【正文】 能夠?qū)崿F(xiàn)多種的控制算法。進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類進(jìn)入了一個(gè)以知識(shí)經(jīng)濟(jì)為特征的信息時(shí)代，檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)一起構(gòu)成現(xiàn)代信息的三大基礎(chǔ)。鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)作為傳感、執(zhí)行與檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用方面也必將跨入數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化時(shí)代。而在鍋爐控制理論方面，也有許多優(yōu)秀的控制理論相繼出現(xiàn)。后來，模糊控制理論得到長(zhǎng)足發(fā)展，目前己經(jīng)很好地應(yīng)用在鍋爐控制系統(tǒng)上。 本文的主要研究?jī)?nèi)容本系統(tǒng)在進(jìn)行實(shí)際調(diào)研和廣泛收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)燃油鍋爐電氣系統(tǒng)，主要電機(jī)采用YD起動(dòng)控制，并且設(shè)計(jì)了電機(jī)過流保護(hù)：,同時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)。設(shè)計(jì)短路保護(hù)、燃油鍋爐壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)、水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，當(dāng)水位到達(dá)低水位時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警，危險(xiǎn)水位整個(gè)鍋爐停機(jī)。整個(gè)電氣控制系統(tǒng)采用PLC來控制，在畢設(shè)過程中編制了燃油鍋爐電氣控制系統(tǒng)程序清單并且制作了燃油鍋爐電氣系統(tǒng)模擬樣機(jī)?？删幊绦蚩刂破骱?jiǎn)稱PLC ,是采用微電腦技術(shù)制造的通用自動(dòng)控制設(shè)備。PLC主要具有邏輯運(yùn)行的功能，可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)控制、具有定時(shí)控制功能、計(jì)數(shù)控制功能、步進(jìn)控制功能、A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能（對(duì)模擬量控制）、數(shù)據(jù)處理功能、通信、聯(lián)網(wǎng)功能，并配置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。PLC具有一下優(yōu)點(diǎn)：(1)高可靠性。(3)可采用梯形圖編程方式，與實(shí)際繼電器控制電路非常接近，一般電氣工作者很容易接受。(5)擴(kuò)充方便，組合靈活。PLC 的主要功能:PLC 的主要功能有: ①條件控制, PLC 具有邏輯運(yùn)算功能, 它設(shè)置了“與”(AND) 、“或”(OR) 、“非”(NOT) 等邏輯運(yùn)算指令,能處理繼電器接點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)以及并串聯(lián)等各種連接。 ③計(jì)數(shù)控制,PLC 具有計(jì)數(shù)控制功能,它可以提供若干個(gè)計(jì)數(shù)器,設(shè)置了計(jì)數(shù)指令,計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以在運(yùn)行時(shí)讀出,也可以在運(yùn)行時(shí)修改。 ⑤“模數(shù)”和“數(shù)?！鞭D(zhuǎn)換功能,有些PLC 具有“模數(shù)”(A/D) 和“數(shù)?！?D/A) 轉(zhuǎn)換功能,能完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)。采用繼電器控制。其缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢,可靠性差,采用微電腦技術(shù)的PLC 的出現(xiàn),使得繼電器控制邏輯更加遜色, PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較如下：　　 (1) 控制方式：　　 繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制?！　?(2) 控制速度　　 繼電器控制邏輯是依觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級(jí)，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動(dòng)現(xiàn)象?！　?(3) 延時(shí)控制　　 繼電器控制系統(tǒng)是時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制，而時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時(shí)間困難。采用單片機(jī)控制。PLC是一個(gè)帶有CPU、存儲(chǔ)器、I/O、系統(tǒng)軟件和支持系統(tǒng)的專用面向過程控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格高，但只要編寫簡(jiǎn)單的用戶程序就可以直接在工業(yè)上應(yīng)用。