【正文】 鍋殼的外部加熱，稱為火筒鍋爐。 18 世紀(jì)上半葉，英國煤礦使用的蒸汽機(jī)，包括瓦特的初期蒸汽機(jī)在內(nèi)，所用的蒸汽壓力等于大氣壓力。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，又叫中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 37 頁 蒸汽發(fā)生器，常簡稱為鍋爐，是蒸汽動力裝置的重要組成部分，多用于火電站、船舶、機(jī)車和工礦企業(yè)。 鍋爐的定義及發(fā)展現(xiàn)狀 鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能，把水加熱成為熱水或蒸汽的機(jī)械設(shè)備。經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展和完善， PLC 主要具有邏輯運(yùn)行功能，可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)控制、具有定時(shí)控制的功能、記數(shù)控制功能、步進(jìn)控制功能， A/D、D/A 轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)處理功能，通信，聯(lián)網(wǎng)功能，并配置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 37 頁 1 緒論 隨著科技的不斷進(jìn)步，自動化技術(shù)以及電力電子技術(shù)快速提高，國內(nèi)外以繼電器為基礎(chǔ)的自動化儀表工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)也得到發(fā)展， 并且 廣泛應(yīng)用 于 實(shí)際生產(chǎn)過程。 6 總 結(jié) ............................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 系統(tǒng)的示警電路分析 ................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 異常狀況自動關(guān)火 ................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 4 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ........................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 燃油鍋爐的控制過程分析 ............................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 PLC 機(jī)型的選擇及各硬件性能指標(biāo)分析 ................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 燃油鍋爐控制系統(tǒng)基本組成部分 ....................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 PLC 控制燃油鍋爐的目的和意義 ....................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 鍋爐的定義及發(fā)展現(xiàn)狀 ............................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 ..................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 3 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ........................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 PLC 容量估算 ..................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 系統(tǒng)供電電源設(shè)計(jì) ................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 停止 ............................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 對系統(tǒng)控制總梯形圖的分析 ............................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 程序調(diào)試時(shí)序圖 ..................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 致 謝 ............................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 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(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過程的自動控制。 