【正文】 (反時限特性 ) 可變轉(zhuǎn)矩 120% 60 秒 ， 150% 秒 (反時限特性 ) 電壓（注 4） 三相， 380V 至 480V 電 源 額定輸入交流電壓 /頻率 三相， 380V 至 480V 50Hz/60Hz 交流電壓允許波動范圍 323 至 528V 50Hz/60Hz 頻率允許波動范圍 177。感謝我校提供這次制作畢業(yè)設(shè)計的機會，這次的實際設(shè)計使平時在課堂上學到的理論知識得以靈活的應用，同時學到了很多課堂以外的實 用知識，收獲很大。 溫度傳感器 PT100是鉑熱電阻，它是一種穩(wěn)定性和線性都比較好的鉑絲熱阻傳感器 ， 可以工作在 200~650℃的范圍，工業(yè)適用性非常好； CYB20S普通型壓力傳感器，其和電子線路做成一體化結(jié)構(gòu)，輸出為 4～ 20mA、 0～ 5V標準信號 ， 適合工業(yè)自動化系統(tǒng)配套；光電傳感器 OPG01，其包含 紅外 LED和光接收器 ，通過感受有無光傳入到接收器用來判斷液位狀態(tài)，簡單實用，價格低廉，在相應工業(yè)系統(tǒng)中最為常用。 詳細的認識了變頻器的功能結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，每臺變頻器有基本頻率和最高頻率，根據(jù)實際設(shè)計的需要，可相應設(shè)定變頻器所輸出的最高頻率和最低頻率，同時根據(jù)實際運行工作狀態(tài)，可用單臺變頻器拖動數(shù)臺電機，很大程度上降低了設(shè)計成本。 對于 CPU224的功能參數(shù)了解的也進一步加深， CPU224可以擴展 7個功能模塊，最大可擴展到 168點數(shù)字量 I/O或 35路模擬量 I/O， 其本身集成了 14點輸入 /10點輸出，共 24點數(shù)字量 I/O。在這次設(shè)計中，通過對各個問題的研究解決，得到了以下理論知識總結(jié)： 詳細的了解了西門子 S7200可編程控制器的工作方式和 整體結(jié)構(gòu)，其工作方式是集中輸入、集中輸出、周期性循環(huán)掃描，其整體結(jié)構(gòu)分別包括 CPU單元、 I/O單元、存儲單元、電源電源、擴展接口單元、通信接口單元、編程器。在強化已有理論知識的基礎(chǔ)上，自身的學習能力有了大幅度的提升，從多角度思考問題，和同組成員溝通探討，自行通過各種渠道解決實際設(shè)計中遇到問題等方面的能力均得到了很好的鍛煉。 本章小結(jié) 本章主要介紹了本設(shè)計中各個傳感器的型號類型選擇，分別包括了溫度傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器。當上升的液體侵入棱鏡時，光被折射到液體中，只有少許或無光到達接受器。 液位傳感器的選型 本設(shè)計采用光電傳感器 OPG01，該 光電傳感器包含一個紅外 LED 和光接器。 CYB20S 系列壓力變送器使用CYB10S 壓力傳感器為敏感元件 ， 和電子線路做成一體化結(jié)構(gòu)，輸出為 4～ 20mA、 0～5V 標準信號 ， 適合工業(yè)自動化系統(tǒng)配套。 它是一種穩(wěn)定性和線性都比較好的鉑絲熱阻傳感器 ， 可以工作在 200~650℃的范圍。 PT100 的阻值與溫度變化關(guān)系為：當 PT100 溫度為 0℃ 時它的阻值為 100 歐姆，在 100℃ 時它的阻值約為 歐姆。 本設(shè)計所所選變頻器的型號： 基本型號 最大使用電機容量 （ KW ） 輸出額定電流（ A） 電壓等級（ v） FRF540L90KCH 90（ 引風機 ） 180 380 FRF54037KCH 37（ 鼓風機 ） 70 380 FRF540L75KCH 5（爐排電機） 10 380 FRF540L75KCH 75（ 循環(huán)泵 ） 144 380 本章小結(jié) 本章主要介紹了變頻控制器的選擇，針對每個電機的運行情況及其功率大小確定了相關(guān)的參數(shù)并選擇了相應品牌系列的變頻器。 ⑥ 75KW 以上隨機帶 DC 電抗器 。 ④ 柔性 PWM，實現(xiàn)更低噪音運行。 ② 采用最佳勵磁控制方式，實現(xiàn)更高節(jié)能運行。 變頻器及其型號 根據(jù)設(shè)計題目要求，按照電動機的額定功率，最大使用電機容量，本設(shè)計選用三菱 FRF540LS。變頻器的結(jié)構(gòu)圖如圖 51所示 ： 變頻器頻率范圍的設(shè)定 ①基本頻率與最高頻率 電動 機的額定頻率稱為變頻器的基本頻率，當頻率給定信號為最大值時，變頻器的給定頻率，稱為最高頻率，在上升時間一定的情況下，最高頻率決定了變頻器輸出頻率的變化速度。二是控制端子，包括外部信號控制變頻調(diào)速器工作的端子 (AI2+， AI2)，變頻帶調(diào)速器工作狀態(tài)指示端子，變頻器與微機或其他變頻 的通訊接口。 開 始 發(fā)送數(shù)據(jù)？ 