燃油鍋爐燃燒過程的PLC控制

1、目 錄目 錄I摘 要II1 PLC的概述11.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)11.2可編程控制器的工作原理22 鍋爐控制系統(tǒng)概況72.1燃油鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖72.2燃油鍋爐工作原理72.3控制要求83 總體方案的確定93.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較93.2 PLC控制系統(tǒng)與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較93.3控制系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)104 PLC的選型及硬件電路的設(shè)計(jì)124.1 I/O地址分配124.2設(shè)計(jì)PLC的外部接線124.3主控制電路的設(shè)計(jì)134.4外部電路設(shè)計(jì)、器件選擇135 軟件的設(shè)計(jì)155.1程序設(shè)計(jì)流程圖155.2梯形圖及基本邏輯指令編程156 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的抗干擾措施206

2、.1硬件抗干擾措施206.2軟件抗干擾措施227 總結(jié)與展望23致 謝24參考文獻(xiàn)25摘 要鍋爐是一次性能源煤炭石油天然氣轉(zhuǎn)換成二次能源蒸汽量的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國有各類工業(yè)鍋爐約25萬多臺。每年耗煤量占全國產(chǎn)量的1/3，同時(shí)還消耗大量的石油和天然氣。工業(yè)鍋爐是生產(chǎn)過程中重要的動(dòng)力設(shè)備。在石油化工領(lǐng)域，它的主要作用是向生產(chǎn)裝置提供所需要的合格蒸汽，其控制質(zhì)量的優(yōu)劣不僅關(guān)系到鍋爐自身運(yùn)行的效果，而且還將直接影響道相關(guān)裝置生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性?，F(xiàn)代燃油燃燒機(jī)多為自動(dòng)控制的燃燒機(jī)，一般采用工業(yè)程序控制器、火焰檢測器以及溫度傳感器等組成自動(dòng)控制系統(tǒng)。燃油鍋爐和建筑物自備發(fā)電機(jī)隨著城市發(fā)展

3、而越來越多地應(yīng)用。以前使用燃煤鍋爐由于其在燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的CO2和粉塵污染環(huán)境而逐漸被淘汰，相對應(yīng)的用燃油鍋爐來代替燃煤鍋爐已被廣泛用于賓館、大型商場等建筑。由PLC組成的燃油鍋爐控制系統(tǒng)適用于配用各種進(jìn)口及國產(chǎn)燃燒器的燃油鍋爐，對鍋爐實(shí)行全自動(dòng)控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測、指示、報(bào)警、調(diào)節(jié)等進(jìn)行控制。目前，自動(dòng)控制技術(shù)尤其是鍋爐控制技術(shù)在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用和要求。時(shí)滯效應(yīng)始終困擾著其實(shí)際應(yīng)用，為此人們發(fā)明了多種控制方法來解決時(shí)滯問題，例如比例控制方式、PID控制方式、模糊控制方式等。本文將針對一種燃油鍋爐控制方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，并設(shè)計(jì)一個(gè)用三菱系列的可編程序控制器（Progr

4、am Logic Control, PLC）對燃油鍋爐控制的項(xiàng)目。其控制過程主要是將采樣的數(shù)據(jù)通過可編程序控制器預(yù)先編好的程序進(jìn)行控制，通過觀測燃燒鍋爐加熱過程中的燃燒、水溫、壓力與水位等輸出，實(shí)現(xiàn)對燃油鍋爐加熱過程的自動(dòng)控制。本文介紹了一種利用PLC（FX）的燃油鍋爐控制，并且敘述了燃油鍋爐的基本原理、PLC的基本原理、PLC的工程設(shè)計(jì)步驟。并由PLC來控制燃油鍋爐的起動(dòng)、停止、出現(xiàn)異常情況時(shí)能暫停且異常情況消失后能自動(dòng)按起燃順序重新工作的；并且對硬件部分和軟件部分的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的說明。本設(shè)計(jì)可以對燃燒機(jī)燃燒 火焰狀況進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)，既可以單調(diào)油門、還可以油門聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行風(fēng)、油比例調(diào)整。具有手動(dòng)

5、/自動(dòng)控制功能，并能與計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。適用于各種工業(yè)鍋爐。適用燃料為：柴油、重油、渣油及各種氣體燃料，并可單燃油、單燃?xì)?、油氣混燃。關(guān)鍵詞：可編程序控制器 燃油鍋爐 控制系統(tǒng)1 PLC的概述1.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)PLC由中央處理單元、存儲器、輸入輸出單元、電源、編程器五部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)圖1）中央處理單元（簡稱CPU）CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收

