基于PLC控制的燃油锅炉加药系统设计.docx
《基于PLC控制的燃油锅炉加药系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC控制的燃油锅炉加药系统设计.docx（49页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于PLC控制的燃油锅炉加药系统设计
摘要
本文介绍了用于锅炉加药的PLC控制系统，对系统控制原理进行了详细的分析，包括加药系统配电图，加药系统电气控制系统图等。
对所使用的硬和软件的有点进行了简单的介绍，使用触摸屏作为人机界面，对系统进行监控和操作，进行参数设定。
介绍了触摸屏的制作过程和实现各个功能的方法。
加强了整个系统的可操作性，使整个系统变得简单、可靠性高。
最终有效地提高锅炉水质的稳定和锅炉内部的清洁。
关键词锅炉加药系统；可编程控制器；触摸屏
Abstract
ThisarticledescribesforboilerdosingofPLCcontrolsystem,thesystemcontroltheoryhasmadeadetailedanalysis,includingdosingsystemdistributionmap,dosingsystem,electricalcontrolsystem,etc.Ontheuseofhard-andsoftwareisabitofasimpleintroductiontousingthetouchscreenandman-machineinterface,systemmonitoring,andoperation,settingparameters.Describestheprocessofmakingatouchscreenandallfunction.Enhancedoperabilityoftheentiresystem,sothatthewholesystembecomessimple,highreliability.Ontheexternalcontrolcabinetforasimpledesignthatcanmaketheentirecontrolsystemexternalappearance.
KeywordsBoilerdosingsystemProgrammablelogiccontrollerTouchscreen
第1章绪论
1.1 蒸汽锅炉的汽水循环系统和危害
1.1.1蒸汽锅炉的汽水循环系统
锅炉作为提供热动力的系统设备，被广泛地用于各行各业的生产、生活。
图1-1是蒸汽锅炉的汽水循环系统锅炉要想安全、经济、可靠、稳定运行，其水质是个关键，对于工作压力和工作温度高的锅炉来说，水质尤其重要。
水质不良会使锅炉内受热的金属表面形成水垢，发生金属腐蚀并恶化蒸汽质量。
图1-1蒸汽锅炉的汽水循环系统
1.1.2锅炉结垢的主要危害与用水要求
1．锅炉结垢的主要危害
（1）降低锅炉的导热能力：
因为水垢的导热系数比钢铁小几十倍，因此，锅炉有水垢后，会导致热效率大幅度降低，增加燃料、风量及电能的消耗。
（2）降低锅炉运行的安全性：
由于水垢导热性能很差，严重结垢会在锅炉的受热面部分产生局部过热受热面则会因局部温度过高，引起管壁起疱、裂缝甚至于爆管。
（3）影响锅炉本体水系统的水循环：
锅炉管内的水垢后减少管内的流通截面，增大管内水循环流动的阻力。
（4）降低锅炉的使用寿命：
一旦形成严重的结垢，清除将十分困难，不仅要增加化学清洗次数，费时费力增加锅炉的运行成本，而且会使锅炉的受热面损伤，提前老化，降低整个锅炉系统的使用寿命。
2．锅炉用水的一般要求
为了防止锅炉的受热面发生结垢，通常锅炉的用水必须经过过滤、软化等处理，除去悬浮杂质和大部分钙、镁等盐类。
同时，为保证锅炉的安全运行，还必须辅以炉内加药处理，控制炉内水中杂质使之呈分散、松软状态。
