【正文】 /輸出接口、電源等。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求以及學(xué)校提供的可試驗(yàn)條件，選擇使用三菱FX2N系列PLC。三菱公司的產(chǎn)品有：Q系列 、QnA系類、AnS 系列、A系列，此四種系列為模塊式大型PLC，最大容量為8K點(diǎn)；FX 系列為小型PLC，單元式，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)。系統(tǒng)流程見(jiàn)圖21，詳細(xì)程序梯形圖見(jiàn)附錄3。PLC的編程語(yǔ)言有梯形圖語(yǔ)言；助記符語(yǔ)言；流程圖（SFC）語(yǔ)言。單片機(jī)功能靈活，但開(kāi)發(fā)應(yīng)用都要從底層做起，功能由開(kāi)發(fā)者水平?jīng)Q定，應(yīng)用也不只是在過(guò)程控制。單片機(jī)是一個(gè)帶CPU、內(nèi)存的裸計(jì)算機(jī)。PLC適合工業(yè)場(chǎng)合，單片機(jī)更多的適應(yīng)民用場(chǎng)合，因其可靠性、穩(wěn)定性較PLC有一定差距，但是綜合成本低，適合大批量使用，而PLC不行，PLC更多適用于較大的工程或者需要非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)場(chǎng)合?！　?PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時(shí)間方便，不受環(huán)境影響?！　?PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，速度快，微秒級(jí)，嚴(yán)格同步，無(wú)抖動(dòng)?！　?PLC采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。繼電器控制邏輯自20世紀(jì)20 年代問(wèn)世以來(lái),一直是機(jī)電順序控制的主流,由于它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,價(jià)格低廉,所以使用范圍甚廣。 ⑥通信和聯(lián)網(wǎng):有些PLC 采用了通信技術(shù),可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的I/0 控制,即PLC 之間同位鏈接或由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)PLC 可以構(gòu)成“集中管理,分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)。 ④步進(jìn)控制, PLC具有步進(jìn)控制功能,可以在一道工序完成后,再進(jìn)行下一步工序,并且設(shè)置了移位寄存器。 ②限時(shí)控制,PLC 具有定時(shí)控制功能,它可以提供若干個(gè)定時(shí)器,并設(shè)置了定時(shí)指令,調(diào)用修改靈活方便。PLC 是控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)晶,但是對(duì)于熟悉機(jī)電控制技術(shù)的工程人員來(lái)說(shuō),在使用PLC時(shí)沒(méi)有必要完全了解計(jì)算機(jī)的深層次投術(shù)問(wèn)題,只需要把PLC 看作機(jī)電控制技術(shù)人員熟悉的繼電器、計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器的集合即可,所以PLC 的實(shí)際使用簡(jiǎn)單方便,適應(yīng)普通的機(jī)電控制技術(shù)人員。(4)能在惡劣的工業(yè)環(huán)境工作。 (2)編程簡(jiǎn)單，使用方便。這些功能造就了PLC的旺盛生命力。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和完善，PLC的編程概念和控制思想已為廣大的自動(dòng)化行業(yè)人員所熟悉，可以說(shuō)在目前它已成為任何其他工業(yè)控制器都無(wú)法與之相提并論的巨大知識(shí)資源。2 系統(tǒng)方案的論證、選擇及設(shè)計(jì)思路 方案論證采用可編程控制器控制。設(shè)計(jì)電源電壓欠壓保護(hù)及過(guò)壓保護(hù)：，電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生欠壓保護(hù)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；，電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。