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1、基于PLC的燃油锅炉控制系统设计摘 要目前燃油锅炉的应用越来越广泛，对燃油锅炉的科学研究也越来越多。为解决我国燃油锅炉产业现状存在的主要问题，采用PLC等控制技术和设备对我国燃油锅炉控制系统进行适当改造。FX2N系列PLC改造的燃油锅炉控制系统，根据自动控制基本原理实现了锅炉更高效率和更高可靠性的启动、停止、暂停和异常处理；在此控制系统中对锅炉燃烧各项参数等可进行高效检测、校正和调节；其中锅炉水位、压力等参数控制亦可由PLC实现控制。首先是对燃油锅炉基本结构组成和运行原理进行研究和分析；主要研究WNS型卧式燃油锅炉，根据燃油锅炉控制系统的工艺要求设计控制方案；设置好具体参数，进行PLC的I/O
2、口的估算和分配，选择三菱FX2N系列PLC作为控制系统核心，在此基础上设计出控制系统外部接线图，并对其它组成部件如变频器、电机等进行选择；最后根据系统流程图进行主电路接线图的设计，完成梯形图，最后进行程序的校验和仿真。关键词： PLC, 燃油锅汽包水位 Design of the boiler burner control system based on plcAbstract The application of fuel boiler is more and more extensive, scientific study of the oil-fired boiler is also m
3、ore and more. In order to solve the current problems of fuel boiler industry in China, using PLC control technology and equipment appropriate modification of control system of fuel boiler in china. Fuel boiler control system of FX2N series PLC transformation, according to the basic principle of the
4、automatic control of boiler high efficiency and high reliability of the start, stop, pause and exception handling; the boiler combustion parameters can effectively detect, correction and adjustment in the control system of boiler water level; wherein, parameters such as pressure control can realize
5、control by PLC.The first is the research and Analysis on the basic structure of fuel boiler components and operating principle; the main research WNS horizontal oil-fired boiler, according to the process control system of fuel boiler design requirements of control scheme; set up specific parameters,
6、 estimation and allocation of PLC I/O port, select the Mitsubishi FX2N series PLC as the core of control system, based on the control system design of external wiring diagram, and other components such as the inverter, motor selection; finally, according to the design of main circuit wiring diagram
7、for the system flow chart, complete ladder diagram, verification and simulation step procedure.Key words：PLC, fuel boiler, the drum water level目 录第一章 绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2国内外研究现状11.3本设计研究的意图21.4 本文所做工作2第二章 锅炉燃烧的分析32.1 燃油锅炉的基本组成部分32.2 锅炉系统的结构32.3燃油锅炉的工作过程42.4设计方法5第三章 锅炉燃烧控制系统的设计63.1 燃油锅炉系统控制要求63.2 燃烧
8、过程、水位高低控制63.3 燃油锅炉系统工艺流程73.4 确定燃油锅炉的设计方案73.5 工艺参数控制83.6 总体设计思路9第四章 硬件选择及设计114.1 PLC控制系统的设计步骤114.2 PLC机型的选择124.2.1 PLC容量估算134.2.2 其它器件的选型144.2.3系统的I/O接口以及硬件接线图144.3锅炉水位控制图174.4系统主电路接线图184.5电机及驱动控制选型194.5.1 电机及喷油泵的选型194.5.2 变频器选型194.5.3 检测元件选型19第五章 系统软件设计205.1 系统流程图205.2系统控制的梯形图215.2.1起动215.2.2 停止215.
