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1、精选优质文档-倾情为你奉上1 绪论锅炉是供热设备中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，大多数锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，许多参数之间明显地存在着复杂的关系。对于锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以达到理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最佳控制效果。可编程逻辑控制器(PLC)既能代替传统的继电器接触器控制系统，又具有扩展各种输入输出模块，如A/D模块、热电偶热电阻模块，构成多功能控制
2、系统。现代PLC集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定。在传统工业的现代化改造中发挥着越来越重要的作用。目前供暖锅炉大都采用人工监控，一方面浪费人力；另一方面在出现事故隐患时，操作人员难以及时发现，很容易造成运行中设备的事故。在各种工业企业的动力设备中，锅炉是重要的组成部分,所以锅炉的性能至关重要。要设计一套完整的、性能良好的工业燃烧锅炉，首先就必须了解一般燃烧锅炉的基本构造和燃烧过程。1.1 锅炉的基本构造锅炉是一种产生蒸汽或热水的热交换设备。它通过燃料的燃烧释放大量热能，并通过热传递把能量传递给水，把水变成蒸汽或热水，蒸汽或热水直接供给工业和生活中所需要的热能。所以锅炉的中心任
3、务是把燃料中的化学能有效的转化为蒸汽的热能。图1.1为简单锅炉的大体组成部分。锅炉的主要设备包括气锅、炉子、炉膛、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、燃烧设备、引风设备、送风设备、给水设备、空气预热器、水处理设备、燃料供给设备以及除灰除尘设备等。气锅：由上下锅筒和三簇沸水管组成。水在管内受管外烟气加热，因而管簇内发生自然的循环流动，并逐渐气化，产生的饱和蒸汽积聚在上锅筒里面。炉子：是使燃烧从充分燃烧并释放出热量的设备。炉膛：保证燃料的充分燃烧，并使水流受热面积达到规定的数值。锅筒：使自然循环锅炉各受热面能适应负荷变化的设备。（须指出，直流锅炉内无锅筒。）水冷壁：主要是辐射受热面，保护炉壁的作用。过热
4、器：是将气锅所产生的饱和蒸汽继续加热为过热蒸汽的换热器。过热器一般都装在炉膛出口。省煤器：是利用余热加热锅炉给水，以降低排出烟气温度的换热器。采用省煤器后，降低了排烟温度，提高了锅炉效率，节省了燃料。同时，由于提高了进入气包的给水温度，减少了因温差而引起的汽包壁的热适应力，从而延长了汽包的使用寿命。燃烧设备：将燃料和燃烧所需的空气送入炉膛并使燃料着火稳定，充分燃烧。引风设备：包括引风机、烟道和烟囱等几部分。用它将锅炉中的烟气连续排出。送风设备：包括有鼓风机和分道组成。用它来供应燃料所需的空气。给水设备：由给水泵和给水管组成。空气预热器：是继续利用离开省煤器后的烟气余热，加热燃料燃烧所需要的空气
5、，是一个换热器。省煤器出口烟温度高，装上空气预热器后，可以进一步降低排烟温度，也可改善燃料着火和燃烧条件，降低不完全燃烧所造成的损失，提高锅炉机组的效率。水处理设备：其作用是为清除水中的杂质和降低给水硬度，以防止在锅炉受热面上结水垢或腐蚀。燃料供给设备：由燃油给油泵、燃油开关等设备组成，保证锅炉所需燃料供应。除灰除尘设备：是收集锅炉灰渣并运往储灰场地的设备。此外，除了保证锅炉的正常工作和安全，蒸汽锅炉还必须装设安全阀、水位表、高低水位报警器、压力表、主气阀、排污阀和止污阀等，还有用来消除受热面上积灰的吹灰器，以提高锅炉运行的经济性，本设计由于篇幅其间，则就不必考虑这些问题了。汽包汽水分界面除尘
