【文章內容簡介】 1987 年 2 月國際電工委員會（IEC）頒布了草案 [8]，對可編程序控制器有了明確的概念：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。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指令，并通過數字量和模擬量的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程。而外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。 ”上述定義明確強調了 PLC 直接應用于工業(yè)環(huán)境，必須具有較強的抗干擾能力、廣泛的適應能力和應用范圍，使區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。 PLC 的組成PLC 實質上是一種工業(yè)控制計算機 [15]，只不過它比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程想連接的接口和更直接的適應于控制要求的編程語言，故 PLC 與計算機的組成十分相似。從硬件結構看，它也有中央處理器（CPU） 、存儲器、輸入/輸出接口、電源等。如圖 31 所示: 圖 31 PLC 結構圖 PLC的工作過程PLC 的工作過程是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為連云港職業(yè)技術學院(畢業(yè)設計) 9掃描周期或工作周期。CPU 從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC 就是這樣周而復始地重復上述循環(huán)掃描的。PLC 的工作過程可分為三部分 [10]：上電處理，掃描過程，出錯處理。當 PLC 處于正常工作時，它將不斷重復的掃描工作過程，如果我們對遠程 I/O 特殊模塊和其他通信服務暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下了“輸入采樣” ， “程序執(zhí)行” 、“輸出刷新”三部分。如圖 32 所示：圖 32 PLC 工作過程PLC 是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點及計算機靈活，方便的優(yōu)點而設計制造和發(fā)展的，這就使得 PLC 具有其他控制器所無法相比的特點。 FX2N4AD 模擬轉換器(1)特點：① 提供 12 位高精度分辨率 ② 4 通道電壓輸入（10V～+10V）或電流輸入（20～20mA） 。③ 每一通道都可以指定電壓或電流輸入。④ FX2N 最多可連接 8 臺。⑤ FX2N4AD 的性能指標如表 31 所示表 31 FX2N4AD 的性能指標電壓輸入 電流輸入項 目根據是電流輸入還是電壓輸入，使用端子有不同連云港職業(yè)技術學院(畢業(yè)設計) 10模擬量輸入范圍 DC10～+10V（輸入電阻200KΩ）絕對最大電壓輸入V15?DC20～20mA（輸入電阻250Ω）絕對最大輸入 30mA?數字輸出范圍 帶符號位 12 位二進制分辨率 5mV(10V1/2022) 20181。A(20mA1/1000)綜合精確度 （相對于最大值）1%?轉換速度 15ms（1～4）通道（高速轉換方式為 6ms（1～4）通道）隔離方式 光電隔離及采用 DC/AC 轉換器使輸入和 PLC 電源間隔離模擬量用電源 DC24（1 10%）V55mA?輸入輸出占有點數 程序上為 8 點（計輸入或輸出點均可） 有 PLC 供電的消耗功率為 5V 30mA(2)FX2N4AD 的緩沖寄存器（BFM）分配可編程序控制器 【14】 的基本單元與 FX2N4AD 之間的數據通信是由 FROM/TO 指令來執(zhí)行的。FROM 是基本單元從 FX2N4AD 讀數據的指令。TO 是基本單元將數據寫到 FX2N4AD 的指令。實際上讀寫操作都是對 FX2N4AD 的緩沖寄存器 BFM 進行的操作。緩沖區(qū)由 32 個 16 位的寄存器組成，編號為 BFM0～31，FX2N4AD BFM 分配表如表 32 所示:表 32 FX2N4AD BFM 分配表 BFM 內 容0 初始化通道，表示 HOOO0，缺省值為 HOOO0。最低位數字控制通道 1，最高位控制通道 4。其中，O=0 時設定輸入范圍10～+10V；O=1 時設定輸入范圍+4～+20mA；O=2 時設定輸入范圍20～20mA；O=3 時關閉該通道1 通道 12 通道 23 通道 34 通道 4 各通道平均值取樣次數的指定。取樣次數范圍從 1 到4096，若設定該值范圍時按缺省設定值 8 次處理5 通道 16 通道 27 通道 38 通道 4 采樣輸入的平均值9 通道 110 通道 211 通道 3 采樣輸入的前值連云港職業(yè)技術學院(畢業(yè)設計) 1112 通道 413～14 沒使用15 轉換速度的選擇：置“0”時為 15ms/通道，置“1”時為 6ms/通道16～19 沒使用20 置 1 時，設定值均回復到缺省設定值。置“0”時，設定不改變21 增益和零點的設計值調整是否可改動：（b0,b1）置（1，0） ，則禁止改動。置 1 允許改動。零點：數字量輸出為 0 時的輸入值。增益：數字輸出為+1000 時的輸入值。