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1、摘要随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，以及人们生活水平的不断提高，对城市生活供暖的用户数量和供暖质量提出了越来越高的要求，因此对于供暖锅炉系统也有了更高层次的要求，利用现代自动控制技术，通过变频器和可编程控制器PLC的运用，实现操作简单、自动化程度高、环境污染少、低能耗、供暖质量高和日常维护费用低的供暖变频锅炉系统。本设计利用现代变频技术和PLC控制技术设计出了一套供暖锅炉变频控制系统。系统中共有6台锅炉，每台锅炉各分配1台炉排、1台鼓风机、1台引风机，将6台锅炉分为两组，其中4台用于工矿企业供暖任务，2台用于居民日常供暖任务，每台炉排电机、引风机、鼓风机各配置1台变频器，每组锅
2、炉系统各分配2台补水泵。4台锅炉系统分配4台循环泵，2台锅炉系统分配2台循环泵，两个循环泵系统均配置2台变频器，循环泵变频控制采用“一拖四”和“一拖二”控制方式。关键词：锅炉 PLC 变频器 电机AbstractWith the rapid development of social economy, city construction scale continues to expand, and peoples rising living standards, puts forward more and more high request to the city life heating u
3、ser quantity and the heating quality, so the heating boiler system is also required higher level, the use of modern automatic control technology, the frequency converter and application of programmable logic controller PLC, realization of simple operation, high degree of automation, less environment
4、al pollution, low energy consumption, high quality and daily maintenance of heating heating boiler system cost low frequency. The design of the use of modern variable frequency technology and PLC control technology to design a set of heating boiler control system. System there are 6 boilers, each bo
5、iler grate, the distribution of 1 sets of 1 blowers, 1 fans, 6 boilers are divided into two groups, of which 4 units used in industrial and mining enterprises heating task, 2 for household heating tasks, each grate motor, fan, blower for each configuration 1 inverters, the distribution of each boile
6、r system 2 sets of water pumps. Boiler system 4 sets of distribution of 4 circulating pumps, boiler system 2 sets of distribution of 2 circulating pumps, two circulating pump system configuration 2 converters, circulation pump frequency control by four and two control mode.Keywords: Boiler PLC senso
7、r moto目录1.绪论11.1 锅炉系统研究背景11.2 国内锅炉系统现状11.3 锅炉系统研究意义22.总体方案设计33.系统硬件设计53.1 循环泵系统53.2 补水泵系统53.3 炉排、鼓风和引风系统63.4 本章小结64.系统软件设计74.1 PLC选型及模块选择74.2 PLC的I/O地址分配74.3 PLC接线原理图84.4 PLC控制系统框图84.5 系统程序总流程图84.6 系统各个子程序设计84.6.1 系统整体的启动/停止子程序84.6.2 鼓风机、炉排、引风机控制子程序94.6.3 循环泵控制子程序104.6.4 补水泵控制子程序124.6.5 模拟量输入子程序124.
8、6.6 通信处理子程序134.7 PLC梯形图设计144.8 本章小结145.变频器的选择155.1 变频器频率范围的设定155.2 变频器及其型号155.3 本章小结166.传感器的选择176.1 温度传感器的选型176.2 压力传感器的选型176.3 液位传感器的选型176.4 本章小结17结论18参考文献19致谢20附录21供暖锅炉变频控制系统1. 绪论1.1 锅炉系统研究背景锅炉是消耗能源、产生大气污染、事关生产与生活和安全的重要设备，它在国民经济整个能源消耗中占有相当大的比重。目前我国供暖锅炉以燃煤链条锅炉为主，燃用的主要是中、低质煤，而且锅炉房管理水平不高，一直沿用间断运行方式，锅