不让其粘附在受热金属表面形成二次水垢，并可由排污系统排出。
1.2锅炉自动加药系统的工艺过程及控制要求
1.2.1锅炉自动加药系统的工艺过程
1.加药装置介绍
一些中小型锅炉的加药装置是通过人工进行一些简单的配药，在利用锅炉给水泵的水压或用加药泵一次性地把药加入锅炉，这种加药装置使用起来不方便，且药量浪费大，难以做到准确控制，还容易造成炉水总碱度过高，排污量增加，对生产很不利。
运用“自动加药系统”，就可以解决上述的不利生产。
该控制系统中人机界面与PLC有机组合，能够很灵活的构造控制方案，它相对于传统的电气控制具有更高的可靠性、控制更准确。
2.加药装置的特点
（1）采用触摸屏与PLC控制，整个加药系统设自动、手动两种可选择的方式，能稳定的给锅炉加药，使炉内水时刻保持一定的药液浓度，保证炉内的各项水质指标基本平稳。
能克服老式加药装置配药加药不方便等弱点，有效地提高了锅炉的自动化程度。
（2）加药系统操作简单、安全、可靠。
设有电机搅拌器。
溶解药剂（磷酸三钠固体或液体等）所需时间可根据实际情况进行设定，可控制药液的温度，完成自动加药及自动清洗等。
1.2.2锅炉自动假药系统的控制要求
1．系统组成结构
它由基础平台、不锈钢搅拌装置、不锈钢加药泵、不锈钢管道、过滤器、安全阀、气动阀、手动隔离阀、液位控制器、物位传感器、PLC与触摸屏及电气自动控制系统等组成。
2．控制方案
（1）该加药系统控制方案可以在原有的加药系统的基础上改造或加装触摸屏和PLC自动控制系统，也可以作为新建加药系统的方案。
（2）触摸屏和PLC控制
触摸屏和PLC控制时，先由PLC驱动电磁阀，再由电磁阀通过控制压缩空气的气路来驱动气动阀的快关，最终达到配药和加药的目的。
触摸屏和PLC控制加药系统时需配置压缩空气系统，以提供气动设备的动力用气。
触摸屏和PLC控制功能还可根据实际情况增加。
（3）常规电气控制
气动阀最好配置手动旁路阀，是假药系统在触摸屏和PLC控制系统进行维护时也能通过常规电气手动控制启停。
绞龙式给料机、搅拌器和加药泵均可通过常规电气手动控制启停。
3．控制功能描述
（1）加药系统设人工控制加触摸屏、PLC手动和自动控制两种方式。
（2）触摸屏和PLC控制方式又设触摸屏自动控制方式和触摸屏手动控制方式。
其中触摸屏自动控制方式是指加药的全过程可以自动完成；而触摸屏手动控制方式是指加药的每个过程通过操作人员操作触摸屏来完成，这种触摸屏手动控制方式具有简化操作的作用，同时也是自动控制方式的补充。
（3）人工手动控制。
通过常规电气控制的方式来控制绞龙式给料机、搅拌器和加药泵的启停，再通过对气动阀的旁路阀操作来完成整个配药和加药过程。
（4）既要系统设人工手动控制加触摸屏、PLC手动和自动控制两种方式的选择是通过“工作位+停止位”的选择快关来完成。
（5）工序监控：
触摸屏和PLC控制方式可以对实现对所有加药系统设备的工作状态的监控。
（6）故障告警：
触摸屏和PLC控制方式对绞龙式给料机、搅拌器和加药泵的故障状态进行监控，一旦发现模态设备故障，可以在触摸屏上显示报警信号，而常规电气控制系统在人工手动控制加触摸屏、PLC手动和自动控制两种控制方式下可实现声光报警，提示值班人员注意。
1.2.3可编程控制器和触摸屏概述
1．可编程控制器（PLC）概述
PLC即可编程控制器（ProgrammableController），是针对工业自动化控制领域开发设计的、适用于工业现场工作的、以现代微处理器技术为核心的控制器。
PLC的控制功能可以根据使用者所编辑的软件不同而不同，且可实现多种功能。
PLC源于继电器控制装置，但它不像继电器控制系统那样通过电路的硬件实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序进行入出信息变换，来实现控制。
