基于plc的水暖鍋爐控制系統改造研究(已修改)

　

【正文】 基于PLC的水暖鍋爐控制系統改造研究摘 要 本系統是基于PLC的水暖鍋爐控制，在設計中主要有水位檢測、溫度檢測、壓力檢測、按鍵控制、水溫控制、水位控制、循環控制、壓力控制、顯示部分、故障報警等幾部分組成來實現供暖控制。主要用水位傳感器檢測水位，用數字溫度傳感器Dsl882 0來檢測水溫，用五個控制按鍵來實現按健控制，用三位LED顯示器來完成顯示部分，用變頻器來控制循環泵的轉速，用壓力傳感器檢測鍋爐內部壓力。并且通過模數轉換把這些信號送入PLC中。把這些信號與PLC中內部設定的值相比，以判斷PLC是否需要進行相應的操作，即是否需要打開鼓風機，是否需要開啟補水泵，是否需要加快循環泵的轉速等操作，從而實現單片機自動控制的目的。本設計用PLC控制易于實現鍋爐供暖、而且有造價低、程序易于調試、一部分出現故障不會影響其他部分的工作、維修方便、等優點。關鍵詞： PLC，傳感器，水位，溫度，循環，自動控制 Based PLC Design of Heating Boiler Controlled System ResearchABSTRACTThe systemic design bases controller of CMS water heating of a boiler, it mostly makes up of measuring water level , measuring a water temperature, controlling a keyspress, controlling a water temperature, controlling water level, controlling circulate , controlling pressure. Showing a part，giving an alarm order to realize heating controller , the design adopts PLC to control boiler heating .It mostly uses a temperature sensor DS18B20 to measure water temperature .Uses water level sensor to measure water level, uses a transducer to control cycle pump39。 s rotate speed .Uses five keyspress to control keypress. Uses three lightemitting diodes display to finish a display parts .Uses a transducer to control rotate speed of cycle pump .Uses a press transducer to measure press in the boiler. It sends those signals to PLC through modulus and holder those signals to pare with enactment in the PLC to judge whether PLC need to carry through relevant operation namely. Whether it needs to open a fan, whether it needs to turn on a water pump .whether it needs to quicken rotate speed of a pump and so on. It finishes an aim of PLC autocontroller. The design makes use of the PLC to control boiler which is easy to realize boiler heating. It is cheap to manufacture. It is easy to debug its procedure .When a part is in trouble. It does not infect others and it is convenience to mend. It is widely to use many of areas.KEY WORDS: PLC, transducer, water level. Water temperature, Autocontrol目　錄前　言 1第1章 供暖鍋爐改造設計思路 2 供暖鍋爐改造設計要求 2 鍋爐系統的結構 2 整體方案選擇 3第2章 變頻調速在供暖鍋爐控制中的應用 4 變頻調速基本原理 42. 