且控制精度往往達(dá)不到要求。西門子在過(guò)程控制與通信控制這兩塊較有優(yōu)勢(shì)，其模擬量模塊價(jià)格比三菱的便宜，程序也相對(duì)簡(jiǎn)單。西門子的通信功能較為強(qiáng)大，簡(jiǎn)單實(shí)用，程序通俗易懂，而三菱在這塊功能相對(duì)來(lái)說(shuō)就偏弱，所以面對(duì)不同的設(shè)備和不同的控制，合理的選用PLC，取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到效率最大化。鍋爐供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC選用德國(guó)Siemens公司的S7—200型PLC，結(jié)構(gòu)完善，價(jià)格較優(yōu)，性價(jià)比相對(duì)較高，在中小型控制系統(tǒng)中廣泛適用。西門子PLC在可靠性和可擴(kuò)展性方面優(yōu)勢(shì)明顯，同時(shí)通信指令多樣，通熟易懂，用戶掌握容易，且其通信協(xié)議也較為簡(jiǎn)單。PLC的結(jié)構(gòu)、容量、電源、I/O、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面是選擇PLC是應(yīng)該注意的地方。在選擇PLC機(jī)型的時(shí)候，應(yīng)該看中其在實(shí)現(xiàn)功能要求，保證安全可靠和方便維修的前提下，獲得最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)該主要考慮PLC的結(jié)構(gòu)型式是否合理，功能要求能否滿足，安裝方式是否恰當(dāng)，可靠性能否得到保障，機(jī)型是否配套統(tǒng)一等。PLC作為一種自動(dòng)化控制的控制器,即使PLC檔次不一樣，其響應(yīng)速度也一般都能夠滿足應(yīng)用范圍的需要。直流、交流或交直流都可以作為PLC的輸入方式，其中使用最為普遍是輸入直流信號(hào)的PLC。外部和PLC自身都可以給輸入電路提供電源。表3-1S7-200CPU特性對(duì)比特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226CPU226XM程序存儲(chǔ)區(qū)4096B4096B8192B12288B16384B24576B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)2048B2048B8192B10240B10240B20480B本機(jī)I/O6/48/614/1014/1024/16/24/16擴(kuò)展模塊數(shù)027777根據(jù)控制系統(tǒng)所需的輸入輸出量，鍋爐供熱系統(tǒng)中選用S7—200型PLC模塊，CPU224XPCNDC/AC/繼電器，14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出。為了方便將傳感器信號(hào)傳輸給PLC，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換變?yōu)橄鄳?yīng)的信號(hào)，選擇了EM235CN模擬量來(lái)擴(kuò)展模塊。EM235CN是4個(gè)模擬量輸入和1個(gè)模擬輸出的模塊，再其內(nèi)部擁有A/D轉(zhuǎn)換功能，輸入輸出的信號(hào)接入模塊時(shí)就能夠自動(dòng)地完成A/D轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)也能通過(guò)EM235模塊轉(zhuǎn)化為16bit的數(shù)字信號(hào)。針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)，可以在EM235模塊內(nèi)部進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)PLC的選型選用1個(gè)CPU224CN主模塊和1個(gè)EM235模擬量擴(kuò)展模塊。溫度、水位、壓力傳感器檢測(cè)給出控制信號(hào)，然后通過(guò)PLC來(lái)控制燃燒機(jī)、給媒機(jī)、排爐機(jī)、電磁閥等設(shè)備進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。為實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，如系統(tǒng)狀態(tài)顯示、參數(shù)修改等，擴(kuò)展了一個(gè)組態(tài)系統(tǒng)，控制簡(jiǎn)單方便，是系統(tǒng)更加直觀，可用于設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)、顯示鍋爐溫度等。PLC的開(kāi)關(guān)量I/O口：PLC輸入、輸出的點(diǎn)數(shù)是根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及所要控制的設(shè)備數(shù)量來(lái)加以確定的。PLC輸入輸出端口分配如表3-2所示。表3-2輸入/輸出地址輸入輸出序號(hào)名稱地址序號(hào)名稱地址1啟動(dòng)SB1I0.01給煤機(jī)Q0.02溫度傳感器EM2352風(fēng)機(jī)Q0.13壓力傳感器EM2353排爐機(jī)Q0.24水位上限I0.14故障報(bào)警Q0.35水位中上限I0.25水位報(bào)警Q0.46水位中線I0.36進(jìn)水電磁閥Q0.57水位中下限I0.47出水電磁閥Q0.68水位下線I0.58壓力報(bào)警Q0.79報(bào)警解除I0.69人機(jī)界面10風(fēng)機(jī)加大I1.011風(fēng)機(jī)減小I1.112給煤加大I1.213給煤減小I1.314排爐加大I1.415排爐減小I1.516停止SB2I0.7S7-200CPU模塊都能夠提供一個(gè)24VDC的傳感器電源和一個(gè)5VDC的電源。