过去的PLC成为可编程逻辑控制器,主要用来代替工业控制中由继电器、数字电路等所组成的逻辑控制电路。
随着位电脑技术应用范围的不断扩展，PLC的功能那个已经远远超过了逻辑控制的范围，因此，今天的可编程控制器本应简称PC，但是为了避免与个人计算机及监控管理计算机等的简称混淆，故仍将可编程控制器简称为PLC。
PLC是基于计算机而发展的，广义上应属于计算机家族中的一员，但并不等用于普通计算机。
普通计算机一般不直接用于驱动控制，故也无需I/O埠；而PLC在完成程序编辑、下载和上传后，则主要依赖其I/O端口采集信息并发出驱动信号来完成驱动控制。
2．触摸屏概述
随着微型计算机技术及网络技术的发展，触摸屏在生产生活中的应用与日俱增。
触摸屏是一种全新的、多媒体人机交互设备。
触摸屏的应用时生产生活中的各种系统及设备的操作控制发生了质的飞跃。
触摸屏软件的法师舍用于很多场合，利用触摸屏这种技术特点，用户只要用手指轻轻地触摸计算机显示屏上的图符和文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂计算机操作的用户，同时也是的其成为各种应用领域必不可少的设备，并且在各行业的系统及设备的控制中倍于来越多的使用。
触摸屏有很多的优点，在系统和设备的控制中使用触摸屏的确具有相当大的优越性。
从专业的角度讲，触摸屏是一套透明的绝对寻址系统。
首先他必须保证是透明的，因此它必须通过材料来解决透明问题；其次它是绝对坐标，手指摸哪就定位在哪，不需要第二个动作。
触摸屏软件都不需要光标，因为当光标被使用在相对定位的设备中时，有时光标反倒影响操作者的注意力。
小队定位的设备在移动前首先要知道此时在何处，往哪个方向去，每时每刻还需要不停的给用户回馈当前的位置才不至于出现偏差。
绝对坐标定位的触摸屏不需要考虑这类偏差，他能立即检测出手指的触摸并进行定位。
1.3本章小结
介绍了锅炉加药的发展前景以及生产应用，当锅炉因为过多使用而产生的效率下降的原因，并想出解决办法。
第2章电器配电及控制系统及硬件选型
2.1电器配电及控制系统及硬件选型
2.1.1电器配电及控制
1．配电系统主回路
电气配电系统中的主要组件如图2-1所示。
K隔离刀闸；B1、B2、B3三相空气开关；C1、C2、C3交流接触器；HR1、HR2、HR3热继电器；BO1、BO2、BO3、BO4、BO5单相空气开关；V电压表；A电流表。
电气配电控制系统中主要采用380V的工业用电主要是供给本控制系统中的硬件设备的正常工作，C1、C2、C3接触器分别控制3个电动机。
电气控制系统、PLC、仪表调节器、电源开关、备用设备采用220V电源。
图2-1加药系统的配电系统示意图
2．控制系统
电气控制系统中主要组件见图2-2所示。
BO1单相空气开关；SW选择开关；BT12、BT22、BT32、BT0按钮（配常开触点）；BT11、BT21、BT31按钮（配常闭触点）；GL1、GL2、GL3运行指示灯（绿灯）；RL1、RL2、RL3待运行指示灯（红灯）；YL故障指示灯（黄灯）；R1、R2、R3继电器；C1、C2、C3交流接触器。
在电气控制系统中，当SW电源开关闭合时，C1没有带电，RL1红灯亮，当BT12闭合时，C1带电，GL1绿灯亮，RL1红灯灭。
R1、R2、R3分别表示硬件设备的故障当它们带电后故障指示灯YL亮。
图2-2 加药系统的电气控制系统示意图
3．24V（DC）配电系统
配电子系统中主要组件图见2-3所示。
BO4单相空气开关；F21、F22小保险；开关电源选用220V（AC）输入，24V（DC）输出。
配电子系统系统主要是把220V电源转化为24V控制电路的所需要的电源。
220V电源经过开关电源转化为24V电源，使触摸屏、PLCEM231、PLCAIW0（.）端、压力传感器（+）端=稳定工作。
BO4为空气开关。
图2-3加药系统的24V（DC）配电系统示意图