2 變頻調速在供暖鍋爐系統中的應用 5第3章 鍋爐控制系統總體設計 63. 1 系統功能分析 6 總體設計思路 6 系統結構 7第4章 系統硬件設計 8 可編程控制器PLC的選型 8 PLC配置 9 PLC的開關量輸入、輸出點 9 PLC的模擬量輸入、輸出點 11 I/O接線 11 變頻器配置 11 變頻器輸入輸出接口 11 傳感器與變送器 13 壓力變送器工作原理 13 壓力變送器選型 13 溫度傳感器選型 13第5章 系統構成 16 補水泵控制系統 16 16 循環泵控制系統 18 鼓風機控制系統 19第6章 PID控制原理 20 PID算法的實現 20第7章 程序設計 24 24 子程序設計 24結論 33謝辭 34參考文獻 35外文資料翻譯 37前　言鍋爐是供熱設備中最普遍的動力設備之一。目前，大多數鍋爐都是人工控制的，或簡單的儀表單回路調節系統，燃料浪費很大。鍋爐作為一個設備總體，有許多被控制量與控制量，許多參數之間明顯地存在著復雜的關系。對于鍋爐這個復雜的系統，由于其內部能量轉換機理過于復雜，采用常規的方式進行控制，難以達到理想的控制效果，因此，必須采用智能控制方式控制，才能獲得最佳控制效果。可編程邏輯控制器(PLC)既能代替傳統的繼電器接觸器控制系統,又具有擴展各種輸入輸出模塊,如A/D模塊、熱電偶熱電阻模塊,構成多功能控制系統。現代PLC集成度高、功能強、抗干擾能力強、組態靈活、工作穩定。在傳統工業的現代化改造中發揮著越來越重要的作用。供暖鍋爐，是連接用戶極為重要的功能性環節，不僅其工作的安全性、可靠性直接影響到等前級產熱設備的安全性及供熱質量，提高其工作效能，還具有十分重大的節能意義。目前供暖鍋爐大都采用人工監控，一方面浪費人力；另一方面在出現事故隱患時，操作人員難以及時發現，很容易造成運行中設備的事故。 該設計對整個鍋爐的運行進行監測、報警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運行，除此以外為保證鍋爐運行的安全，在進行微機系統設計時，對鍋爐水位、鍋爐壓力等重要參數應設置常規儀表及報警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發生重大事故。系統由可編程邏輯控制器( PLC)、變頻器組成，能完成對給水、鼓風等進行自動控制，使鍋爐的水位、蒸汽壓力保持在規定的數值上，以保證鍋爐的安全運行，達到降低能耗、提高供氣質量的目的，同時對運行參數如壓力、溫度等進行顯示，還可對水位、壓力、爐溫等參數越限時報警，發出聲光信號。由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護、自診斷等功能，所以抗干擾能力強，能置于環境惡劣的工業現場中，故障率低。PLC編程簡單，易于通信和聯網，用于水暖鍋爐控制能提高性能價格比，如果從長遠觀點看，其壽命長，故障率低，易于維修，所以選用[1]。 第1章 供暖鍋爐改造設計思路 供暖鍋爐改造設計要求(1)PLC容量和性能要與任務相適應，PLC運行速度要滿足實時控制的要求。(2)要確定PLC的型號、需要的傳感器和變頻器的型號、PLC硬件接線圖和梯形圖。(3)要有PLC的I/O接口地址分配表(4)系統具有手動/自動轉換、在線監控及在現場調試、驅動電機過熱保護。 鍋爐系統的結構鍋爐控制系統，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、補水箱、循環水泵、補水泵等部分組成。補水箱內的水由兩路提供。一路是來自用戶網通過熱交換形成的冷凝水。一路是來自自來水管的自來水。當回水不足以維持供熱所需的水時。啟動補水泵，用補水箱內的水，加入到鍋爐。圖11 總體系統結構圖 整體方案選擇以往供暖鍋爐系統中帶有循環泵、補水泵等水泵類的設備，通常是根據不同的生產需求往往采用調整閥、回流閥、截止閥等節流設備進行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費，管路、閥門等密封性能的破壞，還加速了閥體的磨損，嚴重時損壞設備而影響生產。目前，風機、泵類設備多數采用異步電動機直接驅動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設備使用壽命，而且當負載出現機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現泵損壞同時電機也被燒毀的現象。