b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b022 零點和增益的調節(jié)G4 O4 G3 O3 G2 O2 G1 O123 零點值24 增益值 需要調整的輸入通道由 BFM22 的 GO（增益零點）位的狀態(tài)指定。例如，若 BFM22 的 GO1 位置為 1，則BFM23 和 24 的設定值即可送入通道 1 的增益和零點寄存器。各通道的增益和零點既可統(tǒng)一調整，也可獨立調整。25～28 沒使用錯誤狀態(tài)信息29b15b14b13b12b11b10b9b8b7b6b5b4b3b2b1b030 特殊功能模塊的識別碼，PLC 可用 FROM 指令讀入。FX2N4AD 的為 K202231 沒使用連云港職業(yè)技術學院(畢業(yè)設計) 12第四章 設計工業(yè)鍋爐電氣控制系統(tǒng) 鍋爐的電氣控制系統(tǒng)的介紹 鍋爐自動控制的任務鍋爐自動控制的任務主要是維持鍋爐的水位、溫度、壓力等物理參數在設定的范圍內，并能自動適應負荷的變化，從而使鍋爐安全可靠經濟地運行。(1)保持鍋爐水位在規(guī)定的范圍 蒸汽鍋爐水位的高低，關系著汽水分離的速度和產生蒸汽的質量，對鍋爐的安全運行極為重要。水位太高時，會使蒸汽大量帶水，降低蒸汽品質，甚至會發(fā)生滿水事故。水位偏低，會造成鍋筒各部位的溫度偏差，形成熱應力，極限情況下會出現裂紋。水位過低，則容易發(fā)生缺水事故。在負荷變化時，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。(2)保持汽壓的穩(wěn)定 鍋爐汽壓的變化，實際上反映了鍋爐負荷的變化。當蒸汽量多于外界需求時，鍋爐的汽壓會上升。反之，鍋爐的汽壓就下降。汽壓偏高，會影響鍋爐的安全運行，加速金屬材料的蠕變。汽壓偏低，說明鍋爐不能滿足生產需要。因此，維持汽壓穩(wěn)定是安全生產和正常運行的需要。 程序控制程序控制 [1]是完成鍋爐起動、停止以及正常工作等一系列操作自動化進行的過程，只有前一個條件滿足，才能進行下一個動作。電熱鍋爐程序控制主要有以下幾點:(1)檢查鍋爐水位、壓力等看其是否正常，如果水位壓力都正常，則可以進行電熱預熱。接下來是先打開引風機，讓其在燃燒前對鍋爐爐膛預吹掃，接著打開鼓風機，往鍋爐里送燃燒時需要的空氣。(2)自動點火 程序在吹掃及閥門密封性、供氣壓力檢測完成后，風門執(zhí)行器帶動風門關小到設定的點火位置，點火變壓器投入工作，當點火電磁閥打開后，可電熱霧立即被高壓電火花點燃產生點火火焰。(3)安全運行 鍋爐壓力對其至關重要。壓力正常與否直接影響整個鍋爐的效率。當鍋爐壓力過低時，應該增大調節(jié)閥的開度，使出油量變大；反之，當壓力過高時，應減小調節(jié)閥的開度，使出油量變小，從而減小壓力，以保證鍋爐的正常運行。(4)停爐、熄火保護程序當水位達到危險水位時，要使整個鍋爐停機同時要有聲光報警信號。連云港職業(yè)技術學院(畢業(yè)設計) 13 鍋爐保護裝置工業(yè)鍋爐的水位、壓力、溫度應不超過允許值，這是鍋爐安全運行必不可少的條件。用油作燃料的鍋爐，在點火、燃燒、熄火等過程中，還必須實行程序控制和熄火保護。以防止發(fā)生爐膛爆炸事故。對鍋爐的控制和保護是通過對鍋爐輔機的控制來實現的。因而，鍋爐必須有水位、壓力、溫度、火焰及輔機等多方面的電氣控制保護裝置。本課題設計鍋爐水位自動控制保護裝置。水位控制要求高、低水位聲光報警，危險水位整個鍋爐停機。并且設計電源欠壓及過壓保護。 鍋爐主要電氣設備的計算及選擇首先選擇電動機，經過查閱資料對比，我選擇 Y 系列電動機 [7]作為電熱鍋爐的主要起動電機。Y 系列電動機適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場所和無特殊要求的機械如:金屬切削機床、泵、風機、運輸機械、攪拌機、農業(yè)機械和食品機械等。其功率范圍：11200KW。Y 系列（IP44）電動機是我國統(tǒng)一設計的系列產品。具有體積小、重量輕、電氣性能良好、經濟指標先進等優(yōu)點。 電動機的選擇根據本次畢業(yè)設計要求，我設計一個 15t 工業(yè)鍋爐。通過查找相關數據及文獻資料，我選擇三相異步電動機作為鍋爐的主要電機，其功率型號為：引風機電機：型號 Y225M4，額定功率 =45KW，額定電流 =，額定轉速NPNI=1480r/min。Nn鼓風機電機： 型號 Y180L4，額定功率 =22KW，額定電流 =，額定轉速=1470r/min。水泵電機：型號 Y180M4，額定功率 =，額定電流 =，額定轉速NPNI=1470r/min。Nn噴油泵電機：型號 Y100L24，額定功率 =3KW，額定電流 =，額定轉速=1420r/min。 熱繼電器的選擇（1）熱繼電器類型及電流選擇用熱繼電器的目的是為了發(fā)揮電動機的過載能力 [2]，保證電動機的正常啟動和運轉，當電動機一旦出現長時間過載時能自動切斷電路。熱繼電器在電路中是做三相電動機的過載保護用。熱繼電器的額定電流應大于電動機額定電流。然后根據該額定電連云港職業(yè)技術學院(畢業(yè)設計) 14流來選擇熱繼電器的型號。 (2)熱元件額定電流的選擇和整定：熱元件的額定電流應略大于電動機額定電流。當電動機的啟動時間較長、拖動沖擊性負載或不允許停車時，熱元件整定電流調節(jié)到電動機額定電流的 倍。這里選擇 倍。引風機電機： I FR3 =IN==鼓風機電機： I FR4 =IN==水泵電機： I FR1= IN==噴油泵電機： I FR5= IN== 接觸器的選擇