基于PLC的锅炉控制系统设计

实习报告题目：基于PLC的燃油锅炉控制系统设计学生姓名：学号：院系名称：电气与信息工程学院专业班级：指导教师：职称：教授二○一二年八月二十四日实习任务书组内学生姓名王鹏、历丽、赵冰冰、李佳欣、孙会鸿人数5人系部名称电气与信息工程学院专业电气工程及其自动化班级、学号电气09-120091501指导教师姓名徐鹿眉、王希凤职称教授从事专业电气工程及其自动化题目名称基于PLC的燃油锅炉控制系统设计一、工程实践的目的、意义通过对燃油锅炉PLC控制的程序设计，使我懂得了锅炉一直在发展，随着对控制精度和对环境的要求越来越高，传统的继电器控制不能满足要求，燃煤锅炉也渐渐不再适应现代发展的需要。燃油锅炉替代燃煤锅炉是发展的结果。本次工程实践，收获很多，既完成了设计任务，又学的了很多新知识。当然，个人的设计或多或少总存在一些不足和缺陷，只有在不断学习使用和在别人的帮助指点下，才能不断改进缺陷和不足。整个设计过程比较复杂，在设计中反映出个人知识的不足，需要学习更多的知识以弥补不足。二、工程实践的主要内容、技术要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）用PLC控制燃油锅炉的自动控制，保证其安全、可靠、稳定地按着预期的设计方案工作。基于PLC的燃油锅炉控制系统技术要求如下：(1)按下起动按钮，燃油首先通过燃油预热器预热，1min后，接通点火变压器，打开瓦斯阀门，同时由鼓风机送风，持续3S后，喷油泵喷油，持续3S后，点火变压器和瓦斯阀门同时关闭。(2)按下停止按钮，燃油预热器关闭，喷油泵关闭，鼓风机继续送风持续15S后送风停止。(3)锅炉燃烧过程中，当出现异常情况时（即蒸汽压力超过允许值或水位通过上限或低于下限L能自动关K；异常情况消失后，又能自动接起燃烧程序重新点火燃烧。(4)锅炉水位控制，锅炉工作起动后，当水位低于下限时，进水阀打开，排水阀关闭，当水位高于上限时，排水阀打开，进水阀关闭。(5)当水温低于90度时，喷油电机以较大转速运行；当水温高于90度时，Q0.7输出，喷油电机减速运行；当油温高于设定值25度时，喷油机才能喷油。三、工程实践完成后应提交的成果由PLC组成的燃油锅炉控制系统。对锅炉实行全自动控制，包括锅炉水位、蒸汽压力、燃烧系统的参数检测、指示、调节等进行控制。设计PLC控制软件，成功地实现对燃油锅炉控制系统的仿真。四、工程实践的工作进度安排（1）调研、方案论证（2天）（2）设计电路原理图（2天）（3）编写程序（2天）（4）系统程序调试（2天）（5）撰写设计报告（1天）（6）答辩（1天）五、主要参考资料[1]沈雅琴.半导体热敏电阻测温传感器分析[J].上海航天,1997年02期.[2]殷红彩，葛立峰.一种多输出直流稳压电源的设计[J].传感器世界，2006，12(9)，22-26.[3]孙强,曹跃龙,薛延学,高立芳.新型燃油锅炉微机监控系统[J].西安理工大学学报,1998年04期.[4]李元章.微机监控系统在锅炉供热工作中的应用[J].节能,2000年08期.[5]杨靖，雷声勇.基于PID算法的S7-200PLC锅炉水温控制系统[J].机床电器，2010年06期.[6]王永华，《现代电气控制及PLC应用技术》，北京，北京航空航天出版社,2007年六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日黑龙江工程学院目录第1章引言………………………………………………………………………11.1PLC控制燃油锅炉的目的和意义…………………………………………………11.2PLC控制燃油锅炉的设计内容……………………………………………………11.3预期实现的目标……………………………………………………………………1第2章系统总体设计方案…………………………………………………………22.1燃油锅炉的基本组成部分…………………………………………………………22.2燃油锅炉的工作过程………………………………………………………………