基于PLC的燃油锅炉水位控制系统设计毕业论文Word格式文档下载.docx

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1.1PLC控制燃油锅炉的目的和意义1

1.2PLC控制燃油锅炉的设计内容1

1.3预期实现的目标1

2.1系统控制要求2

2.2确定设计方案3

3.1PLC选型及扩展4

3.2电机及驱动线路10

3.3检测元件选型11

3.4低压电器选型11

3.5电源设计11

3.6人机接口设计12

4.1控制程序流程图13

4.2控制程序设计14

4.3显示操作界面设计14

第1章引言

1.1PLC控制燃油锅炉的目的和意义

锅炉是一次性能源煤炭、石油、天然气转换成二次能源蒸汽量的重要动力设备。

据有关数据统计，目前我国有各类工业锅炉约25万。

每年耗煤量占全国产量的1/3，同时还消耗大量的石油和天然气。

工业锅炉是生产过程中重要的动力设备。

在石油化工领域，它的主要作用是向生产装置提供所需的合格蒸汽，其控制质量的优劣不仅关系到锅炉自身运行的效果，而且还将直接影响到相关装置生产过程的稳定性。

现代燃油燃烧机多为自动控制的燃烧机，一般采用工业程序控制器、火焰检测器以及温度传感器等组成自动控制系统。

燃油锅炉随着城市的发展而越来越多地被应用。

以前使用燃煤锅炉由于其在燃烧时产生大量的CO2和粉尘污染环境而逐渐被淘汰，相对应的用燃油锅炉来代替燃煤锅炉已被广泛用于酒店、大型商场等建筑。

由PLC组成的燃油锅炉控制系统适用于配用各种进口及国产燃烧器的燃油锅炉，对锅炉实行全自动控制，包括锅炉水位、蒸汽压力、燃烧系统的参数检测、指示、调节等进行控制。

1.2PLC控制燃油锅炉的设计内容

本设计采用可编程序控制器PLC控制燃油锅炉的稳定可靠运行。

通过PLC的选型和扩展电机及驱动控制、检测元件选型、低压电器选型、电源设计完成燃油锅炉的硬件设计部分。

通过组态软件以及仿真软件的模拟和调试完成燃油锅炉的软件设计。

1.3预期实现的目标

实现燃油锅炉的自动控制，不但能很好的控制锅炉的水位和蒸汽压力等参数，还能很方便的加水和排水，基于PLC的控制很容易实现工业化。

我国目前运行的很多锅炉控制系统自动化水平不高、安全性低，工作效率普遍低于国家标准，因此实现燃油锅炉的自动控制对能源消耗来说很重要。

第2章系统总体设计

2.1系统控制要求

燃油锅炉水位控制如图2.1所示：

图2.1水塔水位控制示意图

燃油锅炉水位控制的工作方式为：

按下启动按钮，启动指示灯亮起，液位传感器检测水位，传送给显示屏显示。

若水位低于下限允许值0.5m，则燃烧系统关闭，下限液位指示灯亮起，进水阀打开，进水泵启动，开始注水。

当水位到达5m时，则进水泵停止，进水阀关闭，下限液位指示灯熄灭，燃烧系统打开。

若水位高于上限允许值5m，则燃烧系统关闭，上限液位指示灯亮起，排水阀打开，排水泵启动，开始排水。

当水位到达5m时，则排水泵停止，排水阀关闭，上限液位指示灯熄灭，燃烧系统打开。

气压传感器检测气压，传送给显示屏显示。

当气压高于上限允许值2MP时，燃烧系统关闭，蒸汽压力阀打开，气压过高指示灯亮起，报警蜂鸣器蜂鸣。

当气压低于1MP时，燃烧系统打开，蒸汽压力阀关闭，气压过高指示灯熄灭，报警蜂鸣器停止蜂鸣。

温度传感器检测水温，传送给显示屏显示。

汽温传感器检测汽温，传送给显示屏显示。

若水位处于0.5m至5m之间，压力低于上限允许值2MP，则燃烧系统打开。

2.2确定设计方案

经过再三的探讨，我们决定主机采用S7-300系列的CPU315-2DP，电源模块采用PS307，数字量输入模块采用扩展模块SM321，数字量输出模块采用扩展模块SM322，模拟量输入模块采用扩展模块SM331，模拟量输出模块采用扩展模块SM332，水位检测元件采用压力式智能液位变送器，水温检测元件采用温度变送器，汽温检测元件采用电子式温度变送器，气压检测元件采用高温压力变送器，变频器采用MM430，水泵采用卧式离心泵。

