【正文】 參 考 文 獻(xiàn) ............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。到了 60 年代的中后期，我國(guó)引進(jìn)了國(guó)外全自動(dòng)的燃油鍋爐的控制系統(tǒng) ； 到了上個(gè)世紀(jì)的 70 年代末，我國(guó)逐漸自主研發(fā)了一些工業(yè)鍋爐的自動(dòng)化儀器，同時(shí)，在工業(yè)鍋爐的控制系統(tǒng)方面也在逐步推廣應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)。到現(xiàn)在已出現(xiàn)越來(lái)越多的新 PLC 產(chǎn)品：如 三菱 FX2N 系列 PLC、三菱 FX2NC 系列 PLC、三菱 FX1N 系列 PLC、 松下 FP2 松下電工可編程控制 器 (PLC)、 三菱 A/Q 系列 PLC、橫河 FAMA 系列 PLC 等一系列新產(chǎn)品 最初的工廠自動(dòng)化控制主要是以繼電器回路控制占主導(dǎo)地位，這種控制具有體積大，耗電多，壽命短，可靠性差以及運(yùn)行速度慢等缺點(diǎn)，而可編程序控制器具有體積小，可靠性高，耗電少等優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，降低成本，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和監(jiān)控。 鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為生產(chǎn)和生活提供所需要的熱能，也可通過(guò)蒸汽動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī) 械能，或再通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。即使是小型鍋爐，一旦發(fā)生爆炸，后果也十分嚴(yán)重。 19 世紀(jì)，常用的蒸汽壓力提高到 兆帕左右。 1830 年左右，在掌握了優(yōu)質(zhì)鋼管的生產(chǎn)和脹管技術(shù)之后出現(xiàn)了火管鍋爐。 19 世紀(jì)中葉，出現(xiàn)了水管鍋爐。初期的水管鍋爐只用直水管，直水管鍋爐的壓力和容量都受到限制。開(kāi)始是采用多鍋筒式。 第二次世界大戰(zhàn)以后，這兩種型式的鍋爐得到較快發(fā)展，因?yàn)楫?dāng)時(shí)發(fā)電機(jī)組要求高溫高壓和大容量。后來(lái)又發(fā)展了由輔助循環(huán)鍋爐和直流鍋爐復(fù)合而成的復(fù)合循環(huán)鍋爐。直水管鍋爐出現(xiàn)后開(kāi)始采用機(jī)械化爐排，其中鏈條爐排得到了廣泛的應(yīng)用。 早年制造的煤粉爐采用了 U 形火焰。 1930 年左右出現(xiàn)了布置在爐膛四角且大多成切圓燃燒方式的直流燃燒器。這時(shí)電站鍋爐的容量也越來(lái)越大，要求燃燒設(shè)備不僅能燃燒完全，著火穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，低負(fù)荷性能好，還必須減少排煙中的污染物質(zhì)。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)有各類工業(yè)鍋爐約 25萬(wàn)?，F(xiàn)代燃油燃燒機(jī)多為自動(dòng)控制的燃燒機(jī)，一般采用工業(yè)程序控制器、火焰檢測(cè)器以及溫度傳感器等組成自動(dòng)控制系統(tǒng)。 PLC控制燃油鍋爐的設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì) 采用可編程序控制器 PLC 控制燃油鍋爐的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。我國(guó)目前運(yùn)行的很多鍋爐控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平不高、安全性低，工作效率普遍低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此實(shí)現(xiàn)燃油 鍋爐的自動(dòng)控制對(duì)能源消耗來(lái)說(shuō)很重要。 爐膛：是使燃料充分燃燒并放出熱能的設(shè)備，由供油系統(tǒng)和油槍組成。 燃油鍋爐控制系統(tǒng)由燃油預(yù)熱器、點(diǎn)火變壓器、瓦斯閥、引風(fēng)機(jī)、油泵、進(jìn)水閥、出水閥、水位上限開(kāi)關(guān)、水位下限開(kāi)關(guān)、各種檢測(cè)儀表及監(jiān)控設(shè)備組成。燃燒時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)，噴油電磁閥噴油，點(diǎn)火變壓器接通（子火燃燒），瓦斯閥打開(kāi)（母火燃燒），將燃油點(diǎn)燃。點(diǎn)火時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)；噴油口噴油；點(diǎn)火變壓器接通（子火）；瓦斯閥打開(kāi)（母火）。點(diǎn)火完畢，關(guān)閉子火，繼續(xù)送風(fēng)、噴 氣 ，使燃燒持續(xù)。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 10 頁(yè) 共 37 頁(yè) 3 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC機(jī)型的選擇 及各硬件性能指標(biāo)分析 通常選擇 PLC 機(jī)型有以下幾種方法： 方法 1. 