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1、目录目录.0第 1 章引言.01。1PLC 控制燃油锅炉的目的和意义 .01.2PLC 控制燃油锅炉的设计内容 .01.3预期实现的目标.0第 2 章系统总体设计.12。1系统控制要求.12。2确定设计方案.1第 3 章控制系统硬件设计.33.1PLC 选型及扩展.33.2电机及驱动线路.83.3检测元件选型.93.4低压电器选型.93。5电源设计.103.6人机接口设计.10第 4 章控制系统软件设计.114.1 控制程序流程图.114.2 控制程序设计.124。3 显示操作界面设计.12结束语.14参考文献.15附录 1：PLC 源程序.16附录 2：硬件原理图.0第 1 章引言1。1PL
2、C 控制燃油锅炉的目的和意义锅炉是一次性能源煤炭、石油、天然气转换成二次能源蒸汽量的重要动力设备。据有关数据统计,目前我国有各类工业锅炉约 25 万。每年耗煤量占全国产量的 1/3，同时还消耗大量的石油和天然气。工业锅炉是生产过程中重要的动力设备。在石油化工领域，它的主要作用是向生产装置提供所需的合格蒸汽,其控制质量的优劣不仅关系到锅炉自身运行的效果，而且还将直接影响到相关装置生产过程的稳定性。现代燃油燃烧机多为自动控制的燃烧机，一般采用工业程序控制器、火焰检测器以及温度传感器等组成自动控制系统。燃油锅炉随着城市的发展而越来越多地被应用.以前使用燃煤锅炉由于其在燃烧时产生大量的 CO2 和粉尘
3、污染环境而逐渐被淘汰，相对应的用燃油锅炉来代替燃煤锅炉已被广泛用于酒店、大型商场等建筑。由 PLC 组成的燃油锅炉控制系统适用于配用各种进口及国产燃烧器的燃油锅炉，对锅炉实行全自动控制，包括锅炉水位、蒸汽压力、燃烧系统的参数检测、指示、调节等进行控制。1.2PLC 控制燃油锅炉的设计内容本设计采用可编程序控制器 PLC 控制燃油锅炉的稳定可靠运行.通过 PLC 的选型和扩展电机及驱动控制、检测元件选型、低压电器选型、电源设计完成燃油锅炉的硬件设计部分。通过组态软件以及仿真软件的模拟和调试完成燃油锅炉的软件设计。1.3预期实现的目标实现燃油锅炉的自动控制，不但能很好的控制锅炉的水位和蒸汽压力等参
4、数，还能很方便的加水和排水，基于 PLC 的控制很容易实现工业化.我国目前运行的很多锅炉控制系统自动化水平不高、安全性低，工作效率普遍低于国家标准，因此实现燃油锅炉的自动控制对能源消耗来说很重要。0第 2 章系统总体设计2。1系统控制要求燃油锅炉水位控制如图 2.1 所示:图 2。1 水塔水位控制示意图燃油锅炉水位控制的工作方式为：按下启动按钮，启动指示灯亮起，液位传感器检测水位，传送给显示屏显示。若水位低于下限允许值 0.5m，则燃烧系统关闭，下限液位指示灯亮起，进水阀打开，进水泵启动,开始注水。当水位到达 5m 时，则进水泵停止，进水阀关闭，下限液位指示灯熄灭，燃烧系统打开。若水位高于上限
5、允许值 5m,则燃烧系统关闭，上限液位指示灯亮起，排水阀打开，排水泵启动，开始排水。当水位到达 5m 时,则排水泵停止，排水阀关闭，上限液位指示灯熄灭，燃烧系统打开。气压传感器检测气压,传送给显示屏显示。当气压高于上限允许值 2MP 时,燃烧系统关闭，蒸汽压力阀打开，气压过高指示灯亮起,报警蜂鸣器蜂鸣。当气压低于 1MP 时，燃烧系统打开，蒸汽压力阀关闭，气压过高指示灯熄灭,报警蜂鸣器停止蜂鸣。温度传感器检测水温，传送给显示屏显示。汽温传感器检测汽温，传送给显示屏显示.若水位处于 0.5m 至 5m 之间，压力低于上限允许值 2MP，则燃烧系统打开。2。2确定设计方案经过再三的探讨，我们决定主
6、机采用 S7-300 系列的 CPU315-2DP，电源模块采用PS307，数字量输入模块采用扩展模块 SM321，数字量输出模块采用扩展模块 SM322,模拟量输入模块采用扩展模块 SM331，模拟量输出模块采用扩展模块 SM332，水位检测元件采用压力式智能液位变送器，水温检测元件采用温度变送器，汽温检测元件采用电子式温度变送器，气压检测元件采用高温压力变送器，变频器采用MM430，水泵采用卧式离心泵。燃油锅炉水位控制系统总体框图如图 2。2 所示：1图 2。2 燃油锅炉水位控制系统总体框图本章小结:本章通过确定系统控制要求，并作出了设计分析，经过和同组人员的一番的探讨之后，最终，确定了设