論文中對(duì)燃油鍋爐電氣系統(tǒng)主回路進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，分析并選擇電動(dòng)機(jī)、斷路器、交流接觸器、繼電器、互感器、電纜線等主要電器的功率、型號(hào)、等級(jí)等具體數(shù)據(jù)，并進(jìn)行布線、安裝、調(diào)試。工業(yè)組態(tài)軟件的應(yīng)用使軟件功能性增強(qiáng)，內(nèi)容豐富，具有良好的人機(jī)界面，更加方便了操作人員。最為典型的是PID控制，即比例、積分和微分控制。而且，對(duì)于大規(guī)模鍋爐群控，檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的結(jié)合在一起，形成鍋爐控制系統(tǒng)的集成化管理、網(wǎng)絡(luò)化控制，這將是鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展的又一個(gè)里程碑。21世紀(jì)第一個(gè)10年的熱點(diǎn)必將是傳感、執(zhí)行與檢測(cè)。(4)高速性，高精度性。(2)計(jì)算機(jī)的邏輯判斷能力和存貯能力使它能夠根據(jù)工況變化，做出正確判斷，選擇最合理最有利的控制方案。同時(shí)可以大大減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，而且可以使鍋爐熱效率最佳，節(jié)約燃料4%5%。利用微機(jī)代替常規(guī)儀表實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)鍋爐的控制己越來(lái)越多地被生產(chǎn)廠家采用。(4)一次性投資大，成本高。(2)用常規(guī)儀表難于實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)且操作管理水平低。用常規(guī)儀表控制，也有一定的局限性，主要表現(xiàn)在:(1)難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律。風(fēng)、燃料配比控制不能自調(diào)，熱效率低。(1) 蒸汽負(fù)荷小波動(dòng)時(shí)，燃料量不隨負(fù)荷變化，造成蒸汽不穩(wěn)定，增加了燃料消耗。60年代，鍋爐的控制還只是實(shí)行人工操作，鍋爐的燃燒完全是憑司爐工人的經(jīng)驗(yàn)，幾乎談不到自動(dòng)控制。容重大的工質(zhì)往下流入下鍋筒，容重小的工質(zhì)則向上流入上鍋筒，蒸汽產(chǎn)生的過(guò)程是借助于上鍋筒內(nèi)裝設(shè)的汽水分離設(shè)備，以及在鍋筒本身空間中的重力分離作用，使汽水混合物得以分離。經(jīng)過(guò)處理的水經(jīng)過(guò)泵加壓，先經(jīng)過(guò)省煤器而得到預(yù)熱，然后進(jìn)入汽鍋。在爐膛的四周高溫?zé)煔馀c水冷壁進(jìn)行強(qiáng)烈的輻射換熱，將熱量傳遞給管內(nèi)工質(zhì)，管內(nèi)工質(zhì)經(jīng)過(guò)對(duì)流方式進(jìn)行換熱，然后煙氣受引風(fēng)機(jī)、煙囪的引力而向爐膛的上方流動(dòng)，經(jīng)過(guò)蒸汽過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器最后以經(jīng)濟(jì)的低煙溫排出鍋爐。要使燃料量，空氣量和復(fù)合蒸汽量有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這就要根據(jù)所需要的負(fù)荷蒸汽量，來(lái)控制燃料量和送風(fēng)量，同時(shí)還要通過(guò)引風(fēng)設(shè)備控制爐膛負(fù)壓。先簡(jiǎn)要敘述如下:(1)燃料的燃燒過(guò)程燃油鍋爐的燃燒過(guò)程，具有一定溫度和壓力的燃料油通過(guò)油嘴噴入爐膛被霧化成細(xì)小的油滴，然后吸收爐內(nèi)熱量，表面逐漸氣化成油氣，與進(jìn)入爐膛內(nèi)的空氣混合，形成可燃混合物。燃料在爐子里進(jìn)行燃燒，將其化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，高溫的燃料產(chǎn)物——熱氣通過(guò)氣鍋受熱面將熱量傳遞給氣鍋內(nèi)溫度較低的水，水被加熱進(jìn)而沸騰氣化，生成蒸汽，蒸汽通過(guò)蒸汽母管輸送給用戶。燃料供給設(shè)備:包括供油管路和油槍等。給水泵系用來(lái)克服給水管路與省煤器的阻力與省鍋筒的壓力，把給水送入鍋筒。送風(fēng)設(shè)備 :由送風(fēng)機(jī)和風(fēng)道組成，用它來(lái)供應(yīng)燃料燃燒所需要的空氣。低壓缸膨脹做功?？諝忸A(yù)熱器:是繼續(xù)利用離開(kāi)省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所需要的空氣換熱器。省煤器：是利用煙氣余熱加熱鍋爐給水，以降低排出煙氣溫度的換熱器。