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基于plc的燃油鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計-在線瀏覽

2024-08-07 18:29本頁面
  

【正文】 的汽化過程水的汽化過程就是蒸汽的產(chǎn)生過程,主要包括水循環(huán)和汽水分離過程。由于受熱較少,汽水混合物的容重較大;而處于煙氣溫度較高區(qū)的水冷壁和對流管束受熱多,其相應(yīng)工質(zhì)的容重小。由于上鍋筒內(nèi)的汽水分離設(shè)備和鍋筒本身空間內(nèi)的重力分離作用,使汽水混合物得以分離。因此,一套優(yōu)良的燃油鍋爐控制系統(tǒng)對燃油鍋爐的生產(chǎn)者及使用者都具有極為重要的意義。 燃燒控制系統(tǒng)燃燒器是燃油鍋爐的關(guān)鍵設(shè)備,它應(yīng)該具備效率高、穩(wěn)定著火、安全性好等特點。燃燒裝置包括:鼓風(fēng)機、油泵、點火裝置、引風(fēng)機、噴油電磁閥等。燃油鍋爐程序控制主要有以下幾點:(1) 吹掃程序在燃燒啟動前,燃燒器應(yīng)對鍋爐爐膛預(yù)吹掃一段時間(通常30秒左右),即風(fēng)門執(zhí)行器將風(fēng)門由小向大打開,在風(fēng)門最大位置對鍋爐爐膛進行預(yù)吹掃。(3) 安全運行連鎖保護程序風(fēng)壓安全檢測在預(yù)吹掃過程和整個燃燒運行過程中都在工作,當(dāng)風(fēng)壓低于設(shè)定值時,燃燒器程序控制器進入自鎖狀態(tài),中止燃燒器運行。(5) 停爐、熄火保護程序當(dāng)點火火焰建立后,火焰探測器開始工作,當(dāng)檢測到有點火火焰后,將進行第一次火焰探測(燃燒火焰),在探測有火焰后程序控制器完成點火程序,燃燒器進入負荷調(diào)節(jié)。 水位控制系統(tǒng)保持鍋爐水位在規(guī)定的范圍,鍋爐水位的高低對鍋爐的安全運行極為重要。水位偏低,會造成鍋筒各部分的溫度偏差,形成熱應(yīng)力,極限情況下會出現(xiàn)裂紋。在負荷變化時,鍋爐水位也會快速變化,因此必須采用自動控制來維持水位在規(guī)定的范圍內(nèi)[13]。 恒壓供油控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的供油采用日用油箱方式,設(shè)備龐大,造價高,占地多,壓力控制精度低,維護工作量大。變頻調(diào)速恒壓供油系統(tǒng)以其獨特的優(yōu)勢取代了原來的供油系統(tǒng),該系統(tǒng)采用PLC∕變頻器混合控制方案,并且可以通過PLC與上位機進行通訊,完成過程監(jiān)測任務(wù),采用變頻器完成過程控制任務(wù),實現(xiàn)系統(tǒng)的恒壓供油,并對供油系統(tǒng)的油壓和各油泵的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控。 爐溫PID控制系統(tǒng)本設(shè)計中,鍋爐爐膛溫度采用PID控制,傳感器(電熱偶)將檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號經(jīng)過溫度模塊后,與設(shè)定溫度值進行比較,得到偏差,此偏差送入PLC控制器按PID算法進行修正,返回對應(yīng)工況下的噴油電磁閥,調(diào)節(jié)噴油電磁閥的開度,增大或減少進入鍋爐的燃油流量,最終使實際溫度接近或等于給定值,從而實現(xiàn)對爐子的溫度控制。 ()由階躍響應(yīng)法求得, =;= ;= 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制系統(tǒng)框圖 燃油鍋爐系統(tǒng)工藝燃油鍋爐控制系統(tǒng)是由PLC來控制燃油鍋爐的起動、停止以及出現(xiàn)異常情況時能暫停且異常情況消失后能自動按起燃順序重新工作的。判斷是否具備點火條件,條件滿足30s后啟動鼓風(fēng)機和引風(fēng)機,把風(fēng)門調(diào)到最大吹掃爐膛。5s后,若點火成功,噴油電磁閥正常打開繼續(xù)噴油,點火變壓器和瓦斯閥門同時關(guān)閉,進入正常燃燒。 鍋爐燃燒控制鍋爐燃燒過程中,當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(即水蒸汽壓力超過允許值3s或水位超過上限并持續(xù)5s或低于下限并持續(xù)5s),發(fā)出報警信號并能自動關(guān)火進行清爐;異常情況消失后,又能自動按起燃燒程序重新點火燃燒。 。鍋爐生產(chǎn)的溫度檢測溫度是燃油鍋爐生產(chǎn)過程中最基本最常用的熱工參數(shù)。依據(jù)燃油鍋爐生產(chǎn)工藝和控制流程的要求一般有以下方面:(1) 爐膛溫度的檢測指示(2) 蒸汽溫度的檢測指示(3) 鍋爐水溫的檢測指示鍋爐生產(chǎn)的壓力測量壓力參數(shù)在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用,它是鍋爐安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行、系統(tǒng)控制過程中的主要參數(shù)。滿水和缺水都會造成重大的安全事故。為滿足負荷設(shè)備的要求,保證鍋爐本身運行的安全性和經(jīng)濟性,燃油鍋爐主要有下列自動調(diào)節(jié)任務(wù):保持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi) 鍋爐汽包水位高度,關(guān)系著汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量,也是確保安全生產(chǎn)的重要參數(shù)。因此,必須對汽包水位進行自動調(diào)節(jié),將水位嚴格控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。蒸汽溫度過低會直接影響負荷設(shè)備的使用,對汽輪機來說,會影響它的工作效率。因此,從安全生產(chǎn)和技術(shù)經(jīng)濟指標上看,必須對蒸汽溫度進行自動調(diào)節(jié),使蒸汽溫度保持在額定值范圍之內(nèi)。