7、计方案。2第 3 章控制系统硬件设计3.1PLC 选型及扩展CPU3152DP 主机无输入、输出点，PS307 电源模块为其供电，CPU315-2DP及其接线如图 3.1 所示.图 3。1 CPU3152DP 及其接线3SM321 为数字量输入模块,为扩展模块，有 16 个数字量输入点，I0。0 接启动按钮,I0。1 接停止按钮，SM321 及其接线如图 3.2 所示。图 3.2 SM321 及其接线4SM322 为数字量输出模块，为扩展模块，有16 个数字量输出点，Q4.0 接进水阀,Q4.1 接进水泵，Q4.2 接排水阀,Q4。3 接排水泵，Q4。4 接启动指示灯，Q4.5 接气压过高指示
8、灯,Q4。6 接报警蜂鸣器，Q4。7 接上限液位指示灯，Q5.0 接下限指示灯，Q5.1 接蒸汽压力阀，Q5。2 接关闭燃烧系统，Q5.3 接 MM430(1)DIN1，Q5.4 接 MM430（2）DIN1，SM322 及其接线如图 3。3 所示。图 3。3 SM322 及其接线5SM331 为模拟量输入模块,为扩展模块，有 16 个模拟量输入点，M0+、MO-接温度变送器,M1+、M1接电子式温度变送器，M2+、M2接压力式智能液位变送器M4+、M4-接高温压力变送器，SM331 及其接线图如图 3。3 所示.图 3。3 SM331 及其接线6SM332 为模拟量输出模块，为扩展模块，有1
9、6 个模拟量输出点，Qv0+、接MM430(1)的 AIN1+、AIN1,Qv1+、接 MM430(2)的 AIN1+、AIN1-,SM332 及其接线图如图 3。4 所示。图 3.4 SM332 及其接线7燃油锅炉水位控制系统的 I/O 分配表见表 3.1 所示。表 3。1 燃油锅炉水位控制系统 I/O 分配表输入信号I0。0I0。1PIW256PIW258PIW260PIW262输入变量名启动按钮 SF1停止按钮 SF2水温检测 BT1气温检测 BT2液位检测 BH气压检测 BP输出信号Q4.0Q4。1Q4。2Q4。3Q4。4Q4.5Q4。6Q4.7Q5。0Q5.1Q5。2Q5.3Q5.4
10、PQW272PQW274输出变量名进水阀 MB1进水泵 MA1排水阀 MB2排水泵 MA2启动指示灯 PG1气压过高指示灯 PG2报警蜂鸣器 PB上限液位指示灯 PG3下限液位指示灯 PG4蒸汽压力阀 MB3关闭燃烧系统 PG5变频器（1）变频器(2）变频器（1）调速变频器（2)调速3。2电机及驱动线路电机采用卧式离心泵，型号为:A20530，其主要特点如下：1、运行平稳：泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡，保证平稳运行，绝无振动.2、滴水不漏：不同材质的硬质合金密封，保证了不同介质输送均无泄漏。3、噪音低：两个低噪音的轴承支撑下的水泵，运转平稳,除电机微弱声响，基本无噪音.4、故障率低：结
11、构简单合理,关键部分采用国际一流品质配套，整机无故障工作时间大大提高。85、维修方便：更换密封、轴承、简易方便。6、占地更省：出口可向左、向右、向上三个方向，便管道布置安装，节省空间.驱动电路如图 3。5 所示。图 3。5 燃油锅炉水位控制系统水泵及其连接电路3.3检测元件选型水温检测：TH300 系列温湿度变送器为法国 KIMO 公司进口，可高精度测量相对湿度与温度，并可计算：露点，混合率,湿球温度，热焓。该温湿度变送器为法国 KIMO公司进口高精度温湿度变送器，可选购总线 MODBUS 网路 RS-485 通讯功能，可精确测量相对湿度与温度。汽温检测：电子式温度变送器 TST-B(分离型）
12、耐高温，测量精度高，量程可选，有量程：0+50，20+80，-50+400.有 1 组 RCR 警报接点输出 3A/230VAC自带温度数值显示屏.液位检测：智能液位变送器是利用数字技术，对现场液位和温度信号实时采集，经 CPU 进行运算补偿和参数修正，由 D/A 电路转换为高精度两线制 420mA 模拟信号及 RS485 数字接口信号,保证了产品的高精度和高可靠性。液位变送器的零点、满度、单位、地址等参数对用户开放，以便用户能够在需要对产品进行调校，或需要对多台产品同时监测时,通过 RS485 接口及专用数据电缆和软件，进行现场无压标定和调校。具有防潮，防结露、防渗漏功能、坚固、抗雷击、抗强
