基于PLC的锅炉控制系统设计

收藏关注不迷路文末获取源码数据库感兴趣的可以先收藏起来还有大家在毕设选题免费咨询指导选题项目以及论文编写等相关问题都可以给我留言咨询希望帮助更多的人文章目录一、摘要二、总体设计方案三、PID算法的应用四、 软件系统设计五 、系统效果六 、目录一、摘要由于当前国民经济和科学技术的高速发展,人民的生活也日益离不开锅炉的电能和供暖系统,从长期考虑,目前我们的能源消费大部分还是以煤炭为主,而锅炉系统所耗费的煤炭资源则更多,大概是全国原煤总量的1/3。而且当前的锅炉系统智能化水平也不高,且污染比较严重,单靠手工操作也无法变为现实,所以要进一步提高锅炉系统智能化水平,使用基于PLC的锅炉控制器就变得更加关键了,这对同时解放人工作业等繁琐过程,有着重要的意义。因此本文将以锅炉系统自动控制原理为出发点,设计基于MCGS监控软件的锅炉控制器系统,它一般由双部分构成:上位机、下位机。本设计主体控制器的模拟量为汽包液位、蒸汽水温、锅炉负压,采用PID作为控制器对PLC的辅助计算,使其连续不断地调整锅炉控制器的参数,使锅炉控制器设定得更加精确、方便。下位机一般为S7-200PLC,变频器V20和扩展模块为EM235、,同时设定了给风泵、去渣机、炉排机、鼓机组、引风机电路线,并根据控制变频器的频率调节电动机的工作速度。通过STEP7MicroWIN编程软件可以进行不同控制器之前的通信。上位机可以通过MCGS组态管理软件完成实时监测,并利用按键监控电动机的开启与停机,同时加入了报警信号以及实时曲线与实时报表功能。上下位机通过现场总线完成数据交换。整个系统安装维修简单,工作平稳、安全可靠、人机界面良好。二、总体设计方案基于MCGS技术的锅炉控制器的结构总体设计见图2.1,系统采用PID算法对汽包的自动控制、锅炉负荷标准偏差、以及蒸汽控制仿真量实现综合监控,将这些模拟变量利用A/D切换功能进入到高低功率机PLC中,再利用MCGS的组态程序对控制量进行跟踪,通过PLC将各个变乐器量相连接,从而通过调节炉排泵、给热水泵、引风泵、鼓风泵等的控制完成了对锅炉状态的综合监控,同时在系统中加入了告警功能来监测锅炉在工作环境中的非正常情况,以防止参数设置超出量程范围,从而保障了锅炉和运行系统的安全性。图2.2 锅炉系统总体设计方案三、PID算法的应用3.1 PID算法介绍PID:即比例§面积(I)微分(D)控制器。PID系统已应用于各个行业,PID算法也是一种闭环控制系统,它主要应用单输入单输出的自动控制中,PID算法的控制原理图如图3.1。输出量的C(t)(比如液位、温度、压力)是系统控制的模拟量,通过被测元件(比如变送器、传感器)转换成系统中可接收的直流电压或直流电流信号,对信号进行A/D变换后发送至PLC中。控制系统将给定的和实际输出数值的差额E(t)作为PID算法的输入值,E(t)经过D/A转化后,变成直流电压或直流电流信号U(t),同时U(t)又成为受控对象的信号值,从而实现了PID算法的整个控制过程。图3.1 PID控制系统原理图3.2 液位模拟量控制汽包液位高度为本设计最重要的控制参数,为了达到实验条件的循环供水效果和提升系统的控制精度,通过反馈自动控制系统,汽包液位高度控制系统流程图如图3.2。水位传感器将系统水位给定数值和实际输出数值之间的差额,通过A/D变换输入到PLC中,再通过D/A变换将模拟水量输入到变频器中,再通过控制变乐器的方式来控制给水泵的速度,并以此进行对汽包水位高度的控制,在控制过程中必须控制好汽包的高度,在控制时的自动控制量不得过低也不得过高,为了确保高温锅炉系统工作的安全性,在系统设计中将汽包高度自动控制的量程设定在10~40ml。四、 软件系统设计锅炉温度的汽包液位、蒸气温度、炉膛出口负压参数,分别是利用给水泵、炉排机、鼓风机电机的工作速度快慢进行调节的,这样就可以说明,三种仿真量的控制机理基本一致,实现了其中一路的直接控制,另外二路也可类推地写出,因此下面只介绍了给水泵的控制梯状图。网络1:当按下开机按键I0.0,M0.0有电,同时M0.0常开触点闭合,这时给水泵开机并实现自锁。当按下停止按键I零点一后,M0.0失电,将M0.0接点切断,实现了给水泵的中断,给水泵也终止了工作。网络2:通过转动转换开关SA1,I0.2得电,M0.1接通,此时再通过工变转换开关与变频回路连接,变频回路利用感应器对自动控制进行实时监测,从而产生反馈,并利用PID算法调节转速,将液位高度限制在可变范围内,以至于不产生报警信号。所以工频回路主要是作为变频系统的辅助回路,确保锅炉安全工作。网络为3、4:当M0.0得电时,M0.0的常开触点闭合,将双电源自动开关打到变频线路上,Q0.0得电,给水泵变频工作,并且将Q0.0常关接点断开,实现了工频回路的中断;当M0.1失电后,给水泵工频运行回路接通,给水泵以工作频率正常运行,并且将Q0.1的常开触点断开,实现了工频回路中断。而将Q0.0、Q0.1串联到对方回路里也是为了实现互锁工作,以实现给水泵工频、变频的正常工作。网络5:给水泵在变频运转中必须使用子计划,给水泵在工频运转中则不必须使用子计划。五 、系统效果六 、目录目 录第1章 绪论 11.1 发展背景 11.2 国内外研究现状 21.3 锅炉基本结构 41.4 工艺流程 5第2章 控制方案 52.1 自动控制理论 72.2 总体设计方案 7第3章 PID算法的应用 93.1 PID算法介绍 93.2 液位模拟量控制 93.3 温度模拟量控制 103.4 压力模拟量控制 10第4章 硬件设计 124.1 下位机介绍 124.1.1 PLC选型 124.1.2 变频器选型 124.2 I/O分配 134.3 外部接线示意图 144.4 电气接线图 154.4.1 给水泵电气控制图 154.4.2 炉排机、除渣机电气接线图 164.4.3 鼓风机、引风机电气接线图 18第5章 软件设计 205.1 STEP7 MicroWin软件 205.2 程序流程 205.3 主程序 215.4 子程序 235.5 中断程序 24第6章 监控软件设计 276.1 MCGS组态软件介绍 276.2 界面设计 276.3 下载工程 296.4 组态运行 306.5 实时曲线 316.6 实时报表 33总 结 36参考文献 37致 谢 38附录 39