【正文】 變頻器輸出電源相聯(lián)，變頻器輸入電源前面接入一個(gè)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電3變頻器 QF4 FR4 KM4 M 3~ 4變頻器 QF6 FR6 KM6 M 3~ QF5 KM5 1給油泵 2給油泵 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁 共 61 頁 流來確定。當(dāng) 1給油泵采用變頻控制啟動(dòng)后仍不能滿足要求時(shí)，讓 1給油泵工作于工頻同時(shí)啟動(dòng) 2給油泵， 2給油泵采用變頻控制。 給油泵有兩臺(tái)， 1, 2。 圖 給水泵系統(tǒng)電氣控制圖 給油泵控制系統(tǒng) 在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用 2 臺(tái)變頻器，其中 1 給油泵電機(jī)有變頻 /工頻兩種工作狀態(tài)，每臺(tái)電機(jī)都通過兩個(gè)接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)，變頻器輸入電源前面接入一個(gè)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電1變頻器 QF1 FR1 KM1 M 3~ 2變頻器 QF3 FR3 KM3 M 3~ QF2 KM2 1給水泵 2給水泵 基于 S7200PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 61 頁 流來確定。當(dāng) 1給水泵采用變頻控制啟動(dòng)后仍不能滿足要求時(shí)，讓 1給水泵工作于工頻同時(shí)啟動(dòng) 2給水泵， 2給水泵采用變頻控制。 給水泵有兩臺(tái)， 1, 2。 給水泵控制系統(tǒng) 在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用 2臺(tái)變頻器，其中 1 給水泵電機(jī)有變頻 /工頻兩種工作狀態(tài)，每臺(tái)電機(jī)都通過兩個(gè)接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)，變頻器輸入電源前面接入一個(gè)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 共 61 頁 流來確定。 變頻器主電路電源輸入端子 (R,S,T)經(jīng)過空氣開關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子 (U,V,W)經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子 (U,V,W)的任意兩相。 為了保護(hù) PLC 設(shè)備， PLC 輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機(jī)或者閥門的動(dòng)作。 表 1 S7200 的規(guī)格 規(guī)格 型號(hào) 系列 連接方法 工作電壓 輸入類型 輸出類型 程序 容量 I/O 點(diǎn) 主控單元 S7200 端子型 220V AC 24V DC 繼電器 26KB 40 點(diǎn) 24I/16O CPU226 數(shù)字量擴(kuò)展單元 S7200 端子型 220V AC 24V DC 繼電器 32 點(diǎn) 16I/16O EM223 模擬量擴(kuò)展單元 S7200 端子型 220V AC 5點(diǎn) 4I/1O EM235 S7200 端子型 220V AC 2點(diǎn) 2O EM232 控制系統(tǒng)的構(gòu)成 在控制電路的設(shè)計(jì)中，首先要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問題。如此 PLC 總共有 56 個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入， 48 個(gè)數(shù)字信號(hào)輸出，以及 4 個(gè)模擬輸入信號(hào)， 5個(gè)模擬輸出信號(hào)。 EM235 模塊可以針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)，通過 DIP 開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。 輸入輸出信號(hào)接入端口時(shí)能夠自動(dòng)完成了 A/D 的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長 (16bit)的數(shù)字信號(hào) 。該模塊有 4個(gè)模擬輸入 (AIW)， 1個(gè)模擬輸出 (AQW)信號(hào)通道。 此外，為了方便的將溫度、液位、壓力信號(hào)、電機(jī)頻率信號(hào)和同相比較信號(hào)傳輸給PLC。開關(guān)量輸入為 24 點(diǎn)，輸入形式為 +24V 直流輸入。 Siemens 公司的 PLC 具有可靠性高，可擴(kuò)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(diǎn)。 變頻器內(nèi)置 PID PLC 接電機(jī) KA1 +24V DI1 T S R PE U PE AI2 AI2+ W V M 3~ 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁 共 61 頁 圖 變頻器接線原理圖 可編程控制器 PLC的選型 由于供暖鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對(duì)較少，因此 PLC 選用德國 Siemens 公司的S7200 型。 變頻器和 PLC 的聯(lián)系，是靠硬件電器來聯(lián)接的，具體參數(shù)的聯(lián)系都是與上位機(jī)的通訊來實(shí)現(xiàn)的，選用的 s7200PLC 和 Acs601 變頻器均有內(nèi)置的 Rs485 接口。 3通訊 : 本變頻器完成與上位機(jī)的頻率、電流、電壓、壓力、故障狀況，給定等參數(shù)進(jìn)行通訊，通過 CHO, CH1 舊實(shí)現(xiàn)。 (3)R03:為數(shù)字量輸出口，變頻器停止運(yùn)行指示。 2 輸出信號(hào) : 整流器 濾波 逆變器 VV VF 交流 交流 直流 U1f1 U2f2 濾波 逆變器 VVVF 交流 交流 U2f2 U1f1 基于 S7200PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 61 頁 (1)R01:為數(shù)字量輸出口，變頻器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行指示。 (2)變頻器的壓力反饋信號(hào) AI2 口 —— 接遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號(hào)。濾波環(huán)節(jié)，它在整流電路和逆變電路之間，一般是利用無電源電容或電抗器對(duì)整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 共 61 頁 圖 變頻器種類 (1)交 —— 直 —— 交變頻器 它是由三個(gè)環(huán)節(jié)組成 :可控硅整流電路，其作用是將電壓、定頻率的交流電路變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流電 。 實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓的電路有兩種 :交 —— 直 —— 交變頻器，交 —— 交變頻器見圖 。通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 S—— 轉(zhuǎn)速差 。 