22.3燃油锅炉系统控制要求……………………………………………………………22.4燃油锅炉控制系统…………………………………………………………………32.4.1燃烧过程控制………………………………………………………………32.4.2水位高低控制………………………………………………………………42.5燃油锅炉系统工艺流程……………………………………………………………42.6确定燃油锅炉的设计方案…………………………………………………………4第3章控制系统硬件设计……………………………………………………………63.1PLC总述……………………………………………………………………………63.1.1PLC工作原理………………………………………………………………63.1.2PLC系统选型………………………………………………………………63.1.3I/O地址分配…………………………………………………………………83.1.4PLC主机图…………………………………………………………………93.1.5扩展模块选型………………………………………………………………93.2电机及驱动控制选型……………………………………………………………113.2.1电机及喷油泵的选型………………………………………………………113.2.2变频器选型...................................................................................................113.2.3电机主线路…………………………………………………………………113.3检测元件选型……………………………………………………………………123.4低压电器选型……………………………………………………………………123.4.1继电器选型…………………………………………………………………133.4.2断路器选型…………………………………………………………………133.4.3熔断器选型…………………………………………………………………13黑龙江工程学院3.5系统电源设计……………………………………………………………………13第4章控制系统软件设计…………………………………………………………154.1控制程序流程图…………………………………………………………………154.2控制程序设计……………………………………………………………………164.3显示操作界面设计………………………………………………………………174.4程序调试…………………………………………………………………………17结束语……………………………………………………………………………………19实习体会…………………………………………………………………………………20参考文献…………………………………………………………………………………21附录………………………………………………………………………………………22黑龙江工程学院1第1章引言1.1PLC控制燃油锅炉的目的和意义锅炉是一次性能源煤炭、石油、天然气转换成二次能源蒸汽量的重要动力设备。据有关数据统计，目前我国有各类工业锅炉约25万。每年耗煤量占全国产量的1/3，同时还消耗大量的石油和天然气。工业锅炉是生产过程中重要的动力设备。在石油化工领域，它的主要作用是向生产装置提供所需的合格蒸汽，其控制质量的优劣不仅关系到锅炉自身运行的效果，而且还将直接影响到相关装置生产过程的稳定性。现代燃油燃烧机多为自动控制的燃烧机，一般采用工业程序控制器、火焰检测器以及温度传感器等组成自动控制系统。燃油锅炉随着城市的发展而越来越多地被应用。以前使用燃煤锅炉由于其在燃烧时产生大量的CO2和粉尘污染环境而逐渐被淘汰，相对应的用燃油锅炉来代替燃煤锅炉已被广泛用于酒店、大型商场等建筑。由PLC组成的燃油锅炉控制系统适用于配用各种进口及国产燃烧器的燃油锅炉，对锅炉实行全自动控制，包括锅炉水位、蒸汽压力、燃烧系统的参数检测、指示、调节等进行控制。