通過將PLC 控制與繼電器、單片機(jī)等控制進(jìn)行區(qū)別比較, 可以看出,PLC 是一種更適合用于工業(yè)自動(dòng)化控制的微電腦,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,抗干擾能力強(qiáng),環(huán)境適應(yīng)范圍廣,控制可靠性高,易于學(xué)習(xí)和掌握,控制邏輯修改容易,調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn),正好符合鍋爐控制需要安全可靠、性能優(yōu)越的要求，因此在本次畢設(shè)中用它來完成對(duì)燃油鍋爐電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路是先弄清楚鍋爐的工作過程，然后按照鍋爐工作要求畫出整個(gè)系統(tǒng)的大概流程示意圖，最后再使用梯形圖語言編程序。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)總電路接通開 始燃油預(yù)熱引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)噴 油點(diǎn) 火水泵電機(jī)1啟動(dòng)水泵電機(jī)2啟動(dòng)排 水停機(jī)結(jié)束壓力正常？水位偏低？水泵電機(jī)1壞？水位偏高？水位危險(xiǎn)？圖2 程序流程圖3 可編程控制器 可編程控制器的分類目前，在中國市場(chǎng)最具競(jìng)爭(zhēng)力的PLC有西門子和三菱公司。西門子公司產(chǎn)品有：S7200為微型PLC，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)；S7300為小到中型PLC單機(jī)最大容量為11K點(diǎn)；S7400為大到超大型PLC，單機(jī)可組態(tài)點(diǎn)數(shù)過萬點(diǎn)。 可編程序控制器的組成及各部分的作用 PLC的基本組成PLC實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，只不過它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程想連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言，故PLC與計(jì)算機(jī)的組成十分相似。如圖31所示。(2)存儲(chǔ)器 PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。(3)輸入/輸出接口 它是PLC與外界連接的接口。輸出接口用來連接被控對(duì)象中各種執(zhí)行元件。此電源一方面可為CPU板、I/O板及擴(kuò)展單元提供工作電源；另一方面可為外部輸入元件提供電源。盒式磁帶機(jī):用以記錄程序或信息。EPROM寫入器:用以將程序?qū)懭氲接脩鬍PROM中。 PLC的工作過程及特點(diǎn) PLC的工作過程 PLC的工作過程是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。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(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。 PLC的工作過程可分為三部分：第一部分是上電處理。第二部分是掃描過程。先完成輸入處理，其次完成與其他外設(shè)的通信處理，再次進(jìn)行時(shí)鐘、特殊寄存器更新。當(dāng)CPU處于RUN方式時(shí)，還要完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。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CPU、電池電壓、程序存儲(chǔ)器、I/O、通信等是否異?；虺鲥e(cuò)，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，所有的掃描停止。(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)存入內(nèi)存中各對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。接著，進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行階段或輸出階段，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新內(nèi)容。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。 PLC的特點(diǎn) PLC具有邏輯運(yùn)算功能，可以實(shí)現(xiàn)各種通斷控制。 ③步進(jìn)控制 ④PID控制 PLC可以解模擬量輸入和輸出模擬量信號(hào)。⑤數(shù)據(jù)處理 ⑥通信和聯(lián)網(wǎng)PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活，方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)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(diǎn)。③ 每一通道都可以指定電壓或電流輸入。⑤ FX2N4AD的性能指標(biāo)如表31所示表31 FX2N4AD的性能指標(biāo)項(xiàng) 目電壓輸入 電流輸入根據(jù)是電流輸入還是電壓輸入，使用端子有不同模擬量輸入范圍DC10～+10V（輸入電阻200KΩ）絕對(duì)最大電壓輸入VDC20～20mA（輸入電阻250Ω）絕對(duì)最大輸入30mA數(shù)字輸出范圍帶符號(hào)位12位二進(jìn)制分辨率5mV(10V1/2000)20181。FROM是基本單元從FX2N4AD讀數(shù)據(jù)的指令。實(shí)際上讀寫操作都是對(duì)FX2N4AD的緩沖寄存器BFM進(jìn)行的操作。表32 FX2N4AD BFM分配表BFM內(nèi) 容0初始化通道，表示HOOO0，缺省值為HOOO0。其中，O=0時(shí)設(shè)定輸入范圍10～+10V；O=1時(shí)設(shè)定輸入范圍+4～+20mA；O=2時(shí)設(shè)定輸入范圍20～20mA；O=3時(shí)關(guān)閉該通道1通道1各通道平均值取樣次數(shù)的指定。置“0”時(shí)，設(shè)定不改變21增益和零點(diǎn)的設(shè)計(jì)值調(diào)整是否可改動(dòng)：（b0,b1）置（1，0），則禁止改動(dòng)。