燃油锅炉水位控制系统总体框图如图2.2所示：

图2.2燃油锅炉水位控制系统总体框图

本章小结：

本章通过确定系统控制要求，并作出了设计分析，经过和同组人员的一番的探讨之后，最终，确定了设计方案。

第3章控制系统硬件设计

3.1PLC选型及扩展

CPU315-2DP主机无输入、输出点，PS307电源模块为其供电，CPU315-2DP及其接线如图3.1所示。

图3.1CPU315-2DP及其接线

SM321为数字量输入模块，为扩展模块，有16个数字量输入点，I0.0接启动按钮，I0.1接停止按钮，SM321及其接线如图3.2所示。

图3.2SM321及其接线

SM322为数字量输出模块，为扩展模块，有16个数字量输出点，Q4.0接进水阀，Q4.1接进水泵，Q4.2接排水阀，Q4.3接排水泵，Q4.4接启动指示灯，Q4.5接气压过高指示灯，Q4.6接报警蜂鸣器，Q4.7接上限液位指示灯，Q5.0接下限指示灯，Q5.1接蒸汽压力阀，Q5.2接关闭燃烧系统，Q5.3接MM430

（1）DIN1，Q5.4接MM430

（2）DIN1，SM322及其接线如图3.3所示。

图3.3SM322及其接线

SM331为模拟量输入模块，为扩展模块，有16个模拟量输入点，M0+、MO-接温度变送器，M1+、M1-接电子式温度变送器，M2+、M2-接压力式智能液位变送器

M4+、M4-接高温压力变送器，SM331及其接线图如图3.3所示。

图3.3SM331及其接线

SM332为模拟量输出模块，为扩展模块，有16个模拟量输出点，Qv0+、接MM430

（1）的AIN1+、AIN1-，Qv1+、接MM430

（2）的AIN1+、AIN1-，SM332及其接线图如图3.4所示。

图3.4SM332及其接线

燃油锅炉水位控制系统的I/O分配表见表3.1所示。

表3.1燃油锅炉水位控制系统I/O分配表

输入信号

输入变量名

输出信号

输出变量名

I0.0

启动按钮SF1

Q4.0

进水阀MB1

I0.1

停止按钮SF2

Q4.1

进水泵MA1

PIW256

水温检测BT1

Q4.2

排水阀MB2

PIW258

气温检测BT2

Q4.3

排水泵MA2

PIW260

液位检测BH

Q4.4

启动指示灯PG1

PIW262

气压检测BP

Q4.5

气压过高指示灯PG2

Q4.6

报警蜂鸣器PB

Q4.7

上限液位指示灯PG3

Q5.0

下限液位指示灯PG4

Q5.1

蒸汽压力阀MB3

Q5.2

关闭燃烧系统PG5

Q5.3

变频器

（1）

Q5.4

变频器

（2）

PQW272

变频器

（1）调速

PQW274

变频器

（2）调速

3.2电机及驱动线路

电机采用卧式离心泵，型号为：

A20530，其主要特点如下：

1、运行平稳：

泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡，保证平稳运行，绝无振动。

2、滴水不漏：

不同材质的硬质合金密封，保证了不同介质输送均无泄漏。

3、噪音低：

两个低噪音的轴承支撑下的水泵，运转平稳，除电机微弱声响，基本无噪音。

4、故障率低：

结构简单合理，关键部分采用国际一流品质配套，整机无故障工作时间大大提高。

5、维修方便：

更换密封、轴承、简易方便。

6、占地更省：

出口可向左、向右、向上三个方向，便管道布置安装，节省空间。

驱动电路如图3.5所示。

图3.5燃油锅炉水位控制系统水泵及其连接电路

3.3检测元件选型

水温检测：

TH300系列温湿度变送器为法国KIMO公司进口，可高精度测量相对湿度与温度，并可计算：

露点，混合率，湿球温度，热焓。

该温湿度变送器为法国KIMO公司进口高精度温湿度变送器，可选购总线MODBUS网路RS-485通讯功能，可精确测量相对湿度与温度。

汽温检测：

电子式温度变送器TST-B（分离型）耐高温，测量精度高，量程可选，有量程：

0~+50℃，-20~+80℃，-50~+400℃。

有1组RCR警报接点输出3A/230VAC自带温度数值显示屏。

液位检测：

智能液位变送器是利用数字技术，对现场液位和温度信号实时采集，经CPU进行运算补偿和参数修正，由D/A电路转换为高精度两线制4～20mA模拟信号及RS485数字接口信号，保证了产品的高精度和高可靠性。

液位变送器的零点、满度、单位、地址等参数对用户开放，以便用户能够在需要对产品进行调校，或需要对多台产品同时监测时，通过RS485接口及专用数据电缆和软件，进行现场无压标定和调校。

具有防潮，防结露、防渗漏功能、坚固、抗雷击、抗强电磁变频干扰的特点。

气压检测：

高温压力变送器选用进口耐高温敏感元件制作而成，探头能在550℃高温下长期稳定启动；

芯体与不锈钢外壳之间采用激光焊接工艺，使其完全熔为一体，内充硅油或其它传递介质，确保了变送器在高温状态下的安全使用，传感器的压力芯体与放大电路之间，用优良材料隔热，并加有散热装置，内部引线孔填充高效隔热材料有效防止了热传导，保证放大转换电路部分在理想温度下工作；

3.4低压电器选型

低压断路