【正文】 械工業(yè)出版社， 1998， 8 [3] 趙明，許寥 .工廠電氣控制設(shè)備 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021， 5 [4] 邊春元 . S7300\400 PLC 原理于實(shí)際應(yīng)用開發(fā)指南 [M].機(jī)械工業(yè)出版社，2021 [5] 裘旭東，徐健豐 .基于 PLC 的 XA62W 型萬能升降臺(tái)銑床的技術(shù)改造［ J］ .煤礦機(jī)械， 2021， 28(12)： 150～ 152 [6] 李明，徐向東 .用容錯(cuò)技術(shù)提高鍋爐控制系統(tǒng)的可靠性 [J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)，1999， (39)3， 8891 [7] 王永平，陳建華 .基于 S7— 200PLC 的高性能電熱鍋爐控制系統(tǒng) [J].儀表技術(shù)與傳感器， 2021， (3)2628 學(xué)生 __________ 指導(dǎo)教師 __________ 系主任 ___________ 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 摘要 鍋爐是國民經(jīng)濟(jì)中主要的供熱設(shè)備之一。 PLC 中 CPU 的類型、機(jī)器字長等直接影響 PLC 運(yùn)算精度和運(yùn)行速度。 2. 存儲(chǔ)容量 PLC 的存儲(chǔ)器由系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器三部分組成。 研究方法上的要求：所有設(shè)想及實(shí)踐均要以生產(chǎn)實(shí)際情況為準(zhǔn)。 研究內(nèi)容：通過 PLC 及相關(guān)自動(dòng)化控制器件實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐的自動(dòng)化控制。它是描述的 PLC大小的一個(gè)重要的參數(shù)。影響掃描速度的主要因素有用戶程序的長度和 PLC 產(chǎn)品的類型。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際控制要求選擇合適指令功能的可編程控制器。鍋爐是供熱之源，鍋爐及其設(shè)備的任務(wù)在于 安全，可靠，有效把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，進(jìn)而將熱能傳遞給水，以生產(chǎn)熱水和蒸汽。但在我國，大部分鍋爐還采用儀表和繼電器控制，甚至人工操作，已無法滿足生產(chǎn)需求。設(shè)計(jì)中最為核心的器件是 PLC 溫度 開關(guān)量反饋給 PLC， PLC控制鍋爐的引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、送煤機(jī)、爐渣輸送傳送帶、爐膛撥爐渣叉子和刮板、鍋爐的上水閥、熱水輸送泵等； PLC 監(jiān)測啟停按鈕是否按下、環(huán)境溫度和鍋爐回水溫度、鍋爐的水位（分高、中、低）等。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，簡單可靠，操作靈活，功能強(qiáng)大，性能價(jià)格比高，在較好的滿足了現(xiàn)代生產(chǎn)能和科研的需要，大大減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。煤炭因其儲(chǔ)量大和價(jià)格相 對(duì)穩(wěn)定，在本世紀(jì) 50 年內(nèi)，在我國的一次能源構(gòu)成中仍將占主導(dǎo)地位。 工業(yè)鍋爐是我國主要的熱能動(dòng)力設(shè)備，使用面廣，需求量大，在工業(yè)生產(chǎn)和軍民生活中扮演重要角色。目前我國中、小型鍋爐以燃煤鏈條鍋爐為主，燃料主要是煤炭，而且鍋爐房管理水平不高，一直沿用間斷運(yùn)行方式，鍋爐技術(shù)含量低，鍋爐的自動(dòng)化控制技術(shù)落后，處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)，尤其是燃煤排放的 C02氣體所引起的溫室效應(yīng)，早己引起國際關(guān)注。具體來講，實(shí)現(xiàn)鍋爐自動(dòng)化控制的意義在于： (1)提高鍋爐運(yùn)行的安全性； (2)提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性； (3)改善勞動(dòng)條件； (4)減少運(yùn)行人員，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需求是非常大的，然而我國的能源利用率極低，所以提高鍋爐的熱效率，具有極為重要的實(shí)際意義。 鍋爐的主要設(shè)備包括 汽鍋、爐子、爐膛、鍋筒、水冷壁、過熱器、省煤器、燃燒熱備、引風(fēng)設(shè)備、送風(fēng)設(shè)備、給水設(shè)備、空氣預(yù)熱器、水處理設(shè)備、燃燒供給設(shè)備以及除灰除塵設(shè)備等。 爐膛：保證燃料的充分燃燒，并使水流受熱面積達(dá)到規(guī)定的數(shù)值。 過熱器：是將氣鍋所產(chǎn)生的飽和真氣急需加熱為過熱蒸汽的換熱器。同時(shí)，由于提高了進(jìn)入氣飽的給水溫度，減少了因溫差而引起的汽包壁的熱適應(yīng)力，從而延長了汽包的使用壽命。用它來供應(yīng)燃料所需的空氣。 水處理設(shè)備：其作用是為清除水中的雜質(zhì)和降低給水溫度，以防止在鍋爐受熱面上結(jié)水垢或腐蝕。圖 為鍋爐控制系統(tǒng)硬件組成圖 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 圖 鍋爐的工作原理及工作過程 鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽的換熱設(shè)備。 