按以下條件選擇機(jī)型 （１）可編程序控制器的類型： 可編程序控制器按結(jié)構(gòu)可分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)和控制室安裝兩類；按 CPU 的字長(zhǎng)分為 1 位、 4位、 8 位、 16 位、 32 位、 64 位等。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。一般可編程序控制器的供電電源的應(yīng)設(shè)計(jì)選用２２０Ｖ交流電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)張性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 （ 2） PLC 的硬件配置 。 （ 5） 指令系統(tǒng)。 （ 6）響應(yīng)速度。 PLC 容量估算 PLC 容量包括兩個(gè)方面：一是 I/O 點(diǎn)數(shù)，二是用戶存儲(chǔ)器的容量?？紤]裕量后的 I/O 總點(diǎn)數(shù)即為 I/O 點(diǎn)數(shù)估算值，該估算中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 12 頁(yè) 共 37 頁(yè) 值是 PLC 選型的主要技術(shù)依據(jù)，考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，選定的 PLC 機(jī)型的 I/O 能力極限值必須大于 I/O 點(diǎn)數(shù)估算值。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略的估算。 綜合考慮上述一些選擇要求以及對(duì) PLC 產(chǎn)品的熟悉程度，最后選擇日本三菱的 FX2系列 PLC 作為系統(tǒng)控制的機(jī)型。 基本單元型號(hào)表示方法如下： FX2N— M | | 2 式中， 1 部分表示用兩位數(shù)表示輸入 /輸出（ I/O）總點(diǎn)數(shù)，有 1 2 3 4 64中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 13 頁(yè) 共 37 頁(yè) 和 80 六種； 2 部分用字符表示輸出類型： R 表示繼電器輸出， T 表示晶體管輸出， S 表示雙向晶閘管輸出。輸出類型有繼電器、晶體管、雙向晶閘管三種輸出形式。晶體管和雙向晶閘管輸出過(guò)載 、過(guò)壓能力較差，價(jià)格高，因而適應(yīng)于要求快速通斷、快速響應(yīng)的工作場(chǎng)合。 具體項(xiàng)目性能指標(biāo)如 表 所示： 項(xiàng)目 性能指標(biāo) 編程方式 梯形圖，步進(jìn)順控指令 基本指令執(zhí)行時(shí)間 指令種類 107 條（基本指令 20 條，步進(jìn)順序指令 2 條，功能指令 85 條） 程序容量 /存儲(chǔ)器類型 2K 步 RAM（標(biāo)準(zhǔn)配置） 4K 步 EEPROM 卡盒（選配） 8K 步 RAM、 EEPROM、 EPROM 卡盒（選配） 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 14 頁(yè) 共 37 頁(yè) 輸入繼電器（ DC 輸入） 24V DC， 7mA 光電隔離 輸出繼電器 繼電器 250V AC 、 30V DC、 2A（電阻負(fù)載） 晶體管 30V DC、 雙向晶閘管 242V AC、 輔助繼電器 通用型 500 點(diǎn)（ M0~M499） 停電保持型 524 點(diǎn)（ M500~M1023），電池后備 特殊型 256 點(diǎn)（ M8000~M8255） 狀態(tài)元件 初始化用 10 點(diǎn)（ S0~S9）用于初始狀態(tài) 通用型 490 點(diǎn)（ S10~S499） 停電保持型 400 點(diǎn)（ S500~S899） 報(bào)警 100 點(diǎn)（ S900~S999） 定時(shí)器 （ 100ms） 200 點(diǎn)（ T0~T99）， ~ (10ms) 46 點(diǎn)（ T200~T245）， ~ 1ms（積算） 4 點(diǎn)（ T246~T249）， `，電池后備 100ms（積算） 6 點(diǎn)（ T250~T255）， `，電池后備 計(jì)數(shù)器 通用加數(shù)器 100 點(diǎn)（ C0~C99）， 1~32767S，電池后備 停電保持加計(jì)數(shù)器 100 點(diǎn)（ C100~C199）， 1~32767S，電池后備 通用加減計(jì)數(shù)器 20 點(diǎn)（ C200`C220） 停電保持加減計(jì)數(shù)器 15 點(diǎn)（ C220~C234）電池后備 高速計(jì)數(shù)器 6 點(diǎn)（ C235~C256）電池后備 寄存器 同用數(shù)據(jù)寄存器 200 點(diǎn)（ D0~D199） 停電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器 312 點(diǎn)（ D200~D511） 特殊寄存器 256 點(diǎn)（ D8000`D8255） 變址寄存器 2 點(diǎn)（ V ， Z ） 文件寄存器 最大 20xx 點(diǎn)（ D1000~D2999），電池后備 表 FX2 系列 PLC 機(jī)的主要技術(shù)性能 燃油鍋爐的控制過(guò)程 分析 用 PLC 控制燃油鍋爐的啟動(dòng)、停止、出現(xiàn)異常情況時(shí)能暫停且異常情況消失后能自動(dòng)按 照 起燃順序重新工作。當(dāng)水位高于上限時(shí)，排水閥打開(kāi)，進(jìn)水閥關(guān)閉。針對(duì)燃油鍋爐的實(shí)際情況，我們采用 220V 交流，簡(jiǎn)單不需添加變壓器，是普通電網(wǎng)就能提供。在電網(wǎng)電壓較穩(wěn)定的情況下也可以不用交流穩(wěn)壓器或 UPS不間斷電源。 