基于plc的燃油锅炉控制系统设计_毕业设计说明书_论文(编辑修改稿)

基于plc的燃油锅炉控制系统设计_毕业设计说明书_论文(编辑修改稿)内容摘要：

控制直流负载，因而使用广泛；但因有触点输出，尤其在感性负载时继电器触点寿命较短，动作响应时间较长（ 10ms 以下），因而不适应要求高速通断、快速响应的工作场合。 晶体管输出是无触点输出，动作响应时间短（ 以下），用于控制直流负载。 双向晶闸管输出亦是无触点输出，动作响应时间较短，用于控制交流负载。 晶体管和双向晶闸管输出过载 、过压能力较差，价格高，因而适应于要求快速通断、快速响应的工作场合。 由前述的燃油锅炉示意图及运行、控制要求可知该控制系统共有 5个输入（ 启动 X停止 X蒸 汽 压力 X上限 X下限 X5）， 7 个输出（ 预热 Y送风 Y子火 Y喷油 Y母火 Y进水阀 Y出水阀 Y7），输入 /输出（ I/O）总点数为 12，考虑到控制对象系统有可能有所变动或扩展以及保留 10~15%裕量，同时该系统的控制要求精度不是很高和对成本的考虑，最后选择 FX2N24MR001 机型（ 12 个输入点， 12 个输出点）作为该系统的 PLC 机 型。 在锅炉的控制要求中， 蒸 汽 压力， 这个值的控制一般用传感器来控制，即当系统压力超过一定值时通过传感器将非电信号转化为电信号传输给控制系统，再由控制系统做相应的动作。 信号有模拟量和开关量两种形式，这里我们采用开关量信号。 具体项目性能指标如 表 所示： 项目 性能指标 编程方式 梯形图，步进顺控指令 基本指令执行时间 指令种类 107 条（基本指令 20 条，步进顺序指令 2 条，功能指令 85 条） 程序容量 /存储器类型 2K 步 RAM（标准配置） 4K 步 EEPROM 卡盒（选配） 8K 步 RAM、 EEPROM、 EPROM 卡盒（选配） 中北大学 20xx 届毕业 设计说明书 第 14 页 共 37 页 输入继电器（ DC 输入） 24V DC， 7mA 光电隔离 输出继电器 继电器 250V AC 、 30V DC、 2A（电阻负载） 晶体管 30V DC、 双向晶闸管 242V AC、 辅助继电器 通用型 500 点（ M0~M499） 停电保持型 524 点（ M500~M1023），电池后备 特殊型 256 点（ M8000~M8255） 状态元件 初始化用 10 点（ S0~S9）用于初始状态 通用型 490 点（ S10~S499） 停电保持型 400 点（ S500~S899） 报警 100 点（ S900~S999） 定时器 （ 100ms） 200 点（ T0~T99）， ~ (10ms) 46 点（ T200~T245）， ~ 1ms（积算） 4 点（ T246~T249）， `，电池后备 100ms（积算） 6 点（ T250~T255）， `，电池后备 计数器 通用加数器 100 点（ C0~C99）， 1~32767S，电池后备 停电保持加计数器 100 点（ C100~C199）， 1~32767S，电池后备 通用加减计数器 20 点（ C200`C220） 停电保持加减计数器 15 点（ C220~C234）电池后备 高速计数器 6 点（ C235~C256）电池后备 寄存器 同用数据寄存器 200 点（ D0~D199） 停电保持数据寄存器 312 点（ D200~D511） 特殊寄存器 256 点（ D8000`D8255） 变址寄存器 2 点（ V ， Z ） 文件寄存器 最大 20xx 点（ D1000~D2999），电池后备 表 FX2 系列 PLC 机的主要技术性能 燃油锅炉的控制过程 分析 用 PLC 控制燃油锅炉的启动、停止、出现异常情况时能暂停且异常情况消失后能自动按 照 起燃顺序重新工作。 控制要求 ： 1) 起动：该锅炉的燃烧按一定时间间隔顺序起燃。 其起燃顺序为： 间隔 10min 间隔 1min 间隔 5s 间隔 5s 送风 燃油预热 子火燃烧 喷油 母火燃烧 关闭中北大学 20xx 届毕业 设计说明书 第 15 页 共 37 页 子火、 预热器、喷油泵 2) 停止：停止燃烧时，要求： 间隔 30s 停止 子火、母火、 预热 器、喷油泵 关闭 送风 (将废气、杂质吹去 )送风停止 (清炉停止 ) 3) 异常状况自动关火：锅炉燃烧过程中，当出现异常状况时 (即蒸 汽 压力超过允许值，或水位超过上限，或水位低于下限 )，能自动关火进行清炉；异常状况消失后，又能自动按起燃程序重新点火燃烧。 即： 间隔 30s 异常情况 子火、母火、 预热 器、喷油 关闭 送风 清炉 触发预热器 停止 重新 起燃 4) 锅炉水位控制：锅炉工作起动后，当水位低于下限时，进水阀打开，排水 阀关闭。 当水位高于上限时，排水阀打开，进水阀关闭。 燃油锅炉的运行流程图设计 根据系统的控制要求可得运行流程图，如图。 