9、炉技术含量低，锅炉的自动化控制技术落后，造成了严重的能源浪费和环境污染。据统计，我国目前拥有工业锅炉50万台，每年消耗的燃煤占全国原煤产量的三分之一，约4亿吨。锅炉每年排放烟尘约620万吨，SO2约10万吨，此外还有大量的NO2等有害气体，成为我国大气煤烟型污染的主要来源之一，尤其是燃煤排放的CO2气体所引起的温室效应，早己引起国际关注。随着城市建设的迅速发展，我国北方地区冬季城市集中供暖成为城市现代化必然采取的步骤。而供暖面积的不断扩大，使如何科学有效地控制和管理供暖系统，提高供暖的经济效益和社会效益，成为急需解决的重要课题。在供暖系统中，锅炉房供暖所占比例很大，据对我国北方地区29个大中城
10、市近3.5亿平方米的供暖调查，锅炉供暖占84%，热力供暖占12%，其他供暖占4%。在今后相当长的时间内，集中热力供暖是发展趋势，但无法取代锅炉供暖的主流地位。1.2 国内锅炉系统现状当前，节能与环保己成为人类社会面临的两大课题。在欧美和日本等发达国家，石油和天然气己成为第一能源，占能源消费的60%左右，燃油和燃气锅炉的己逐步取代燃煤锅炉，对风机和水泵等电机的变频控制己相当成熟。自20世纪90年代以来，随着超大型可编程控制器的出现和模糊控制、自适应控制等智能控制算法的发展以及智能控制器的应用，锅炉控制水平大大提高，己实现优化控制。国内对锅炉控制的研究起步较晚，始于80年代初期。国内研究锅炉控制比
11、较成熟的企业有上海杜比公司、南京仁泰公司等。此外还有一些科研院校联合企业开发的各种智能锅炉控制系统，如清华大学动力工程与控制学院为亚运村北辰供热厂热水锅炉的改造开发的锅炉控制系统，采用“一控四” 方案，即一台主机控制四台锅炉。目前在北方城市，供暖主要以燃煤、燃油和燃气锅炉为主要手段，为减少废气排放对大气环境造成严重污染，发展趋势是以单位分散性供暖改为以城市统一规划分区域集中供暖。由于投资大和城市发展不平衡等问题，在近期内，很难实现城市全区域集中供暖，所以单位分散性供暖仍将继续存在。而供暖锅炉控制技术很多仍采用继电接触器控制系统，这种控制系统存在着很多的缺点，如：体积大、机械触点多、接线复杂、可
12、靠性低、排除故障困难、日常维护费用高等，同时锅炉供暖系统的循环和补水水泵控制采用传统的开环控制方式，这种运行方式存在以下缺点：室内供暖温度在上、下限之间波动，不能保证恒温供暖，影响供暖质量；循环水泵的拖动电机是恒速电动机，不能随室内温度变化而调节转速，严重地浪费电能。1.3 锅炉系统研究意义针对上述的一系列问题，可通过变频器和可编程控制器PLC的运用，设计出供暖变频锅炉系统。该系统操作简单、自动化程度高、环境污染少、低能耗、供暖质量高和日常维护费用低，可大大节约能源，促进环保，提高生产自动化水平，具有显著的经济效益和社会效益。 202. 总体方案设计供暖锅炉系统的组成：循环泵、补水泵、炉排、鼓
13、风机、引风机和锅炉本体，整个系统的结构框图如图2-1所示：自来水循环泵鼓风机锅炉用户补水泵炉 排引风机补水箱回 水图2-1 整个系统结构框图本供暖锅炉系统中共有6台锅炉，根据实际需要将其分为AB两组供暖系统，其中A组为2台，用于普通居民供暖需求，B组为4台，用于工矿企业供暖需求，共有4台补水泵，AB两组系统分别配置2台，其中1台用于正常工作，另外1台作为备用；共有6台循环泵，分为两组，A组配置2台，B组配置4台。考虑到节能的问题，需要根据实际运行状况去通过变频器去调整相应电机的转速，对于每台锅炉的炉排电机、鼓风机、引风机分别配备变频器，A组循环泵系统，配置一台变频器，其中一台通过变频器启动，根
14、据负荷的变化切换到工频运行，变频器启动另外一台循环泵，其处于变频运行状态；对于B组循环泵系统，配置两台变频器，采用“一拖四”的拖动模式，即用一台变频器拖动4台循环泵，另外一台变频器作为备用。每台循环泵均通过变频器启动，根据负荷的变化切换到工频运行，变频器启动下一台循环泵，依次类推，最后其中一台循环泵变频运行，其他工作循环泵工频运行，剩下循环泵处于停止状态作为备用。通过传感器元件检测相应运行参数，经过PLC智能转换模块将模拟信号转换为数字信号，再经过PLC的计算得到实际数值，送入PLC的PID调节器，通过和设定参数比较运算后，将输出控制信号传送给变频器，实现电机根据实际情况调速。本供暖锅炉系统有
15、手动/自动两种工作方式，通过控制台上的转换开关实现，同时具有现场控制、状态显示、故障报警（连接热继电器的常开触点，发出信号给PLC）的功能。报警信号均为声光形式。声报警（电笛）可用按钮解除，报警指示在故障排除后自动消失。在手动方式下，电动调节阀处于全开状态，循环水泵通过开关进行控制，不受出回水温差的影响，补水泵、炉排电机、鼓风机、引风机均通过开关进行控制。在自动方式下，本系统中具有供暖温度自动调节功，即根据室外温度变化，系统能自动调节使室内保持给定供暖温度。室外温度传感器采集温度信号，送入PLC并与设定的温度范围相比，决定是否需要开启鼓风机、引风机、炉排电机，点火开始供暖。当供暖系统启动运行，出回水温度传感器和室内温度传感器采集温度信号，经过PLC的智能扩展模块EM235进行模数转换，送入PLC进行计算，得出锅炉实际总管道出回水温差数值、分管道出水温差数值，室内温度数值。把所得锅炉实际总管道出回水温差数值及分管道出水温度值送入PLC内置的PID调节器，经PID运算与给定目标温差、出水温度和室内温度参数进行比较运算后，输出控制信号送给变频器，由变频器控制循环泵的台数和转速来调节供暖系统管网中的热水流速，使室内采暖温度保持在给定温度内；由变频器控制鼓风机、炉排电机和引风机的转速，使每