鍋爐的工作過程概括起來應(yīng)該包括三個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程：燃料的燃燒過程，煙氣向水的傳熱過程，水的汽化過程。即采用前饋比值串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)蒸汽溫度進(jìn)行控制，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見圖 所示。 壓力控制系統(tǒng)分為安全壓力控制系統(tǒng)和超壓控制系統(tǒng)。其中蒸汽流量是由工業(yè)的需要所決定的，給水的主要作用就是用以維持汽包液位的，所以我們選擇給水量作為操縱量對(duì)汽包液位進(jìn)行控制，又因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)相應(yīng)的平穩(wěn)性和快速性，除采用串級(jí)控制外，還將蒸汽流量引入前饋通道， 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行前饋 反饋串級(jí)控制，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。而且負(fù)壓過大容易使?fàn)t管氧化爆皮而減少爐管壽命。爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)采用了前饋串級(jí)控制，其結(jié)構(gòu)框圖見圖 所示。 串級(jí)控制系統(tǒng)主、副控制器的參數(shù)整定方法有逐步逼近法、兩步整定法和一步整定法。主回路的工作周期遠(yuǎn)大于副回路的工作周期，主、副回路間的動(dòng)態(tài) 關(guān)聯(lián)較小。 （ 4）按照“先副回路，后主回路”的順序，將計(jì)算出的參數(shù)值設(shè)置到控制器上，做一些擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，觀察過渡過程曲線，作適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整，直到控制品質(zhì)最佳為止。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)采用集中控制，分為三層，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 : 整定參數(shù) 控制規(guī)律 P（ %） Ti Td P Ps － － PI － PID 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 圖 鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 管理層 : 系統(tǒng)采用兩臺(tái)工控機(jī)作為上位機(jī)，其中一臺(tái)作為主控機(jī)，另一臺(tái)為輔控機(jī)，構(gòu)成雙機(jī)冗余系統(tǒng)。在需要的時(shí)候，可以在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示，或由打印機(jī)打印出 來。這些數(shù)據(jù)主要包括鍋爐的出水溫度、出水壓力、主控機(jī) 西門子 S7200 系列可編程序控制器及擴(kuò)展模塊 輔控機(jī) 變頻器 電氣控制 回路 傳感器 與變送器 1引風(fēng)機(jī) 變頻器 電氣控制 回路 2鼓風(fēng)機(jī) 傳感器 與變送器 變頻器 電氣控制 回路 傳感器 與變頻器 3 、 4循環(huán)泵 變頻器 電氣控制 回路 傳感器 與變頻器 5 、 6補(bǔ)水泵 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 鍋筒壓力、爐膛溫度、爐膛壓力以及總出水溫度、總 出水壓力、總回水壓力等。 S7 200 系列可編程控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。 (3)I/O 擴(kuò)展模塊：對(duì)于 I/O 點(diǎn)數(shù)不夠的情況沒就必須增加 I/O 擴(kuò)展模塊，對(duì) I/O 點(diǎn)數(shù)進(jìn)行補(bǔ) 充。 I/O 地址分配表 PLC 輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以確定。以上的配置都留有余量，為以后的系統(tǒng)擴(kuò)展提供方便。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 圖 控制系統(tǒng)的主回路 本系統(tǒng)采用 4 臺(tái)變頻器連接 4 臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其中 1 號(hào)變頻器控制引風(fēng)電機(jī)，功率為 90KW，變頻工作方式，電機(jī)通過一個(gè)接觸器和變頻器輸出電源相聯(lián)， 3 號(hào)變頻器控制鼓風(fēng)機(jī)，功率為 37KW，變頻工作方式，電機(jī)通過一個(gè)接觸器與變頻輸出電源連接。按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開始工作，使接觸器線圈帶電并保持，從而使接觸器動(dòng)作， 1變頻器、 3變頻器接通電源，電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行。在 PLC 輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)系統(tǒng)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 手動(dòng)控制時(shí)，首先扳動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān) SF1,使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕 SF2，接觸器 QA1 吸合并自保，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) ,運(yùn)行指示燈 PG3 亮。