13、电磁变频干扰的特点。气压检测：高温压力变送器选用进口耐高温敏感元件制作而成，探头能在550高温下长期稳定启动；芯体与不锈钢外壳之间采用激光焊接工艺，使其完全熔为一体，内充硅油或其它传递介质，确保了变送器在高温状态下的安全使用，传感器的压力芯体与放大电路之间,用优良材料隔热,并加有散热装置，内部引线孔填充高效隔热材料有效防止了热传导，保证放大转换电路部分在理想温度下工作；3。4低压电器选型低压断路器是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流,还可以接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等。低压断路器容量范围很大，
14、最小为 4A，而最大可达 5000A。这次设计选择的是型号为 DZ47 3P 16A。93.5电源设计PLCS7300 系列为模块式 PLC，这次用的电源模块为 PS307,PS307 及其接线图如图3。6 所示。图 3。6 PS307 及其接线3.6人机接口设计人机接口是操作者与机电系统之间进行信息交换的接口。按照信息传递的方式分为两类：输入接口，输出接口。常用的输出设备：状态指示灯，发光二极管，液晶显示器，微型打印机，阴极摄像管显示器，扬声器等.此次用到的是触摸屏 TP177B 为 6寸，彩显。TP177B 及其接线图如图 3。7 所示。图 3。7 TP177B 及其接线本章小结：本章根据
15、控制要求，确定了 PLC 的型号,系统的 I/O 分配表，并由此确认都要扩展什么模块，然后,选择了电机及其驱动电路,并且确定了检测元件，低压电器，最后确定了电源与人机接口的设计.1 0第 4 章控制系统软件设计4。1 控制程序流程图根据系统要求，燃油锅炉水位控制系统的控制流程图如图 4.1 所示：图 4。1 燃油锅炉水位控制系统控制程序流程图1 14。2 控制程序设计本次设计采用的是自动检测系统,当锅炉水位过高低于下限时，进水阀打开，排水阀关闭，当水位高于上限时,排水阀打开，进水阀关闭。锅炉燃烧过程中，当出现异常情况时,如:蒸汽压力超过允许值或水位超过最高上限允许值或低于最低下限允许值，系统能
16、自动关闭；异常情况消失后，又能自动接起燃烧程序重新点火燃烧。内部软元件表见表 4.1。表 4.1 内部软元件表操作数M0.0M0。1M1.0M1.1MW10MW12MW14MW16功能启动按钮（触摸屏）停止按钮（触摸屏）打开燃烧系统关闭燃烧系统水温显示（触摸屏）汽温显示(触摸屏)液位显示(触摸屏）气压显示（触摸屏）4。3 显示操作界面设计显示操作界面采用的是TP177B 触摸屏显示,触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌,是极富吸引力的全新多媒体交互设备.在工业控制中，人机界面是操作人员与PLC之间交换信息的媒介，人机界面可以
17、接收操作人员发出的各种命令和设置的参数，并将它们传递到 PLC，对工业流程进行控制。TP177B PN/DP 产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了 HMI 产品的性能高低,是 HMI 的核心单元。HMI 软件一般分为两部分,即运行于 HMI 硬件中的系统软件和运行于 PC 机 Windows 操作系统下的画面组态软件。使用者都必须先使用 HMI 的画面组态软件制作“工程文件”，再通过 PC 机和 HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件下载到 HMI 的处理器中运行。TP177B PN/DP 具有透明,绝对坐
18、标，检测触摸并定位的特性。通过 S7-300PLC 设计的程序和 SIMATIC WinCC flexible2008 里对 TP177B PN/DP1 2触摸屏进行设计的组态画面，设计报警画面，在软件 SIMATIC WinCC flexible2008 的界面中添加变量，设置连接,对触摸屏的调试来实现对电动机的启动,调速，停止状态的控制。本章小结：本章根据系统要求，画出了燃油锅炉水位控制系统的控制流程图,通过对燃油锅炉水位控制系统的控制流程图的分析,用软件设计出了程序,并最后确认了显示操作界面。1 3结束语此次实习，我设计的是基于 PLC 的燃油锅炉水位控制系统，这次是基于 PLC300的