24VDC的傳感器電源可以為CPU主機(jī)、模擬量和數(shù)字量擴(kuò)展模塊提供輸入供電電源，也可以為外部傳感器電源使用。如果容量達(dá)不到系統(tǒng)的需求，則就要在外部添加額外的直流電源。此時(shí)外部添加的直流電源并不能夠與PLC模塊傳感器電源并聯(lián)使用，以防止兩個(gè)電源電位差對(duì)電源造成損壞，但是兩個(gè)電源的公共端(M)串聯(lián)可以加強(qiáng)對(duì)電子噪聲的保護(hù)。當(dāng)連接擴(kuò)展模塊相時(shí)，5V直流電源就會(huì)為擴(kuò)展模塊供電。假如CPU模塊5V的直流電源容量不能夠滿足擴(kuò)展模塊的直流電源需求時(shí)，則擴(kuò)展模塊在數(shù)量上應(yīng)該減少。S7-200CPU224XPCNAC/DC/繼電器數(shù)字量輸入特性：表3-3輸入特性表集成數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)14輸入輸入類型漏型/源型(IEC類型1/漏型，除I0.3到I0.5)額定電壓24VDC，4mA典型值時(shí)最大持續(xù)允許電壓30VDC浪涌電壓35VDC，0.5秒邏輯1信號(hào)(最小)15VDC，2.5mA邏輯0信號(hào)(最大)5VDC，1mA連接2線接近開(kāi)關(guān)傳感器允許漏電流最大1mA3-2鍋爐供熱系統(tǒng)輸入部分接線圖S7-200CPU224XPCNAC/DC/繼電器數(shù)字量輸出特性：表3-4輸出特性表本機(jī)集成數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)10輸出輸出類型干觸點(diǎn)額定電壓4VDC或250VAC電壓范圍5至30VDC或5至250VAC浪涌電流(最大)5A，4s(10%工作率時(shí))邏輯1(最小)-邏輯0(最大)-每點(diǎn)額定電流(最大)2.0A每個(gè)公共端的額定電流(最大)10A漏電流(最大)-燈負(fù)載(最大)30WDC;200WAC感性嵌位電壓-接通電阻(接點(diǎn))0.2Ω(新的時(shí)候最大值)圖3-3鍋爐供熱系統(tǒng)輸出部分接線圖3.3.2EM235模塊在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器要將測(cè)量溫度轉(zhuǎn)換為4～20mA或0～5V的電信號(hào)，在系統(tǒng)模擬量的輸入模塊中經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換再送入PLC中，然后經(jīng)過(guò)處理。EM235模塊有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出。圖3-4EM235模塊連接圖EM235允許S7-200接入-80mv～+80mv范圍的比較小的模擬量信號(hào)。選用EM235模塊，是一種A/D轉(zhuǎn)換模塊，能夠?qū)囟葌鞲衅鳌毫鞲衅鬏敵鲂盘?hào)進(jìn)行調(diào)理和放大處理后轉(zhuǎn)換為0～5V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，也就是說(shuō)EM235模塊能夠自動(dòng)完成A/D轉(zhuǎn)換。在各種復(fù)雜的控制場(chǎng)合中，EM235都能夠提供模擬量的輸入和輸出功能。EM235模塊特點(diǎn)：12位的A/D轉(zhuǎn)換器，4路模擬量輸入和1路模擬量的輸出，可以直接傳感器相連。EM235模塊也能直接和PTl00熱電阻相連，供電電源為24VDC。表3-5EM235技術(shù)參數(shù)模擬量輸入特性模擬量輸入數(shù)4輸入范圍電壓（單極性）0～10V、0～5V、0～1V、0～500mV、0～100mV、0～50mV電壓（雙極性）±10V、±5V、±2.5V、±1V、±500mV、±250mV、±100mV、±50mV、±25mV電流0～20mA數(shù)據(jù)字格式單極性量程范圍0～32000雙極性量程范圍-32000～+32000分辨率12位A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸出數(shù)1信號(hào)范圍電壓輸出±10V，電流輸出0～20mA數(shù)據(jù)字格式電壓-32000～+32000，電流0～32000分辨率電流電壓12位，電流11位S7-200主控單元CPU型號(hào)和模擬量擴(kuò)展模塊的選擇：表3-6S7-200規(guī)格規(guī)格型號(hào)系列連接方法工作電壓輸入類型輸出類型程序容量I／O點(diǎn)主控單元S7-200端子口220VAC24VDC繼電器12K14／10CPU224CN模擬量擴(kuò)展單元S7-200端子口24VDC4／1EM235CN3.3.3溫度控制部分K型熱電偶是本設(shè)計(jì)選用的熱電偶溫度傳感器，測(cè)量爐膛內(nèi)水溫的熱電偶型號(hào)為WZP-230，這種電偶能夠測(cè)量的范圍為-200～500度，供電電壓24V直流。根據(jù)本系統(tǒng)需要，傳感器要將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，由于水沸騰時(shí)最高100℃，因此選擇Pt100鉑熱電阻傳感器較為恰當(dāng)。PT100鉑電阻，它的阻值與溫度是有對(duì)應(yīng)關(guān)系的。100的含義是它在0℃時(shí)阻值為100Ω，而在100℃時(shí)它的阻值大約為138.5Ω。熱電式傳感器主要是將溫度變化轉(zhuǎn)化成為電量變化。熱電式傳感器最為普遍的方法是將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)或者電阻。