對于如何供暖鍋爐的基本功能和它存在的缺陷等問題提出兩種改造方案。第一種就是利用單片機進行控制中心的，但是由于單片機工作狀態的不穩定性，抗干擾能力比較差。所以不在此處選用。第二種就是用可編程控制器PLC進行改造，把原來的繼電接觸式電控系統改造為PLC控制。不僅可以消除掉它原來存在的所有缺陷，而且增加了故障檢修功能，可以在發生故障的部位進行報警。第二個方案用可編程控制器PLC對原來的繼電接觸式電控系統進行技術改造，改造后可以減少強電元氣件數目，而且增加了一些故障自診斷功能。提高了系統的穩定性，可靠性，安全性。使電氣控制系統的工作更加靈活，更容易維修，更能適應經常變動的工藝條件。因此我們選擇第二種方案。第2章 變頻調速在供暖鍋爐控制中的應用 變頻調速基本原理目前，隨著大規模集成電路和微電子技術的發展，變頻調速技術已經發展為一項成熟的交流調速技術。變頻調速器作為該技術的主要應用產品經過幾代技術更新，己日趨完善，能夠適應較為惡劣的工業生產環境，目能提供較為完善的控制功能，能滿足各種生產設備異步電動機調速的要求。變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系水泵多配用交流異步電機拖動，當電機轉速降低時，既可節約能量，經濟效益十分顯著。由異步電動機的轉速公式： (1)式中，——異步電動機的同步轉速r/min； ——異步電動機轉子的轉速r/min； ——電動機的磁極對數； ——電源頻率，電動機定子電壓頻率； ——轉速差； (2)由公式可見改變電動機極對數P、改變轉速差S及改變電源頻率f都可以改變轉速。通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交直交電源變換技術，集電力電子、微電腦控制等技術于一身的綜合性電氣產品。實現調頻調壓的電路有兩種：交直交變頻器，交交變頻器見圖2。上面是交直交變頻器，下面是交交變頻器。圖21 變頻器種類(1)交直交變頻器它是由三個環節組成：可控硅整流電路，其作用是將電壓、定頻率的交流電路變為電壓可調的直流電；可控硅逆變電路，其作用是將整流電路輸出的直流電變換為頻率可調的交流電；濾波環節，它在整流電路和逆變電路之間，一般是利用無電源電容或電抗器對整流后的電壓或電流進行濾波。(2)交交變頻器它是由兩組反并聯的整流電路組成，直接將電網的交流電通過變頻電路同時調節電壓和頻率，變成電壓和頻率可調的交流電輸出，交交變頻器由于直接交換，減少換流電路，減少損耗，效率高，波型好，但調速范圍小，控制線路復雜，功率因數低，目前較少采用[2]。2. 2 變頻調速在供暖鍋爐系統中的應用由于變頻調速可以實現電機無級調速，具有異步電機調壓調速和串級調速無可比擬的優越性，在鍋爐系統中得到廣泛的應用。變頻調速在供熱鍋爐系統中主要應用在風機調速和水泵調速。第3章 鍋爐控制系統總體設計 3. 1 系統功能分析本文針對鍋爐進行變頻改造，設計一套基于變頻調速技術的鍋爐系統。根據要求，并結合鍋爐控制的發展趨勢，本系統具備如下功能：(1)遠程/就地控制系統具有遠程控制和就地控制兩種控制功能。通過操作臺和可編程控制器對鍋爐系統中的鼓風機、引風機、爐排電機、循環泵和補水泵實現遠程控制。同時，也可直接操作變頻控制柜，實現就地控制。(2)單動/聯動模式本系統工作在單動/聯動兩種工作模式下。單動和聯動模式下均可實現遠程/就地控制和參數設定，但單動模式下，需人工根據氣候、負荷的變化設定鼓風機、循環泵和補水泵等電機的轉速，相當于“開環控制”；聯動模式下，操作人員只需根據室內溫度和室外溫度的變化設定鍋爐的出水溫度和爐膛負壓等參數，系統自動地調節電機的轉速，減少了人工干預，提高了自動化水平。(3)檢測功能系統通過安裝在鍋爐現場的各類傳感器，可檢測出水溫度、回水溫度、出水流量、回水壓力、出水壓力、補水流量、循環水泵壓力等參數，并可以將這些數據通過變送器傳送到可編程控制器處理，所有參數均可在操作臺顯示上顯示出來。(4)超溫超壓報警按規定，鍋爐控制系統必須包含超溫超壓報警功能，當系統中的溫度、壓力等信號超過上下限時，必須提示報警信息，對某些重要參數，還設置了報警聯動功能，即超限時停爐或停泵處理。 總體設計思路針對鍋爐房的現狀，本系統對鍋爐房的鼓風機、循環泵、補水泵等設備進行變頻改造。每臺鼓風機配置一臺變頻器，共2臺。對于4臺循環泵，給其中兩臺容量較大的電機配置兩臺變頻器，另外容量較小的電機不配備變頻器，作為備用。對于4臺補水泵，也配置兩臺變頻器，給其中兩臺容量較大的電機配置兩臺變頻器，另外容量較小的電機不配備變