【正文】 /1min。 系統(tǒng)各模塊連接方式 數(shù)字量輸出擴展模塊EM222本設(shè)計選用的數(shù)字量輸出擴展模塊EM222為8路輸出。通過對系統(tǒng)控制要求的分析可知，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點19點，開關(guān)量輸出點22點，所以選用CPU224（14DI/10DO），它可以擴展7個模塊能夠滿足控制要求。 S7200系列PLC可提供五種不同的基本單元和多種規(guī)格的擴展單元。通常PLC的輸入類型可以是直流、交流或交直流，使用最多的是直流信號輸入PLC。與一般計算機一樣，CPU是PLC的核心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能控制PLC有條不紊的進行工作。S7200系列所具有的多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。(3) 輸出刷新階段在用戶程序執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通∕斷開）在輸出刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式集中輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負(fù)載。(2) 程序執(zhí)行階段進入程序執(zhí)行階段后，一般來說（因為還有子程序和中斷程序的情況），PLC按從左到右、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。這三個階段是PLC工作過程的中心內(nèi)容，也是PLC工作原理的實質(zhì)所在。在一個掃描周期中，PLC一般將完成部分或全部的以下操作：讀輸入→處理通信請求→執(zhí)行邏輯控制程序→寫輸出執(zhí)行→CPU自診斷。第三部分是出錯處理。PLC工作的整個過程可分為三部分：第一部分是上電處理。不僅控制功能增強，功耗、體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且遠(yuǎn)程I/0和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及人機界面（HMI）也有了長足的發(fā)展。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程；而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。油位傳感器用來檢測油箱中油量，使操作人員及時了解油箱中的剩余油量，以免油泵空抽。當(dāng)超壓時，發(fā)出聲光報警同時自動停機，直到壓力下降到一定值，自動重新啟動。恒壓供油控制部分采用PLC∕變頻器混合控制方案，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于油泵的控制。方案主要包括水位控制，燃燒控制，恒壓供油控制和計算機系統(tǒng)實現(xiàn)。維持經(jīng)濟燃燒要使鍋爐燃燒過程出現(xiàn)最佳工況，提高鍋爐的效率和經(jīng)濟性，必須使空氣和燃料維持適當(dāng)?shù)谋壤Ｔ阱仩t運行過程中，蒸汽壓力降低，表明負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量大于鍋爐的蒸發(fā)量；蒸汽壓力升高，說明負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量小于鍋爐的蒸發(fā)量。一般情況，進汽溫度每降低5℃，效率降低1％。要使鍋爐的蒸發(fā)量隨時適應(yīng)負(fù)荷設(shè)備的需要量，汽包水位的變化速度必然很快，稍不注意就容易造成汽包滿水，無論滿水或缺水都會造成事故。主要包括：(1) 汽包壓力檢測指示 (2) 爐膛負(fù)壓檢測指示鍋爐生產(chǎn)的汽包水位測量汽包水位高低是關(guān)系到蒸汽質(zhì)量確保安全生產(chǎn)的重要參數(shù)。 燃油鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程圖 燃油鍋爐熱工參數(shù)檢測依據(jù)鍋爐的工藝流程及安全需要，通常要求在自動控制過程中對下列參數(shù)進行檢測。 停止按下停止按鈕，燃油預(yù)熱器關(guān)閉，噴油電磁閥關(guān)閉，油泵關(guān)閉，鼓風(fēng)機繼續(xù)送風(fēng)清爐，持續(xù)20s后送風(fēng)停止，1min后引風(fēng)機關(guān)閉。在工藝過程上，鍋爐對控制系統(tǒng)有如下要求：啟動按下啟動按鈕，啟動油泵，接通燃油預(yù)熱器預(yù)熱燃油。本控制系統(tǒng)保持輸油管內(nèi)部壓力恒定，當(dāng)儲油罐內(nèi)缺油或因故障使管道內(nèi)壓力過高時，系統(tǒng)能及時報警并自動停止油泵的工作。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的必要條件之一，是鍋爐正常運行的重要指標(biāo)。水位太高，會使蒸汽大量帶水，降低品質(zhì)，甚至?xí)l(fā)生滿水事故。