其中熱電偶式和熱電阻式這兩種通常是測(cè)量溫度的，其區(qū)別在于熱電偶式將溫度轉(zhuǎn)化成為電勢(shì)，而熱電阻則將溫度轉(zhuǎn)化成為電阻。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。圖3-6熱電阻型溫度傳感器導(dǎo)體或者是半導(dǎo)體的電阻阻值與溫度是同向變化的，熱電阻型溫度傳感器就是利用這種原理進(jìn)行測(cè)溫的。電阻溫度系數(shù)和電阻率較大同時(shí)又穩(wěn)定的材料通常用來(lái)制造熱電阻，這樣就能夠能保證輸出線性化。Pt100的工業(yè)原理：0攝氏度的時(shí)候，Pt100的阻值為100Ω，它的阻值與溫度呈線性關(guān)系，阻值是成勻速增漲的，如圖3-7。圖3-7Pt100型熱電阻溫度傳感器輸出曲線通過(guò)PT100測(cè)得的信號(hào)經(jīng)過(guò)EM235模塊處理轉(zhuǎn)換成0～5V電壓或著是4～20mA電流給PLC，然后PLC控制系統(tǒng)使溫度平衡在設(shè)定值。3.3.4補(bǔ)水控制部分鍋爐水位的恰當(dāng)與否對(duì)鍋爐的安全可靠運(yùn)行是極為重要的。水位太高，供水效率會(huì)變低，資源浪費(fèi)也會(huì)加劇。水位偏低，就會(huì)造成鍋爐內(nèi)部會(huì)有溫度偏差，對(duì)鍋爐會(huì)造成損傷，嚴(yán)重的情況下會(huì)出現(xiàn)裂紋，降低鍋爐的使用壽命。水位過(guò)低，鍋爐內(nèi)水容易燒干，造成事故。如果鍋爐負(fù)荷發(fā)生改變，鍋爐水位也會(huì)產(chǎn)生變化，所以智能控制鍋爐來(lái)維持水位在設(shè)定的范圍內(nèi)是相當(dāng)重要的。采用自動(dòng)控制方式來(lái)維持水位在給定安全范圍內(nèi)，是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。高亮二極管XD8-1與光敏三極管3DU5C相輔相成共同來(lái)檢測(cè)水位,不透明懸浮物作為顯示水位的裝置，它浮在水面上隨水位高低上下移動(dòng)。檢測(cè)水位的原理實(shí)現(xiàn)方法如圖所示，水位較低還沒(méi)有到達(dá)裝置安裝的位置的時(shí),高亮二極管得電發(fā)出光束能夠通過(guò)玻璃投射到光敏三極管,光敏三極管感光導(dǎo)通；當(dāng)不透明懸浮物隨水位到達(dá)裝置安裝位置時(shí)，高亮二極管發(fā)出的光到達(dá)不了光敏三極管,光敏三極管就不會(huì)導(dǎo)通。用這種方法來(lái)檢測(cè)水位,當(dāng)水位到達(dá)下限值時(shí),PLC便會(huì)得到信號(hào)自動(dòng)開(kāi)啟電磁閥YV1進(jìn)水,當(dāng)水位到達(dá)下限值時(shí),報(bào)警燈閃爍,電磁閥YV1開(kāi)始工作。水位值到達(dá)上限值的時(shí)候,會(huì)自動(dòng)關(guān)閉電磁閥YV1,水位值到達(dá)上限值的時(shí)候,系統(tǒng)也會(huì)報(bào)警,并且關(guān)閉電磁閥YV1,開(kāi)啟電池閥YV2出水，保證鍋爐液位在安全之范圍內(nèi)。3-8水位檢測(cè)圖圖3-9水位連接圖電磁閥的選擇電磁閥有常開(kāi)與常閉這兩類，控制油、水、氣等物質(zhì)的通斷，配合壓力和溫度傳感器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。本設(shè)計(jì)選用兩個(gè)電磁閥，即YV1、YV2，YV1與PLC的輸出口Q0.5相接，控制鍋爐的進(jìn)水；YV2與PLC的輸出口Q0.6相連，控制鍋爐的出水。PLC的端口最高電流是2A，而4M210完全滿足應(yīng)用要求，接直流電源24V。電磁閥選用的是4M210電磁閥，線圈電壓24VDC。標(biāo)準(zhǔn)電壓:DC24V使用電壓范圍:DC±10%耗電量:3.0W保護(hù)等級(jí):IP65(DIN40050)耐熱等級(jí):B級(jí)接電形式:DIN插座式勵(lì)磁時(shí)間:0.05秒以下壓力控制部分在設(shè)計(jì)中用CYB-20S壓力傳感器。CYB-10S壓力傳感器和電子線路構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)，輸出4～20mA或者0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),適用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。CYB-20S外形小巧，采用圓柱型全不銹鋼，用戶可以直接在外部調(diào)整它的零點(diǎn)和靈敏度，使用比較方便。壓力傳感器放置在鍋爐中，用于檢測(cè)鍋爐壓力是否正常，如果壓力過(guò)高。壓力傳感器測(cè)得的信號(hào)經(jīng)過(guò)EM235模塊的A/D轉(zhuǎn)換變成電信號(hào)傳送給PLC，然后PLC調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使壓力在可控范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)選用CYB-20S型壓力傳感器，耐高溫、耐腐蝕使其能有效測(cè)量鍋爐壓力。CYB-20S指標(biāo)介紹:測(cè)量介質(zhì):氣體、液體及蒸氣供電電源:24VDC輸出:4～20MA、1～5V、0～5V量程:0.1～60～150MPA精度(非線性、滯后、重復(fù)性):±0.1、±0.25、±0.5零點(diǎn)受溫度影響:±0.01℃靈敏度受溫度影響:±0.02℃輸出阻抗:3±0.5絕緣電阻:≥1000工作允許溫度:-20～+80℃最大過(guò)負(fù)荷:FS120連接方式:1/2G或1/2NPT相對(duì)濕度:RH0～90%引線方式3種:直接電纜引出型、赫斯曼接頭型、五孔航空插頭型重量:220g防爆等級(jí):本安防爆EXIAIICT63.3.5系統(tǒng)主電路及控制電路本系統(tǒng)一共控制3臺(tái)電機(jī)，分別是爐排電機(jī)、風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)，爐排電機(jī)，主電路圖如3-11所示。3臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別為M1驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)工作、M2驅(qū)動(dòng)給煤機(jī)工作、M3排爐機(jī)。接觸器KM1、KM2、KM3分別控制M1、M2、M3的運(yùn)行；QF為變頻器和兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān)，隔離開(kāi)關(guān)重要作用是隔離電源，以保證其它電氣設(shè)備的安全檢修。3相380V交流電源經(jīng)QF總電源開(kāi)關(guān)，熔斷器FU1、FU2、FU3，經(jīng)接觸器KM1、KM2、KM3主觸點(diǎn)接到電機(jī)M1、M2、M3上，通過(guò)接觸器KM1、KM2、KM3控制傳送帶電機(jī)的啟動(dòng)停止。N為零線，與主電路中的三相電源搭配，380V交流電變成220V交流電，提供給控制電路。系統(tǒng)主電路圖如下圖3-11所示:圖3-11系統(tǒng)主電路圖M1為燃燒機(jī)風(fēng)機(jī)，交流接觸器KM1控制。FR1為起過(guò)載保護(hù)作用的熱繼電器，用于過(guò)載時(shí)斷開(kāi)主電路。M2為給煤機(jī)，交流接觸器KM2控制。FR2為起過(guò)載保護(hù)作用的熱繼電器，用于過(guò)載時(shí)斷開(kāi)主電路。M3為排爐機(jī)，交流接觸器KM3控制。FR3為起過(guò)載保護(hù)作用的熱繼電器，用于過(guò)載時(shí)斷開(kāi)主電路。QF為整臺(tái)設(shè)備的斷路器，起到斷開(kāi)接通整臺(tái)設(shè)備電源的作用。FU1為熔斷器，起過(guò)電流保護(hù)作用。3個(gè)變頻器R、S、T與380V交流斷相連，U、V、W與電機(jī)相連，由PLC給出控制信號(hào)，變頻器控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能。下圖為控制電路，220V交流電源經(jīng)QF總電源開(kāi)關(guān)，熔斷器FU1、FU2、FU3，接至中間繼電器KA1、KA2、KA3這3個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，控制接觸器KM1、KM2、KM3線圈得電，從而控制M1、M2、M3啟動(dòng)停止，交流220V經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換成24V直流電供PLC使用。圖3-12控制電路原信號(hào)通過(guò)PLC外接EM235模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,PLC輸出控制信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,讓系統(tǒng)在設(shè)定范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，使鍋爐的溫度保持在給定值內(nèi)。若溫度達(dá)不到設(shè)定值,PLC就會(huì)加大鼓風(fēng)量和送煤量；若溫度高于設(shè)定值,PLC就減少鼓風(fēng)量和送煤量。與此同時(shí)PLC也能通過(guò)控制KA1、KA2、KA3來(lái)控制電機(jī)的起停,能夠使得系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定運(yùn)行,達(dá)到恒溫恒壓供水的目的。整體電路圖如下所示：圖3-13整體電路圖本次設(shè)計(jì)主要靠電機(jī)煤炭的運(yùn)行，對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求較高，轉(zhuǎn)速由變頻器的輸出頻率控制，輸出頻率是PLC控制的，而PLC卻只能輸出數(shù)字量，電機(jī)轉(zhuǎn)速是是模擬量，故在設(shè)計(jì)中需要在變頻器和PLC之間加入D/A轉(zhuǎn)換器，把PLC輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，變頻器才能夠使用。本設(shè)計(jì)所選用的D/A轉(zhuǎn)換器為西門子EM232模塊，EM232模塊裝在PLC中的導(dǎo)軌上，通過(guò)總線連接器或柔性扁平電纜彼此互連，所需的運(yùn)行電壓為24V。其參數(shù)為：電流輸出:4～20mA電壓輸出:-10V～+10，模擬輸出端口數(shù)量:2電源要求:DC20.4～28.8EM232模塊的接線圖如圖所示：圖3-14EM232端子接線圖EM232模塊的電源為PLC上的24V直流電，V和M端口與變頻器相連，將4～20mA的電流信號(hào)傳遞給變頻器控制變頻器的輸出頻率。本設(shè)計(jì)中采用燃煤熱水鍋爐DZL0.7-0.7/95/70-AZL，鍋爐是單鍋筒縱置式鍋爐。鍋爐外型結(jié)構(gòu)美觀，鍋爐控制性能優(yōu)異，運(yùn)行安全可靠，操作人員操作簡(jiǎn)單維修方便。鍋爐采用分倉(cāng)送風(fēng)，通風(fēng)均勻合理，煤種適應(yīng)性廣，燃燒穩(wěn)定，安裝周期短，適用于各種用戶。技術(shù)參數(shù):額定熱功率:1.4MW受熱面積:72.8m2爐排面積:5.8m2設(shè)計(jì)熱效率:＞75%燃料耗量:320kg/h適用燃料:二類煙煤、三類煙煤鍋爐主機(jī)運(yùn)輸重量:19.5t主機(jī)長(zhǎng)度:5400mm主機(jī)寬度:2535mm主機(jī)高度:3380mm根據(jù)系統(tǒng)控制要求、工作環(huán)境和所用鍋爐的型號(hào)，進(jìn)行電機(jī)的選型。