燃燒器：是鍋爐燃燒設(shè)備的主要組成部分，它的作用是把燃油和燃燒所需的空氣送入爐膛，并組織合理的氣流結(jié)構(gòu)，使燃料能迅速地著火，穩(wěn)定地燃燒。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件；中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風(fēng)分離器進(jìn)行粗分離外，還用百頁(yè)窗、鋼絲網(wǎng)或均汽板等進(jìn)行進(jìn)一步分離。鍋筒內(nèi)部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、排污和加藥設(shè)備等。主要功能是儲(chǔ)水，進(jìn)行汽水分離，在運(yùn)行中排除鍋水中的鹽水和泥渣，避免含有高濃度鹽分和雜質(zhì)的鍋水隨蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器和汽輪機(jī)中。將固體燃料放在爐排上，進(jìn)行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐，又稱火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料，噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐，又稱火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態(tài)燃燒，并適于燃燒劣質(zhì)燃料的爐膛稱為沸騰爐，又稱流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉(zhuǎn)，并強(qiáng)烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風(fēng)爐。鍋爐本體中兩個(gè)最主要的部件是爐膛和鍋筒。 燃油鍋爐基本組成部分鍋爐的機(jī)組組成部分包括鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分。與此同時(shí)，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過(guò)熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪，排入大氣。燃燒時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)→噴油口噴油→點(diǎn)火變壓器接通（子火燃燒）→瓦斯閥打開(kāi)（母火燃燒）→將燃油點(diǎn)燃。它是由燃油預(yù)熱器、噴油泵、噴油口、鼓風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火變壓器、瓦斯閥、壓力蒸汽開(kāi)關(guān)、進(jìn)水閥、排水閥、上下水位開(kāi)關(guān)等組成, 如圖1 所示。同樣，油粒燃燒所需的氧能及時(shí)地供給，油粒的燃燒也愈快。燃燒產(chǎn)生的熱量有一部分傳給油粒，使油粒不斷氣化和燃燒，直到燃燼。其中使用的燃油是一種液體燃料，它的沸點(diǎn)總是低于著火點(diǎn)，所以燃油的燃燒總是在氣態(tài)下進(jìn)行的。此外，PLC編程簡(jiǎn)單，使用方便，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試的時(shí)間短?？删幊绦蚩刂破鱌LC是目前最常用的控制裝置，其最大的特點(diǎn)就是可靠性高、功能強(qiáng)大，它的高可靠性的設(shè)計(jì)非常適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下應(yīng)用。而采用可編程控制器設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鍋爐系統(tǒng)的自動(dòng)控制。這類系統(tǒng)自動(dòng)化程序很低，大部分操作還是由手動(dòng)來(lái)完成，只能處理一些開(kāi)關(guān)量的問(wèn)題，無(wú)法處理系統(tǒng)的模擬量，即控制一些開(kāi)關(guān)量，其電器線路復(fù)雜，可靠性不高，不便維護(hù)。在石油化工領(lǐng)域，他主要作用是向各生產(chǎn)裝置提供合格的蒸汽，其控制質(zhì)量的優(yōu)劣不僅關(guān)系到鍋爐自身運(yùn)行的效果，而且還將直接影響到相關(guān)裝置生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)各類工業(yè)鍋爐約25萬(wàn)多臺(tái)，每年耗煤量占全國(guó)產(chǎn)量的1/3，同時(shí)還消耗大量的石油和天然氣。1 緒論 課題研究目的及意義隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)能源的需求不斷增加，我國(guó)是世界能源生產(chǎn)大國(guó)，也是能源消耗大國(guó)，但人均占有量低于世界平均水平，這就使得節(jié)約能源在我國(guó)顯得尤為重要。