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1、1 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 说明书说明书 毕业设计（论文）题目毕业设计（论文）题目 基于基于 PLCPLC 的水暖锅炉的水暖锅炉 控制系统改造设计控制系统改造设计 年级专业 许平矿山机电 学生姓名 付磊 指导教师 黄颖辉 平顶山工业职业技术学院平顶山工业职业技术学院 2012 年 5 月 15 日 平顶山工业职业技术学院成人教育学院平顶山工业职业技术学院成人教育学院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 姓名 付磊 专业 许平矿山机电 任 务 下 达 日 期 2012 年 03 月 26 日 设计（论文）开始日期 2012 年 04 月 15 日 设计（论文）开始日期 201
2、2 年 04 月 15 日 设计（论文）题目： 基于 PLC 的水暖锅炉控制系统改造设计 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 黄颖辉 系(部)主 任 2012 年 4 月 15 日 平顶山工业职业技术学院毕业设计平顶山工业职业技术学院毕业设计( (论文论文) )评语评语 第 页 共 页 学生姓名: 专业: 年级: 毕业设计(论文)题目: 评阅人: 指导教师: (签字) 年 月 日 成 绩: 系(院)主任: (签字) 年 月 日 毕业设计(论文)及答辩评语: 平平顶山工业职业技术学院顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）答辩委员会记录毕业设计（论文）答辩委员会记录 系 专业,学生
3、 于 年 月 日 进行了毕业设计(论文)答辩。 设计（论文）题目： 专题(论文)题目: 指导老师: 答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况,经答辩 委员会讨论评定,给予学生 毕业设计(论文)成绩为 。 答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书 1 摘要摘要 本文设计了一套基于PLC和变频调速技术的供暖锅炉控制系统。该控制系统 由可编程控制器、变频器、鼓风机和水泵电机、传感器等构成。系统通过变频器 控制电动机的启动、运行和调速。 该
4、设计以西门子S7-200系列可编程控制器为核心，一方面通过操作台与PLC通 讯，接收管理者的控制命令。另一方面与各变频器进行通信，分别对鼓风机、循 环泵和补水泵等进行启停控制和电机的转速设定，操作人员也随时可以通过操作 台，了解现场每台锅炉的运行状况，对风机、水泵等电机进行启停控制。 关键词关键词：锅炉控制，变频器，PLC 平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书 2 目目 录录 摘要摘要 1 1 第一章第一章 绪论绪论 3 3 第二章第二章 供暖锅炉改造设计思路供暖锅炉改造设计思路 4 4 2.1 供暖锅炉改造设计要求 4 2.2 锅炉系统的结构 4 2.3 整体方案选择 4
5、 第三章第三章 变频调速在供暖锅炉控制中的应用变频调速在供暖锅炉控制中的应用 6 6 3.1 变频调速基本原理 6 3. 2 变频调速在供暖锅炉系统中的应用7 第四章第四章 锅炉控制系统总体设计锅炉控制系统总体设计 8 8 4. 1 系统功能分析8 4.2 总体设计思路 8 4.3 系统结构 9 第五章第五章 系统硬件设计系统硬件设计 1010 5.1 可编程控制器 PLC 的选型 .10 5.2 PLC 配置10 5.2.1 PLC 的开关量输入、输出点11 5.2.2 PLC 的模拟量输入、输出点12 5.3 I/O 接线12 5.4 变频器配置 .12 5.4.1 变频器输入输出接口 .