1.鼓風(fēng)機(jī)與燃煤熱水鍋爐DZL0.7-0.7/95/70-AZL鍋爐配套使用的鼓風(fēng)機(jī)，用以配合燃煤經(jīng)濟(jì)燃燒。鼓風(fēng)機(jī):4-72-12NO.3.2A風(fēng)量:1950m3/h電機(jī)功率:2.2KW風(fēng)壓:1263Pacos:0.78圖3-15鼓風(fēng)機(jī)（3-1）2.排爐機(jī)燃煤熱水鍋爐DZL0.7-0.7/95/70-AZL鍋爐規(guī)定的一款除渣機(jī)器，排爐主要是保證煤料能夠更加經(jīng)濟(jì)的燃燒，有利于氣體的流動(dòng)，減輕鍋爐負(fù)擔(dān)，以免造成煤渣堆積堵塞鍋爐。排爐電機(jī):XTD-1電機(jī)功率為:0.75KWcos:0.77圖3-16除塵器林格曼黑度:1級(jí)除塵率:90（%）阻力損失:1000（Pa）脫硫率:0（%）出口含塵濃度:150g/m3類型:旋風(fēng)除塵器過(guò)濾速:50m/min使用溫度范圍:600℃處理風(fēng)量:3000～680000m3/h（3-2）3.給煤機(jī)給煤機(jī)K-0型往復(fù)式給煤機(jī)YB160M1-6電機(jī)功率:4KW轉(zhuǎn)速:720r/min 允許最大顆粒:250mm設(shè)備重量:1172kgcos:0.80（3-3）電機(jī)型號(hào)確定后，根據(jù)系統(tǒng)要求，為了滿足系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，需要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，則變頻器的使用是不可避免的。3.3.6變頻調(diào)速在本次設(shè)計(jì)中，基于PLC控制電機(jī)轉(zhuǎn)速就是通過(guò)PLC來(lái)改變變頻器輸出頻率的，變頻器通過(guò)改變加在三相異步電動(dòng)機(jī)的工作電源的頻率來(lái)改變轉(zhuǎn)速。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為:n=n1(1-s)=60f(1-s)/p(3-4)式中:n—電機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）n1—同步轉(zhuǎn)速（r/min）p—磁極對(duì)數(shù)s—轉(zhuǎn)差率（%）f—頻率（HZ）由三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式（3-4）可知,通過(guò)改變電機(jī)極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率和電源頻率的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)三相異步電機(jī)的調(diào)速。采用改變極對(duì)數(shù)對(duì)于需要持續(xù)平滑改變速度的電機(jī)顯然是不行的，改變轉(zhuǎn)差率的效率也不會(huì)高，對(duì)電機(jī)的局限性大。采用變頻的方法既可以令電機(jī)的速度能夠持續(xù)平滑的改變，而且損耗小、效率高。變頻調(diào)速是通過(guò)改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的工作電源頻率來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的。在運(yùn)用變頻調(diào)速時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡偷礁叨加杏邢薜霓D(zhuǎn)差率，所以會(huì)很高效，調(diào)速的范圍也很廣，精度會(huì)很高。在實(shí)際運(yùn)行中只改變交流電的頻率并不會(huì)由特別好的變頻特性。根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)公式得三相異步電動(dòng)機(jī)的電壓近似和頻率與磁通乘積成正比，即：U∝E=C1fΦ（3-5）式（3-5）中，C1為常數(shù)，因此有：Φ∝E/f≈U/f（3-6）當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的電壓不改變時(shí)，磁通Φ會(huì)隨著頻率的改變而改變，如果頻率f變小，磁通Φ則會(huì)變大，電流也會(huì)變大，功率因數(shù)會(huì)變小，線圈和鐵芯就會(huì)發(fā)熱，控制不得當(dāng)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。所以當(dāng)頻率f變小的時(shí)候外加電壓也要變小。而在實(shí)際運(yùn)用中，往往既要保持調(diào)速又要不影響最大轉(zhuǎn)矩，這就需要控制磁通不改變，就要電壓和頻率協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)，這稱作為可變頻率可變電壓調(diào)速，簡(jiǎn)稱變頻調(diào)速，本次設(shè)計(jì)調(diào)速就是采用這種方法。變頻器通過(guò)改變電機(jī)電源的頻率來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而可以改變瞬時(shí)流量。在對(duì)變頻器進(jìn)行選擇時(shí)，必須要根據(jù)電機(jī)的額定功率和額定電流進(jìn)行選擇。對(duì)于變頻器的選擇，這主要依據(jù)負(fù)載的要求。