圖 系統(tǒng)啟動(dòng)梯形圖 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 20 頁(yè) 共 37 頁(yè) 啟動(dòng)過(guò)程：按下啟動(dòng)按鈕 X1，鼓風(fēng)機(jī) Y2 開(kāi)始送風(fēng)并自鎖，通風(fēng) 10min 后 T0 動(dòng)作燃油預(yù)熱器 Y1 動(dòng)作并自鎖 ，時(shí)間 T1 同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)， 60S 后 T1 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，子火 Y3 點(diǎn)燃，時(shí)間 T2開(kāi)始計(jì)時(shí)， 5S 后 T2 觸點(diǎn)閉合，接通噴油口 Y4 開(kāi)始點(diǎn)燃， Y4 自鎖，時(shí)間 T3開(kāi)始計(jì)時(shí)， 5S 后 T3觸點(diǎn)閉合，母火 Y5點(diǎn)燃，同時(shí)切斷燃油預(yù)熱 Y子火 Y3和噴油泵Y4。 異常狀況自動(dòng)關(guān)火 鍋爐燃燒 過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時(shí) (即蒸 汽 壓力超過(guò)允許值，或水位超過(guò)上限，中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 21 頁(yè) 共 37 頁(yè) 或水位低于下限 )，能自動(dòng)關(guān)火進(jìn)行清爐；異常狀況消失后，又能自動(dòng)按起燃程序重新點(diǎn)火燃燒。 鍋爐水位控制 鍋爐工作 起動(dòng)后，當(dāng)水位低于下限時(shí)，進(jìn)水閥打開(kāi)，排水閥關(guān)閉。 基于 PLC 的燃油鍋爐控制系統(tǒng) 總梯形圖 綜合考慮上述系統(tǒng)的控制要求（ 用 PLC 控制燃油鍋爐的啟動(dòng)、停止、出現(xiàn)異常情況時(shí)能 暫停且異常情況消失后能自動(dòng)按起燃順序重新工作 ） 。當(dāng)水位高于上限時(shí)，排水閥打開(kāi)，進(jìn)水閥關(guān)閉。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 25 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 系統(tǒng)總控制梯形圖 對(duì) 系統(tǒng)控制總梯形圖 的分析 啟動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕 X1，鼓風(fēng)機(jī) Y2開(kāi)始送風(fēng)并自鎖，通風(fēng) 10min 后 T0動(dòng)作燃油預(yù)熱器 Y1 動(dòng)作并自鎖，時(shí)間 T1 同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)， 60S 后 T1 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，子火 Y3點(diǎn)燃，時(shí)間 T2開(kāi)始計(jì)時(shí)， 5S 后 T2 觸點(diǎn)閉合，接通噴油口 Y4開(kāi)始點(diǎn)燃， Y4自鎖，時(shí)間 T3 開(kāi)始計(jì)時(shí)， 5S 后 T3 觸點(diǎn)閉合，母火 Y5 點(diǎn)燃，同時(shí)切斷燃油預(yù)熱 Y子火 Y3和噴油泵 Y4。 30S 后， T5 動(dòng)作，中間繼電器 M1 被斷開(kāi)， M1 常閉節(jié)點(diǎn)恢復(fù)閉合 ，由 T5 送入一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，使預(yù)熱 Y1 接通并自鎖，系統(tǒng)完成重新啟燃過(guò)程。一旦其中任何一個(gè)異常情況發(fā)生，即其開(kāi)關(guān)開(kāi)始閉合，發(fā)光二極管接通發(fā)光，顯示是什么超標(biāo)。鍋爐部分運(yùn)行過(guò)程時(shí)序圖如圖 、圖 、圖 、圖 所示 。 通過(guò)對(duì)基于 PLC 的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使我懂得了 1) 鍋爐一直在發(fā)展，隨著對(duì)控制精度和對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的繼電器控制不能滿足要求，燃煤鍋爐也漸漸不再適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展的需要。 PLC 應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，學(xué)習(xí) PLC知識(shí)，更新 PLC 知識(shí)，對(duì)自己的發(fā)展也有好處。 4) 通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)，可以得到同一個(gè)控制要求，可以有不同的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，即可以有不同的路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的目的，這也說(shuō)明了 PLC 的功能強(qiáng)大。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 32 頁(yè) 共 37 頁(yè) 附錄 指令表 啟動(dòng) LD X001 OR Y002 OUT Y002 OUT T0 K6000 LD T0 OR Y001 ANI Y005 OUT Y