基于PLC的燃油锅炉水位控制系统设计.docx

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基于PLC的燃油锅炉水位控制系统设计

实习报告

题目：

基于PLC的燃油锅炉

水位控制系统设计

学生姓名：

学号：

院系名称：

电气与信息工程学院

专业班级：

电气10-1班

指导教师：

职称：

讲师

二○一三年十一月二十二日

实习名称

工业自动化项目设计

实习时间

2013年11月11日至2013年11月22日共2周

实习单位

或实习地点

实习基地

实习单位评语：

（分散实习填）

签字：

公章：

年月日

指导教师评语：

成绩

指导教师签字：

年月日

实习任务书

组内学生姓名

人数

2

院系名称

电气与信息工程学院

专业

电气工程及其自动化

班级、学号

指导教师姓名

职称

讲师

从事专业

电气工程

题目名称

基于PLC的燃油锅炉水位控制系统设计

一、工程实践的目的、意义

1、应用S7-300PLC控制燃油锅炉水位控制系统的硬件电路，并利用OB1的梯形图控制程序设计。

通过控制S7－300PLC来实现燃油锅炉的水位检测和控制。

2、本次设计目标：

（1）通过对工程实例的模拟，熟练地掌握PLC的编程和程序调试方法；

（2）进一步熟悉PLC的I/O连接；

（3）熟悉燃油锅炉水位控制系统等类似逻辑的工程实际的编程方法。

二、工程实践的主要内容、技术要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）

主要工艺：

当锅炉水位过高低于下限时，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。

锅炉燃烧过程中，当出现异常情况时，如：

蒸汽压力超过允许值或水位超过最高上限允许值或低于最低下限允许值，系统能自动关闭；异常情况消失后，又能自动接起燃烧程序重新点火燃烧。

检测项目：

水温0~100℃，汽温0~300℃，气压：

0~2MP，水位：

0~5m，传感器选型合理，数量准确，安装位置精确，安装形式明确，输出信号符合PLC电气标准。

指示、报警功能包括：

按故障性质发出停机报警信号等，报警形式有灯光和铃声报警。

系统具有显示功能，显示检测数据等。

系统易于扩展，便于I/O模块和功能模块扩展。

三、工程实践完成后应提交的成果

（1）画出PLC控制系统图，A3图纸1张。

（2）编写控制程序。

（3）完成设计说明书，5000字。

4、工程实践的工作进度安排

（1）调研、方案论证（1天）

（2）设计电路原理图（2天）

（3）编写程序（2天）

（4）硬件实验和程序调试（3天）

（5）撰写设计报告（1天）

（6）答辩（1天）

五、主要参考资料

[1]廖常初.S7-300/400PLC应用教程,机械工业出版社,2012,2

[2]西门子（中国）有限公司.西门子PLCstep-7v5.5使用入门,2012

[3]罗萍.西门子S7-300/400PLC工程实例详解,人民邮电出版社,2012,1

[4]西门子（中国）有限公司.S7-300/400PLC编程梯形图（LAD）参考手册,2012

[5]廖常初.西门子人机界面（触摸屏）组态与应用技术,机械设计出版社,2010,2

[6]SIEMENS公司编.MICROMASTER430用户手册,2010.

[7]徐鹿眉.工业自动化项目设计指导书,黑龙江工程学院，2013,10

[8]西门子（中国）有限公司.WinCCflexible2008使用入门,2012

[9]庞科旺.PLC变频器与电气控制.中国电力出版社,2012,4

[10]西门子（中国）有限公司.PLC应用开发实用子程序,2012

六、备注

指导教师签字：

年月日

教研室主任签字：

年月日

设计报告

目录1

第1章引言1

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

第2章系统总体设计2

2.1系统控制要求2

2.2确定设计方案3

第3章控制系统硬件设计4

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

第4章控制系统软件设计13

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

结束语16

参考文献17

附录1：

PLC源程序18

附录2：

硬件原理图23

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