在本次設(shè)計(jì)中電機(jī)需要控制煤炭運(yùn)行，所以這屬于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，所以在本次設(shè)計(jì)中能夠采用普通功能型U/f控制變頻器和具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器這兩種方法。而鍋爐供熱控制系統(tǒng)是一個(gè)要求精度高、系統(tǒng)反應(yīng)迅速、調(diào)速平穩(wěn)精準(zhǔn)的系統(tǒng)，所以本次設(shè)計(jì)會(huì)采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器。在本系統(tǒng)中采用一臺(tái)變頻器連接一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，所以變頻器參數(shù)需要滿足以下關(guān)系式：PCN≥PM（3-7）ICN≥IM（3-8）上式中PCN：變頻器額定容量；PM：電動(dòng)機(jī)的額定功率；ICN：變頻器的額定電流；IM：電動(dòng)機(jī)的額定電流；本次設(shè)計(jì)的變頻器1的功率PCN≥2.2KW,額定電流ICN≥4.3A,本次設(shè)計(jì)采用三菱的FR-A540-2.2KW型變頻器，額定功率2.2KW，額定電流6A。本次設(shè)計(jì)的變頻器2的功率PCN≥4KW,額定電流ICN≥7.6A,本次設(shè)計(jì)采用三菱的FR-A540-4KW型變頻器，額定功率4KW，額定電流9.5A。本次設(shè)計(jì)的變頻器3的功率PCN≥0.75KW,額定電流ICN≥1.5A,本次設(shè)計(jì)采用三菱的FR-A540-0.75KW型變頻器，額定功率0.75KW，額定電流1A。FR-A540變頻器參數(shù)：最大電壓:500VAC 輸入頻率:50Hz/60Hz輸出頻率:0.2至400HzPID閉環(huán)控制：自帶 電流輸入:DC4～20mA如圖（3-11）主電路中變頻器的R、S、T三個(gè)端口與380V的三相交流電源相接，U、V、W這三個(gè)端口與三個(gè)電動(dòng)機(jī)相接，變頻器的V0和M0接一個(gè)擴(kuò)展模塊EM232，PLC通過(guò)這個(gè)擴(kuò)展模塊將信號(hào)傳給變頻器，由變頻器的參數(shù)可知輸入進(jìn)變頻器的量需要為4～20mA的直流電。3.3.7型號(hào)參數(shù)選擇1.繼電器選型繼電器是在自動(dòng)控制電路中起到控制和隔離作用，作為低電壓、小電流來(lái)控制高電壓、大電流的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。中間繼電器在控制電路中的作用是傳遞傳遞，并放大、切換和進(jìn)行邏輯控制。本設(shè)計(jì)中通過(guò)KA1、KA2、KA3得電開(kāi)關(guān)閉合，在控制電路中傳遞中間信號(hào)使得線圈KM1、KM2、KM3得電，開(kāi)關(guān)KM1、KM2、KM3閉合，電機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)。選型要滿足PLC輸出端電壓、電流。綜上，選擇了MY2NJ-D2。規(guī)格：額定電壓:24VDC額定電流:36.9mA線圈電阻:2600Ω動(dòng)作電壓:80%max復(fù)位電壓:10%min最大容許電壓:110%額定電壓消耗功率:0.9W本設(shè)計(jì)中熱繼電器FR1、FR2、FR3保護(hù)電機(jī)M1、M2和M3，保證電動(dòng)機(jī)的正常起動(dòng)和運(yùn)行不受影響，并能最大限度的發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的承載能力用到的FR1、FR3繼電器為西門子熱過(guò)載繼電器3UA5240-1F3.2～5A，額定工作電壓380V。FR2為3RU5146-4JB10,額定電流8A，工作電壓220～380V。2.斷路器選型低壓斷路器又俗稱自動(dòng)開(kāi)關(guān)或著空氣開(kāi)關(guān)，是電路中很重要的開(kāi)關(guān)電器和保護(hù)電器，低壓斷路器具有控制和多種保護(hù)功能，并不止接通和分?jǐn)嚯娐返墓δ?。在本設(shè)計(jì)中QF能對(duì)電路或著電氣設(shè)備的短路、嚴(yán)重過(guò)載和欠電壓等進(jìn)行保護(hù)，還能用在不頻繁地啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)中。在選取低壓斷路器時(shí)應(yīng)該注意一下條件：低壓斷路器的型號(hào)及操作機(jī)構(gòu)形式應(yīng)符合工作環(huán)境、保護(hù)性能等方面的要求；低壓斷路器的額定電壓應(yīng)不低于裝設(shè)地點(diǎn)線路的額定電壓；低壓斷路器脫扣器的選擇和額定滿足保護(hù)要求；低壓斷路器的殼架等級(jí)額定電流應(yīng)不小于脫扣器的額定電流，即（3-9）5.低壓斷路器的額定短路電流應(yīng)不小于其安裝處的最大短路電流。線路計(jì)算電流13.4A。（3-10）據(jù)選型原則，QF選用西門子電氣公司的斷路器型號(hào):3VL63/20額定工作電壓:AC380V殼架等級(jí)額定電流:63A斷路器額定電流:20A3.熔斷器選型熔斷器是基于電流熱效應(yīng)原理和發(fā)熱元件熱熔斷原理設(shè)計(jì)的，在本電路中用于電路的短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)。FU1、FU2、FU3串接在被保護(hù)電路中，在電路發(fā)生短路故障的時(shí)候，熔斷器中的熔體能夠瞬時(shí)熔斷從而分?jǐn)嚯娐?，起到保護(hù)作用。選擇熔斷器的要求：根據(jù)工作環(huán)境條件要求選擇熔斷器的型號(hào)；熔斷器額定電壓應(yīng)不小于保護(hù)線路的額定電壓；熔斷器的額定電流應(yīng)不小于其熔體的額定電流，即（3-11）根據(jù)負(fù)載類型，（3-12）（3-13）FU1選用RT19-16熔斷器，熔斷器額定電流16A，其熔體額定電流8A。