6、器锅炉引风机鼓风机烟囱给水开关锅炉给水泵省煤器燃油开关排汽阀锅炉给油泵排水开关补水箱 图1.1 锅炉控制系统硬件组成图1.2 锅炉的工作原理及过程锅炉是一种生产蒸汽的换热设备。它通过煤、油或燃气等燃料的燃烧释放出化学能，并通过传热过程将能量传递给水，使水转变为蒸汽，蒸汽直接供给工业生产中所需的热能，或通过蒸汽动力机 能转变为机械能，或通过汽轮发电机转变为电能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能最有效地转变为蒸汽的热能。因此，近代锅炉亦称为蒸汽发生器。锅炉的工作过程概括起来应该包括三个同时进行的过程：燃料的燃烧过程 、水的汽化过程、烟气向水的传热过程。1.2.1 燃料的燃烧过程首先将燃料（这里
7、用煤）加到煤斗中，借助于重力下落在炉排面上，炉排接电动机通过变速齿轮箱减速后由链轮来带动，将燃料煤带入炉内。燃料一面燃烧，一面向后移动，燃料所需要的空气是由风机送入炉排腹中风仓后，向上穿过炉排到达燃料层，进行燃料反应形成高温烟气。燃料燃烧剩下的灰渣，在炉排末端翻过除渣板后排入灰斗，（若是燃气式锅炉就没有这一部分了）这整个过程称为燃烧过程。1.2.2 水的汽化过程水的汽化过程就是蒸汽的产生过程，主要包括水循环和水分离过程。经处理的水由泵加压，先流经省煤器而得到预热，然后进入气锅。锅炉工作时气锅的工作介质是处于饱和状态的汽水混合物。位于烟温较低区段的对流灌束，因受热较弱，汽水工质的容量较大，而位于
8、烟温较高区段的对流管束，因受热强烈，相应的汽水工质的容量较小，从而量大的工质则向上流入下锅筒，而容量小的工质则向上流入上锅筒，形成了锅水的自然循环。蒸汽所产生的过程是借助于上锅筒内设的汽水分离装置。以及在锅筒本身空间的重力分离力作用，使汽水混合物得到分离。蒸汽在上锅筒顶部引出后，进入蒸汽过热气，而分离下来的水仍回到上锅筒的下半部的水中。锅炉中的水循环，也保证与高温烟气相接触的金属受热面的以冷却而不被烧坏，是锅炉能长期安全运行的必要条件。而汽水混合物的分离设备则是保证蒸汽品质和蒸汽过热可靠工作的必要的设备。1.2.3 烟气向水的传热过程由于燃料的燃烧放热，炉内温度很高在炉膛的四周墙面上，都布置一
9、排水管，俗称水冷壁。高温烟气与水冷壁进行强烈的辐射换热，将热量传给管内工质水。继而烟气受引风机和烟囱的引力而向炉膛上方流动。烟气从炉膛出口经过防渣管后，就冲刷蒸汽过热器一组垂直放置的蛇型弯管受热面，使气锅中产生的饱和蒸汽在其中受烟气加热而得到的过热。烟气流经过过热气后掠过胀接在上、下锅筒间的对流管束，在管束间设置了折烟墙使烟气呈“S”型曲折地横向冲刷，再次以对流换热的方式将热量传递给管束的工质。沿途逐渐降低温度的烟气最后进入尾部烟道，与省煤器和空气预热器内的工质进行热交换后，以经济的较低的烟温排出锅炉。省煤器实际上同给水预热器和空气预热器一样，都设置在锅炉尾部（低温）烟道，以降低排烟温度提高锅
10、炉效率，从而节省了燃料。以上就是一般锅炉供水的过程，一个锅炉进行工作，其主要任务是：(1)要是锅炉出口蒸汽压力稳定。(2)保证燃烧过程的经济性。(3)保持锅炉负压恒定。通常我们是炉膛负压保持在微负压（-1080Pa）。为了完成上述三项任务，我们对三个量进行控制：燃料量，送风量，引风量。从而使锅炉能正常运行。1.3难点分析由于调节量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节，使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，虽然锅炉汽包水位对蒸汽流量和给水流量变化的响应呈积极特性，但是在负荷(蒸汽流量)急剧增加时，表现却类似逆响应特性，即所谓的虚假水位。造成这一原因是由于负荷增加时，
11、导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双冲量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。2总体设计方案锅炉系统是一个复杂的多变量耦合系统。根据主控变量可将锅炉系统分为蒸汽温度控制系统、蒸汽压力控制系统、汽包液位控制系统以