由 PLC 組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)適用于配用各種進(jìn)口以及國產(chǎn)燃燒器的燃油鍋爐，對鍋爐實(shí)行全自動控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測、指示、報(bào)警、調(diào)節(jié)等進(jìn)行控制，具有效率高、節(jié)約能源、高可靠性的安全系統(tǒng)，符合環(huán)保要求，完善的智能控制等優(yōu)點(diǎn)。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產(chǎn)中也有少量應(yīng)用。因此，對鍋爐的材料選用、設(shè)計(jì)計(jì)算、制造和檢驗(yàn)等都制訂有嚴(yán)格的法規(guī)。與此相適應(yīng)，最早的蒸汽鍋爐是一個(gè)盛水的大直徑圓筒形立式鍋殼，后來改用臥式鍋殼，在鍋殼下方磚砌爐體中燒火。一些火管裝在鍋殼中，構(gòu)成鍋爐的主要受熱面，火 (煙氣 )在管內(nèi)流過。鍋爐受熱面是鍋殼外的水管，取代了鍋殼本身和鍋殼內(nèi)的火筒、火管。 二十世紀(jì)初期，汽輪機(jī)開始發(fā)展，它要求配以容量和蒸汽參數(shù)較高的鍋爐。隨著水冷壁、過熱器和省煤器的應(yīng)用，以及鍋筒內(nèi)部汽、水分離元件的改進(jìn)，鍋筒數(shù)目逐漸減少，既節(jié)約了金屬，又有利于提高鍋爐的壓力、溫度、容量和效率。發(fā)展這兩種鍋爐的目的是縮小 或不用鍋筒，可以采用小直徑管子作受中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 共 37 頁 熱面，可以比較自由地布置受熱面。 在鍋爐的發(fā)展過程中，燃料種類對爐膛和燃燒設(shè)備有很大的影響。爐排下送風(fēng)從不分段的 “ 統(tǒng)倉風(fēng) ” 發(fā)展成分段送風(fēng)。燃燒器噴出的煤粉氣流在爐膛中先下降，再轉(zhuǎn)彎上升。 第二次世界大戰(zhàn)后，石油價(jià)廉，許多國家開始廣泛采用燃油鍋爐。 在燃煤 (特別是燃褐煤 )的電站鍋爐中采用分級燃燒或低溫燃燒技術(shù)，即延遲煤粉與空氣的混合或在空氣中摻煙氣以減慢燃燒，或把燃燒器分散開來抑制爐溫，不但可抑制氮氧 化物生成，還能減少結(jié)渣。每年耗煤量占全國產(chǎn)量的 1/3，同時(shí)還消耗大量的石油和天然氣。 燃油鍋爐隨著城市的發(fā)展而越來越多地被應(yīng)用。通過 PLC 的選型、檢測元件選型、低壓電器選型、電源設(shè)計(jì)完成燃油鍋爐的硬件設(shè)計(jì)部分。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 共 37 頁 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 燃油鍋爐 控制系統(tǒng) 基本組成部分 燃油鍋爐主要組成部分： 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(dá)到良好 霧 化 ，保證鍋爐的正常燃燒。 引風(fēng)設(shè)備：包括引風(fēng)機(jī)，煙囪，煙道幾部分，用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排除。系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。點(diǎn)火完畢后，關(guān)閉點(diǎn)火，繼續(xù)送風(fēng)、噴油， 使燃燒持續(xù)。5S 后，關(guān)閉子火，繼續(xù)送風(fēng)，使燃燒繼續(xù)，控制鍋爐的進(jìn)出水和蒸汽壓力。鍋爐的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水閥和排水閥來執(zhí)行。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎?/輸出點(diǎn)數(shù)類型。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、適用范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因素負(fù)荷場合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 方法 2 目前，國內(nèi)外 PLC 生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的 PLC 品種已達(dá)幾百個(gè)，其性能各有特點(diǎn)，價(jià)格也不盡相同。 根據(jù)系統(tǒng)的控制目標(biāo)和 控制類型，從眾多的 PLC 生產(chǎn)廠中初步選擇幾個(gè)具有一定知名度的公司，如 SIEMENS， OMRON， AB等，再根據(jù)被控對象的工藝要求以及 I/O 系統(tǒng)考慮具體配置問題。 PLC 的種類很多，因此它的指令系統(tǒng)是不完全相同的。對于以數(shù)字量控制為主的 PLC 控制系統(tǒng)， PLC 的響應(yīng)速度都可以滿足要求，不必特殊考慮。 I/O 點(diǎn)數(shù)的估算 。并應(yīng)盡量避免使 PLC 能力接近飽和，一般應(yīng)留有 30%左右的裕量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè) I/O 點(diǎn)及有關(guān)功能器件占用的內(nèi)存大致如下： 開關(guān)量輸入所需存儲器字?jǐn)?shù) =輸入點(diǎn)數(shù) 10 開關(guān)量輸出所需存儲器字?jǐn)?shù) =輸出點(diǎn)數(shù) 8 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器所需存儲器字?jǐn)?shù) =定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器數(shù)量 2 模擬量所需存儲器字?jǐn)?shù) =模擬量通道數(shù) 100 通信接口所需存儲器字?jǐn)?shù) =接口個(gè)數(shù) 300 存儲器的總字?jǐn)?shù)再加上一個(gè)備用量即為存儲器容量。 