而可編程序控制器是一種替代繼電器控制系統(tǒng)的新型工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。由于燃油的霧化不好或配風(fēng)不合理，使鍋爐的熱效率降低。在我國(guó)的能源消耗中，煤占70%，油占30%。據(jù)有關(guān)資料介紹，目前，國(guó)外新興的工業(yè)鍋爐上都安裝有五個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng):燃燒控制系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)、給水控制系統(tǒng)，蒸汽溫度控制系統(tǒng)、空氣預(yù)熱器冷端溫度控制系統(tǒng)。早期鍋爐多采用繼電器控制，硬接點(diǎn)較多，容易氧化，造成接觸不良，使控制失靈。 電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 57頁(yè) 共57 頁(yè)引言鍋爐的工作過(guò)程是根據(jù)負(fù)荷的要求，生產(chǎn)具有一定壓力和溫度的蒸氣。為確保鍋爐正常運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，必須安裝相關(guān)的儀表，用于記錄各種參數(shù)，如壓力、水位等，給自動(dòng)化控制提供依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)和控制理論的發(fā)展，鍋爐控制技術(shù)在國(guó)外發(fā)展越來(lái)越快。上世紀(jì)七十年代前，鍋爐控制只注重安全性和可靠性，到1927年由于世界能源危機(jī)的出現(xiàn)和能源價(jià)格的直線上升，各國(guó)都把節(jié)約能源和開(kāi)辟能源作為基本國(guó)策。我國(guó)設(shè)計(jì)鍋爐的熱效率大多在70%一80%之間，鍋爐的熱效率降低。因而，在原油價(jià)格不斷上漲的今天，對(duì)于工業(yè)鍋爐的控制，就是要提高鍋爐的熱效率，使鍋爐在最佳工況下運(yùn)行己成為人們矚目的課題。本文介紹利用PLC編程功能實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油鍋爐自動(dòng)化控制的方法。鍋爐是一次性能源煤炭、石油、天然氣轉(zhuǎn)換成二次能源蒸汽量的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。工業(yè)鍋爐是生產(chǎn)過(guò)程中的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。目前大多數(shù)鍋爐在啟動(dòng)和運(yùn)行的過(guò)程中都需要精確的實(shí)時(shí)控制，然而鍋爐的控制系統(tǒng)還采用繼電器邏輯控制。四級(jí)鍋爐系統(tǒng)控制中，每臺(tái)爐就需要一套繼電器控制系統(tǒng)。本課題的主要目的就是開(kāi)發(fā)一套安全可靠、性能優(yōu)越的燃油鍋爐的控制系統(tǒng)，采用PLC作為整個(gè)系統(tǒng)的邏輯控制單元。它不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯順序控制，而且還能完成少量模擬量的過(guò)程控制。燃油鍋爐是指燃料使用燃油的鍋爐,包括柴油,廢油等油料的鍋爐。燃油經(jīng)霧化后的油粒噴進(jìn)爐膛以后，被爐內(nèi)高溫?zé)煔馑訜幔M(jìn)行氣化，氣化后的油氣和周圍空氣中的氧相遇，形成火焰。油粒直徑越小，油粒的燃燒愈快。 燃油鍋爐系統(tǒng)工藝燃油鍋爐控制系統(tǒng)是由PLC 來(lái)控制燃油鍋爐的起動(dòng)、停止、出現(xiàn)異常情況時(shí)能暫停且異常情況消失后能自動(dòng)按起燃順序重新工作的。燃油經(jīng)燃油預(yù)熱器預(yù)熱，由噴油泵經(jīng)噴油口打入鍋爐進(jìn)行燃燒。點(diǎn)火完畢后，關(guān)閉子火與母火，繼續(xù)送風(fēng)和噴油，使燃燒持續(xù)。鍋爐的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水閥和排水閥執(zhí)行，上、下水位分別由水位上限、下限閥檢測(cè)，蒸汽壓力由蒸汽壓力閥檢測(cè)。本體部分包括爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁、過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、再熱器等；輔助設(shè)備包括送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵等。爐膛：又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。