【正文】 基于PLC的水暖鍋爐控制系統(tǒng)改造研究摘 要 本系統(tǒng)是基于PLC的水暖鍋爐控制，在設(shè)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(huán)控制、壓力控制、顯示部分、故障報警等幾部分組成來實現(xiàn)供暖控制。主要用水位傳感器檢測水位，用數(shù)字溫度傳感器Dsl882 0來檢測水溫，用五個控制按鍵來實現(xiàn)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(huán)泵的轉(zhuǎn)速，用壓力傳感器檢測鍋爐內(nèi)部壓力。并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號送入PLC中。把這些信號與PLC中內(nèi)部設(shè)定的值相比，以判斷PLC是否需要進行相應(yīng)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(huán)泵的轉(zhuǎn)速等操作，從而實現(xiàn)單片機自動控制的目的。本設(shè)計用PLC控制易于實現(xiàn)鍋爐供暖、而且有造價低、程序易于調(diào)試、一部分出現(xiàn)故障不會影響其他部分的工作、維修方便、等優(yōu)點。關(guān)鍵詞： PLC，傳感器，水位，溫度，循環(huán)，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(shè)計思路 2 供暖鍋爐改造設(shè)計要求 2 鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2 整體方案選擇 3第2章 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用 4 變頻調(diào)速基本原理 42. 2 變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用 5第3章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計 63. 1 系統(tǒng)功能分析 6 總體設(shè)計思路 6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 7第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 可編程控制器PLC的選型 8 PLC配置 9 PLC的開關(guān)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(tǒng)構(gòu)成 16 補水泵控制系統(tǒng) 16 16 循環(huán)泵控制系統(tǒng) 18 鼓風機控制系統(tǒng) 19第6章 PID控制原理 20 PID算法的實現(xiàn) 20第7章 程序設(shè)計 24 24 子程序設(shè)計 24結(jié)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(shè)備中最普遍的動力設(shè)備之一。目前，大多數(shù)鍋爐都是人工控制的，或簡單的儀表單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，燃料浪費很大。鍋爐作為一個設(shè)備總體，有許多被控制量與控制量，許多參數(shù)之間明顯地存在著復(fù)雜的關(guān)系。對于鍋爐這個復(fù)雜的系統(tǒng)，由于其內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換機理過于復(fù)雜，采用常規(guī)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?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng),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(gòu)成多功能控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代PLC集成度高、功能強、抗干擾能力強、組態(tài)靈活、工作穩(wěn)定。在傳統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化改造中發(fā)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(huán)節(jié)，不僅其工作的安全性、可靠性直接影響到等前級產(chǎn)熱設(shè)備的安全性及供熱質(zhì)量，提高其工作效能，還具有十分重大的節(jié)能意義。目前供暖鍋爐大都采用人工監(jiān)控，一方面浪費人力；另一方面在出現(xiàn)事故隱患時，操作人員難以及時發(fā)現(xiàn)，很容易造成運行中設(shè)備的事故。 該設(shè)計對整個鍋爐的運行進行監(jiān)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(tǒng)設(shè)計時，對鍋爐水位、鍋爐壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故。系統(tǒng)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(guī)定的數(shù)值上，以保證鍋爐的安全運行，達到降低能耗、提高供氣質(zhì)量的目的，同時對運行參數(shù)如壓力、溫度等進行顯示，還可對水位、壓力、爐溫等參數(shù)越限時報警，發(fā)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(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中，故障率低。PLC編程簡單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，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(shè)計思路 供暖鍋爐改造設(shè)計要求(1)PLC容量和性能要與任務(wù)相適應(yīng)，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(tǒng)具有手動/自動轉(zhuǎn)換、在線監(jiān)控及在現(xiàn)場調(diào)試、驅(qū)動電機過熱保護。 鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)鍋爐控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、補水箱、循環(huán)水泵、補水泵等部分組成。補水箱內(nèi)的水由兩路提供。一路是來自用戶網(wǎng)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(nèi)的水，加入到鍋爐。圖11 總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 整體方案選擇以往供暖鍋爐系統(tǒng)中帶有循環(huán)泵、補水泵等水泵類的設(shè)備，通常是根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)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(shè)備而影響生產(chǎn)。