(4) 閥門密封性檢測保護程序在每次起動點火前閥門檢測裝置都要自動進行檢測，當(dāng)閥門存在漏氣時將鎖定燃燒器控制。控制裝置主要是程序控制器。在本設(shè)計中，燃油鍋爐的控制系統(tǒng)主要包括燃燒器控制、鍋爐水位控制、油泵恒壓供油控制以及爐溫PID控制三大部分。這樣，容重大的工質(zhì)向下流入下鍋筒，而容重較小的工質(zhì)則向上流入上鍋筒，形成水的自然循環(huán)。沿途降低溫度的煙氣最后進入尾部煙道，排出鍋爐。燃燒時，鼓風(fēng)機送風(fēng)，噴油電磁閥噴油，點火變壓器接通（子火燃燒），瓦斯閥打開（母火燃燒），將燃油點燃。燃料供給設(shè)備：包括供油管路和油槍等。燃油預(yù)熱器：鍋爐啟動前，將鍋爐燃燒用的燃油加熱到適當(dāng)溫度以達到良好霧化，保證鍋爐的正常燃燒。 該系統(tǒng)代表了我國中小型鍋爐現(xiàn)場集成自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向和較高的管理水平，對提高國民經(jīng)濟效益，促進國家工業(yè)發(fā)展有著重要的作用和意義。 預(yù)期成果及意義采用可編程序控制器PLC對燃油鍋爐進行控制，實現(xiàn)過程的自動檢測、自動控制等多項功能。鍋爐控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界面使運行參數(shù)在觸摸屏上集中監(jiān)測，操作人員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及時修改運行參數(shù)，有效地減少了工人的疲勞和失誤，提高了生產(chǎn)過程的實時性和安全性。為了提高鍋爐的工作效率，減少對環(huán)境的污染，所以利用計算機與組態(tài)軟件技術(shù)對鍋爐進行自動控制有著重要的意義[10]。PLC不僅能實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯順序控制，而且還能完成少量模擬量的過程控制。而在鍋爐控制理論方面，也有許多優(yōu)秀的控制理論相繼出現(xiàn)。進入21世紀(jì)以來，人類進入了一個以知識經(jīng)濟為特征的信息時代，檢測技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)一起構(gòu)成現(xiàn)代信息的三大基礎(chǔ)。但是，由于采用單元組合儀表靠硬件來實現(xiàn)控制功能，可靠性低，精度不高，而且只能完成一些簡單的控制算法，不能實現(xiàn)一些較先進的算法和控制技術(shù)，控制效果仍然不理想。即操作工人通過經(jīng)驗決定送風(fēng)、給水、引風(fēng)、給料的多少，通過手動操作器等方式來達到控制鍋爐的目的。因此我國的燃油鍋爐控制系統(tǒng)主要依賴進口，其市場基本被歐美和日韓所壟斷。燃燒器和控制系統(tǒng)是燃油鍋爐的兩大關(guān)鍵部件，燃油鍋爐控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，直接影響燃油鍋爐的性能及使用，其報警及保護系統(tǒng)直接影響燃油鍋爐的安全性及可靠性[5]。80年代以前我國的鍋爐產(chǎn)業(yè)主要以燃煤鍋爐為主，由于我國具有豐富的煤炭資源，燃煤鍋爐至今仍是我國的主導(dǎo)產(chǎn)品，且以中大容量居多。 PLC控制燃油鍋爐的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和集中供熱過程中重要的動力設(shè)備，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，目前我國有各類工業(yè)鍋爐約25萬多臺。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動社會生產(chǎn)的發(fā)展，人類對能源的需求不斷增加，世界上發(fā)達國家為了解決能源緊張而帶給各行業(yè)的沖擊，都努力在開發(fā)能源的同時，致力于節(jié)能新方法的研究。燃油鍋爐采用當(dāng)前工業(yè)過程控制領(lǐng)域中引人注目的可編程序控制器（PLC）進行系統(tǒng)設(shè)計，PLC不僅能實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯順序控制，而且還能完成少量模擬量的過程控制。鍋爐作為工業(yè)生產(chǎn)和供熱系統(tǒng)重要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，能耗巨大，為減少污染、節(jié)約能源，原有的鍋爐控制系統(tǒng)已不能適應(yīng)目前的技術(shù)要求。模擬調(diào)試結(jié)果表明，所設(shè)計的控制軟件能完成對燃油鍋爐點火、燃燒、送風(fēng)、噴油等一系列控制要求。在燃燒控制方面主要保證鍋爐燃燒的三項調(diào)節(jié)任務(wù)，即蒸汽壓力穩(wěn)定，燃燒的經(jīng)濟性和爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。燃油鍋爐自動控制的主要任務(wù)是維持鍋爐的水位、溫度、壓力、煙氣含氧量等物理參數(shù)在設(shè)定的范圍內(nèi)，并能自動適應(yīng)負(fù)荷的變化，從而使鍋爐安全可靠經(jīng)濟的運行。