12、及炉膛负压控制系统。下面分别对这几个子系统的设计进行详细的介绍。2.1 蒸汽温度控制系统因为锅炉的运行环境不可能是理想的状态，蒸汽的温度总是会受到某些干扰的影响，所以必学对蒸汽的温度加以控制，以在一定范围内得到温度相对恒定的蒸汽。影响蒸汽温度的主要因素是给油量以及空气与给油量比，所以我们采用了串级比值控制系统分别控制给油量以及给风量。另外，影响蒸汽温度的因素还有给水量、蒸发量以及引风量等，又考虑到了控制系统相应的快速性，我们又将给水量和蒸发量作为蒸汽温度控制的前馈量来构成前馈控制系统。即采用前馈比值串级控制系统对蒸汽温度进行控制，其控制系统的结构框图见图2.1所示。蒸汽温度控制器给油控制器给油
13、调节器给油执行器给油量给油量检测、变送器蒸汽温度给风控制器给风调节器给风执行器给风量给风量检测变送器蒸汽温度检测、变送器蒸汽温度设定值-比值控制器-给水量蒸发量图2.1 蒸汽温度控制系统结构框图2.2 蒸汽压力控制系统如果过来内压力过低，将会降低蒸汽质量；反之，如果锅炉内压力过高，有可能导致爆炸等安全事故的发生。所以必须保证锅炉的压力处于一个适中的范围内，即必须对锅炉压力加以控制。上述蒸汽温度控制系统在控制蒸汽温度的同时就直接影响了蒸汽压力，在次不详加介绍。压力控制系统分为安全压力控制系统和超压控制系统。安全压力控制系统是锅炉压力在安全压力范围之内的控制系统，其主要完成的功能是在安全的基础上对
14、压力进行调节，使压力维持在一定的范围内，以得到需要的蒸汽压力，保证蒸汽质量；超压控制系统是锅炉压力超压时所采用的压力控制系统，其主要完成的功能是当压力超出某以压力上限的设定值时，迅速打开安全阀，使压力迅速降低，直到降到安全范围内后又迅速关闭安全阀。其中安全压力控制系统采用串级控制，而超压控制系统采用单回路控制，所以蒸汽压力控制系统是一个综合的控制系统，从某种意义上讲，可以将其归入分程控制系统一类，其结构框图见图2.2所示。蒸汽压力控制器蒸汽流量控制器蒸汽流量调节器蒸汽流量执行器蒸汽流量蒸汽压力蒸汽流量检测、变送器蒸汽压力检测、变送器安全阀-蒸汽压力设定值图2.2 蒸汽压力控制系统结构框图2.3
15、 汽包液位控制系统如果汽包液位过高，可能会影响蒸汽质量，甚至会导致水满溢出等安全事故；反之，如果汽包液位过低，锅炉很有可能会被烧坏，甚至导致爆炸等安全事故。能够影响汽包液位的主要有两大变量，那就是给水量和蒸发量，在其他条件不变的情况下，蒸发量越大，液位越低，而给水量越大则液位越高，反之则反。其中蒸发量是由工业的需要所决定的，而给水的主要作用就是用以维持汽包液位的，所以我们选择给水量作为操纵量对汽包液位进行控制，又因为考虑到系统相应的平稳性和快速性，除采用串级控制外，还将蒸发量引入前馈通道，对系统进行前馈串级控制，其控制系统的结构框图见图2.3所示。汽包液位控制器给水控制器给水调节器给水执行器给
16、水量汽包液位给水量检测、变送器汽包液位检测、变送器-汽包液位设定值蒸发量图2.3 汽包液位控制系统结构框图2.4 炉膛负压控制系统如果炉膛负压太大，甚至为正，则炉膛内烟气过多，甚至烟气向外冒，影响设备和操作人员的安全；反之，炉膛负压过小，会使冷空气漏进炉膛内，从而是热量损失增加，降低燃烧效率。所以必须对炉膛的压力进行控制。影响炉膛压力的主要变量有给煤量、给风量以及抽风量等，而其中给煤量和给风量是由蒸汽温度、压力以及蒸发量等因素决定的，所以要想保持炉膛压力在一定范围内保持不变就只有改变抽风量，亦即通过调节抽风量以达到控制炉膛压力的目的。另外，又因为考虑到系统相应的快速性，同时，又因为给风量和给煤
17、量成一定的比例关系，为了提高控制品质以及简化控制系统的结构，我们将且尽将给煤量引入前馈通道参与了炉膛压力的控制。炉膛负压控制系统采用了前馈串级控制，其结构框图见图2.4所示。炉膛负压控制器引风控制器引风调节器引风执行器引风量炉膛负压引风量检测变送器炉膛负压检测变送器-炉膛负压设定值给油量图2.4 炉膛负压控制系统结构框图2.5报警系统因为系统的运行并不是100%的，所以难免某些控制变量会超出可控或安全的范围，当出现这类情况时，随时都有可能危及到现场操作人员以及工作设备等的安全，所以必须对这类情况给出相应的报警提示，即必须安装相应的报警系统，用以提示操作人员做出相应的必要操作，在某些可能出现安全