p—— 電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù) 。由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 : n=no (1S) = 60f * (1S)/p () 式中， n—— 異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 r/min。變頻調(diào)速器作為該技術(shù)的主要應(yīng)用產(chǎn)品經(jīng)過幾代技術(shù)更新，己日趨完善，能夠適應(yīng)較為惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，目能提供較為完善的控制功能，能滿足各種生產(chǎn)設(shè)備異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的要求。變頻調(diào)速在鍋爐系統(tǒng)中主要應(yīng)用在引風(fēng)機(jī)調(diào)速、給水泵調(diào)速、給油泵調(diào)速和鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速。 是針對(duì)化工工業(yè)中強(qiáng)腐蝕性的酸性液體而特制，殼體采用聚四氟乙烯材料制成，采用特種氟膠電纜及專門的密封技術(shù)進(jìn)行電氣連接，既保證了傳感器的水密性、耐腐蝕性，又使得參考?jí)毫η慌c環(huán)境壓力相通，從而保證了測量的高精度和高穩(wěn)定性。 利用流體靜力學(xué)原理測量液位，是壓力傳感器的一項(xiàng)重要應(yīng)用。精巧的結(jié)構(gòu)，簡單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。電氣絕緣程度 2kV，輸出信號(hào)強(qiáng)，長期穩(wěn)定性好。 陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)的材料。 `R 4R 3R 2R 1II 2I 1R c mU +e 圖 電橋補(bǔ)償法連接電路 壓力傳感器 抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 共 61 頁 度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為 / / mV/V 等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。 4) 電橋補(bǔ)償法。 2) 補(bǔ)償導(dǎo)線法。這樣我們就需要進(jìn)行一些補(bǔ)償措施。 在使用熱電偶進(jìn)行測溫時(shí)，只有將冷端的溫度恒定，熱端電動(dòng)勢才是熱端溫度的單值函數(shù)。其特點(diǎn)是測溫范圍很寬，熱電動(dòng)勢與溫度關(guān)系近似線性，熱電動(dòng)勢大及價(jià)格地低。它的正極是鎳鉻合金，負(fù)極為鎳硅。 溫度傳感器 我們經(jīng)過充分考慮決定選用鎳鉻 — 鎳硅熱電偶。本系統(tǒng)采用集中 控制，分為四部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 電氣控制回路（帶變頻） 12給水泵 傳感器與變送器 鍋爐本體 西門子 S7200 系列可編程控制器 電氣控制回路（帶變頻） 電氣控制回路（帶變頻） 電氣控制回路（帶變頻） 34給油泵 56引風(fēng)機(jī) 78鼓風(fēng)機(jī) 基于 S7200PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 61 頁 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 傳感器的選型 傳感器是一種能將與待測量的能量形式，轉(zhuǎn)化成另一種可供處理查詢的能量形式的裝置。報(bào)警系統(tǒng)就是當(dāng)相應(yīng)的實(shí)測值低于（或高于）其相應(yīng)的下限（或上限）值時(shí)給出相應(yīng)的下（上）限報(bào)警，這些功能均由軟件完成，與此同時(shí)，控制系統(tǒng)還會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，使相應(yīng)的變量值進(jìn)入相應(yīng)的極限范圍，然后撤銷相應(yīng)的報(bào)警提示。 在本次設(shè)計(jì)中，我們設(shè)計(jì)了四個(gè)報(bào)警系統(tǒng)，即溫度報(bào)警系統(tǒng)、壓力報(bào)警系統(tǒng)、液位報(bào)警 系統(tǒng)和負(fù)壓控制系統(tǒng)，分別對(duì)蒸汽溫度、蒸汽壓力、汽包液位和爐膛負(fù)壓進(jìn)行超限報(bào)警提示。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。 影響爐膛壓力的主要變量有給煤量、給風(fēng)量以及抽風(fēng)量等，而其中給煤量和給風(fēng)量是由蒸汽溫度、壓力以及蒸發(fā)量等因素決定的，所以要想保持爐膛壓力在一定范圍內(nèi)保持不變就只有改變抽風(fēng)量，亦即通過調(diào)節(jié)抽風(fēng)量以達(dá)到控制爐膛壓力的目的。 蒸汽壓力 控制器 蒸汽流量 控制器 蒸汽流量 調(diào)節(jié)器 蒸汽流量 執(zhí)行器 蒸汽流量 蒸汽壓力 蒸汽流量檢測 、 變送器 蒸汽壓力檢測 、 變送器 安全閥 蒸汽壓力 設(shè)定值 基于 S7200PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 61 頁 圖 汽包液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng) 如果爐膛負(fù)壓太大，甚至為正，則爐膛內(nèi)煙氣過多，甚至煙氣向外冒，影響設(shè)備和操作人員的安全；反之，爐膛負(fù)壓過小，會(huì)使冷空氣漏進(jìn)爐膛內(nèi)，從而是熱量損失增加，降低燃燒效率。 能夠影響汽包液位的主要有兩大變量，那就是給水量和蒸發(fā)量，在其他條件不變的情況下，蒸發(fā)量越大，液位越低，而給水量越大則液位越高，反之則反。其中安全壓力控制系統(tǒng)采用串級(jí)控制，而超壓控制系統(tǒng)采用單回路控制，所以蒸汽壓力控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合的控制系統(tǒng)，從某種意義上講，可以將其歸入分程控制系統(tǒng)一類，其結(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)。所以必須保證鍋爐的壓力處于一個(gè)適中的范圍內(nèi)，即必須對(duì)鍋爐壓力加以控制。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。影響蒸汽溫度的主要因素是給 油 量以及空 氣與給油量 比，所以我們采用了串級(jí)比值控制系統(tǒng)分別控制給 油 量以及給風(fēng)量。下面分別對(duì)這幾個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 基于 S7200PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 61 頁 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 鍋爐系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多變量耦合系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標(biāo)，通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)