Harbin黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計Ⅰ摘 要隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，能源消費日益增大，環(huán)境污染日益惡化。s DegreeDesign of Oil Burning Boiler Control System Based on PLCCandidate：Fan LinlinSpecialty：Electrical Engineering and AutomationClass：082Supervisor：Lecturer Xu LumeiHeilongjiang Institute of Technology201206鑒于燃油鍋爐所用燃料的快速爆發(fā)性及負(fù)荷的多變性，燃油鍋爐采用自動控制。溫度控制是以鍋爐爐膛溫度作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，利用S7200 PLC的PID功能指令對溫度進行實時控制，使鍋爐爐溫在設(shè)定的范圍內(nèi)。完成以S7200 PLC為控制中心的硬件電路設(shè)計與控制程序設(shè)計，并進行程序的模擬調(diào)試等工作。人們環(huán)保意識的不斷增強以及對改善環(huán)境的呼聲，促使著能源消費結(jié)構(gòu)向潔凈和節(jié)能型能源轉(zhuǎn)變。燃油鍋爐的自動控制包括鍋爐水位、水溫、爐膛負(fù)壓、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測、指示、報警、調(diào)節(jié)等控制，其任務(wù)主要是維持鍋爐水位、溫度、壓力、煙氣含氧量等物理參數(shù)在設(shè)定范圍內(nèi)，并能自動適合負(fù)荷的變化，從而使鍋爐安全可靠經(jīng)濟的運行[1]。從1978年改革以來，我國年均經(jīng)濟增長率達9％以上，目前已經(jīng)是世界第六大經(jīng)濟體和第三大貿(mào)易國，中國興起成為了當(dāng)今世界的熱門話題[3]?；赑LC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)可以對鍋爐進行自動控制，為人們提供安全服務(wù)，對滿足廣大人民群眾生活有重要意義。為了確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)就顯得愈加重要。燃油鍋爐作為一種新型高效環(huán)保產(chǎn)品，在世界各國得到大范圍的推廣，工業(yè)發(fā)達國家燃油鍋爐的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的90%以上。隨著計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展和成熟，國外發(fā)達國家的鍋爐已經(jīng)應(yīng)用了成熟的 DCS 或 FCS 產(chǎn)品，并取得了良好的效果[6]。在六十年代以前，由于自動化技術(shù)與電子技術(shù)發(fā)展不成熟，人們的自動化觀念還比較淡薄，這段時期的鍋爐一般采用純手動的控制方式。60年代前期，我國工業(yè)鍋爐的控制技術(shù)開始發(fā)展，60年代后期我國引進了國外的全自動燃油工業(yè)鍋爐的控制技術(shù)，70年代后期己經(jīng)研制了一些工業(yè)鍋爐的自動化儀表，正式將自動化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)鍋爐控制領(lǐng)域，因而熱效率有所提高，事故率也有所下降。80年代后期至今，國內(nèi)己經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)了各種各樣的鍋爐微機測控系統(tǒng)，明顯地改善了鍋爐的運行狀況，但還不夠完善，并對環(huán)境和抗干擾要求較高。而且，對于大規(guī)模鍋爐群控，檢測技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)結(jié)合在一起，形成鍋爐控制系統(tǒng)的集成化管理、網(wǎng)絡(luò)化控制，這將是鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展的又一個里程碑[8]。目前分散控制系統(tǒng)大多采用應(yīng)用在當(dāng)前工業(yè)過程控制領(lǐng)域中引人注目的可編程序控制器（PLC）進行系統(tǒng)設(shè)計， PLC是采用微電腦技術(shù)制造的通用的自動控制設(shè)備，它具有高可靠性，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的高溫，沖擊震動等惡劣環(huán)境，廣泛應(yīng)用于機械設(shè)備、生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過程的自動控制。隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，自動化控制水平越來越高，用戶對鍋爐控制系統(tǒng)的工作效率要求也越來越高。近年來PLC和組態(tài)軟件在鍋爐控制系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用得到了很大的發(fā)展，輕松的解決了畫面設(shè)計和與PLC通信的問題，可以很容易的生成人機界面的畫面，還可以實現(xiàn)某些動畫功能[11]。硬件設(shè)計中分別對主電路和輔助電路進行設(shè)計；軟件系統(tǒng)設(shè)計中先對組態(tài)軟件控制系統(tǒng)操作界面及系統(tǒng)主程序和功能子程序進行設(shè)計，然后對控制系統(tǒng)程序進行模擬和調(diào)試。基于PLC的燃油鍋爐控制系統(tǒng)將現(xiàn)場的鍋爐控制運行和管理有機的良好結(jié)合，實現(xiàn)了節(jié)能降耗，減輕了勞動強度，提高了鍋爐控制系統(tǒng)的自動化水平。下鍋筒作為連接沸水管之用，同時儲存水和水垢。送風(fēng)設(shè)備：由鼓風(fēng)機和風(fēng)道組成，用它來供應(yīng)燃料燃燒所需要的空氣。 燃料的燃燒過程燃油由油泵從儲油罐中抽出，經(jīng)燃油預(yù)熱器預(yù)熱，由噴油電磁閥經(jīng)噴油口打入鍋爐進行燃燒。煙氣將熱量傳遞給管內(nèi)的水后，由于引風(fēng)機和煙囪的引力作用而向爐膛上方流動。由于受熱較少，汽水混合物的容重較大；而處于煙氣溫度較高區(qū)的水冷壁和對流管束受熱多，其相應(yīng)工質(zhì)的容重小。因此，一套優(yōu)良的燃油鍋爐控制系統(tǒng)對燃油鍋爐的生產(chǎn)者及使用者都具有極為重要的意義。燃燒裝置包括：鼓風(fēng)機、油泵、點火裝置、引風(fēng)機、噴油電磁閥等。(3) 安全運行連鎖保護程序風(fēng)壓安全檢測在預(yù)吹掃過程和整個燃燒運行過程中都在工作，當(dāng)風(fēng)壓低于設(shè)定值時，燃燒器程序控制器進入自鎖狀態(tài)，中止燃燒器運行。 水位控制系統(tǒng)保持鍋爐水位在規(guī)定的范圍，鍋爐水位的高低對鍋爐的安全運行極為重要。在負(fù)荷變化時，鍋爐水位也會快速變化，因此必須采用自動控制來維持水位在規(guī)定的范圍內(nèi)[13]。變頻調(diào)速恒壓供油系統(tǒng)以其獨特的優(yōu)勢取代了原來的供油系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用PLC∕變頻器混合控制方案，并且可以通過PLC與上位機進行通訊，完成過程監(jiān)測任務(wù)，采用變頻器完成過程控制任務(wù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的恒壓供油，并對供油系統(tǒng)的油壓和各油泵的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控。 （）由階躍響應(yīng)法求得， =；= ；= 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制系統(tǒng)框圖 燃油鍋爐系統(tǒng)工藝燃油鍋爐控制系統(tǒng)是由PLC來控制燃油鍋爐的起動、停止以及出現(xiàn)異常情況時能暫停且異常情況消失后能自動按起燃順序重新工作的。5s后，若點火成功，噴油電磁閥正常打開繼續(xù)噴油，點火變壓器和瓦斯閥門同時關(guān)閉，進入正常燃燒。 。依據(jù)燃油鍋爐生產(chǎn)工藝和控制流程的要求一般有以下方面：(1) 爐膛溫度的檢測指示(2) 蒸汽溫度的檢測指示(3) 鍋爐水溫的檢測指示鍋爐生產(chǎn)的壓力測量壓力參數(shù)在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，它是鍋爐安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行、系統(tǒng)控制過程中的主要參數(shù)。為滿足負(fù)荷設(shè)備的要求，保證鍋爐本身運行的安全性和經(jīng)濟性，燃油鍋爐主要有下列自動調(diào)節(jié)任務(wù)：保持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi) 鍋爐汽包水位高度，關(guān)系著汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量，也是確保安全生產(chǎn)的重要參數(shù)。蒸汽溫度過低會直接影響負(fù)荷設(shè)備的使用，對汽輪機來說，會影響它的工作效率。蒸汽壓力過高或過低，對于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的。負(fù)壓過大，漏風(fēng)嚴(yán)重，總的風(fēng)量增加，煙氣熱量損失增大，同時引風(fēng)機的電耗增加，不利于經(jīng)濟燃燒；負(fù)壓偏正，爐膛要向外噴火，不利于安全生產(chǎn)，有害于環(huán)境衛(wèi)生，所以爐膛負(fù)壓必須進行自動調(diào)節(jié)。 系統(tǒng)整體控制方案根據(jù)燃油鍋爐的工藝流程和對其各項參數(shù)分析，確定燃油鍋爐的整體控制方案。在外