18、事故的情况下还有用于提示人员疏散等紧急措施。在本次设计中，我们设计了四个报警系统，即温度报警系统、压力报警系统、液位报警系统和负压控制系统，分别对蒸汽温度、蒸汽压力、汽包液位和炉膛负压进行超限报警提示。在锅炉的控制系统中，系统分别对蒸汽温度、蒸汽压力、汽包液位和炉膛负压设置了上下限值。报警系统就是当相应的实测值低于（或高于）其相应的下限（或上限）值时给出相应的下（上）限报警，这些功能均由软件完成，与此同时，控制系统还会做出相应的反应，使相应的变量值进入相应的极限范围，然后撤销相应的报警提示。2.6总体设计系统结构本系统属于燃油锅炉系统，一般分为燃烧控制系统、给水泵控制系统、引风机控制系统和鼓风
19、机控制系统。本系统采用集中控制，分为四部分，系统结构框图如图2.5所示电气控制回路（带变频）1#-2#给水泵传感器与变送器锅炉本体西门子S7-200系列可编程控制器电气控制回路（带变频）电气控制回路（带变频）电气控制回路（带变频）3#-4#给油泵5#-6#引风机7#-8#鼓风机 图2.5系统结构框图3 系统硬件设计3.1 传感器的选型传感器是一种能将与待测量的能量形式，转化成另一种可供处理查询的能量形式的装置。信号处理电路用于处理信息，而输出器件是一种利用已处理过的信号的装置、显示或动作。3.1.1 温度传感器我们经过充分考虑决定选用镍铬镍硅热电偶。这种热电偶分度号为“K”。它的正极是镍铬合金
20、，负极为镍硅。温度测量范围为-2001200。其特点是测温范围很宽，热电动势与温度关系近似线性，热电动势大及价格地低。缺点是热电动势的稳定性较B型或S型热电偶差，且负极有明显的导磁性。在使用热电偶进行测温时，只有将冷端的温度恒定，热端电动势才是热端温度的单值函数。由于热电偶的分度表是以冷端温度为零时作出的，因此，在使用时要正确地反映热端温度，必须使冷端温度恒定为零。这样我们就需要进行一些补偿措施。1) 温法。2) 补偿导线法。3) 计算修正法。4) 电桥补偿法。其中，电桥补偿法的连接电路如图3.1所示。图3.1 电桥补偿法连接电路3.1.2压力传感器抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直
21、接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0 70，并可以和绝大多数介质直接接触。 陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40 135 ，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度2k
22、V，输出信号强，长期稳定性好。3.1.3液位传感器静压投入式液位变送器（液位计）适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。精巧的结构，简单的调校和灵活的安装方式为用户轻松地使用提供了方便。420mA、 010v、 010mA等标准信号输出方式由用户根据需要任选。利用流体静力学原理测量液位，是压力传感器的一项重要应用。采用特种的中间带有通气导管的电缆及专门的密封技术，既保证了传感器的水密性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。是针对化工工业中强腐蚀性的酸性液体而特制，壳体采用聚四氟乙烯材料制成，采用特种氟胶电缆及专门的密封技术进
23、行电气连接，既保证了传感器的水密性、耐腐蚀性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。用静压测量原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为： = .g .H + Po （3.1）式中：P ：变送器迎液面所受压力：被测液体密度g ：当地重力加速度Po ：液面上大气压H ：变送器投入液体的深度同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压 Po 与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的 Po ，使传感器测得压力为： .g .H ，显然 , 通过测取压力 P ，可以得到液位深度3.2变频器的选型由于变频调速可以实现电