使電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，按下按鈕 SF2，接觸器線圈失電，主觸頭 SF4 打開，電動(dòng)機(jī)停止。 由于每 臺(tái)電機(jī)的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機(jī)當(dāng)前的工作電流，必須在每臺(tái)電機(jī)三相輸入電源前面都接入兩個(gè)電流互感器，電流互感器和熱繼電器、兩個(gè)電流表連接。電動(dòng)機(jī)的工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行分別由接觸器 QA QA QA QA4 控制，圖 中 VVF代表變頻器。集中運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種狀態(tài)互為閉鎖。二是控制端子，包括外部信號(hào)控制變頻調(diào)速器工作的端子，變頻 帶調(diào)速器工作狀態(tài)指示端子，變頻器與微機(jī)或其他變頻的通訊接口。 二、變頻器及其型號(hào) 根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求，按照電動(dòng)機(jī)的額定功率，最大使用電機(jī)容量，本設(shè)計(jì)選用 三菱 FRF540(L)S FRF540LS 系列變頻器 節(jié)能型、一般負(fù)載適用 FR－ F500（ L） 1. 功率范圍： 75～ 900KW（ 3 相 380V， FR－ F540（ L）系列）。 5．內(nèi)置 RS485 通信口。 ,輸出電壓為 200V級(jí)時(shí)， 220V時(shí)的容量；輸出電壓為 400V級(jí)時(shí)， 440V時(shí)的容量。 (包括輸入電抗器和電線 )的值而變化。溫度測量范圍為 200～ 1200℃ .其特點(diǎn)是測溫范圍很寬，熱電動(dòng)勢與溫度關(guān)系很近似線性，熱電動(dòng)勢大及價(jià)格極低。這樣就需要進(jìn)行一些補(bǔ)償措施。 三、 液位傳感器的選型 本設(shè)計(jì)采用光電傳感器 OPG01，該光電傳感器包含一個(gè)紅外 LED 和光接收器。 第 5 章 鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PLC 控制流程圖 在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求而進(jìn)行程序的編制，在程序編制之前的工作是繪制流程圖 ，流程圖的編寫將決定所設(shè)計(jì)的程序的性能和完成設(shè)計(jì)任務(wù)要求。下面具體介紹這些基礎(chǔ)功能塊的設(shè)計(jì)流程。 循環(huán)組織塊 鍋爐系統(tǒng)控制 電機(jī)啟 /停控制 模擬量控制 循環(huán)泵控制 通信處理 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 子程序設(shè)計(jì) (l)鍋爐系統(tǒng)控制 鍋爐系統(tǒng)控制主要完成鍋爐系統(tǒng)的控制。圖 是 l引風(fēng)機(jī)啟 /?？刂瞥绦蛱菪螆D，鼓風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵電機(jī)的啟 /?？刂瞥绦蛱菪螆D與引風(fēng)機(jī)相似，此處不再贅述。系統(tǒng)根據(jù)出水壓力的設(shè)定值初步確定啟動(dòng)循環(huán)泵，然后通過壓力 PID 控制調(diào)節(jié)變頻器頻率，以穩(wěn)定出水壓力。即在調(diào)試時(shí)，由現(xiàn)場手動(dòng)操作水泵運(yùn)行，正常生產(chǎn)時(shí)，由PLC 控制水泵運(yùn)行，這兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換可通過接通或斷開 PLC 控制回路實(shí)現(xiàn)。溫控表將檢測的溫度值送到 LED 顯示器， ,并以開關(guān)量的形式送到 PLC。從控制現(xiàn)場傳感器送來的電流或電壓的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 理模塊送到現(xiàn)場控制單元 (PLC)．經(jīng)過智能運(yùn)算后形成控制信號(hào)．控制信號(hào)送到現(xiàn)場執(zhí)行 單元 (電磁閥 )。對(duì)于今天的我來說，在成長中給予我?guī)椭拿恳粋€(gè)人都功不可沒。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 為大學(xué)四年學(xué)習(xí)生活劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)。畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間，我學(xué)到了很多 ,也成熟了很多 .隨著畢業(yè)將近，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己 原來知識(shí)還很欠缺。 不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 附錄 本系統(tǒng) PLC 控制程序采用西門子編程軟件 STEP 7Micro/WIN， STEP 7Micro/WIN 是專門為 S7200 系列 PLC 設(shè)計(jì)開發(fā)的編程軟件，它基于 Windows操作系統(tǒng)，為用戶開發(fā)、編程、調(diào)試和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)