蒸汽壓力過高或過低,對于金屬導(dǎo)管和負荷設(shè)備都是不利的。因此,控制蒸汽壓力,是安全生產(chǎn)的需要,是維持負荷設(shè)備正常工作的需要,也是保證燃燒經(jīng)濟性的需要。負壓過大,漏風(fēng)嚴重,總的風(fēng)量增加,煙氣熱量損失增大,同時引風(fēng)機的電耗增加,不利于經(jīng)濟燃燒;負壓偏正,爐膛要向外噴火,不利于安全生產(chǎn),有害于環(huán)境衛(wèi)生,所以爐膛負壓必須進行自動調(diào)節(jié)。對于燃油鍋爐,~1%之內(nèi),~5%左右。 系統(tǒng)整體控制方案根據(jù)燃油鍋爐的工藝流程和對其各項參數(shù)分析,確定燃油鍋爐的整體控制方案。水位控制是以汽包水位作為主調(diào)節(jié)參數(shù),控制進∕出水閥,保持鍋爐水位在設(shè)定的范圍內(nèi)。在外部擾動作用時,控制器通過對燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量的測量調(diào)整保證各項指標在合理范圍內(nèi)。燃油鍋爐控制系統(tǒng)由燃油預(yù)熱器、點火變壓器、瓦斯閥、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機、油泵、進水閥∕出水閥、水位上∕下限開關(guān)、各種檢測儀表及監(jiān)控設(shè)備組成。蒸汽壓力由壓力傳感器和蒸汽壓力開關(guān)檢測并將信號送進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)輸入信號對送風(fēng)量和燃油量進行自動調(diào)節(jié),維持正常蒸汽壓力。鍋爐水位由上∕下限水位開關(guān)進行檢測,PLC根據(jù)檢測出的水位信號對進∕出水閥進行控制,實現(xiàn)水位的自動控制,外部照樣能手動加水和放水。安裝在管網(wǎng)上的油壓傳感器將實測的管網(wǎng)壓力反饋到變頻器,與預(yù)先通過面板設(shè)定的給定壓力進行比較,通過變頻器內(nèi)部PID運算,調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率,以調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速,保持管網(wǎng)壓力與給定壓力值的一致,實現(xiàn)恒壓供油。 系統(tǒng)原理框圖 本章小結(jié) 本章主要對燃油鍋爐的結(jié)構(gòu)組成,工藝流程,工作過程及控制系統(tǒng)進行了簡要介紹同時分析了鍋爐工作過程中的熱工檢測內(nèi)容,進而提出了燃油鍋爐自動調(diào)節(jié)的基本任務(wù)。第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 PLC概述 PLC的發(fā)展歷程可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。PLC技術(shù)隨著計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展,由最初的一位機發(fā)展為8位機。進入20世紀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)成的微機化PLC得到了驚人的發(fā)展,使PLC在概念、設(shè)計、性能價格比以及應(yīng)用等方面都有了新的突破?,F(xiàn)在PLC不僅能得心應(yīng)手的應(yīng)用于制造業(yè)自動化,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)使之成為自動化技術(shù)領(lǐng)域的三大支柱之一,即使在現(xiàn)場總線技術(shù)成為自動化技術(shù)應(yīng)用熱點的今天,PLC仍然是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中不可缺少的控制器。CPU是以分時操作方式來處理各項任務(wù)的,計算機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)各電器的動作,所以它屬于串行工作方式。機器上電后對PLC系統(tǒng)進行一次初始化,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。PLC上電處理階段完成以后進入掃描工作過程。PLC每掃描一次,執(zhí)行一次自診斷檢查,確定PLC自身的動作是否正常,如檢查出異常時,CPU面板上的LED及異常繼電器會接通,在特殊寄存器中會存入出錯代碼;當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時,CPU被強制為STOP方式,所有的掃描便停止。每一次掃描所用的時間稱作掃描周期或工作周期。PLC就是這樣周而復(fù)始的循環(huán)這些動作過程一直到關(guān)機。分析上述掃描過程,如果對遠程I/O、特殊模塊、更新時鐘和其他通信服務(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”三個階段了。(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)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中,此時輸入映像寄存器被刷新。所以,一般來說,輸入信號的寬度要大于一個掃描周期,或者說輸入信號的頻率不能太高,否則很可能造成信號的丟失。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時,PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài),從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件(“軟繼電器”)的當(dāng)前狀態(tài)。對元件映像寄存器來說,每一個元件(“軟繼電器”)的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而刷新。