24、机无级调速，具有异步电机调压调速和串级调速无可比拟的优越性，在锅炉系统中得到广泛的应用。变频调速在锅炉系统中主要应用在引风机调速、给水泵调速、给油泵调速和鼓风机调速。3.2.1变频调速基本原理目前，随着大规模集成电路和微电子技术的发展，变频调速技术已经发展为一项成熟的交流调速技术。变频调速器作为该技术的主要应用产品经过几代技术更新，己日趋完善，能够适应较为恶劣的工业生产环境，目能提供较为完善的控制功能，能满足各种生产设备异步电动机调速的要求。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系水泵多配用交流异步电机拖动，当电机转速降低时，既可节约能量，经济效益十分显著。由异步电动
25、机的转速公式: n=no (1-S) = 60f * (1-S)/p (3.2.1)式中，n异步电动机的同步转速r/min; no异步电动机转子的转速r/min; p电动机的磁极对数; f电源频率，电动机定子电压频率; S转速差; S = (no-n/no) * 100% (3.2.2)由公式可见改变电动机极对数P、改变转速差S及改变电源频率f都可以改变转速。通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交直交电源变换技术，集电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。 实现调频调压的电路有两种:交直交变频器，交交变频器见图3.2。上面是交直交变频器，下面是
26、交交变频器。整流器滤波逆变器VVVF交流交流直流U1f1U2f2滤波逆变器VVVF交流交流U2f2U1f1图3.2变频器种类(1)交直交变频器它是由三个环节组成:可控硅整流电路，其作用是将电压、定频率的交流电路变为电压可调的直流电;可控硅逆变电路，其作用是将整流电路输出的直流电变换为频率可调的交流电;滤波环节，它在整流电路和逆变电路之间，一般是利用无电源电容或电抗器对整流后的电压或电流进行滤波。(2)交交变频器它是由两组反并联的整流电路组成，直接将电网的交流电通过变频电路同时调节电压和频率，变成电压和频率可调的交流电输出，交交变频器由于直接交换，减少换流电路，减少损耗，效率高，波型好，但调速范
27、围小，控制线路复杂，功率因数低，目前较少采用.3.2.2变频器的选择及输入输出接口本系统选用的变频器为ABB公司的Acs601系统，针对本系统的应用情况，可将变频器端子上的信号分为:1输入信号:(1)控制变频器运行的启停信号DI1PLC的KA1。(2)变频器的压力反馈信号AI2口接远传压力表的反馈信号。(3)R. S. T为电源输入。2输出信号:(1)R01:为数字量输出口，变频器内部出现故障时，进行指示。(2)R02为数字量输出口，变频器运行指示。(3)R03:为数字量输出口，变频器停止运行指示。(4)U, V, W为接三相异步电动机。3通讯:本变频器完成与上位机的频率、电流、电压、压力、故
28、障状况，给定等参数进行通讯，通过CHO, CH1旧实现。整个变频器端子示意图如图3.3变频器内置PIDPLC接电机KA1+24VDI1TSRPEUPEAI2-AI2+WVM3 图3.3 变频器接线图在此控制系统中，整个信息的反馈是靠压力变送器，在PLC的配合下通过反馈回的压力信号来调整当前调速泵的转速。变频器和PLC的联系，是靠硬件电器来联接的，具体参数的联系都是与上位机的通讯来实现的，选用的s7-200PLC和Acs601变频器均有内置的Rs485接口。变频器和PLC的联系如图3.4所示。PID变频器内置PLC设定值水泵电机压力传感器出口压力变频器 图3.4 变频器接线原理图3.3可编程控制