4．温度变送系统
数显表的工作电源为220V，他显示的测量到的锅炉内的温度。
B03为空气开关。
AIW0（+）代表设置的温度的高限、AIW0（.）代表设置的温度的低限，和温度传感器测量到的温度在数显表内进行比较当温度超出高限Hp闭合高限输出，当温度低于底线LP闭合低限输出。
图2-4 加药系统的温度变送系统示意图
2.2自动控制设备的硬件选型
2.2.1PLC选型
1．PLC选型
采用德国西门子生产的S7-200系列可编程控制器，CPU主机选用CPU224，数字量输入模块选用EM231，模拟量输入模块选用EM232，S7-200PLC系统时紧凑型可编程控制器。
系统的硬件构架由系统的CPU模块和丰富的扩展模块组成。
他能够满足各种设备的自动化控制需求。
S7-200还具有功能强大的指令集、丰富强大的通信指令功能、编程软件的易用性。
2．西门子生产的S7-200介绍
S7-200系列PLC的基本硬件组成包括基本单元、扩展单元、编程器、程序存储卡、写入器、文本显示器等部分。
（1）基本单元：
S7-200系列PLC中提供4中不同的基本型号的8种CPU。
（2）扩展单元：
S7.200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数。
（3）编程器：
PLC在正式运行时，不需要编程器。
编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中进行监控和故障检测。
（4）程序存储卡：
为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以讲卡盒的内容写入PLC，也可以将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。
（5）写入器：
写入器是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是想PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到的RAM区。
（6）文本显示器：
文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改或直接设置输入/输出量。
3．STEP7软件的特点
S7-200PLC是使用STEP7软件编程，其程序有三种：
主程序、子程序和中断程序。
其中，主程序只有一个，名称为OB1。
子程序可以达到64个，名称分别为SBR0～SBR63。
子程序可以由子程序或中断程序调用。
中断程序可以达到128个，名称分别为INT0～INT127。
中断方式有输入中断、定时中断、高频计数中断、通信中断等中断时间引发，当CPU影响中断时，可以执行中断程序。
2.2.2触摸屏选型
触摸屏采用K-TP178micro，K-TP178micro是西门子专门针对中国中小型自动化产品用户需求而设计的全新5.7英寸S7-200专用触摸屏。
它集中了同类产品的众多优点，功能强大、性能优越、高可靠性、外观漂亮。
同时价格低廉，适合使用在众多的自动化设备上。
之所以K-TP178micro如此优秀，是因为它倾注了全球领先的设计理念、采用了最先进的HMI技术，选用了最可靠的电子元器件，以及本地化的生产策略的最直接的结果。
K-TP178micro与S7-200PLC完美结合，能给客户提供最佳的解决方案。
表2-1触摸屏技术指标
显示
STN液晶显示，蓝色模式
·尺寸
5.7英寸
·分辨率（宽×高，象素）
320×240
·背景光的平均亮度寿命（25℃）
大约50000小时
·显示范围
有有效显示区域115.18mm×86.38mm
操作员控制
触摸屏和附加功能键
·数字输入/字母输入
有
·附加功能键
6个
·LED
电源，通讯和指示灯
·声音反馈
有