在下一個輸出刷新階段開始之前,輸出鎖存器的狀態(tài)不會改變,從而相應(yīng)輸出端子的狀態(tài)也不會改變。 輸入輸出信號代碼和地址編號名稱代碼地址編號啟動按鈕SF1停止按鈕SF2水位上限開關(guān)BG1水位下限開關(guān)BG2手動加水按鈕SF3手動放水按鈕SF4火焰探測器開關(guān)KF 蒸汽壓力開關(guān)BP油泵運行狀態(tài)開關(guān)SF51號油泵啟動按鈕SF61號油泵停止按鈕SF72號油泵啟動按鈕SF82號油泵停止按鈕SF9鼓風(fēng)機停機信號KA1引風(fēng)機停機信號KA21號油泵停機信號KA32號油泵停機信號KA4消鈴按鈕SF10試燈/鈴按鈕SF11燃油預(yù)熱器繼電器KF1點火變壓器繼電器KF2鼓風(fēng)機接觸器QA1引風(fēng)機接觸器QA2噴油器電磁閥MB1瓦斯閥MB2火焰指示燈PG1熄火報警PB1報警PB2 PG2 進水閥MB3水位下限報警指示燈PG3出水閥MB4水位上限報警指示燈PG41號油泵電機接觸器QA31號油泵正常運行指示燈PG51號油泵故障報警蜂鳴器PB3鼓風(fēng)機故障指示燈PG62號油泵電機接觸器QA42號油泵正常運行指示燈PG72號油泵故障報警蜂鳴器PB4引風(fēng)機故障指示燈PG8序號功能信號序號功能信號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AIW6溫度傳感器4輸入AQW6給變頻器2信號AIW8壓力傳感器1輸入AQW8給變頻器3信號AIW10壓力傳感器2輸入AQW10給變頻器4信號 模擬量輸入輸出信號代碼和地址編號表 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。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。其模塊化、易于實現(xiàn)分布、易于用戶掌握等特點使得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)濟的方案。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴大并且愈加復(fù)雜時,可隨時使用附加的模塊對PLC進行擴展。此外,S7200系列PLC還具有模塊點數(shù)密度高,結(jié)構(gòu)緊湊,性價比高,性能優(yōu)越,裝卸方便等優(yōu)點。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(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的主要任務(wù)是控制用戶程序和數(shù)據(jù)接收與存儲;用掃描的方式通過I/O接口接收現(xiàn)場信號的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中;診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等;PLC進入運行狀態(tài)后,從存儲器讀取用戶指令,經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運算等;根據(jù)運算結(jié)果,更新有關(guān)標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容,再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。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。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,這樣的負載容量一般可以直接驅(qū)動一個常用的接觸器線圈或電磁閥。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。特 性CPU221CPU222CPU224CPU224 XPCPU226CPU226 XM程序存儲區(qū)4096B4096B8192B12288B16384B24576B數(shù)據(jù)存儲區(qū)2048B2048B8192B10240B10240B20480B本機I/O6入4出8入6出14入10出14入10出24入16出24入16出擴展模塊數(shù)027777 S7200系列PLC CPU型號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。 CPU224 AC/DC/RLY外圍接線圖 擴展模塊選型通過對系統(tǒng)控制要求的分析可知,系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點19點,開關(guān)量輸出點22點??刂葡到y(tǒng)需要檢測的模擬量較多,主要檢測量為鍋爐水、汽、爐等各項的溫度,所以選用一塊模擬量輸入模塊EM231 TC(4熱電偶),一塊模擬量輸入∕輸出模塊EM235,兩塊模擬量輸出模塊EM232(2輸出)。輸出類型為繼電器、干觸點,輸出電壓為5~30V(DC)或5~250V(AC),輸出閉合時允許的最大輸出電流為200A。觸點閉合時的浪涌電流為7A,無過流保護,隔離電阻最小為100M。電能消耗:+5V(DC),50mA。 EM222數(shù)字量輸出8繼電器端子接線圖 數(shù)字量輸入∕輸出擴展模塊EM223本設(shè)計選用的數(shù)字量I/O混合模塊EM223為8輸入∕8輸出,輸出類型為繼電器、干觸點。(2)輸入標稱值為24V(DC)/4mA,邏輯1信號最小為15V(DC)/,邏輯0信號最大為5V(DC)/1mA。采用組隔離輸入方式,每組4點。(4)連接電纜長度最長為300m(非屏蔽電纜)和500m(屏蔽電纜)。(2)輸出組數(shù)為兩組,8路輸出可同時接通。每組最大電流為8A,負載為燈時最大為30W(DC)∕200W(AC)。 EM223數(shù)字量24V(DC)8輸入∕8繼電器輸出端子接線圖 模擬量輸入擴展模塊EM231EM231熱電偶擴展模塊EM231熱電偶擴展
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