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1、毕业设计(论文)题 目 基于PLC和变频技术的锅炉电气控制系统 学生姓名 曲忠安 专业班级 自动化112 所在院系电气信息学院指导教师 郑士富 职称 副教授所在单位自动化教研室教研室主任 郑士富 完成日期 2015年 6 月26 日摘 要本系统是基于PLC和变频技术的锅炉电气控制系统，在设计中有水压检测、水位监测、水温检测、气压检测、故障检测、水压控制、水位控制、水温控制、气压控制、循环控制、显示部分、报警部分等多部分组成来实现锅炉电气控制。系统用液位传感器检测水位，用温度传感器来检测水温，用压力传感器来检测出水压力以及炉膛气体压力，并用相应的变送器转换成电压信号送给PLC模拟输入端。这些信号
2、与PLC程序中的给定值相比，以判断PLC需要进行何种操作，比如是否需要加大鼓风机功率，是否需要减小补水泵功率，是否需要改变循环泵配用电机的转速等操作。操作信号会传送给变频器，变频器根据操作信号会输出相应频率的电压，从而控制配用电机的输出功率，最终实现自动控制的目的。另外还会用八个控制按键来实现按健控制，电铃实现故障报警，用16个指示灯来完成显示部分。本设计用PLC和变频控制不仅可节约能源，促进环保，而且可以提高生产自动化水平，具有显著的经济效益和社会效益。关键词：PLC 锅炉 变频器 温度 水位ABSTRACTThis system is based on PLC and frequency
3、conversion technology, electrical control system of boiler, mainly in the design have water detection, water level, water temperature, air pressure detection, fault detection, water pressure, water level, water temperature control, pressure control, loop control, display, alarm, part of several part
4、s, such as to implement the control of heating boiler water supply.System with a liquid level sensor detection water level, with a temperature sensor to detect the water temperature, with pressure sensor to detect the water pressure and the gas pressure, and the corresponding transmitter converted i
5、nto a voltage signal to the PLC analog input.These signals compared with the PLC program in a given value, to determine whether PLC need to undertake the corresponding operations, such as whether to need to increase the power of blower, whether to need to reduce the pump power, whether to need to sp
6、eed up the circulation pump motor speed, and so on.Operation signal will be transmitted to the frequency converter, frequency converter according to the operation will output the corresponding frequency of the voltage signal, to control the output power of the motor, finally achieve the goal of auto
7、matic control.And control with up to eight buttons to implement according to national health control, implement fault alarm bell, with 16 indicators to complete the display part.This design with PLC control, and has low cost, easy to implement the boiler heating process is easy to debug, part of a f
