【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，將水位嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。穩(wěn)定蒸汽溫度過熱蒸汽的溫度是生產(chǎn)工藝需要確定的重要參數(shù)，蒸汽溫度過高會(huì)燒壞過熱器水管，對(duì)負(fù)荷設(shè)備的安全運(yùn)行帶來不利因素。蒸汽溫度過低會(huì)直接影響負(fù)荷設(shè)備的使用，對(duì)汽輪機(jī)來說，會(huì)影響它的工作效率。一般情況，進(jìn)汽溫度每降低5℃，效率降低1％。因此，從安全生產(chǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上看，必須對(duì)蒸汽溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使蒸汽溫度保持在額定值范圍之內(nèi)?？刂普羝麎毫Φ姆€(wěn)定蒸汽壓力是衡量蒸汽供求關(guān)系是否平衡的重要指標(biāo)，是鍋爐蒸汽的重要工藝參數(shù)。蒸汽壓力過高或過低，對(duì)于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的。在鍋爐運(yùn)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。因此，控制蒸汽壓力，是安全生產(chǎn)的需要，是維持負(fù)荷設(shè)備正常工作的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要。控制爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍內(nèi)鍋爐在正常運(yùn)行中，爐膛壓力應(yīng)保持在10~20Pa的負(fù)值范圍之內(nèi)。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(shí)引風(fēng)機(jī)的電耗增加，不利于經(jīng)濟(jì)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(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。維持經(jīng)濟(jì)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(jì)性，必須使空氣和燃料維持適當(dāng)?shù)谋壤?。?duì)于燃油鍋爐，~1％之內(nèi)，~5％左右。將過?？諝饨档偷浇诶硐胨蕉植怀霈F(xiàn)CO和冒黑煙，這就需要快速而精確地對(duì)燃燒過程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使空氣和燃油呈現(xiàn)最佳配比。 系統(tǒng)整體控制方案根據(jù)燃油鍋爐的工藝流程和對(duì)其各項(xiàng)參數(shù)分析，確定燃油鍋爐的整體控制方案。方案主要包括水位控制，燃燒控制，恒壓供油控制和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。水位控制是以汽包水位作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，控制進(jìn)∕出水閥，保持鍋爐水位在設(shè)定的范圍內(nèi)。在燃燒控制方面主要保證鍋爐燃燒的三項(xiàng)調(diào)節(jié)任務(wù)即蒸汽壓力穩(wěn)定，燃燒的經(jīng)濟(jì)性和爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。在外部擾動(dòng)作用時(shí)，控制器通過對(duì)燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量的測(cè)量調(diào)整保證各項(xiàng)指標(biāo)在合理范圍內(nèi)。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。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、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、油泵、進(jìn)水閥∕出水閥、水位上∕下限開關(guān)、各種檢測(cè)儀表及監(jiān)控設(shè)備組成?？删幊绦蚩刂破鱌LC作為鍋爐控制器，通過對(duì)燃油預(yù)熱器、噴油電磁閥、點(diǎn)火變壓器、瓦斯閥、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、油泵和進(jìn)∕出水閥等部件的控制，實(shí)現(xiàn)燃油鍋爐的給水、點(diǎn)火程序、風(fēng)油調(diào)節(jié)和蒸汽壓力的自動(dòng)控制。蒸汽壓力由壓力傳感器和蒸汽壓力開關(guān)檢測(cè)并將信號(hào)送進(jìn)PLC的一路模擬量輸入端和一路數(shù)字量輸入端，PLC內(nèi)部繼電器根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)送風(fēng)量和燃油量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，維持正常蒸汽壓力。當(dāng)超壓時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警同時(shí)自動(dòng)停機(jī)，直到壓力下降到一定值，自動(dòng)重新啟動(dòng)。鍋爐水位由上∕下限水位開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，PLC根據(jù)檢測(cè)出的水位信號(hào)對(duì)進(jìn)∕出水閥進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)水位的自動(dòng)控制，外部照樣能手動(dòng)加水和放水。采用壓力傳感器和溫度傳感器對(duì)水溫、汽溫、爐溫和爐膛負(fù)壓進(jìn)行檢測(cè)，并通過PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，維持它們?cè)谝?guī)定范圍內(nèi)。安裝在管網(wǎng)上的油壓傳感器將實(shí)測(cè)的管網(wǎng)壓力反饋到變頻器，與預(yù)先通過面板設(shè)定的給定壓力進(jìn)行比較，通過變頻器內(nèi)部PID運(yùn)算，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持管網(wǎng)壓力與給定壓力值的一致，實(shí)現(xiàn)恒壓供油。油位傳感器用來檢測(cè)油箱中油量，使操作人員及時(shí)了解油箱中的剩余油量，以免油泵空抽。 系統(tǒng)原理框圖 本章小結(jié) 本章主要對(duì)燃油鍋爐的結(jié)構(gòu)組成，工藝流程，工作過程及控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹同時(shí)分析了鍋爐工作過程中的熱工檢測(cè)內(nèi)容，進(jìn)而提出了燃油鍋爐自動(dòng)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)。