鍋筒：是自然循環(huán)和多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐中，接受省煤器來(lái)的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過(guò)熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡(jiǎn)體由優(yōu)質(zhì)厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來(lái)的飽和蒸汽與水分離開(kāi)來(lái)，并盡量減少蒸汽中攜帶的細(xì)小水滴。鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監(jiān)測(cè)和保護(hù)設(shè)施。它具有多級(jí)多嘴送風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，能在短時(shí)間內(nèi)使燃油產(chǎn)生高溫渦流，具有高效節(jié)能，完全燃燒，熱利用率高等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠消除煙塵，改善工作條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，是節(jié)能環(huán)保的理想產(chǎn)品.水冷壁：作用是吸收爐內(nèi)輻射熱，將水加熱成飽和蒸汽。過(guò)熱器：是將飽和蒸汽加熱成具有一定溫度的過(guò)熱蒸汽，提高蒸汽的焓值，從而增加蒸汽的做功能力。再熱器：是將汽輪機(jī)高壓缸的排汽再一次加熱，使其溫度與過(guò)熱汽溫相等或者相近，然后再送到中。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。給水設(shè)備 :由給水泵和給水管路所組成。水處理設(shè)備:其作用為降低給水硬度和清除水中雜質(zhì)，以防止在鍋爐受熱面上結(jié)水垢和腐蝕，從而提高鍋爐經(jīng)濟(jì)性和安全性。 鍋爐的工作過(guò)程鍋爐最基本的組成是氣鍋和爐子兩部分。所以鍋爐的工作概括起來(lái)應(yīng)包括三個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程:燃料的燃燒過(guò)程，煙氣向水的傳熱過(guò)程和水的汽化過(guò)程。然后對(duì)燃料進(jìn)行預(yù)熱后點(diǎn)火使其燃燒。(2)煙氣向水的傳熱過(guò)程由于燃料的燃燒放熱，爐內(nèi)溫度很高。(3)水的汽化過(guò)程水的汽化過(guò)程就是蒸汽的產(chǎn)生過(guò)程，主要包括水循環(huán)和汽水分離過(guò)程。鍋爐工作時(shí)，汽鍋中的工作介質(zhì)是處于飽和狀態(tài)下的汽水混合物。 鍋爐自動(dòng)控制的發(fā)展鍋爐控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程與其它事物一樣，也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由手動(dòng)到自動(dòng)的過(guò)程。而鍋爐設(shè)備采用手動(dòng)操作，則有如下缺點(diǎn)。(2)手動(dòng)誤差大。到了70 80年代，逐步出現(xiàn)了由常規(guī)檢測(cè)儀表和調(diào)節(jié)儀表構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng)，它具有可靠性高，成本低，易于操作和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在大、中、小工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，解決了不少自動(dòng)化方面的問(wèn)題。如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、人工智能控制等。(3)改變控制方案比較困難。到了90年代，隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在工業(yè)鍋爐的自動(dòng)測(cè)試和控制方面的技術(shù)也日趨成熟。鍋爐采用微機(jī)控制不僅可實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行的自動(dòng)調(diào)節(jié)，鍋爐運(yùn)行的安全性也大為提高。鍋爐采用微機(jī)控制系統(tǒng)一般有如下特點(diǎn):(1)計(jì)算機(jī)具有分時(shí)操作能力，可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多控。(3)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)