29、器PLC的选型由于供暖锅炉自动控制系统控制设备相对较少，因此PLC选用德国Siemens公司的S7-200型。S7-200型PLC的结构紧凑，价格低廉，具有较高的性能阶格比，广泛适用于一些小型控制系统。Siemens公司的PLC具有可靠性高，可扩展性好，又有较丰富的通信指令，且通信协议简单等优点。根据控制系统实际所需端子数目，考虑PLC端子数目要有一定的预留量，为以后新设备的介入或设备调整留有余地，因此选用的S7-200型PLC的主模块为CPU226，其开关量输出(DQ)为16点，输出形式为AC220V继电器输出;开关量输入为24点，输入形式为+24V直流输入。由于实际的开关量输出有32点，所
30、以需要扩展，扩展模块选择的是2个EM223型模块，该模块有16个开关量输出点，输出形式为AC220V继电器输出，开关量输入为16点，输入形式为+24V直流输入。此外，为了方便的将温度、液位、压力信号、电机频率信号和同相比较信号传输给PLC。经比较计算后转换为相应的控制信号，选择了EM235模拟量扩展模块。该模块有4个模拟输入(AIW)，1个模拟输出(AQW)信号通道。为了减少CPU226的负载同时选择EM232模拟量扩展模块，该模块有2个模拟输出（AQW）信号通道。输入输出信号接入端口时能够自动完成了A/D的转换，标准输入信号能够转换成一个字长(16bit)的数字信号;输出信号接出端口时能够自
31、动完成D/A的转换，一个字长(16bit)的数字信号能够转换成标准输出信号。EM235模块可以针对不同的标准输入信号，通过DIP开关进行设置。系统PLC的选型包括一个CPU226主模块，2个EM223扩展模块，1个EM235模拟量扩展模块，2个EM232模拟量扩展模块。如此PLC总共有56个数字信号输入，48个数字信号输出，以及4个模拟输入信号，5个模拟输出信号。输入和输出均有余量，可以满足日后系统扩充的要求。 表1 S7-200的规格规格型号系列连接方法工作电压输入类型输出类型程序容量I/O点主控单元S7-200端子型220V AC24V DC继电器26KB40点24I/16OCPU226数
32、字量扩展单元S7-200端子型220V AC24V DC继电器32点16I/16OEM223模拟量扩展单元S7-200端子型220V AC5点4I/1OEM235S7-200端子型220V AC2点2OEM2323.4控制系统的构成在控制电路的设计中，首先要考虑弱电和强电之间的隔离的问题。在整个控制系统中，所有控制电机、阀门接触器的动作，都是按照PLC的程序逻辑来完成的。为了保护PLC设备，PLC输出端口并不是直接和交流接触器连接，而是通过中间继电器去控制电机或者阀门的动作。在PLC输出端口和交流接触器之间引入中间继电器，其目的是为了实现系统中的强电和弱电之间的隔离，保护系统，延长系统的使用寿
33、命，增强系统工作的可靠性。变频器主电路电源输入端子(R,S,T)经过空气开关与三相电源连接，变频器主电路输出端子(U,V,W)经接触器接至三相电动机上，当旋转方向预设定不一致时，需要调换输出端子(U,V,W)的任意两相。特别是对于有变频/工频两种状态的电动机，一定要保证在工频电源拖动和变频输出电源拖动两种情况下电机旋向的一致性，否则在变频/工频的切换过程中会产生很大的转换电流，致使转换无法成功。3.4.1 给水泵控制系统在硬件系统设计中，采用2台变频器，其中1 #给水泵电机有变频/工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相联，变频器输入电源前面接入一个空气开关，来实
34、现电机、变频器的接通，空气开关的容量依据电机的额定电流来确定。所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择。给水泵有两台，1#, 2#。其中1#和2#给水泵都配有变频器。当1#给水泵采用变频控制启动后仍不能满足要求时，让1#给水泵工作于工频同时启动2#给水泵，2#给水泵采用变频控制。给水泵系统电气控制图如图3.6。1#变频器QF1FR1KM1M32#变频器QF3FR3KM3M3QF2KM21#给水泵2#给水泵 图3.6 给水泵系统电气控制图3.4.2给油泵控制系统在硬件系统设计中，采用2台变频器，其中1 #给油泵电机有变频/工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相