存储
Flash
·用户数据可用内存
1MB
·RAM（SDRAM）
8MB
接口
1×RS485
与控制器的连接
S7-200
电源
24VDC（+18V～+30VDC）
·额定电流
0.24A
时钟
软件时钟
·前面板
IP65
·前面板尺寸宽×高（mm）
212×173.5
·安装开孔尺寸宽×高（mm）
196（+1）×158（+1）
重量
大约750g
－无外部通风的最大允许倾斜角
±35°
－操作（垂直安装）
0℃～＋50℃
－操作（最大倾斜角度）
0℃～＋40℃
－运输和存储
－20℃～＋60℃
·最大相对湿度
85%
功能
所有组态元件的总数受到可用内存的限制
·过程画面
500个
·文本对象
50个
·每个画面的变量/域
30/30
－柱型图
有
变量
1000个
密码保护
有50个用户组
在线语言
5种
K-TP178micro
6AV6640-0DA11-0AX0
K-TP178miro与西门子S7-200系列PLC连接和设置参数如表2-2所示。
表2-2PLC软件设置
PLC地址类型
可操作范围
格式
说明
I
0.1059.7
DDDO
外部输入节点
Q
0.4095.7
DDDO
外部输出节点
M
0.4059.7
DDDO
内部辅助节点
VW
0.10238
DDDD
资料寄存器
SIEMENSS7-200系列都可以通过CPU单元上的变成通讯口（PPI端口）与触摸屏连接，如图2-5所示。
图2-5CPU与通讯口连接图
2.3本章小结
介绍了对于应用锅炉加药时，所需的配电器材，及其原理。
第3章PLC地址变量的配置和程序设计
3.1PLC地址变量配置
3.1.1地址分配
1．与触摸屏对应的PLC内部位地址配置
M0.0手动方式对应触摸屏主画面的“手动方式”按钮；
M0.1自动方式对应触摸屏主画面的“自动方式”按钮；
M0.4自动加药对应触摸屏自动控制画面的“自动加药”按钮；
M0.5自动清洗对应触摸屏自动控制画面的“自动清洗”按钮；
M1.0手动加分启动对应触摸屏配药系统控制画面的“加粉启动”按钮；
M1.1手动加粉停止对应触摸屏配药系统控制画面的“加粉停止”按钮；
M1.2手动加液启动对应触摸屏配药系统控制画面的“加液启动”按钮；
M1.3手动加液停止对应触摸屏配药系统控制画面的“加液停止”按钮；
M1.4手动加汽启动对应触摸屏配药系统控制画面的“加汽启动”按钮；
M1.5手动加汽停止对应触摸屏配药系统控制画面的“加汽停止”按钮；
M1.6手动加水启动对应触摸屏配药系统控制画面的“加水启动”按钮；
M1.7手动加水停止对应触摸屏配药系统控制画面的“加水停止”按钮；
M2.0手动清洗启动对应触摸屏配药系统控制画面的“清洗启动”按钮；
M2.1手动清洗停止对应触摸屏配药系统控制画面的“清洗停止”按钮；
M2.2手动排放启动对应触摸屏配药系统控制画面的“排放启动”按钮；
M2.3手动排放停止对应触摸屏配药系统控制画面的“排放停止”按钮；
M2.4手动给药启动对应触摸屏配药系统控制画面的“给药启动”按钮；
M2.5手动给药停止对应触摸屏配药系统控制画面的“给药停止”按钮；
M2.6手动出药启动对应触摸屏配药系统控制画面的“出药启动”按钮；
M2.7手动出药停止对应触摸屏配药系统控制画面的“出药停止”按钮；
M8.0手动搅拌器启动对应触摸屏配药系统控制画面的“搅拌启动”按钮；
M8.1手动搅拌器停止对应触摸屏配药系统控制画面的“搅拌停止”按钮；
M8.2手动加药泵启动对应触摸屏配药系统控制画面的“加药启动”按钮；
M8.3手动加药泵停止对应触摸屏配药系统控制画面的“加药停止”按钮；
M3.0自动加药启动对应触摸屏配药系统控制画面的“启动”按钮；
M3.1自动加药停止对应触摸屏配药系统控制画面的“停止”按钮；
M4.0自动清洗启动对应触摸屏配药系统控制画面的“启动”按钮；
M4.1自动清洗停止对应触摸屏配药系统控制画面的“停止”按钮。