根據(jù)燃油鍋爐的控制要求和各項(xiàng)參數(shù)分析確定了燃油鍋爐的總體控制方案。第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC概述 PLC的發(fā)展歷程可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)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(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，由最初的一位機(jī)發(fā)展為8位機(jī)。隨著微處理器CPU和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在PLC中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的PLC。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC得到了驚人的發(fā)展，使PLC在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)，功耗、體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)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(jī)界面（HMI）也有了長(zhǎng)足的發(fā)展?，F(xiàn)在PLC不僅能得心應(yīng)手的應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化，而且還可以應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過程控制系統(tǒng)，所有這些已經(jīng)使之成為自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的三大支柱之一，即使在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)成為自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用熱點(diǎn)的今天，PLC仍然是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中不可缺少的控制器。 PLC的工作原理PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理的基礎(chǔ)之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。CPU是以分時(shí)操作方式來處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作，所以它屬于串行工作方式。PLC工作的整個(gè)過程可分為三部分：第一部分是上電處理。機(jī)器上電后對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定，系統(tǒng)通信參數(shù)配置及其他初始化處理等。第二部分是掃描過程。PLC上電處理階段完成以后進(jìn)入掃描工作過程。第三部分是出錯(cuò)處理。PLC每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定PLC自身的動(dòng)作是否正常，如檢查出異常時(shí)，CPU面板上的LED及異常繼電器會(huì)接通，在特殊寄存器中會(huì)存入出錯(cuò)代碼；當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，CPU被強(qiáng)制為STOP方式，所有的掃描便停止。概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。每一次掃描所用的時(shí)間稱作掃描周期或工作周期。在一個(gè)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(qǐng)求→執(zhí)行邏輯控制程序→寫輸出執(zhí)行→CPU自診斷。PLC就是這樣周而復(fù)始的循環(huán)這些動(dòng)作過程一直到關(guān)機(jī)。當(dāng)PLC上電后，處于正常運(yùn)行時(shí)，它將不斷重復(fù)掃描過程，并不斷循環(huán)重復(fù)下去。分析上述掃描過程，如果對(duì)遠(yuǎn)程I/O、特殊模塊、更新時(shí)鐘和其他通信服務(wù)等枝葉的東西暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷新”三個(gè)階段了。這三個(gè)階段是PLC工作過程的中心內(nèi)容，也是PLC工作原理的實(shí)質(zhì)所在。(1) 輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時(shí)輸入映像寄存器被刷新。接著系統(tǒng)進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的內(nèi)容。所以，一般來說，輸入信號(hào)的寬度要大于一個(gè)掃描周期，或者說輸入信號(hào)的頻率不能太高，否則很可能造成信號(hào)的丟失。(2) 程序執(zhí)行階段進(jìn)入程序執(zhí)行階段后，一般來說（因?yàn)檫€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。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)元件（“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，最新的運(yùn)算結(jié)果馬上再存入到相應(yīng)的元件映像寄存器中。對(duì)元件映像寄存器來說，每一個(gè)元件（“軟繼電器”）的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而刷新。(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(dòng)外部負(fù)載。在下一個(gè)輸出刷新階段開始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會(huì)改變，從而相應(yīng)輸出端子的狀態(tài)也不會(huì)改變。 控制系統(tǒng)的I/O通道地址分配根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，I/。 