調(diào)用 FB12 組建發(fā)送報文 發(fā)送數(shù)據(jù) 接受數(shù)據(jù) 應答正確？ 保存接受數(shù)據(jù) 結(jié) 束 否 是 否 是 圖 48 通信處理程序流程圖 供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 15 5. 變頻器的選擇 變頻器是把電壓、頻率固定的交流電變換成電壓、頻率分別可調(diào)的交流電的變換器。其流程圖如 48所示： 開 始 溫差超過上 /下值嗎？ 壓力超過上 /下值嗎？ 采樣結(jié)果轉(zhuǎn)換成標準值 保存數(shù)據(jù) 結(jié) 束 否 否 報 警 是 是 報 警 圖 46 模擬量輸入程序流程圖 開 始 確定地址號 確 定功能種類 確定功能號 讀出 /寫入？ 計算數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) 計算校驗和 數(shù)據(jù)位清零 結(jié) 束 監(jiān)視數(shù)據(jù) 設(shè)定數(shù)據(jù) 圖 47 FB12 設(shè)計程序流程圖 供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 14 PLC梯形圖設(shè)計 由于每臺鍋爐的補水泵系統(tǒng)、循環(huán)泵系統(tǒng)、鼓風機、引風機及其爐排電機的工作原理完全相同，因此在此只介紹其中某臺鍋爐的各個分系統(tǒng)梯形圖設(shè)計，其 PLC梯形圖見附錄 7。其流程圖如圖 45所示： 模擬量輸入子程序 模擬量輸入程序模塊主要接收外部輸入模擬信號，分別包括溫度模擬信號壓力模擬信號，通過檢測溫度信號和壓力信號與提前設(shè)定的上下限值相比較確定是否有故障發(fā)生，如果發(fā)生故障則發(fā)出報警信號；如果均運行良好，則存入共享數(shù)據(jù)塊中，并轉(zhuǎn)換為 IEEE758標準咒位浮點數(shù)。在手動控制模式下，通過人為控制補水泵的啟動和停止，實現(xiàn)對鍋爐的補水。 通過溫度 PID模塊檢測調(diào)節(jié)，與設(shè)定值相比較確定是否開啟循環(huán)泵系統(tǒng)，當開啟后再通過溫度 PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)循環(huán)泵電機的工頻 /變頻切換和運行頻率的控制。手動控制模式下通過人為設(shè)定循環(huán)泵的運行臺數(shù)、啟動、停止以及運行頻率。自動控制模式下根據(jù)檢測到的每個鍋爐的出水溫度，通過 PLC 運算模塊，計算出實際運行中的出水溫度值，經(jīng)過其內(nèi)置的溫度 PID 模塊進行運算調(diào)節(jié)，確定爐排電機和鼓風電機的轉(zhuǎn)速，既而可得到爐排電機和鼓風機的控制頻率；再通過 PLC運算模塊計算出壓力傳感器所檢測到的實際爐膛壓力，經(jīng)過內(nèi)置壓力 PID 模塊進行運算調(diào)節(jié)，確定引風機的轉(zhuǎn)速，既而可得到引風機的控制頻率。其流程圖如圖 42 所示： 圖 41 PLC 控制系統(tǒng)框圖 供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 9 圖 42 系統(tǒng)整體啟 /?？刂瞥绦蛄鞒虉D 鼓風機、爐排、引風機控制子程序 本程序完成鍋爐中鼓風機、引風機和爐排電機的啟動 /停止控制，具有手動和自動兩種功能。 PLC控制系統(tǒng)框圖 PLC 與各個硬件部分連接及有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)的整體控制結(jié)構(gòu)如圖 41 所示： 系統(tǒng)程序 總 流程圖 供暖鍋爐系統(tǒng) 的程序總流程圖見附錄 5。數(shù)字 /模擬輸出開關(guān)量分配表 見附錄 3。數(shù)字 /模擬輸入開關(guān)量分配表 見附錄 2。 PLC的 I/O地址分配 本設(shè)計的 B 組 鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計主要涉及到 82 個數(shù)字量輸入和 12 個模擬量輸入 ， 55 個數(shù)字量輸出和 14 個模擬量輸出。模擬量擴展模塊選用3 個 EM235 模擬量輸出 /輸入模塊 ， 它是 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ， 具有 4 個模擬量輸入和 2 個模擬量輸出 ， 12 位 A/D 輸入信號是由多路開關(guān)依次采集的 ， 所使用的數(shù)值是數(shù)字濾波器求取采樣值的平均值 。 本設(shè)計 中 A 和 B 組系統(tǒng) PLC 設(shè)計程序原理完全相同，且 A 組簡單于 B 組，在此只介紹 B 組鍋爐系統(tǒng)的 PLC 硬件設(shè)計和流程圖。 