（3-14）（3-15）FU2選用RT14-20熔斷器，熔斷器額定電流20A，其熔體額定電流12A。（3-16）（3-17）FU3選用RT19-16熔斷器，熔斷器額定電流16A，其熔體額定電流4A。FU4、FU5均采用RT19-16熔斷器，熔斷器額定電流16A，其熔體額定電流10A，用于PLC中起熔斷保護(hù)的作用。4.開(kāi)關(guān)電源用于將系統(tǒng)中220VAC轉(zhuǎn)換為PLC（S7-200）可用的24VDC。綜上，選擇了型號(hào)S-35-24。規(guī)格:輸入電壓:由開(kāi)關(guān)選擇85-132VAC/170-264VAC(V)輸出電壓、電流:24VAC、1.5A輸出功率:35W調(diào)制方式:脈沖寬度調(diào)制（PWM）式工作效率:78%5.蜂鳴器蜂鳴器選用西門子蜂鳴器AD16-22SM/r帶指示燈式蜂鳴器揚(yáng)聲器DC24V。在本設(shè)計(jì)中與PLC輸出端Q0.3相連，用于電氣設(shè)備故障報(bào)警。主要技術(shù)指標(biāo):工頻耐壓:2.5KV(交流有效值)，1min絕緣電阻:≥2MΩ允許電壓波動(dòng):±20%相比漏電起痕指數(shù):CTI≥100使用頻率:AC50～60Hz6.報(bào)警燈指示燈HL1、HL2壓力過(guò)高、水位過(guò)高或者過(guò)低時(shí)通電報(bào)警。選用型號(hào)XB2-BVB4LC，顏色為紅色，DC24V，0.5W。7.按鈕啟動(dòng)按鈕：帶燈按鈕XB2-BW33B1C,燈電壓AC/DC24V，1常開(kāi)，綠色。停止按鈕：帶燈按鈕 XB2-BW34B1C，燈電壓AC/DC24V，1常開(kāi)，紅色。3.3.8人機(jī)界面人機(jī)界面的顯示采用MCGS組態(tài)，MCGS組態(tài)軟件包括兩個(gè)部分即組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一個(gè)工具軟件，可以設(shè)計(jì)用戶所需的模擬環(huán)境，用戶通過(guò)MCGS設(shè)計(jì)和制造自己的運(yùn)行系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境是與組態(tài)環(huán)境相配套的軟件，運(yùn)行用戶在組態(tài)環(huán)境中的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行各種處理，用戶可以根據(jù)運(yùn)行情況來(lái)進(jìn)行調(diào)整已達(dá)到自己所需的效果和目標(biāo)。3.4本章小結(jié)主要是對(duì)系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)及圖形的解析，由部分到整體，再由整體到部分，思路之間互相切換，對(duì)系統(tǒng)更有深刻的了解和認(rèn)知，了解的更深，對(duì)系統(tǒng)也就更加的清晰明朗，通過(guò)自己的思想來(lái)設(shè)計(jì)和修改電路圖，雖然并不完美。通過(guò)不斷地查閱資料和學(xué)習(xí)畫(huà)圖軟件的使用，差錯(cuò)找錯(cuò)，再翻閱資料進(jìn)行修改，不斷地重復(fù)這個(gè)過(guò)程，盡量做到最好。第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1控制程序流程圖軟件設(shè)計(jì)中采用分模塊設(shè)計(jì),簡(jiǎn)潔明了，模塊流程圖如下。圖4-1流程圖先初始化設(shè)定溫度、壓力等參數(shù)，然后檢測(cè)水位是否在設(shè)定值內(nèi)，不在的話就開(kāi)啟電磁閥，加大進(jìn)水或者加大出水，一切正常后開(kāi)啟電機(jī)，讓系統(tǒng)運(yùn)行，如果溫度不符合要求，則反映給PLC，由PLC控制電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，如果壓力過(guò)高則光報(bào)警，正常就出水。4.2編程軟件STEP7--Micro/WIN概述STEP7-Micro/WIN是西門子公司特地為S7-200系列PLC開(kāi)發(fā)的一款基于Windows的編程應(yīng)用軟件，用戶主要用它來(lái)編寫(xiě)開(kāi)發(fā)程序，同時(shí)程序的執(zhí)行狀態(tài)也能夠被實(shí)時(shí)監(jiān)控。4.2.1STEP7--Micro/WIN簡(jiǎn)單介紹打開(kāi)軟件，在軟件窗口可以大量編寫(xiě)程序。頁(yè)面中也有各種功能不同的按鈕，用戶可以了解STEP7--Micro/WIN的不同的編程功能模塊。程序邏輯和局部變量表是程序編輯器的兩個(gè)部分，臨時(shí)局部變量的符號(hào)名可以在里面分配。在程序編輯器窗口底部中斷程序和子程序按標(biāo)簽顯示。STEP7--Micro/WINV4.0SP5編程軟件，軟件包括以下幾個(gè)基本模塊：程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號(hào)表、狀態(tài)表、交叉引用表。依照下列流程使用編程軟件：先修改軟件顯示的語(yǔ)言，點(diǎn)擊工具欄中Tools中的Options圖4-2打開(kāi)工具菜單的選項(xiàng)在Options中，點(diǎn)擊左側(cè)General，選擇Chinese。圖4-3把軟件的菜單顯示語(yǔ)言修改為中文2、重新打開(kāi)軟件，然后新建一個(gè)工程文件圖4-4