目前，風機、泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動機直接驅(qū)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(shè)備使用壽命，而且當負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設(shè)備，時常出現(xiàn)泵損壞同時電機也被燒毀的現(xiàn)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(tài)的不穩(wěn)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(tǒng)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(fā)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(tǒng)進行技術(shù)改造，改造后可以減少強電元氣件數(shù)目，而且增加了一些故障自診斷功能。提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，安全性。使電氣控制系統(tǒng)的工作更加靈活，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)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(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用 變頻調(diào)速基本原理目前，隨著大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為一項成熟的交流調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速器作為該技術(shù)的主要應(yīng)用產(chǎn)品經(jīng)過幾代技術(shù)更新，己日趨完善，能夠適應(yīng)較為惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，目能提供較為完善的控制功能，能滿足各種生產(chǎn)設(shè)備異步電動機調(diào)速的要求。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系水泵多配用交流異步電機拖動，當電機轉(zhuǎn)速降低時，既可節(jié)約能量，經(jīng)濟效益十分顯著。由異步電動機的轉(zhuǎn)速公式： (1)式中，——異步電動機的同步轉(zhuǎn)速r/min； ——異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速r/min； ——電動機的磁極對數(shù)； ——電源頻率，電動機定子電壓頻率； ——轉(zhuǎn)速差； (2)由公式可見改變電動機極對數(shù)P、改變轉(zhuǎn)速差S及改變電源頻率f都可以改變轉(zhuǎn)速。通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)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(shù)，集電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。實現(xiàn)調(diào)頻調(diào)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(huán)節(jié)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?yōu)殡妷嚎烧{(diào)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(diào)的交流電；濾波環(huán)節(jié)，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(lián)的整流電路組成，直接將電網(wǎng)的交流電通過變頻電路同時調(diào)節(jié)電壓和頻率，變成電壓和頻率可調(diào)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(diào)速范圍小，控制線路復(fù)雜，功率因數(shù)低，目前較少采用[2]。2. 2 變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用由于變頻調(diào)速可以實現(xiàn)電機無級調(diào)速，具有異步電機調(diào)壓調(diào)速和串級調(diào)速無可比擬的優(yōu)越性，在鍋爐系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速在供熱鍋爐系統(tǒng)中主要應(yīng)用在風機調(diào)速和水泵調(diào)速。第3章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計 3. 1 系統(tǒng)功能分析本文針對鍋爐進行變頻改造，設(shè)計一套基于變頻調(diào)速技術(shù)的鍋爐系統(tǒng)。根據(jù)要求，并結(jié)合鍋爐控制的發(fā)展趨勢，本系統(tǒng)具備如下功能：(1)遠程/就地控制系統(tǒng)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(tǒng)中的鼓風機、引風機、爐排電機、循環(huán)泵和補水泵實現(xiàn)遠程控制。同時，也可直接操作變頻控制柜，實現(xiàn)就地控制。(2)單動/聯(lián)動模式本系統(tǒng)工作在單動/聯(lián)動兩種工作模式下。單動和聯(lián)動模式下均可實現(xiàn)遠程/就地控制和參數(shù)設(shè)定，但單動模式下，需人工根據(jù)氣候、負荷的變化設(shè)定鼓風機、循環(huán)泵和補水泵等電機的轉(zhuǎn)速，相當于“開環(huán)控制”；聯(lián)動模式下，操作人員只需根據(jù)室內(nèi)溫度和室外溫度的變化設(shè)定鍋爐的出水溫度和爐膛負壓等參數(shù)，系統(tǒng)自動地調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，減少了人工干預(yù)，提高了自動化水平。(3)檢測功能系統(tǒng)通過安裝在鍋爐現(xiàn)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(huán)水泵壓力等參數(shù)，并可以將這些數(shù)據(jù)通過變送器傳送到可編程控制器處理，所有參數(shù)均可在操作臺顯示上顯示出來。(4)超溫超壓報警按規(guī)定，鍋爐控制系統(tǒng)必須包含超溫超壓報警功能，當系統(tǒng)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(shù)，還設(shè)置了報警聯(lián)動功能，即超限時停爐或停泵處理。 總體設(shè)計思路針對鍋爐房的現(xiàn)狀，本系統(tǒng)對鍋爐房的鼓風機、循環(huán)泵、補水泵等設(shè)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(huán)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