零點(diǎn)：數(shù)字量輸出為0時(shí)的輸入值。22零點(diǎn)和增益的調(diào)節(jié)b7b6b5b4b3b2b1b0G4O4G3O3G2O2G1O123零點(diǎn)值需要調(diào)整的輸入通道由BFM22的GO（增益零點(diǎn)）位的狀態(tài)指定。各通道的增益和零點(diǎn)既可統(tǒng)一調(diào)整，也可獨(dú)立調(diào)整。FX2N4AD的為K201031沒使用4 設(shè)計(jì)燃油鍋爐電氣控制系統(tǒng) 鍋爐的電氣控制系統(tǒng)的介紹鍋爐自動(dòng)控制的任務(wù)主要是維持鍋爐的水位、溫度、壓力等物理參數(shù)在設(shè)定的范圍內(nèi)，并能自動(dòng)適應(yīng)負(fù)荷的變化，從而使鍋爐安全可靠經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。水位太高時(shí)，會(huì)使蒸汽大量帶水，降低蒸汽品質(zhì)，甚至?xí)l(fā)生滿水事故。水位過低，則容易發(fā)生缺水事故。(2)保持汽壓的穩(wěn)定 鍋爐汽壓的變化，實(shí)際上反映了鍋爐負(fù)荷的變化。反之，鍋爐的汽壓就下降。汽壓偏低，說明鍋爐不能滿足生產(chǎn)需要。程序控制是完成鍋爐起動(dòng)、停止以及正常工作等一系列操作自動(dòng)化進(jìn)行的過程，只有前一個(gè)條件滿足，才能進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。接下來是先打開引風(fēng)機(jī)，讓其在燃燒前對(duì)鍋爐爐膛預(yù)吹掃，接著打開鼓風(fēng)機(jī)，往鍋爐里送燃燒時(shí)需要的空氣。(3)安全運(yùn)行 鍋爐壓力對(duì)其至關(guān)重要。當(dāng)鍋爐壓力過低時(shí)，應(yīng)該增大調(diào)節(jié)閥的開度，使出油量變大；反之，當(dāng)壓力過高時(shí)，應(yīng)減小調(diào)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(yùn)行。燃油鍋爐的水位、壓力、溫度應(yīng)不超過允許值，這是鍋爐安全運(yùn)行必不可少的條件。以防止發(fā)生爐膛爆炸事故。因而，鍋爐必須有水位、壓力、溫度、火焰及輔機(jī)等多方面的電氣控制保護(hù)裝置。水位控制要求高、低水位聲光報(bào)警，危險(xiǎn)水位整個(gè)鍋爐停機(jī)。 鍋爐主要電氣設(shè)備的計(jì)算及選擇首先選擇電動(dòng)機(jī)。Y系列電動(dòng)機(jī)適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場(chǎng)所和無特殊要求的機(jī)械如:金屬切削機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等，由于電動(dòng)機(jī)有較好的起動(dòng)性能，因此也適用于某些對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩有較高要求的機(jī)械，如壓縮機(jī)等。Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)是我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)的系列產(chǎn)品?！”?1 電機(jī)的型號(hào)參數(shù)：功率（千瓦）（KW）型號(hào)電流380V（A）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分（r/min）效率%（n）功率因素（COS中）同步轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分(4極)50 HzY80141390736Y802413906Y90S4140078Y90L4140079Y100L141420813Y100L2414204Y112M41440Y132S41440Y132M4144011Y160M414608815Y160L41460Y180M414709122Y180L4147030Y200L4147037Y225S4148045Y225M4148055Y250M4148075Y280S4148090Y280M41480110Y315S41480132Y315M4148094160Y315L142891480200Y315L241480表42 JR20系列雙金屬片式熱繼電器主要技術(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品型號(hào)額定電壓/v額定電流/A熱元件代號(hào)整定電流范圍/A安裝特征配用的CJ20交流接觸器JR2010660101R~~基本型L型G型CJ20102R~~…………14R7~~1015R~10`JR2063631U16~20~242U24~30~363U36~42~48…………JR201601601w33~40~472w47~55~633w63~74~844w84~92~100表43 DZ15系列塑料外殼式斷路器主要技術(shù)參數(shù)如下型號(hào)殼架額定電流/A額定電壓/V極數(shù)脫扣器額定電流/ADZ1540/1DZ1540/2DZ1540/3DZ1540/4402201380234DZ1563/1DZ1563/2DZ1563/3DZ1563/4632201380234DZ15100/3DZ15100/410038034 電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)一個(gè)10t燃油鍋爐。主鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)： 型號(hào) Y180L4，額定功率=22KW，額定電流=，額定轉(zhuǎn)速=1470r/min。水泵電機(jī)、備用水泵電機(jī)：型號(hào)Y180M4，額定功率=，額定電流=，額定轉(zhuǎn)速=1470r/min。除氧泵電機(jī)：型號(hào)Y160M4，額定功率=11KW，額定電流=，額定轉(zhuǎn)速=1460 r/min。 熱繼電器的選擇用熱繼電器的目的是為了發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過載能力，保證電動(dòng)機(jī)