6、12 5.5 传感器与变送器 .14 5.5.1 压力变送器工作原理 .14 5.5.2 压力变送器选型 .14 5.5.3 温度传感器选型 .14 第六章第六章 系统构成系统构成 1616 6.1 补水泵控制系统 .16 6.1.1 补水泵系统方案图16 6.2 循环泵控制系统 .18 6.3 鼓风机控制系统 .19 第七章第七章 PIDPID 控制原理控制原理 2020 7.1 PID 算法的实现20 第八章第八章 程序设计程序设计 2323 8.1 主程序设计23 8.2 子程序设计 .23 第九章第九章 结论结论 3131 参考文献参考文献 3232 致谢致谢 3333 平顶山工业职业
7、技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书 3 第一章第一章 绪论绪论 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
8、模块,如A/D模块、热电偶热电阻模块,构成多功能控制系统。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。 供暖锅炉，是连接用户极为重要的功能性环节，不仅其工作的安全性、可靠性直接影响到 等前级产热设备的安全性及供热质量，提高其工作效能，还具有十分重大的节能意义。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。 该设计对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外 为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉压力
9、等重要参数应设置常 规仪表及报警装置，这是必不可少的，以免锅炉发生重大事故。 系统由可编程逻辑控制器( PLC)、变频器组成，能完成对给水、鼓风等进行自动控制，使 锅炉的水位、蒸汽压力保持在规定的数值上，以保证锅炉的安全运行，达到降低能耗、提高供 气质量的目的，同时对运行参数如压力、温度等进行显示，还可对水位、压力、炉温等参数越 限时报警，发出声光信号。 由于PLC具有输入输出光电隔离、停电保护、自诊断等功能，所以抗干扰能力强，能置于 环境恶劣的工业现场中，故障率低。PLC编程简单，易于通信和联网，用于水暖锅炉控制能提 高性能价格比，如果从长远观点看，其寿命长，故障率低，易于维修，所以选用1。
10、 平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书 4 第二章第二章 供暖锅炉改造设计思路供暖锅炉改造设计思路 2.12.1 供暖锅炉改造设计要求供暖锅炉改造设计要求 (1)PLC容量和性能要与任务相适应，PLC运行速度要满足实时控制的要求 (2)要确定PLC的型号、需要的传感器和变频器的型号、PLC硬件接线图和梯形图 (3)要有PLC的I/O接口地址分配表 (4)系统具有手动/自动转换、在线监控及在现场调试、驱动电机过热保护 2.22.2 锅炉系统的结构锅炉系统的结构 锅炉控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、补水箱、循环水泵、补水泵等部 分组成。补水箱内的水由两路提供。一路
11、是来自用户网通过热交换形成的冷凝水。一路是来自 自来水管的自来水。当回水不足以维持供热所需的水时。启动补水泵，用补水箱内的水，加入 到锅炉。 用 户 回水 补水箱补水泵 鼓风机 循环 水泵 锅 炉 自来水 图1 总体系统结构图 2.32.3 整体整体方案选择方案选择 以往供暖锅炉系统中带有循环泵、补水泵等水泵类的设备，通常是根据不同的生产需求往 往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。 这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏，还加速了阀体的磨损， 平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书 5 严重时损坏设备而影响生产。目前，风机
12、、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行， 存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出 现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。 对于如何供暖锅炉的基本功能和它存在的缺陷等问题提出两种改造方案。 第一种就是利用单片机进行控制中心的，但是由于单片机工作状态的不稳定性，抗干扰能 力比较差。所以不在此处选用。 第二种就是用可编程控制器PLC进行改造，把原来的继电接触式电控系统改造为PLC控制。 不仅可以消除掉它原来存在的所有缺陷，而且增加了故障检修功能，可以在发生故障的部位进 行报警。 第二个方案用可编程控制器PLC对原来
13、的继电接触式电控系统进行技术改造，改造后可以 减少强电元气件数目，而且增加了一些故障自诊断功能。提高了系统的稳定性，可靠性，安全 性。使电气控制系统的工作更加灵活，更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。因此我们 选择第二种方案。 平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书 6 第三章第三章 变频调速在供暖锅炉控制中的应用变频调速在供暖锅炉控制中的应用 3.13.1 变频调速基本原理变频调速基本原理 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
14、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 动机的转速公式： (1)pSfSnn/ )1 (60)1 ( 0 式中，异步电动机的同步转速r/min；n 异步电动机转子的转速r/min； 0 n 电动机的磁极对数；p 电源频率，电动机定子电压频率；f 转速差； S (2)%100 0 0 n nn s 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2。上面是交-直-交变频 器，下面是交-交变频器。 整流器滤 波逆变器 滤波 逆变器 直流 u1f1 交流 VV VF 交流 u2f2 交流 u1f1 交流 u2f2 图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
