【正文】 等幾方面進行闡述。通過改造 燃煤鍋爐的控制系統 具有響應快、穩(wěn)定性好、可靠性高 ,控制精度好等特點，對工業(yè)控制有現實意義。 PLC 的快速發(fā)展發(fā)生在上世紀 80 年代至 90 年代中期。 燃煤鍋爐是機電一體化的產品，具有運行安全可靠，供熱穩(wěn)定，自動化程度高的優(yōu)點，是理想的節(jié)能環(huán)保的供暖設備。 PID 控制是迄今為止最通用的控制方法之一。 PID 在工業(yè)過程控制中的應用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問世 ,但由于 PID 算法以它自身的特點，再加上人們在長期使用中積累了豐富經驗，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應用。 （ 2）能適應于受控系統數學模型難以建立的溫度控制系統的控制。借助于計算機軟件技術，溫度控制器具有對控制參數及特性進行自整定的功能。 隨溫度控制系統在國內各行各業(yè)的應用雖然應用很廣泛，但從國內生產的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比仍然有著較大的差距。 項目研究內容 以鍋爐為被控對象，以鍋爐出口水溫為主被控參數，以爐膛內水溫為副被控參數，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數，以 PLC 為控制器，構成鍋爐溫度串級控制系統；采用PID 算法 ，運用 PLC 梯形圖編程語言進行編程，實現鍋爐溫度的自動控制。論文通過對松下公司的 FP 系列 PLC 控制器，溫度傳感器將檢測到的實際爐溫 轉化為電壓信號，經過模擬量輸入模塊轉換成數字信號送到 PLC 中進行 PID 調節(jié)， PID 控制器輸出轉化為 010mA 的電流信號 輸入控制可控硅電壓調整器或觸發(fā)板改變可控硅管導通角的大小來調節(jié)輸出功率。副回路由副變量檢測變送、副調節(jié)器、調節(jié)閥和副過程構成；主回路由主變量檢測變送、主調節(jié)器、副調節(jié)器、調節(jié)閥、副過程和主過程構成。副調節(jié)器具有“粗調”的作用，主調節(jié)器具有“細調”的作用，從而使其控制品質得到進一步提高。煤由煤斗落在轉動鏈條爐蓖上，進入爐內燃燒。 3．空氣預熱器：繼續(xù)利用離開省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所需要的空氣的換熱器。 6．給水設備：由給水泵和給水管組成。 9．除灰除塵設備：分 別為收集鍋爐灰渣并運往存狄場地及除去煙氣中灰粒的設備，以減少對周圍環(huán)境的污染。新煤入爐，經預熱階段后開始著火 ，揮發(fā)物燃燒，同時焦炭也逐漸燃燒。燃料燃燒剩下的灰渣，在爐排末端翻過除渣板后排入灰斗。 2．煙氣向水 (汽 )等的傳熱過程：燃料燃燒所放出的熱量使得爐內溫度很高，高溫煙氣與布置在爐膛四周墻面上的水管進行強烈的輻射傳熱。鍋爐工作時，汽鍋中的工作介質是處于飽和狀態(tài)下的汽水混合物，它們位于煙氣溫度較低的對流管束中。通過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(huán)泵和補水泵進行就地控制。引風機出現故障，報警指示燈亮，系統按順序停止鼓風機、爐排、循環(huán)泵。 控制方案的設計 針對供暖鍋爐的控制發(fā)展狀況，本系統對鍋爐房的鼓風機、引風機、爐排電機、循環(huán)泵、補 水泵等設備采用變頻器控制技術。所有的變頻器俊安裝在變頻控制柜內，置于變頻控制室，操作變頻控制的面板，可以實現就地控制。 系統結構框圖如下： 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 11 頁 共 38 頁 圖 系統結構框圖 控制系統結構 本 系統屬于熱水鍋爐供暖系統，主要通過熱水循環(huán)給用戶供暖，一般分為燃燒控制系統、循環(huán)泵控制系統和補水泵控制系統。這些數據主要包括鍋爐的出水溫度、回水溫度、室內溫 度、室外溫度、管網壓力等。作為鍋爐的燃燒設備“爐”，其任務是針對不同燃料的燃燒特性，為其完全燃燒創(chuàng)造良好的條件，以求燃料將其熱量最大限度地釋放出來。 連鎖控制 在鍋爐控制中，為保證鍋爐安全運行，在某一機構發(fā)生故障時，要有即時報警和相關保護并觸發(fā)與之關聯的設備實現自動連鎖。 （ 3）爐排電機 要求當鼓風電機或引風電機發(fā)生故障時，爐排電機立即停止運行。斷路器能自動的進行欠電壓、失電壓和短路保護，當電路發(fā)生欠電壓短路的時候，斷路器能夠自動的斷開線路，保護設備的安全；熱繼電器主要實現電動機的過載保護，當電動機過載的時候，熱繼電 器動作，通過輔助觸點斷開控制線路，實現對電機的保護；熔斷器主要完中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 13 頁 共 38 頁 成短路和過電流保護，當電路中電路超過一定值的時候能夠迅速的分斷電路中的電器設備，以保護電器設備不被損壞。 PLC 的基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機，具有許多明顯的特點。而且，盡管硬件的價格在逐漸下跌，據估計，根據 Frost 和 Sullivan 對 PLC 市場的調查研究表明，每年銷售硬件的價格要比銷售 PLC 的價格（一千五百萬）至少多出八十億美元。 如果房子建造的像軟件過程一樣，那么僅僅一只啄木鳥就可以摧毀文明。例如，在實踐中， VISI 設計是一種有效的計算機輔助設計。 再者， PLC 控制系統不適合設計對適應性和重構有越來越多要求的生產系統。方法論還包括一個逐步的設計過程，并且要設置一個設計規(guī)則，這樣才能 為一個成功的設計提供導向和方法。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。 中央處理器 (CPU)是 PLC 控制器的大腦。 CPU 同樣關注通信 , PLC 控制器 ,操作程序的執(zhí)行 ,監(jiān)督記憶設置的輸入和輸出等部分的關聯性 5。 