35、联，变频器输入电源前面接入一个空气开关，来实现电机、变频器的接通，空气开关的容量依据电机的额定电流来确定。所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择。给油泵有两台，1#, 2#。其中1#和2#给油泵都配有变频器。当1#给油泵采用变频控制启动后仍不能满足要求时，让1#给油泵工作于工频同时启动2#给油泵，2#给油泵采用变频控制。给油泵系统电气控制图如图3.7。3#变频器QF4FR4KM4M34#变频器QF6FR6KM6M3QF5KM51#给油泵2#给油泵 图3.7 给油泵系统电气控制图3.4.3引风机控制系统在硬件系统设计中，采用2台变频器，其中1 #引风机电机有变频/工频两种工作状态，每台电机
36、都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相联，变频器输入电源前面接入一个空气开关，来实现电机、变频器的接通，空气开关的容量依据电机的额定电流来确定。所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择。引风机有两台，1#, 2#。其中1#和2#引风机都配有变频器。当1#引风机采用变频控制启动后仍不能满足要求时，让1#引风机工作于工频同时启动2#引风机，2#引风机采用变频控制。引风机系统电气控制图如图3.8。5#变频器QF7FR7KM7M36#变频器QF9FR9KM9M3QF8KM81#引风机2#引风机图3.8 引风机系统电气控制图3.4.4引风机控制系统在硬件系统设计中，采用2台变频器，其中1 #鼓
37、风机电机有变频/工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相联，变频器输入电源前面接入一个空气开关，来实现电机、变频器的接通，空气开关的容量依据电机的额定电流来确定。所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择。鼓风机有两台，1#, 2#。其中1#和2#鼓风机都配有变频器。当1#鼓风机采用变频控制启动后仍不能满足要求时，让1#鼓风机工作于工频同时启动2#鼓风机，2#鼓风机采用变频控制。鼓风机系统电气控制图如图3.9。7#变频器QF10FR10KM10M38#变频器QF12FR12KM12M3QF11KM111#鼓风机2#鼓风机 图3.9 引风机系统电气控制图3.5 C
38、PU及扩展模块端子的接线3.5.1 CPU226及扩展模块的供电供电分为输入部分供电和输出部分供电，输入部分为直流供电（24V），输出部分为交流供电（220V）。输入部分供电如图3.10，输出部分供电如图3.11。 图3.10 输入部分供电 图3.11 输出部分供电3.5.2 CPU226的端子接线CPU226的端子接线图如图 3.12 CPU226输入端接线和图 3.13 CPU226输出端接线。 图 3.12 CPU226输入端接线 图 3.12 CPU226输出端接线3.5.3 1#EM223的端子接线1#EM223的端子接线图如图 3.14 EM223输入端接线和图 3.15 EM22
39、3输出端接线。图 3.14 EM223输入端接线图 3.15 EM223输出端接线3.5.4 2#EM223的端子接线2#EM223的端子接线图如图 3.16 EM223输入端接线和图 3.17 EM223输出端接线。图 3.16 EM223输入端接线图 3.17 EM223输出端接线3.5.5 EM225的端子接线EM235的输入端接入汽包压力传感器所输出的电压信号AIW0，汽包液位传感器所输出的电流信号AIW2，炉膛压力传感器所输出的电压信号AIW4,以及蒸汽温度传感器所输出的电压信号AIW6，如图 3.18 EM235输入端接线。图 3.18 EM235输入端接线EM235的输出端接入排
