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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）基于PLC的水暖锅炉控制系统改造研究摘 要 本系统是基于PLC的水暖锅炉控制，在设计中主要有水位检测、温度检测、压力检测、按键控制、水温控制、水位控制、循环控制、压力控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现供暖控制。主要用水位传感器检测水位，用数字温度传感器Dsl882 0来检测水温，用五个控制按键来实现按健控制，用三位LED显示器来完成显示部分，用变频器来控制循环泵的转速，用压力传感器检测锅炉内部压力。并且通过模数转换把这些信号送入PLC中。把这些信号与PLC中内部设定的值相比，以判断PLC是否需要进行相应的操作，即是否需要打开鼓风机，是否需要开启补水泵，是否需
2、要加快循环泵的转速等操作，从而实现单片机自动控制的目的。本设计用PLC控制易于实现锅炉供暖、而且有造价低、程序易于调试、一部分出现故障不会影响其他部分的工作、维修方便、等优点。关键词： PLC，传感器，水位，温度，循环，自动控制 Based PLC Design of Heating Boiler Controlled System ResearchABSTRACTThe systemic design bases controller of CMS water heating of a boiler, it mostly makes up of measuring water level ,
3、 measuring a water temperature, controlling a keys-press, controlling a water temperature, controlling water level, controlling circulate , controlling pressure. Showing a part，giving an alarm order to realize heating controller , the design adopts PLC to control boiler heating .It mostly uses a tem
4、perature sensor DS18B20 to measure water temperature .Uses water level sensor to measure water level, uses a transducer to control cycle pump s rotate speed .Uses five keys-press to control key-press. Uses three light-emitting diodes display to finish a display parts .Uses a transducer to control ro
5、tate speed of cycle pump .Uses a press transducer to measure press in the boiler. It sends those signals to PLC through modulus and holder those signals to compare with enactment in the PLC to judge whether PLC need to carry through relevant operation namely. Whether it needs to open a fan, whether
6、it needs to turn on a water pump .whether it needs to quicken rotate speed of a pump and so on. It finishes an aim of PLC auto-controller. The design makes use of the PLC to control boiler which is easy to realize boiler heating. It is cheap to manufacture. It is easy to debug its procedure .When a
7、part is in trouble. It does not infect others and it is convenience to mend. It is widely to use many of areas.KEY WORDS: PLC, transducer, water level. Water temperature, Auto-control49目录前言1第1章 供暖锅炉改造设计思路21.1 供暖锅炉改造设计要求21.2 锅炉系统的结构21.3 整体方案选择3第2章 变频调速在供暖锅炉控制中的应用42.1 变频调速基本原理42. 2 变频调速在供暖锅炉系统中的应用5第3章
8、 锅炉控制系统总体设计63. 1 系统功能分析63.2 总体设计思路63.3 系统结构7第4章 系统硬件设计84.1 可编程控制器PLC的选型84.2 PLC配置94.2.1 PLC的开关量输入、输出点94.2.2 PLC的模拟量输入、输出点114.3 I/O接线114.4 变频器配置114.4.1 变频器输入输出接口114.5 传感器与变送器134.5.1 压力变送器工作原理134.5.2 压力变送器选型134.5.3 温度传感器选型13第5章 系统构成165.1 补水泵控制系统165.1.1补水泵系统方案图165.2 循环泵控制系统185.3 鼓风机控制系统19第6章 PID控制原理206
9、.1 PID算法的实现20第7章 程序设计247.1主程序设计247.2 子程序设计24结论33谢辞34参考文献35外文资料翻译37前言锅炉是供热设备中最普遍的动力设备之一。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
10、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、锅炉压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，这是
11、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。 第1章 供暖锅炉改造设计思路1.1 供暖锅炉改造设计要
12、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;1.2 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。图1-1 总体系统结构图1.3 整体方案选择以往供暖锅炉系统中带
13、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，严重时损坏设备而影响生产。目前，风机、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
14、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。第2章 变频调速在供暖锅炉控制中的应用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
15、。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。由异步电动机的转速公式： (1)式中，异步电动机的同步转速r/min； 异步电动机转子的转速r/min； 电动机的磁极对数； 电源频率，电动机定子电压频率； 转速差； (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2。上面是交-直-交变频器，下面是交-交变频器。图2-1 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