9、2.3 异常自动关火225.2.4锅炉水位控制225.3 系统总梯形图235.3.1系统运行控制235.3.2系统水位运行控制25第六章 结论296.1 成果评价296.2 作用意义296.3 应用范围和前景296.4 需要进一步改进之处29参考文献30谢辞31附录32第一章 绪论环境和能源问题是全球关注焦点，我国能源结构和经济发展不相称,能源结构影响国民经济和生活。我国在九十年代末进行过锅炉产业的大规模改造虽引进部分先进技术和产品但并未彻底解决问题，传统的能源结构和消费模式并未改变，使得污染有日益严峻的趋势。这就需要我们重新审视我国的能源结构和消费结构，学习和借鉴西方先进国家的有益做法，调整
10、我国锅炉产业结构，引进先进设备和工艺，同时要结合国情努力改造我国锅炉产业的设备和控制方法，减少污染的排放。基于此为了保护我们的环境为了造福后代，同时践行国家节能减排战略，作为科研人员要大力研发节能降污染的技术和产品，对现有产品和设备进行研究改造，站在工业化和产业化的战略角度采用适当先进技术改造工业锅炉和众多燃油锅炉产品。主要研发以燃油、天然气为燃料的燃油或燃气锅炉，用改良的新产品替代陈旧落后产能的旧设备，此举也符合国家节能减排战略要求，替换高耗能、污染重的锅炉更是现实的需要。1.1 课题研究的背景及意义当今世界范围内，燃油锅炉因燃烧效率高、易于控制、利于节能减排等众多优势已被众多企业所接纳、采
11、用，成为传统旧锅炉的首选替代品而深受欢迎。随着我国工业化进程的加快，产业结构的迅速升级，锅炉产业也进入了快速发展期，虽然燃油锅炉的应用越来越普及，锅炉的燃烧效率和控制水平也得到不断地提高，但是就目前情况而言仍存在很多问题。21世纪我国能源短缺问题更突出，能源问题已经成为我国工业化进程的“瓶颈”，大力推行节能减排是国家势在必行的强大战略，适合时宜地进行锅炉的改造使锅炉高效安全运行，切实提高我国燃油锅炉燃烧控制自动化程度是我国燃油锅炉未来发展的重要趋势。1.2国内外研究现状自20世纪70年代以来，随着可编程控制器（PLC）的出现和在各种工业现场的大量应用以及各种先进控制技术的发展特别是智能控制技术
12、的广泛应用，燃油锅炉控制水平大为改善，其运行效率得到大幅提高。国内外燃油锅炉发展迅速，美日、西欧等国技术遥遥领先。燃油锅炉应用虽广，但我国总体水平不高，同先进国家比仍有较大差距。我国总体水平相当西方国家20世纪80年代。我国燃油锅炉现状存在问题：（1）可控对象主要为开关量设备，精确连续调节困难；（2）控制方案不合理，控制器一旦故障，一般的做法是断电处理，人工操作；（3）未完全实现燃油锅炉的自动控制，控制水平受限，可靠性较低。1.3本设计研究的意图（1）采用PLC作为整个控制系统主控器，开关量设备实现精确连续调节，提高燃油锅炉效率；（2）设计方案适合在工业现场环境下应用。能实现复杂的逻辑、过程控
13、制，控制器减少故障，减少断电故障；（3）据统计一台2.8MW的锅炉，若效率提高1，相当年省煤200吨，约人民币50000元，经济效益明显。对燃油锅炉进行改造，可将锅炉热效率提高5。使锅炉达到经济运行状态，减少烟气，减少污染。1.4 本文所做工作本设计主要包括以下几个方面：（1）对燃油锅炉系统基本结构和基本原理的研究和分析；（2）根据对燃油锅炉燃烧效率和控制水平的工艺控制要求拟确定控制方案；（3）按控制要求进行PLC选型、I/O口分配，设计外部接线图；（4）完成主电路图的设计；（5）设计出系统流程图，进行梯形图设计并仿真。第二章 锅炉燃烧的分析2.1 燃油锅炉的基本组成部分燃油锅炉主要组成及作用
14、1：预热器：将燃油预热到适当温度以达良好汽化状态；汽包：锅筒、沸水管构成，锅炉主要被控部分；炉膛：燃油燃烧并放出热能的设备；引风设备：引风机；送风设备：鼓风机和风道组成；燃料供给设备：主要由油枪和油管组成。下面是燃油锅炉的实物图。图2-1 燃油锅炉实物图2.2 锅炉系统的结构锅炉水位的控制部分，主要由以下部分构成，锅炉、水泵、水箱最后连接工业设备或者用户。水经补水箱进入水泵，水泵由电机控制，控制锅炉水位的调节，锅炉经循环水泵连接工业设备或者用户，回水回流进补水箱，补水箱内有水量检测装置，在补水箱内进行水量的调价校正，锅炉运行时，炉内的检测传感器检测水位，将信号输出，比较，调节，以稳定水位在稳定
15、范围内。燃油锅炉水控系统的结构框图如图2-2所示。回水工业设备补水箱补水泵鼓风机循环水泵锅炉自来水图2-2 总体系统结构图2.3燃油锅炉的工作过程根据系统的控制要求可得运行框图，如图2-3。继续关闭异常情况消失启动启动启动X1燃油预热子火燃烧母火燃烧喷油送风清炉完成停止X2异常情况水位低于下限出水阀进水阀水位高于上限关闭燃烧过程中关闭关闭关闭继续图2-3 系统运行框图燃油锅炉的工作过程分析：（1）启动：吹扫-打火-点火-火焰监测；（2）正常启动：监测火焰-负荷运行-温度监测-启停转换-自动负荷调整； （3）正常停止：切断燃料-吹扫-程序复原。 2.4设计方法（1）温度、液位数据采集2用PLC的A/D扩展模块MAD01进行。测输出一个0-10V线性温度电压,通过设置PLC的扩展A/D模块，把电压转换成数字量，程序周期读取，