19、实习，比去年的 PLC200 的实习难了许多，而且,软件不太好装，但是，经过同学和老师的帮助,和我的不懈努力,我终于克服了种种困难，很好的完成了此次实习。此次实习我也学到了很多东西,首先是关于 PLC300 的软件，包括 WINCC flexible组态软件。我经过了从生疏到熟练，使我对它们有了一定的了解，而且,加强了我的AUTO CAD 绘图技巧,是我更熟练的应用 AUTO CAD。此外，我更巩固了基础知识，课本上的学到的东西和实践有机的结合了起来。总之，这次实习我受益匪浅。1 4参考文献1廖常初.S7-300/400PLC 应用教程，机械工业出版社,2012,22西门子（中国）有限公司.西
20、门子 PLCstep-7v5.5 使用入门，20123罗萍.西门子 S7-300/400PLC 工程实例详解,人民邮电出版社,2012，14西门子（中国）有限公司.S7-300/400PLC 编程梯形图（LAD)参考手册，20125廖常初。西门子人机界面(触摸屏)组态与应用技术，机械设计出版社,2010,26SIEMENS 公司编。MICROMASTER 430 用户手册，2010。7西门子（中国)有限公司。WinCC flexible2008 使用入门，20128庞科旺。PLC 变频器与电气控制.中国电力出版社,2012，49西门子（中国)有限公司。PLC 应用开发实用子程序,20121 5
21、附录 1：PLC 源程序1 6附录 2：硬件原理图23组态报告一、触摸屏通讯设置、画面设计与变量控制1、对触摸屏的连接和变量进行设置选择 SIMATIC Manager 下的 SIMATIC HMI 站，并点击“+”号打开其各级子项，选择“通讯”下的“连接。如图 1 所示。图 1双击右面窗口的“连接”，将会启动 WINCC flexible 软件，软件启动完成后，自动打开“连接标签.如图 2 所示.将“激活的”选项下的“关”修改成“开”，将 SIMATIC HMI 站点和 SIMATIC 300站站点连接。如图 2 所示。图 2然后选择“通讯”下的“变量 选项.如图 3 所示。图 3双击变量选
22、项，在新开的书签窗口第一个空白行处双击鼠标左键，将会自动出现一个变量_1.如图 4 所示.选中其中的“符号”选项，可以看到项目.如图 5 所示。点击项目前面的“+”号,可以打开下一层，继续点击下一层的“+号,如此层层展开,可以找到已经在 SIMTIC 300 设备上 OB1 数据块中已经建立的变量名称。如图 6 所示.图 6选中变量名称“启动按钮”后双击或者点击右下角的“”图标,就可以将变量 _1修改成启动按钮了。利用同样的方法，酱紫建立的其他变量都添加进 SIMATIC HMI 站的变量表中。如图 7、8 所示。图 7图 802、对触摸屏画面进行制作,放置各个对象（元素)，并调整位置和大小打
23、开画面 1 标签，根据需要先放置四个棒图。如图 9 所示。图 9将棒图量程改到自己所需量程。如图 10、11 所示.图 10图 11放置自己所需的文本域和 I/O 域,并把名称修改成相应的文字，如图 12 所示.图 12放置指示灯。在工具箱内,没有用于显示为变量 ON/OFF 状态的指示灯对象，下面介绍使用对象库中的指示灯的方法。选中工具中的“库”文件夹，用鼠标右键点击库工作区中的空白处，在弹出的快捷菜单中执行命令“库。.。“打开.在出现的对话框中，打开文件夹“SIMATICWINCC flexibleWINCC flexible SupportLibrariesSysterm Librari
24、es”,双击打开按钮与开关库文件“Button_and_switches.wlf”.如图 13 所示。图 13放置指示灯、启动按钮、停止按钮。如图 14 所示.图 143、为各个对象元素关联对象变量及动作画面 1 中有四个棒图、四个 I/O 域、五个指示灯、两个按钮。先设置棒图，其他三个棒图类似，如图 15 所示.图 15设置 I/O 域，其他三个 I/O 域类似.如图 16 所示。图 16设置指示灯，其他四个指示灯类似，如图 17 所示。图 17设置启动按钮,停止按钮和其类似，如图 18 所示。图 18组态的相应的变量见表 1 所示。表 11调试报告先是燃油锅炉启停程序调试，按下启动按钮 I