2．与触摸屏对应的PLCI/O位地址配置：
I0.1低物位对应触摸屏主画面的“低物位”和“缺药粉”矩形指示灯；
I1.1中物位对应触摸屏主画面的“中物位”矩形指示灯；
I0.2高物位对应触摸屏主画面的“高物位”矩形指示灯；
I0.3低水位对应触摸屏主画面的“低水位”矩形指示灯；
I0.4中水位对应触摸屏主画面的“中水位”矩形指示灯；
I0.5高水位对应触摸屏主画面的“高水位”矩形指示灯；
I0.6安全阀对应触摸屏主画面的“溢流”矩形指示灯；
I1.0加粉工作对应触摸屏配药系统控制画面的“加粉”绿色及红色原型指示灯；
I1.1加液工作对应触摸屏配药系统控制画面的“加液”绿色及红色原型指示灯；
I1.2加汽工作对应触摸屏配药系统控制画面的“加汽”绿色及红色原型指示灯；
I1.3加水工作对应触摸屏配药系统控制画面的“纯水”绿色及红色原型指示灯；
I1.4清洗工作对应触摸屏配药系统控制画面的“清洗”绿色及红色原型指示灯；
I1.5排放工作对应触摸屏配药系统控制画面的“排放”绿色及红色原型指示灯；
I2.0给药工作对应触摸屏配药系统控制画面的“进口”绿色及红色原型指示灯；
I2.1出药工作对应触摸屏配药系统控制画面的“出口”绿色及红色原型指示灯；
I2.2搅拌工作对应触摸屏配药系统控制画面的“搅拌”绿色及红色原型指示灯；
I2.3加药泵工作对应触摸屏配药系统控制画面的“泵”绿色及红色原型指示灯；
I2.4加粉报警对应触摸屏配药系统控制画面的“加粉”黄色原型指示灯；
I2.5搅拌器报警对应触摸屏配药系统控制画面的“搅拌”黄色原型指示灯；
I2.6加药泵报警对应触摸屏配药系统控制画面的“泵”黄色原型指示灯；
Q0.0绞龙给料对应触摸屏配药系统控制画面的“加粉启动”和“加粉停止”按钮；
Q0.1加液对应触摸屏配药系统控制画面的“加液启动”和“加液停止”按钮；
Q0.2加汽对应触摸屏配药系统控制画面的“加汽启动”和“加汽停止”按钮；
Q0.3加水对应触摸屏配药系统控制画面的“加水启动”和“加水停止”按钮；
Q0.4清洗对应触摸屏配药系统控制画面的“清洗启动”和“清洗停止”按钮；
Q0.5排放对应触摸屏配药系统控制画面的“排放启动”和“排放停止”按钮；
Q0.6给药对应触摸屏配药系统控制画面的“开进口阀”和“关进口阀”按钮；
Q0.7出药对应触摸屏配药系统控制画面的“开出口阀”和“关出口阀”按钮；
Q1.0搅拌器对应触摸屏配药系统控制画面的“搅拌启动”和“搅拌停止”按钮；
Q1.1加药泵对应触摸屏配药系统控制画面的“启动泵”和“停止泵”按钮。
3.1.2PLC的接线
1．CPU224接线如图3-1所示。
CPU外围主要组件：
F1～F7电磁阀;
LM、MM、HM物位计;LW、MW、HW液位控制器;
C1、C2、C3交流接触器;Qf1～QFQ气动阀触电。
图3-1CPU224接线示意图
2．EM231数字量输入模块接线如图3-2所示。
EM221外围主要组件：
C2、C3交流接触器触电;
QF6、QF7气动阀触电;
R1、R2、R3继电器触电。
3．EM232模拟量输入模块接线见图3-3所示。
图3-2EM231接线示意图
图3-3EM232接线示意图
3.1应用软件程序设计
1．锅炉加药的流程图，如图3-4所示：
图3-4锅炉加药系统流程图
2．逻辑控制部分
单击“加粉启动”按钮，则在主画面上的“加粉”方形灯及在配药系统画面上的“加粉”框中的圆形绿色灯亮并闪烁；PLC上“Q0.0”输出指示灯应当亮，控制柜前面板灯亮。
单击“加粉停止”按钮则在主画面上的“加粉”方形灯及在配药系统画面上的“加粉”框中的圆形绿色等应当熄灭，PLC上“Q0.0”输出指示灯熄灭，控制柜前面板灯灭。
如图3-5所示。
图3-5加粉启动的梯形图
单击“加液启动”按钮，则在主画面上的“加液”方形灯及在配药系统画面上的“加液”框中的圆形绿色灯
升级会员 