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毕业设计-plc控制锅炉恒压供水系统设计.doc
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- 1 -
PLC 控制锅炉恒压供水系统设计
摘 要
随着时代的发展,可编程控制器 PLC 是专为在工业环境下应用而设计的工业
计算机,其出现后就受到普遍重视,发展也十分迅速,在工业自动控制系统中占
有及其重要的地位。
本文介绍了基于 PLC 的变频恒压锅炉供水系统的构成和工作原理,论述了采
用多泵并联供水方案的合理性,分析了多泵供水方式的各种供水状态及转换条件,
给出了实现有效状态控制的电气设计方案和 PLC 控制程序设计方案。论文详细说
明了可编程逻辑控制器 PLC 在锅炉自动供水过程中的应用,PLC 实时控制,PLC
恒压供水控制可行性的设计,将会更有助于人们的学习和生活。
关键词:PLC,恒压供水,变频器
- 2 -
、
PLC CONTROL SYSTEM DESIGN OF
CONSTANT PRESSURE WATER SUPPLY BOILER
ABSTRACT
With the development of the times, PLC programmable logic controller is designed
for applications in industrial environments designed industrial computer, after the
emergence of universal importance, very rapid development of industrial automation
systems and play an important status.
This paper introduces the PLC based on the frequency of the constant pressure of the
boiler water supply system structure and working principle, on the parallel multi-pump
water supply program is reasonable, analysis of a number of ways a variety of water
pump the state water supply and conversion conditions, to out of state to achieve
effective control of the electrical design and PLC control program design. Paper details
the PLC programmable logic controller automatic water supply in the boiler in the
process of application, PLC real-time control, PLC control constant pressure water
supply feasibility of the design, will be more conducive to people's learning and living.
KEY WORDS: PLC, Constant Pressure of Water Supply, Inverter
-3-
目 录
第一章 绪论∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1
1.1 选题背景∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1
1.2 目的及意义∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1
1.3 自控系统方案论证∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2
第二章 PLC 的概述 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4
2.1 PLC 的产生 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4
2.2 PLC 的特点及应用 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4
2.3 PLC 的发展趋势 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙6
第三章 系统的理论分析及方案的确定∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8
3.1 变频恒压供水系统理论分析∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8
3.1.1 变频恒压供水系统节能原理∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8
3.1.2 变频恒压控制的理论模型 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙10
3. 2 变频恒压供水系统控制方案的确定∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙11
3.2.1 供水系统的控制流程 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙11
3.2.2 系统控制流程说明 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙15
3.2.3 供水系统中水泵切换条件分析∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙16
第四章 系统硬件设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙19
4.1 PLC 的选型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙19
4.2 S7-200 CPU224 PLC 特点 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙19
4.3 I/O 分量∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙19
4.4 变频器的技术参数 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙20
第五章 恒压供水系统设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙21
5.1 系统分析∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙21
5.2 系统控制的工艺要求∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙21
5.3 电器控制系统原理图∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙21
5.4 系统程序设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙23
结论∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙28
谢辞∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙29
参考文献∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙30
-4-
PLC 控制锅炉恒压供水系统设计
第一章 绪论
1.1 选题背景
随着国民经济的发展,社会对电能的需要正在不断地增大。生产的发展和人
民生活水平的提高使得用电结构发生了很大的变化,工业用电比例逐年下降,市
政用电比例逐年上升,电网日负荷曲线峰谷差日趋增大。很多电站锅炉由于用电
和用汽的随时变化而要进行调峰,所以低负荷运行时即使炉内稳燃问题能够得到
解决,锅炉水循环方面仍可能出现停滞、倒流、自由水位和传热恶化等问题,引
起水冷壁爆管事故的发生,对大机组电站锅炉的安全运行构成很大威胁。另外,
在锅炉运行时,锅炉火焰中心偏斜、结渣、低负荷运行,只投入部分燃烧器或单
侧送引风机运行等都会增大水冷壁之间的热偏差。汽包水位低到下降管不能正常
降水或汽包压力变化太快(气压上升时上升管产汽量减少或气压下降时下降管中的
水汽化)都会造成水循环失常,威胁锅炉的安全运行。
随着科学技术的发展,机组的定期维修必将被状态维修所代替,而状态维修
的关键是要了解机组的实时运行参数,以便为状态维修提供可靠的数据并保障锅
炉的安全运行。锅炉水循环的好坏直接关系到锅炉运行的安全性和可靠性。随着
电子计算机技术、信号采集技术和数据处理技术的迅猛发展,锅炉水循环运行状
态在线监测与报警系统的研制与开发成为可以实现的技术。因此,加强锅炉水循
环的实时监测,可以及时对影响水循环的重要参量进行分析,对有关性能指标进
行评估,对水循环故障进行预测预报、分析原因,并对现有锅炉进行有效的改造,
提高锅炉运行的可靠性,这对大型发电机组和供热机组具有十分重要的意义。
目前,大机组的锅炉正在大量广泛的被社会所应用,而外在水资源也进一步
被集中控制,这样,锅炉的供水就完全由水源的控制方决定,因此,供水控制系
统的控制精度是否准确、控制逻辑是否正确和保护功能是否可靠,将直接影响整
个锅炉机组系统的安全和经济运行。
1.2 目的及意义
-5-
自动供水系统是锅炉系统中的一个极为重要的组成部分,它通过各类仪表和
检测仪器,实现把外在水源连续、均匀地供给锅炉,然后供给锅炉各系统正常工
作,控制锅炉压力,保证锅炉生产能力及其安全,是锅炉系统的重要辅助设备。
保障锅炉工作的可靠性就是最大的经济性。以电厂 30 万千瓦机组的发电锅炉
为例,如果发生事故停炉一天,就少发电 720 万千瓦时。它的损失不仅是少发电,
还直接影响工农业生产,如果将后续损失也考虑进去,则 30 万千瓦机组锅炉停炉
一天所造成的总损失将超过 3000 万元,换句话说,停炉几天所造成的损失就相当
于建设电站的总投资。再者,现代大容量锅炉启停一次所多消耗的费用也是一个
相当可观的数字。
1.3 自控系统方案论证
20 世纪 20 年代起,人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻
辑关系连接起来组成控制系统,控制各种生产机械,这就是大家所熟悉的传统继
电接触器控制系统。由于它结构简单、容易掌握、价格便宜,在一定范围内能满
足控制要求,因而使用面甚广,在工业控制领域中一直占主导地位。
但是继电接触器控制系统有明显的缺点:设备体积大,可靠性差,动作速度慢,功
能少,难于实现较复杂的控制,特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统,接线
复杂,当生产工艺或对象需要改变时,原有的接线和控制盘(柜)就要更换,所以通
用性和灵活性较差。
到 20 世纪 60 年代,由于小型计算机的出现和大规模生产及多机群控的发展,
人们曾试图用小型计算机来实现工业控制的要求,但由于价格高,输入、输出电
路不匹配和编程技术复杂等原因,一直未能得到推广应用。
目前,大部分锅炉的控制系统采用基于单片机的控制器控制,取得了较好的控制
效果。但是,采用单片机控制系统,软件编程复杂,对操作人员要求较高,积木
式搭建的硬件可靠性较低,而且价格较贵。
PLC 是一种专门用于工业环境过程控制的数字运算操作的电子系统,是集自
动控制、计算机网络、通信等功能于一体的自动化装置,可靠性高、抗干扰能力
强、功能完善,具有编程简单、体积小、重量轻等特点。同时,利用变频器的各
种功能,方便实现了设备的复杂运行方式,辅之以 PLC 的控制,使控制回路简单
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