1 個 RS485 通訊 /編程口及多種通訊協(xié)議 ， 數(shù)據(jù)設(shè)定值、信號數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理、控制信號輸入輸出等由PLC 來實現(xiàn) 。供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 7 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PLC選型及模塊選擇 由于供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對簡單，因此 PLC 選用德國西門子公司的 S7— 200 型 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)，西門子公司的 PLC 具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點。本系統(tǒng)根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定爐膛負壓，并測量爐膛負壓， 由 PLC的模數(shù)轉(zhuǎn)換智能模塊將傳感器采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并經(jīng)過 PLC內(nèi)部計算模塊的運算得出實際的爐膛負壓，再與提前設(shè)定好的數(shù)值相比較，由 PLC內(nèi)部的 PID調(diào)節(jié)模塊進行分析調(diào)整使 爐膛負壓保持在一定的范圍內(nèi)，從而 確定了 PLC對引風機變頻器輸出頻率信號， 確定引風機的轉(zhuǎn)速 ，調(diào)節(jié)了引風量 。如果爐膛負壓太小，爐膛容易想外噴火，危及設(shè)備與工作人員的安 全。同時還應在爐膛內(nèi)部安裝壓力傳感器用于檢測爐膛負壓， 保持爐膛壓力在一定的負壓范圍內(nèi)。 爐排、鼓風和引風系統(tǒng) 對于 AB兩組供暖鍋爐系統(tǒng)，每臺鍋爐的出水溫度均需保持在一定的設(shè)定范圍內(nèi)，若出水溫度低于設(shè)定值，此時就需要 PLC發(fā)出加大爐排電機和鼓風機控制頻率的輸出信號傳送給其相應的控制變頻器，提高爐排和鼓風電機的轉(zhuǎn)速，加大爐膛內(nèi)的燃煤量，從而產(chǎn)生更多的熱量；對于當出水溫度高于設(shè)定值，此時就需要 PLC發(fā)出減小爐排電機和鼓風機控制頻率的輸出信 號傳送給其相應的控制變頻器，降低爐排和鼓風電機的轉(zhuǎn)速，減小爐膛內(nèi)的燃煤量，從而減少產(chǎn)生的熱量，用以滿足實際需要。當水位值到達上限值時，自動關(guān)閉 1補水泵 ， 當水位值供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 6 到達上上限值時，系統(tǒng)報警，并使 1補水泵控 制系統(tǒng)斷電 ， 停止工作。感應這個變化，接受器開動了單元中的電動開關(guān)，外部報警或控制電路從而工作 。對于水位的檢測，可用 紅外 LED 與光接收器配合檢測 ，從 LED 的光直接到達傳感器頂端的棱鏡，當沒有液體存在時， LED 中的光在棱鏡中被反射到接受器。在鍋爐燃燒的初始階段因出回水溫差為 0，即給定值大于反饋值，循環(huán)泵不運行；隨著鍋爐產(chǎn)生熱量的增加，出回水溫差增加，當其超過給 定溫差值時，變頻器開始啟動 1循環(huán)泵，進入變頻運行狀態(tài)，若滿足不了要求，將變頻運行循環(huán)泵切換到工頻，同時變頻器啟動下一臺循環(huán)泵，最后一臺始終處于變頻運行狀態(tài)，依次類推，直至滿足需求為止，沒有運行的循環(huán)泵作為備用。 對循環(huán)泵通過PID 調(diào)節(jié)完成恒溫差的閉環(huán)控制 ， 以鍋爐的實際溫差作為 PID 的反饋 ， 以目標溫差作為 PID 的給定， PID 的輸出作為變頻循環(huán)泵的頻率運行信號 。 AB 兩組系統(tǒng)中，將正常使用循環(huán)泵作為 1組循環(huán)泵，將備用循環(huán)泵作為 2循環(huán)泵。 供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng) 5 3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計 循環(huán)泵系統(tǒng) 本系統(tǒng)中，循環(huán)系統(tǒng)共有 AB 兩組，其中 A 組配置 2 臺，當系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時，其中一臺用于正常工作，另外一臺用于備用，