基于PLC和变频调速技术的供暖锅炉控制系统的改造设计

（2010届）专科毕业设计（论文）基于PLC和变频调速技术的供暖锅炉控制系统的改造设计学院（部）：电气信息工程学院专业：电气自动化学生姓名：李**班级：电气07**学号****指导教师姓名：杨***职称讲师最终评定成绩2010年6月湖南工业大学专科毕业设计I摘要本文设计了一套基于PLC和变频调速技术的供暖锅炉控制系统。该控制系统由可编程控制器、变频器、风机和水泵电机组、传感器、工控机以及控制柜等构成。系统通过变频器控制电动机的启动、运行和调速系统采用北京亚控公司的组态王软件设计，主要完成系统操作界面设计，实现系统启／停控制、参数设定、报警联动、历史数据查询、报表打印等功能。控制程序采用松下公司的FP-WIN2.4编程软件设计，主要完成模拟量信号的采集、处理，炉膛负压、风煤比最佳值、蒸汽压力等温度和压力信号的PID控制等功能，并接收上位机的控制指令以完成风机启／停控制、参数设定、循环泵控制和补水泵控制。本文设计的变频控制系统实现了锅炉燃烧过程的自动控制，有效地降低了能耗，提高了生产管理水平。系统安装维护方便，运行稳定、可靠，监控软件功能齐全，人机界面友好，使用方便。关键词：锅炉控制；变频调速技术；PLC湖南工业大学专科毕业设计IIABSTRACTThisarticleisdesignedbasedonPLCandInverteroftheboilercontrolsystem.ThecontrolsystemconsistsofPLC,frequencyconverter,fan,pumppowerunits,sensors,industrialcomputerandcontrolcabinetcomposition.Systemsthroughtheinvertertocontrolthemotorstart,runandspeedcontrolsystemcontrolledbyBeijingAsia'sDesignConfigurationsoftware,completedforthesystemuserinterfacedesign,implementation,systemon/offcontrol,parametersetting,alarmlinkage,historicaldataquery,reportetc.ControlprogramwithPanasonicFP-WIN2.4programmingsoftwaredesign,Completedforanalogsignalacquisition,processing,furnacepressure,thewindthanthebestvalueofcoal,steampressure,temperatureandpressuresignalsofthePIDcontrolfunction,andreceivesthecontrolinstructionPCtocompletethefanon/offcontrol,parametersetting,circulationpumpcontrolandupwaterpumpcontrol.Thisdesignoftheinvertercontrolsystemforautomaticcontroloftheboilercombustionprocess,effectivelyreduceenergyconsumptionandimprovetheproductionmanagementlevel.Systeminstallationandmaintenanceeasy,stableandreliable，monitoringsoftwarefunctionalandfriendlyinterface,easytouse.Keywords:Boilercontrol,frequencyconversiontechnology,PLC湖南工业大学专科毕业设计III目录摘要.................................................I目录...............................................III第一章绪论...........................................11.1锅炉控制的现状.............................................11.2供暖锅炉控制的国内外研究现状...............................21.3锅炉控制的特点和难点.......................................3第二章系统设计方案.....................................42.1设计目的和要求.............................................42.2供暖锅炉系统框图...........................................42.3PLC控制系统的选用.........................................52.4变频调速在供暖锅炉控制中的应用.............................52.5系统功能分析...............................................72.6控制系统整体设计思路.......................................72.7控制系统结构...............................................8第三章系统硬件设计.....................................93.1PLC特点...................................................93.2PLC的选型.................................................93.3PLC的配置................................................103.3.1PLC的开关量I/O口..................................103.3.2PLC的模拟量I/O口..................................123.4变频器的配置..............................................123.5传感器与变送器............................................143.5.1压力变送器工作原理..................................143.5.2压力变送器选型......................................143.5.3温度传感器选型......................................14第四章系统的具体设计与实现............................164.1补水泵控制部分............................................164.2循环泵控制部分............................................164.3鼓风机控制部分............................................184.4水位控制系统..............................................184.5温度控制系统..............................................194.6压力控制系统..............................................204.7自动报警..................................................20湖南工业大学专科毕业设计IV第五章PID控制原理.....................................22第六章程序设计........................................256.1主程序设计................................................256.2子程序设计................................................25结论................................................32致谢................................................33参考文献................................................34湖南工业大学专科毕业设计1第一章绪论1.1锅炉控制的现状随着城市建设的迅速发展，我国北方地区冬季城市集中供暖成为城市现代化必然采取的步骤。而供暖面积的不断扩大，使如何科学有效地控制和管理供暖系统，提高供暖的经济效益和社会效益，成为急需解决的重要课题。在供暖系统中，锅炉房供暖所占比例很大，据对我国北方地区29个大中城市近3.5亿平方米的供暖调查，锅炉供暖占84%,热力供暖占12％，其他供暖占4%。在今后相当长的时间内，集中热力供暖是发展趋势，但无法取代锅炉供暖的主流地位。锅炉是消耗能源、产生大气污染、事关生产与生活和安全的重要设备，它在国民经济整个能源消耗中占有相当大的比重。目前我国供暖锅炉以燃煤链条锅炉为主，燃用的主要是中、低质煤，而且锅炉房管理水平不高，一直沿用间断运行方式，锅炉技术含量低，锅炉的自动化控制技术落后，造成了严重的能源浪费和环境污染。据统计，我国目前拥有工业锅炉50万台，每年消耗的燃煤占全国原煤产量的三分之一，约4亿吨。锅炉每年排放烟尘约620万吨，此外还有大量的等有害气体约510万吨，成为我国大气煤烟型污染的主要来源之一，尤其是燃煤排放的气体所引起的温室效应，早己引起国际关注。目前，该锅炉房都有计算机监控系统一套。该套计算机监控系统与原非计算机监控的人工控制系统并列运行。锅炉房控制采用常规集中盘控和计算机控制相结合的控制方式。但由于鼓风机、引风机、炉排电机、补水泵以及循环泵均采用工频配电，手动控制，都没有引入锅炉自动控制系统，锅炉房基本上采用集中盘上手控。只实现控制参数的显示和部分控制等，对炉膛负压、炉膛温度、出水温度、出水压力、回水温度、锅筒压力等无法自动控制，使得锅炉运行效率低、能耗大、环境差、工人劳动强度大。因此，对现有6台锅炉所用的鼓风机、引风机、炉排电机、循环泵以及补水泵等设备进行计算机控制系统和锅炉电机的变频改造十分必要。由于供暖锅炉系统中的风机、水泵负载转矩与转速的平方成正比，袖功率与转速的立方成正比，采用交流变频调速控制风机、水泵流量代替传统阀门、挡板控制流量，可以大大节省该类负载的驱动电机的耗电量，达到节能的目的，如果普遍采用交流变频调速，平均节电率在30%左右。用变频器启动风机、水泵等电动机，由于变频器内部具有矢量转矩控制技术，保证了电机良好的启动隆能，实现电机软启动，有效地限制了电机的启动电流，明显降低电机启动噪声。同时，湖南工业大学专科毕业设计2电机的软启动避免了频繁的工频启动对风机、水泵等大电机的冲击，有效地保护设备，延长设备使用寿命。锅炉的计算机控制使锅炉始终处于最佳工作状态，提高了锅炉的运行效率和燃煤的燃烧效果，不仅节约燃煤，也减少了烟尘和有害气体的排放，具有较好的环保效果。同时，计算机控制系统通过各种传感器检测锅炉温度、压力、流量等参数，传送