40、汽阀调节的输入口AQW0，如图 3.19 EM235输出端接线。图 3.19 EM235输出端接线3.5.6 1#EM232的端子接线 因为EM232属于2输出模拟量扩展模块，所以输出端接入给水泵变频器调节的输入口和引风机变频器调节的输入口，如图 3.20 EM232输出端接线。输入端接线如图 3.21 EM232输入端接线。图 3.20 EM232输出端接线图 3.21 EM232输入端接线3.5.7 2#EM232的端子接线因为EM232属于2输出模拟量扩展模块，所以输出端接入给油泵变频器调节的输入口和鼓风机变频器调节的输入口，如图 3.22 EM232输出端接线。输入端接线如图3.23
41、EM232输入端接线。图 3.22 EM232输出端接线图 3.23 EM232输入端接线4 程序设计 PLC软件既有制造厂家提供的系统程序，又有用户自行开发的应用程序。系统程序为用户程序的开发提供运行平台，同时。还为PLC程序的可靠运行及信号与信息转换进行必要的处理。用户程序由用户按具体的控制系统要求进行设计，这里所说的PLC软件设计即是用户自行开发的应用程序。4.1 主程序设计 主程序主要由锅炉的启动、停止，模拟量输入，给水泵控制，给油泵控制，引风机控制，鼓风机控制，蒸汽阀门控制，模拟量输出，通信控制报警设置及自动停止控制等组成。主程序结构框图如图4.1。锅炉启停控制模拟量输入给水泵控制给
42、油泵控制引风机控制鼓风机控制蒸汽阀门控制模拟量输出 主程序通信控制报警设置及自动停止 图4.1 主程序结构4.2 子程序设计4.2.1 给水泵控制给水泵控制程序主要实现给水泵系统中水泵电机的启/停控制、变频器频率设定、汽包液位PID控制等。系统根据汽包液位的设定值初步确定给水泵启停，每台给水泵都通过变频启动，切换到工频运行，最后其中一台给水泵进入变频运行，其它泵工频运行。然后通过汽包液位PID控制调节变频器频率，以稳定汽包液位。给水泵控制程序的设计流程图如图4.2所示。否 开始1#给水泵是否过载启动1#给水泵1#给水泵切换到工频运行启动1#变频器停止1#变频器启动2#给水泵启动2#变频器液位控
43、制PID确定变频器频率是结束 图4.2 给水泵控制流程图4.2.2给油泵控制给油泵控制程序主要实现给油泵系统中油泵电机的启/停控制、变频器频率设定、蒸汽温度PID控制等。系统根据蒸汽温度的设定值初步确定给油泵启停，每台油泵都通过变频启动，切换到工频运行，最后其中一台油泵进入变频运行，其它油泵工频运行。然后通过蒸汽温度PID控制调节变频器频率，以稳定蒸汽温度。给油泵控制程序的设计流程图如图4.3所示。否 开始1#给油泵是否过载启动1#给油泵1#给油泵切换到工频运行启动3#变频器停止3#变频器启动2#给油泵启动4#变频器温度控制PID确定变频器频率是结束 图4.3 给油泵控制流程图4.2.3 引风
44、机控制引风机控制程序主要实现引风机系统中引风电机的启/停控制、变频器频率设定、炉膛负压PID控制等。系统根据炉膛负压的设定值初步确定引风机启停，每台引风机都通过变频启动，切换到工频运行，最后其中一台引风机进入变频运行，其它引风机工频运行。然后通过炉膛负压PID控制调节变频器频率，以稳定炉膛压力。引风机控制程序的设计流程图如图4.4所示。否 开始1#引风机是否过载启动1#引风机1#引风机切换到工频运行启动5#变频器停止5#变频器启动2#引风机启动6#变频器炉膛负压控制PID确定变频器频率是结束 图 4.4引风机控制流程图4.2.4 鼓风机控制鼓风机控制程序主要实现鼓风机系统中鼓风电机的启/停控制、变频器频率设定、蒸汽温度PID控制等。系统根据蒸汽温度的设定值初步确定鼓风机启停，每台鼓风机都通过变频启动，切换到工频运行，最后其中一台鼓风机进入变频运行，其它鼓风机工频运行。然后通过蒸汽温度PID控制调节变频器频率，以稳定蒸汽温度。鼓风机控制程序的设计流程图如图4.5所示。否 开始1#鼓风机