輸入輸出信號(hào)代碼和地址編號(hào)名稱代碼地址編號(hào)啟動(dòng)按鈕SF1停止按鈕SF2水位上限開關(guān)BG1水位下限開關(guān)BG2手動(dòng)加水按鈕SF3手動(dòng)放水按鈕SF4火焰探測(cè)器開關(guān)KF 蒸汽壓力開關(guān)BP油泵運(yùn)行狀態(tài)開關(guān)SF51號(hào)油泵啟動(dòng)按鈕SF61號(hào)油泵停止按鈕SF72號(hào)油泵啟動(dòng)按鈕SF82號(hào)油泵停止按鈕SF9鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)信號(hào)KA1引風(fēng)機(jī)停機(jī)信號(hào)KA21號(hào)油泵停機(jī)信號(hào)KA32號(hào)油泵停機(jī)信號(hào)KA4消鈴按鈕SF10試燈/鈴按鈕SF11燃油預(yù)熱器繼電器KF1點(diǎn)火變壓器繼電器KF2鼓風(fēng)機(jī)接觸器QA1引風(fēng)機(jī)接觸器QA2噴油器電磁閥MB1瓦斯閥MB2火焰指示燈PG1熄火報(bào)警PB1報(bào)警PB2 PG2 進(jìn)水閥MB3水位下限報(bào)警指示燈PG3出水閥MB4水位上限報(bào)警指示燈PG41號(hào)油泵電機(jī)接觸器QA31號(hào)油泵正常運(yùn)行指示燈PG51號(hào)油泵故障報(bào)警蜂鳴器PB3鼓風(fēng)機(jī)故障指示燈PG62號(hào)油泵電機(jī)接觸器QA42號(hào)油泵正常運(yùn)行指示燈PG72號(hào)油泵故障報(bào)警蜂鳴器PB4引風(fēng)機(jī)故障指示燈PG8序號(hào)功能信號(hào)序號(hào)功能信號(hào)AIW0溫度傳感器1輸入AIW12液位傳感器AIW2溫度傳感器2輸入AIW14壓力傳感器3輸入AIW4溫度傳感器3輸入AQW4給變頻器1信號(hào)AIW6溫度傳感器4輸入AQW6給變頻器2信號(hào)AIW8壓力傳感器1輸入AQW8給變頻器3信號(hào)AIW10壓力傳感器2輸入AQW10給變頻器4信號(hào) 模擬量輸入輸出信號(hào)代碼和地址編號(hào)表 PLC系統(tǒng)選型從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。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(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。本設(shè)計(jì)選擇了Siemens的模塊化中小型PLC系統(tǒng)S7200，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。其模塊化、易于實(shí)現(xiàn)分布、易于用戶掌握等特點(diǎn)使得S7200成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方案。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(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加的模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。Siemens S7200所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)，抗沖擊性，使其具有更高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。此外，S7200系列PLC還具有模塊點(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。與一般計(jì)算機(jī)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(jìn)行工作。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)總線構(gòu)成。CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路，內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU的主要任務(wù)是控制用戶程序和數(shù)據(jù)接收與存儲(chǔ)；用掃描的方式通過I/O接口接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯(cuò)誤等；PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。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(hào)輸入PLC。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC自身的電源提供。PLC的輸出接口電路有三種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。每種輸出電路都采用電氣隔離技術(shù)，電源都由外部提供，~2A，這樣的負(fù)載容量一般可以直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)常用的接觸器線圈或電磁閥。 S7200系列PLC可提供五種不同的基本單元和多種規(guī)格的擴(kuò)展單元。目前提供的S7200 CPU有：CPU22CPU22CPU22CPU224XP、CPU226和CPU226XM，CPU21X系列產(chǎn)品現(xiàn)已被CPU22X完全取代。不同型號(hào)的S7200 PLC CPU性能差別較大。特 性CPU221CPU222CPU224CPU224 XPCPU226CPU226 XM程序存儲(chǔ)區(qū)4096B4096B8192B12288B16384B24576B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)2048B2048B8192B10240B10240B20480B本機(jī)I/O6入4出8入6出14入10出14入10出24入16出24入16出擴(kuò)展模塊數(shù)027777 S7200系列PLC CPU型號(hào)表燃油鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程較復(fù)雜、維修量較大、環(huán)境條件比較差，我們選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。通過對(duì)系統(tǒng)控制要求的分析可知，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)19點(diǎn)，開關(guān)量輸出點(diǎn)22點(diǎn)，所以選用CPU224（14DI/10DO），它可以擴(kuò)展7個(gè)模塊能夠滿足控制要求。 CPU224 AC/DC/RLY外圍接線圖 擴(kuò)展模塊選型通過對(duì)系統(tǒng)控制要求的分析可知，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)19點(diǎn)，開關(guān)量輸出點(diǎn)22點(diǎn)。本設(shè)計(jì)選用的CPU224為14輸入∕10輸出，I/O點(diǎn)數(shù)無法滿足設(shè)計(jì)需求，所以需要擴(kuò)展一塊數(shù)字量輸入∕輸出模塊EM223（8D