PLC 控制器比快擦型存儲器使用得更早， EPROM 存儲器比快擦型存儲器也更早，快擦型存儲器必須用紫外線（ UV， UltraViolet Ray）燈擦除，并在編程器上進行編程。一部分存儲器用來存儲輸入和輸出狀態(tài)。例如，定時器值，或者記數器值存放在存儲器的這個部分。這對于工業(yè)企業(yè)來說是非常重要的。 幾乎所有用于為 PLC 控制器編程的程序都擁有各種不同的選項，例如系統輸入 /輸出（ I/O 線）的強制開關，程序實時跟蹤以及圖表驗證。注釋和標記甚至還可以準 確地引用零件號，如果需要更換零件的話。 電源是為中央處理單元提供電源的。不同的模塊使用不同的電流量。有些較小的 PLC 控制器從與 PLC 控制器集成在一起的小電源為它們的輸入提供電壓源?？梢酝ㄟ^分析估計看狀態(tài)模型是否達到想要的 目標。 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 18 頁 共 38 頁 在現代制造業(yè)中，系統是用過程和結果的革新來描述的，并且因此不得不改變系統性能以快速做出反應。結果，程序上的延遲和資源成了生產工業(yè)過程的主要絆腳石。 IEC 61499, 1998。 軟件工業(yè)被認為是系統性能的破壞者和系統復雜性的產生者。尤其是，可編程邏輯控制器（ＰＬＣ）程序設計從二十五年前的兩條主線，發(fā)展到現在的成千上萬條。 目前，大部分設計研究的主要焦點都集中在機械和電子產品上。而且，中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 19 頁 共 38 頁 正在設計理論和代表計算機科學及運籌學研究的認識論結果之間構建一條橋梁，這樣的具體應該是邏輯硬件電路設計。在局部功能塊設計階段，單個功能將被設計出來，并予以驗證。 可編程控制器的產生和應用 1969年美國數字設備公司成功研制世界第一臺可編程序控制器 PDP14，并在GM 公司 的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。進入20世紀 70年代，隨著電子技術的發(fā)展，尤其是 PLC 采用通訊微處理器之后，這種控制器功能得到更進一步增強。 1． CPU CPU 是 PLC 的核心，它按 PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤 等。 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。 常用的 I/O 分類如下： 開關量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 編程器的作用是用來供用戶進行程序的輸入、編輯、調試和監(jiān)視的。操作方便且功能強大。 可編程控制器的工作原理 : PLC 的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。 PLC 工作的全過程可用圖 所示的運行框圖來表示。 (三 )大型 PLC 一般 I/O 點數在 1024 點以上的稱為大型 PLC，大型 PLC 的軟硬件功能極強，具有極強的自診斷功能、通訊聯網功能強，有各種通訊聯網的模塊可以構成三級通訊網實現工廠生產管理自動化，大型 PLC 還可以采用冗余或三 CPU 構成表決式系統使機器的可靠性更高。人機界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。 在當今工控領域，一些常用的大型組 態(tài)軟件主要有： ABBOptiMax， WinCC， iFix，Intouch，組態(tài)王，力控，易控， MCGS 等。尤其考慮三方面問題：畫面、數據、動畫。它還具有豐富的設備驅動程序和靈活的組態(tài)方式、數據鏈接功能。 4 運行和調試 PLC 控制系統設計的基本原則和步驟 PLC 控制系統設計的基本原則 1．充分發(fā)揮 PLC 功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求。 PLC 控制系統設計的一般步驟 設計 PLC 應用系統時，首先是進行 PLC 應用系統的功能設計，即根據被控對象的功能和工藝要求，明確系統必須要做的工作和因此必備的條件。 2．確定 I／ O 設備 根據系統的控制要求，確定用戶所需的輸入 (如按鈕、行程開關、中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 24 頁 共 38 頁 選擇開關等 )和輸出設備 (如接觸器、電磁閥、信號指示燈等 )由此確定 PLC 的 I／ O 點數。由于程序與硬件設計可同時進行，因此， PLC 控制系統的設計周期可大大縮短，而對于繼電器系統必須先設計出全部的電氣控制線路后才能進行施工設計。 3．根據梯形圖編寫指令表程序。 FP0 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。在各種溫度傳感器中，以將溫度量轉換為電勢和電阻的方法最為普遍。 P100 鉑熱電阻，簡稱為： PT100 鉑電阻，其 阻值會隨著溫度的變化而改變。 圖 整體設計圖 計 算 機 P L C A 2 1 PT100 可控硅 鍋 爐 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 27 頁 共 38 頁 圖 電 氣接線圖 PLC 控制器的設計 控制器的設計是整個控制系統設計中最重要的一步。兩路模擬信號經過 A21轉化為數字信號送入 PLC， PLC再通過 PID 模塊進行 PID 調節(jié)控制。 ：用 PLC 的外部硬件接線和梯形圖軟件來實現繼電器控制系統的功能。實際上就找到輸出和輸入的關系，完成設計任務。 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 30 頁 共 38 頁 圖 梯形圖（ 1） 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 31 頁 共 38 頁