1.2PLC控制燃油锅炉的设计内容本设计采用可编程序控制器PLC控制燃油锅炉的稳定可靠运行。通过PLC的选型和扩展电机及驱动控制、检测元件选型、低压电器选型、电源设计完成燃油锅炉的硬件设计部分。通过组态软件以及仿真软件的模拟和调试完成燃油锅炉的软件设计。1.3预期实现的目标实现燃油锅炉的自动控制，不但能很好的控制锅炉的水位和蒸汽压力等参数，还能很方便的加水和排水，基于PLC的控制很容易实现工业化。我国目前运行的很多锅炉控制系统自动化水平不高、安全性低，工作效率普遍低于国家标准，因此实现燃油锅炉的自动控制对能源消耗来说很重要。黑龙江工程学院2第2章系统总体设计方案2.1燃油锅炉的基本组成部分燃油锅炉主要组成部分：燃油预热器：锅炉启动前，将锅炉燃烧用的燃油加热到适当温度以达到良好雾化，保证锅炉的正常燃烧。汽包：由上下锅筒和三簇沸水管组成，水在管内受管外烟气加热，在管簇内发生自然的循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在上锅筒里边。下锅筒作为连接沸水管之用，同时储存水和水垢。炉膛：是使燃料充分燃烧并放出热能的设备，由供油系统和油枪组成。引风设备：包括引风机，烟囱，烟道几部分，用它将锅炉中的烟气连续排除。送风设备：由鼓风机和风道组成，用它来供应燃料燃烧所需要的空气。燃料供给设备：包括供油管路和油枪等。2.2燃油锅炉的工作过程锅炉工作时燃料在炉膛内进行燃烧，将其化学能转化为热能，高温的燃烧产物—烟气通过汽包受热面将热能传递给汽包内温度较低的水，水被加热进而沸腾汽化，生成蒸汽。燃料在燃烧时，油由油泵从储油罐中抽出，经燃油预热器预热，由喷油电磁阀经喷油口打入锅炉进行燃烧。燃烧时，鼓风机送风，喷油电磁阀喷油，点火变压器接通（子火燃烧），瓦斯阀打开（母火燃烧），将燃油点燃。点火完毕后，关闭点火，继续送风、喷油，使燃烧持续。2.3燃油锅炉系统控制要求由PLC组成的燃油锅炉控制系统适用于配用各种进口及国产燃烧器的燃油锅炉，对锅炉实行全自动控制，包括锅炉水位、蒸汽压力、燃烧系统的参数检测、指示、调节等进行控制。1.燃油锅炉控制要求(1)按下起动按钮，燃油首先通过燃油预热器预热，1min后，接通点火变压器，打开瓦斯阀门，同时由鼓风机送风，持续3S后，喷油泵喷油，持续3S后，点火变压器和瓦斯阀门同时关闭。黑龙江工程学院3(2)按下停止按钮，燃油预热器关闭，喷油泵关闭，鼓风机继续送风持续15S后送风停止。(3)锅炉燃烧过程中，当出现异常情况时（即蒸汽压力超过允许值或水位通过上限或低于下限L能自动关K；异常情况消失后，又能自动接起燃烧程序重新点火燃烧。(4)锅炉水位控制，锅炉工作起动后，当水位低于下限时，进水阀打开，排水阀关闭，当水位高于上限时，排水阀打开，进水阀关闭。2.燃油锅炉的系统示意图如图2.1所示。图2.1燃油锅炉系统示意图2.4燃油锅炉控制系统优良的燃油锅炉控制系统对燃油锅炉的应用有着极为重要的意义。燃油锅炉的控制系统主要包括燃烧器控制、锅炉水位控制等。2.4.1燃烧过程控制燃烧装置包括：鼓风机、油泵、引风机、点火装置、喷油电磁阀等。在燃烧启动前，燃油首先通过燃油预热器预热后，接通点火变压器，点火变压器投入工作，当点火变压器打开后，可燃油雾立即被高压电火花点燃产生点火火焰。打开瓦斯阀门，同时由鼓风机送风，一段时间后，喷油泵喷油，持续一段时间后，点火变压器和瓦斯阀门同时关闭。按下停止按钮，燃油预热器关闭，喷油泵关闭，鼓风机继续送风一段时间后送风停止。黑龙江工程学院42.4.2水位高低控制锅炉水位的高低对锅炉的安全运行极为重要。水位太高，会使蒸汽大量带水，降低品质，甚至会发生满水事故。水位偏低，会造成锅筒各部分的温度偏差，形成热应力，极限情况下会出现裂纹。水位过低，则容易发生缺水事故。在负荷变化时，锅炉水位也会快速变化，因此必须采用自动控制来维持水位在规定的范围内。维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的重要指标。2.5燃油锅炉系统工艺流程燃油锅炉控制系统是由P