新建一個(gè)工程文件依據(jù)PLC的I/O地址表建立一個(gè)符號(hào)表單擊右側(cè)灰色框中的符號(hào)表。圖4-5進(jìn)入符號(hào)表編寫(xiě)模式圖4-6添加符號(hào)表的符號(hào)、地址等信息依據(jù)控制要求，編寫(xiě)梯形圖程序單擊右側(cè)灰色框中的程序塊。圖4-7進(jìn)行程序編寫(xiě)模式編譯并調(diào)試程序直到編譯通過(guò)圖4-8編譯4.2.2軟件編程及調(diào)試

1.按下啟動(dòng)按鈕，M0.0得電系統(tǒng)通電運(yùn)行，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，系統(tǒng)失電，停止運(yùn)行。圖4-9啟動(dòng)/停止2.系統(tǒng)得電后，水位不在極限位置，則系統(tǒng)開(kāi)始正常工作。圖4-10系統(tǒng)正常工作3.水位不在設(shè)定值范圍內(nèi)，則調(diào)整電磁閥使其降至或者升到設(shè)定值。上限則開(kāi)通出水電磁閥，水位在下限則開(kāi)通進(jìn)水電磁閥。圖4-11調(diào)整水位4.水位在設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，給煤機(jī)開(kāi)始工作，當(dāng)給煤機(jī)工作20s后燃燒機(jī)風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作，燃燒機(jī)風(fēng)機(jī)工作1分鐘后，排爐機(jī)正常運(yùn)行。圖4-12電機(jī)依次正常運(yùn)行圖4-13電機(jī)運(yùn)行的符號(hào)地址溫度傳感器傳送電信號(hào)給PLC，溫度過(guò)高時(shí)，PLC控制風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)減小輸出量；溫度過(guò)低時(shí)，PLC控制風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)加大輸出量。圖4-14溫度檢測(cè)調(diào)整壓力傳感器傳送電信號(hào)給PLC，壓力過(guò)高時(shí)，PLC控制風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)減小輸出量；壓力過(guò)低時(shí)，PLC控制風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)加大輸出量。圖4-15壓力檢測(cè)調(diào)整7.給煤機(jī)運(yùn)行后，如果給煤加大，則排爐機(jī)加快運(yùn)轉(zhuǎn)；如果給煤量減小，則排爐機(jī)放慢排渣速度。圖4-16排爐水位在上限或者在下限時(shí)，水位報(bào)警，報(bào)警燈閃爍，當(dāng)按下報(bào)警解除按后，停止報(bào)警狀態(tài)；風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)、排爐機(jī)不能正常工作時(shí)，故障報(bào)警，蜂鳴器啟動(dòng)，當(dāng)按下報(bào)警解除按鈕后，停止報(bào)警狀態(tài)。圖4-17報(bào)警壓力采集模塊把采集到的信息經(jīng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)最終發(fā)送給電機(jī)，控制電機(jī)加大或者減小輸出量，是壓力溫度安全的要求。

圖4-18壓力采集溫度采集模塊把采集到的信息經(jīng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)最終發(fā)送給電機(jī)，控制電機(jī)加大或者減小輸出量，是溫度達(dá)到設(shè)定值的要求。

圖4-19溫度采集11.對(duì)于送風(fēng)量的調(diào)節(jié)，是通過(guò)控風(fēng)機(jī)變頻器，進(jìn)而控制鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。圖4-20變頻鼓風(fēng)

圖4-21用戶編輯界面4.3MCGS組態(tài)1.打開(kāi)MCGS組態(tài)軟件，創(chuàng)建新工程，在用戶窗口里點(diǎn)擊創(chuàng)建窗口，根據(jù)需要可以更改窗口屬性。圖4-22MCGS界面2.進(jìn)入窗口之后，點(diǎn)擊圖標(biāo)，出現(xiàn)使用工具框，可以根據(jù)需要選擇你所要的器件等，開(kāi)始繪圖。圖4-23工具界面3.在設(shè)備窗口中，右擊打開(kāi)設(shè)備工具箱，點(diǎn)擊設(shè)備管理按鈕，選擇要添加的“通信串口父設(shè)備”和“西門子S7200PPI”。圖4-24添加設(shè)備4.雙擊“通信串口父設(shè)備”，出現(xiàn)“通信串口父設(shè)備0”，根據(jù)實(shí)際連接設(shè)備所約定的串口通訊波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位等參數(shù)，對(duì)父設(shè)備設(shè)置。圖4-25參數(shù)設(shè)定5.首先在打開(kāi)的設(shè)備窗口中找到設(shè)備“西門子S7-200”，單擊右鍵，選擇屬性，在窗口上選擇基本屬性。圖4-26PLC設(shè)置6.單擊設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性右側(cè)的按鍵，進(jìn)行通道屬性的設(shè)置，將通道的數(shù)據(jù)類型都設(shè)置為讀寫(xiě)類型，這樣既能將數(shù)據(jù)輸入又能將其輸出。圖4-27通道屬性設(shè)置完成PLC與MCGS的通道連接。7.鍋爐供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)MCGS組態(tài)界面。圖4-28鍋爐供熱8.參數(shù)設(shè)定溫度75，壓力30，液位20，實(shí)時(shí)趨勢(shì)如下。