25、0。0，启动指示灯亮起，变频器 MM430（1）工作，变频器 MM430（2)工作。并向变频器赋值 27648.如图 1 所示。图 1如果按触摸屏上的启动按钮也会工作，可以看到启动按钮I0。0 并没有按下，系统一样可以启动，如图 2 所示.图 2如果按下停止按钮 I0。1，系统就会停止，如图 3 所示。图 3如果按触摸屏上的停止按钮也会工作，可以看到停止按钮I0.1 并没有按下，系统一样可以停止,如图 4 所示。图 4当液位过高时，排水阀打开，上限液位指示灯会亮起红灯，并关闭燃烧系统，关闭燃烧系统指示灯也会亮起红灯。如图 5 所示。图 5当液位下降到允许值时，排水阀会自动关闭，上限液位指示灯也
26、会熄灭，打开燃烧系统，关闭燃烧系统指示灯也会熄灭.如图 6 所示。图 6当液位过低时,进水阀打开，下限液位指示灯会亮起红灯，并关闭燃烧系统,关闭燃烧系统指示灯也会亮起红灯。如图 7 所示.图 7当液位上升到允许值时,进水阀关闭,下限液位指示灯也会熄灭，并打开燃烧系统,关闭燃烧系统指示灯也会熄灭。如图 8 所示。图 8当气压过高时,蒸汽阀打开，气压过高指示灯会亮起红灯，并关闭燃烧系统，关闭燃烧系统指示灯也会亮起红灯。如图 9 所示。图 9当气压下降到允许值时，蒸汽阀关闭，气压过高指示灯也会熄灭,并打开燃烧系统，关闭燃烧系统指示灯也会熄灭。如图 10 所示。图 10当启动按钮按下后，变频器就会有一
27、个数值，并进入待命状态。如图11 所示.图 11当启动按钮按下后，水温检测就会持续给水温显示数值，并在触摸屏上显示.如图012 所示。图 12当启动按钮按下后，汽温检测就会持续给汽温显示数值,并在触摸屏上显示。如图13 所示.图 13当启动按钮按下后，液位检测就会持续给液位显示数值，并在触摸屏上显示。如图 14 所示。图 14当启动按钮按下后，气压检测就会持续给气压显示数值，并在触摸屏上显示。如图 15 所示。图 151实习总结通过 PLC 电气控制系统的设计，使我们熟悉了 PLC 电气控制系统设计工作的流程。通过本课题的设计，使我们了解了用 PLC 进行设计的基本方法和步骤。由于设计主要是独
28、立完成的，因此培养了我们分析问题、综合运用知识去解决问题的能力以及独立工作的能力；使我们所学的理论知识与生产实践更紧密地结合起来，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。在作课程设计的过程中，可以综合性地运用几年内所学知识去分析、解决问题,所学知识得到疏理和运用，使自己的实践动手能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争、去创造的自信心.本课程设计是在学完可编程控制器课程之后综合利用所学可编程控制器知识完成一个可编程控制器应用系统设计。该课程设计的主要任务是通过解决实际问题,巩固和加深“可编程控制器原理与应用 课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握可编程控制器应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，加深对可编程控制器软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础.本课题在研究设计过程中得到两位指导老师的悉心指导。徐老师多次为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励.两位老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，不仅授我以文，而且教我做人，给以终生受益无穷之道。在此谨向两位指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时我还要感谢其他同学，设计的顺利完成与他们的帮助密切相关.此次实习为我今后的学习指明了方向,我会在今后的学习中继续努力！