8、ailure will not affect other parts of the work, easy maintenance, etc.Key words：PLC boiler transducer temperature waterlevel目 录第一章 绪论11.1 本课题的来源及意义11.2 本课题的研究目标11.3 本课题的研究内容21.4 本课题的研究方法2第二章 变频调速在电气控制中的应用32.1 变频调速的基本概念32.2 变频调速的原理32.3 变频器的主要功能42.3.1 频率给定功能42.3.2 升速、降速和制动控制42.4 变频器和PLC的关系5第三章 锅炉供水系统总
9、体设计63.1 系统功能介绍63.2 系统结构6第四章 系统硬件设计84.1 主电路图84.1.1循环泵控制部分84.1.2 补水泵控制部分84.1.3 风机控制部分84.2 PLC系统选型94.2.1 S7-200主机模块94.2.2 I/O扩展模块104.2.3 CPU与I/O扩展模块选型104.3 PLC的配置114.3.1 控制系统的I/O点及地址分配114.3.2 PLC外围接线图134.4 变频器配置154.4.1 变频器接口154.4.2 变频器参数设定164.5 锅炉供水的应用实例194.5.1 基本指标计算194.5.2 变送器量程计算194.5.3 水泵、风机指标计算204
10、.6 传感器与变送器214.6.1 压力变送器214.6.2 温度变送器234.6.3 液位变送器244.7 水泵、风机的选择244.7.1 循环泵及其配用电机244.7.2 补水泵及其配用电机254.7.3 鼓风机及其配用电机264.7.4 引风机及其配用电机264.8 电气器件选择274.8.1 电气器件额定电流计算274.8.2 低压断路器284.8.3 交流接触器294.8.4 热继电器294.8.5 指示灯、电铃29第五章系统软件设计315.1 PID控制原理315.1.1 PID控制规律315.1.2 数字PID控制算法345.2 数字PID参数整定355.2.1 采样周期T的确定
11、355.2.2 扩充临界比例带法365.3 系统梯形图的设计375.3.1 主程序的设计385.3.2 子程序的设计515.3.3中断程序的设计55结 论62谢 辞63参考文献64大连交通大学2015届本科生毕业设计第一章 绪论1.1 本课题的来源及意义我国北方地区冬季寒冷，冬季要采取相应的取暖方式。随着城市建设的迅速发展，冬季采暖有由传统的煤炉供暖转变为集中供暖方式。如今，供暖面积不断扩大，使得控制和管理供暖系统变得愈发困难，所以如何有效控制和管理供暖系统，成为急需解决的重要课题。锅炉是消耗能源、产生大气污染、事关生产与生活和安全的重要设备。但是锅炉需要大量的煤并且管理水平不高会产生大量的烟
12、尘以及SO2、NO2等有害气体，此外，产生的CO2气体还会引起温室效应。现在，锅炉房内鼓风机、引风机、循环泵、补水泵大部分采用的是工频配电，手动控制。手动控制最大缺点为无法对炉膛气压、炉膛温度、出水温度、出水压力等物理量进行自动控制，使得锅炉存在运行效率低、能耗大等不足之处。因此，对现有锅炉所用的鼓风机、引风机、循环泵以及补水泵等设备进行自动控制以及变频改造十分必要。由于供暖锅炉系统中的风机、水泵负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，采用交流变频调速控制风机、水泵流量代替传统阀门、挡板控制流量，可以大大节省该类负载的驱动电机的耗电量，达到节能的目的。计算机控制系统通过各种传感器
13、检验锅炉温度、压力、流量等参数，传送至微机和仪表盘，并实现温度和压力等参数的自动控制，工人在计算机控制室就可以全面了解锅炉房各部分的运行情况，大大改善了工人的工作条件，提高了自动化程度和管理水平。因此，采用锅炉的PLC和变频控制不仅可节约能源，促进环保，而且可以提高生产自动化水平，具有显著的经济效益和社会效益。1.2 本课题的研究目标锅炉供暖系统有两种，一种是蒸汽锅炉采暖系统，一种是热水锅炉采暖系统。蒸汽采暖系统一般是以饱和蒸汽为介质，不利于远距离输送。热水采暖系统则是以热水作为介质。首先，热水的温度变化比较小，故热网的连接件不会出现剧烈的胀缩，那么热网的连接件便不会出现剧烈的胀缩，严密性好，
14、漏损很少，大大减轻了漏损热损失。其次，以水作为介质即使发生漏水事故，也能及时发现，使系统得到及时的维修。再者，由于热水温度较低，输送过程中的管道热损失减少，尤其是远距离输送更是这样，所以在大面积区域集中供热网中一般都采用热水供热系统。热水锅炉的工作原理可简述为：水在锅炉中被加热到一定温度（一般为95）后经供水管道送到各用户的散热片中散热，提高室内温度。然后水再经回水管路由补水泵抽回注入锅炉。水在这样一个系统中不断地从热水锅炉中吸收热量，又不断地在散热片中释放热量，从而达到供暖的目的。根据锅炉给暖系统的工作特点，控制系统的基本控制任务和控制要求包括：燃烧控制和给水控制。锅炉恒压供水既要控制锅炉出
15、水温度，又要保证锅炉出水压力，使得出水温度维持在一个恒定值附近，且经用户后回水温度不能过低否则部分用户室内温度达不到标准值。总之要使所有用户室内温度维持在一个恒定的范围内。出水温度控制即炉排控制以及风机控制，炉排控制控制给煤量的多少，风机控制控制炉膛内给风量，二者共同起到控制燃烧的作用，最终达到控制水温目的。1.3 本课题的研究内容 本课题的研究内容主要为对水泵和风机的控制。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。循环泵用来控制锅炉汽包的出水压力，是出水压力维持在一个恒定值附近。水经过用户再回到补水箱，补水箱的水再经补水泵流入锅