FX2 系列可編程序控制器是日本三菱公司繼 F F2系列可編程序控制器之后推出的新產(chǎn)品。 PLC 的主要技術(shù)性能包括編程方式、指令、存儲器、 PC 的元器件等，是 PLC 選型時(shí)主要的選擇依據(jù)。繼電器輸出可靠性高，價(jià)格低，使用電壓范圍廣，既可控制交流負(fù)載又可控制直流負(fù)載，因而使用廣泛；但因有觸點(diǎn)輸出，尤其在感性負(fù)載時(shí)繼電器觸點(diǎn)壽命較短，動作響應(yīng)時(shí)間較長（ 10ms 以下），因而不適應(yīng)要求高速通斷、快速響應(yīng)的工作場合。 由前述的燃油鍋爐示意圖及運(yùn)行、控制要求可知該控制系統(tǒng)共有 5個(gè)輸入（ 啟動 X停止 X蒸 汽 壓力 X上限 X下限 X5）， 7 個(gè)輸出（ 預(yù)熱 Y送風(fēng) Y子火 Y噴油 Y母火 Y進(jìn)水閥 Y出水閥 Y7），輸入 /輸出（ I/O）總點(diǎn)數(shù)為 12，考慮到控制對象系統(tǒng)有可能有所變動或擴(kuò)展以及保留 10~15%裕量，同時(shí)該系統(tǒng)的控制要求精度不是很高和對成本的考慮，最后選擇 FX2N24MR001 機(jī)型（ 12 個(gè)輸入點(diǎn)， 12 個(gè)輸出點(diǎn)）作為該系統(tǒng)的 PLC 機(jī) 型。 控制要求 ： 1) 起動：該鍋爐的燃燒按一定時(shí)間間隔順序起燃。 燃油鍋爐的運(yùn)行流程圖設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求可得運(yùn)行流程圖，如圖 。系統(tǒng)供電電源設(shè)計(jì)如圖 所示。通過交流穩(wěn)壓器或 UPS不間斷電源為 PLC的電源模板供電。送風(fēng) Y瓦斯閥 (母火 )噴氣持續(xù)進(jìn)行，啟動完成。即： 間隔 30s 異常情況 子火、母火、 預(yù)熱 器、噴油 關(guān)閉 送風(fēng) 清爐 觸發(fā)預(yù)熱器 停止 重新 起燃 根據(jù)系統(tǒng)在異常情況下自動關(guān)火的控制要求，可以 繪制出相應(yīng)的梯形圖，如圖 。當(dāng)水位高于上限時(shí)，排水閥打開，進(jìn)水閥關(guān)閉。 起動： 該鍋爐的燃燒按一定時(shí)間間隔順序起燃。 通過對各個(gè)步驟的控制要求（啟動、停止、異常情況和水位控制）的梯形圖的繪制，聯(lián)系各個(gè)步驟之間的相互聯(lián)系，具體考慮這些控制要求，最后得到系統(tǒng)的控制順序流圖： 啟動（ X1）輸出： 送風(fēng)（ Y2）、 時(shí)間繼電器（ T0，以下也是 秒級，參數(shù) 6000） T0 輸出： 燃油預(yù)熱（ Y1）、時(shí)間繼電器 T1（ 參數(shù) 600） T1 輸出：子火 Y00 T2（參數(shù) 50） T2 輸出： 噴油 Y00 T3（ 參數(shù) 50） T3 輸出： 噴油 Y005 停止（ X002）：輸出內(nèi)部繼電器 M2 輸出：（ M2 常閉條件） Y00（ M2 常閉條件） Y00 （ M2 常閉條件） Y004 母火 Y005 注釋：關(guān)閉輸出其實(shí)在輸出點(diǎn)前加輸入條件（常閉開關(guān)），而停止是外部條件，所以把其變成內(nèi)部繼電器，來使用它的常閉觸點(diǎn)。送風(fēng) Y瓦斯閥 (母火 )噴氣持續(xù)進(jìn)行，啟動完成。 控制水位時(shí)，當(dāng) 水位低于下限 時(shí)， X5 動作， 進(jìn)水閥 Y6 打開 ，系統(tǒng)開始進(jìn)水，同時(shí)由于互鎖使出水閥被斷開（關(guān)閉）；當(dāng)水位高 于上限 時(shí)， X4 動作，出水閥 Y7 排水，同時(shí)由于互鎖斷開進(jìn)水閥 Y6，即進(jìn)水閥關(guān)閉，水位正常后由 T5 關(guān)閉進(jìn)出水閥門即可完成水位控制過程。對于電路短路問題，只要在總電源處加保險(xiǎn)絲就可以了，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜。 圖 啟動按鈕 X1 動作時(shí)序圖 圖 停止按鈕 X2 動作時(shí)序圖 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 30 頁 共 37 頁 圖 蒸汽壓力 X3 動作時(shí)序圖 圖 水位 上限 X4 動作時(shí)序圖 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 31 頁 共 37 頁 6 總 結(jié) 這個(gè)設(shè)計(jì)是基于 PLC 的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在研究課題和設(shè)計(jì)任務(wù)中、首先要解決的是 PLC 機(jī)型的選擇，這個(gè)任務(wù)需要去翻閱相關(guān)的書籍和網(wǎng)上查找一些新信息，翻閱和查找增加了許多新知識，包括一些 PLC 新產(chǎn)品等。燃油鍋爐替代燃煤鍋爐是發(fā)展的結(jié)果。 3) 通過 PLC 在燃油鍋爐上的使用，一方面，可減少成本，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的控制。 畢業(yè)設(shè)計(jì)，收獲很多，既完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，又學(xué)的了很多新知識。導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和敬業(yè)精神使作者受益非淺，李老師淵博的學(xué)識讓 作者敬