中北大学 20xx 届毕业 设计说明书 第 16 页 共 37 页 开 始鼓 风 机 送 风燃 油 预 热母 火 燃 烧异 常关 闭 子 火 、 母 火 、喷 油 泵 、 预 热 器燃 油 预 热 、 子火 、 喷 油 关闭 ， 正 常 燃 烧继 续 送 风风 机 关 闭 清 炉 停 止子 火 燃 烧喷 油 泵 喷 油否是 1 0 m i n1 m i n5 s5 s3 0 s 异 常 情 况 消 失 图 系统运行流程图 系统的 I/O 接口以及 硬件接线图设计 由前面所述可知该系统有 5 个输入， 7个输出，其 I/O 接口如表 中北大学 20xx 届毕业 设计说明书 第 17 页 共 37 页 输入接口 输出接口 启动按钮 X1 燃油预热 Y1 停止按钮 X2 鼓风机送风 Y2 蒸汽压力 X3 点火变压器（子火） Y3 水位上限 X4 喷油口喷油 Y4 水位下限 X5 瓦斯阀（母火） Y5 进水电磁阀 Y6 出水电磁阀 Y7 表 系统输入、输出接口示意图 由上表以及所选机型 FX2N24MR001 可得该系统的硬件接线图，如图 所示： 图 系统硬件接线图 系统供电电源设计 上图中， PLC 接入了一个电源，可编程控制器 CPU 所需的工作电源一般都是 5V 直流电源，一般的编程接口和通信模板还需要 和 24V 直流电源，这些电源可由可编程控制器本身的电源模板供给，而 PLC 的电源模板需要外接。 PLC 的电源模板可能包括多种输入电压，有 220V 交流， 110V 交流和 24V 直流等。 针对燃油锅炉的实际情况，我们采用 220V 交流，简单不需添加变压器，是普通电网就能提供。 系统供电电源设计如图 所示。 中北大学 20xx 届毕业 设计说明书 第 18 页 共 37 页 图 系统供电电路 在图中，系统总电源通过电源总开关接入 PLC 系统中 ，系统电源总开关实现整个电源系统的控制，交流 220V 电源通过电源开关接入隔离变压器。 经过隔离变压器后，通过交流稳压器或 UPS 不间断电源为系统供电。 在电网电压较稳定的情况下也可以不用交流稳压器或 UPS不间断电源。 通过交流稳压器或 UPS不间断电源为 PLC的电源模板供电。 中北大学 20xx 届毕业 设计说明书 第 19 页 共 37 页 4. 燃油锅炉控制系统的软件设计 控制系统各部分控制的梯形图 根据系统的控制要求我们绘制出相应的梯形图： 起动 该锅炉的燃烧按一定时间间隔顺序起燃。 其起燃顺序为： 间隔 10min 间隔 1min 间隔 5s 间隔 5s 送风 燃油预热 子火燃烧 喷油 母火燃烧 关闭子火、 预热器、喷油泵 根据上面的控制要求，可以绘制出相应的梯形图，如图 所示。 图 系统启动梯形图 中北大学 20xx 届毕业 设计说明书 第 20 页 共 37 页 启动过程：按下启动按钮 X1，鼓风机 Y2 开始送风并自锁，通风 10min 后 T0 动作燃油预热器 Y1 动作并自锁 ，时间 T1 同时开始计时， 60S 后 T1 常开触点闭合，子火 Y3 点燃，时间 T2开始计时， 5S 后 T2 触点闭合，接通喷油口 Y4 开始点燃， Y4 自锁，时间 T3开始计时， 5S 后 T3触点闭合，母火 Y5点燃，同时切断燃油预热 Y子火 Y3和喷油泵Y4。 送风 Y瓦斯阀 (母火 )喷气持续进行，启动完成。 停止 停止燃烧时，要求： 间隔 30s 停止 子火、母火、 预热 器、喷油泵 关闭 送风 (将废气、杂质吹去 )送风停止 (清炉停止 ) 根据系统停止的控制要求，绘制出相应的梯形图，如图。 图 系统停止梯形图 停止过程：在启动燃烧后，即 X1 按下，母火 Y5 和送风 Y2 一直在进行，按下停止按钮 X2，瓦斯阀 Y5被切断（自锁消失），同时启动 M2 断开燃油预热 Y子火 Y3 和喷油泵 Y4， T4 得电并开始记时； 30S 后切断送风 Y2，送风停止，即清炉停止。 异常状况自动关火 锅炉燃烧 过程中，当出现异常状况时 (即蒸 汽 压力超过允许值，或水位超过上限，中北大学 20xx 届毕业 设计说明书 第 21 页 共 37 页 或水位低于下限 )，能自动关火进行清炉；异常状况消失后，又能自动按起燃程序重新点火燃烧。 即： 间隔 30s 异常情况 子火、母火、 预热 器、喷油 关闭 送风 清炉 触发预热器 停止 重新 起燃 根据系统在异常情况下自动关火的控制要求，可以 绘制出相应的梯形图，如图。 图 系统异常情况自动关火梯形图 动作过程：当 蒸 汽 压力超过允许值 ，即 X3动作 ，或水位超过上限 ，即 X4动作， 或水位低于下限 即 X5动作，中间继电器 M1 接通并自锁，其常闭触点断开，切断燃油预热Y子火 Y3和喷油泵 Y4，同时 M1的常开触点闭合，时间继电器 T5 开始记时（自锁），送风也在进行中，进行清炉。 30S 后， T5 动作，中间继电器 M1 被断开， M1 常闭节点恢复闭合，由 T5 送入一个触发信号，使预热 Y1 接通并自锁，系统完成重新启燃过程。 锅炉水位控制 锅炉工作 起动后，当水位低于下限时，进水阀打开，排水阀关闭。 当水位高于上。