6、并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。2）存儲器（RAM、ROM）存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器;存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器；存放工作數(shù)據(jù)的存儲器稱為數(shù)據(jù)存儲器。常用的存儲器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一種可進(jìn)行讀寫操作的隨機(jī)存儲器存放用戶程序，生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在RAM中的用戶程序可方便地修改。RAM存儲器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲器，可用鋰電池做備用電源。掉電時(shí)，可有效地

7、保持存儲的信息。EPROM、EEPROM都是只讀存儲器。用這些類型存儲器固化系統(tǒng)管理程序和應(yīng)用程序。3）輸入輸出單元（I/O單元）I/O單元實(shí)際上是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC輸入接口的輸入器件是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。PLC的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。4）電源PLC電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型

8、有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。5）編程器編程器是PLC的最重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。除此以外，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖纯捎脗€(gè)人計(jì)算機(jī)對PLC編程。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。1.2可編程控制器的工作原理最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的：l 繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制

9、線路的哪個(gè)位置上都會立即同時(shí)動(dòng)作。 l PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會動(dòng)作。 l 為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式-掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。 1）掃描技術(shù) 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入

10、采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，如圖2。 圖2 PLC的掃描周期圖輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的

11、順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面

12、的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。 比較下二個(gè)程序的異同： 程序1：程序2：這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣，但在PLC中執(zhí)行的過程卻不一樣。程序1只用一次掃描周期，就可完成對%M4的刷新； 程序2要用四次掃描周期，才能完成對%M4的刷新。這兩個(gè)例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果

13、與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對整個(gè)運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖3所示，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。圖3 PLC掃描過程組成圖2）PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。以上兩個(gè)主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)

14、時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長。所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時(shí)間。其最短的I/O響應(yīng)時(shí)間與最長的I/O響應(yīng)時(shí)間分別如圖4、圖5所示：最短I/O響應(yīng)時(shí)間：圖4 最短響應(yīng)時(shí)間圖最長I/O響應(yīng)時(shí)間：圖5 最長響應(yīng)時(shí)間圖2 鍋爐控制系統(tǒng)概況2.1燃油鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖燃油鍋爐控制系統(tǒng)是由PLC來控制燃油鍋爐的起動(dòng)、停止、出現(xiàn)異常情況時(shí)能暫停且異常情況消失后能自動(dòng)按起燃順序重新工作的。它是由燃油預(yù)熱器、噴油泵、噴油口、鼓風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火變壓器、瓦斯閥、壓力蒸汽開關(guān)、進(jìn)水閥、排水閥、上下水位開關(guān)等組成，如圖6所示。圖6 燃油鍋爐結(jié)構(gòu)示意

15、圖燃油經(jīng)燃油預(yù)熱器預(yù)熱，由噴油泵經(jīng)噴油口打入鍋爐進(jìn)行燃燒。燃燒時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)，噴油口噴油，點(diǎn)火變壓器接通（子火燃燒），瓦斯閥打開（母火燃燒），將燃油點(diǎn)燃，使燃燒持續(xù)。鍋爐的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水閥和排水閥執(zhí)行，上、下水位分別由上限、下限水位開關(guān)檢測，蒸汽壓力由蒸汽壓力開關(guān)檢測，蒸汽壓力由蒸汽壓力開關(guān)檢測。2.2燃油鍋爐工作原理 燃油鍋爐的工作原理就是鍋爐的燃料以柴油或重油為主通過電動(dòng)控制將和鍋爐爐體燃燒室連接的噴油嘴點(diǎn)燃。燃油鍋爐是利用燃油產(chǎn)生熱能來工作的,使燃油能達(dá)到全自動(dòng)燃燒的目的,必須使用燃油燃燒器,這個(gè)燃燒器有幾大部件組成,一是風(fēng)機(jī),產(chǎn)生足夠的氧氣助燃,二是油泵及油嘴,油泵與風(fēng)機(jī)電機(jī)聯(lián)動(dòng)

16、產(chǎn)生高壓油,約十二公斤每立方厘米,油嘴將此高壓油形成霧狀噴出,高壓包產(chǎn)生十千伏的高壓在點(diǎn)火電極產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃此油霧,正常的燃燒形成,其中還有一些附屬設(shè)備如電眼,用來監(jiān)控燃燒是否正常,電磁閥用來開閉油路,伺服馬達(dá)控制風(fēng)門的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量大小,程控盒做為燃燒器的大腦來控制所有部件按順序工作.2.3控制要求.啟動(dòng)：該鍋爐的燃燒按一定時(shí)間間隔順序起燃。其起燃順序?yàn)椋?停止：停止燃燒時(shí)，要求：.異常狀況自動(dòng)關(guān)火：鍋爐燃燒過程中，當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時(shí)（即蒸汽壓力超過允許值，或水位超過上限，或水位低于下限），能自動(dòng)關(guān)火進(jìn)行清爐；異常狀況消失后，又能自動(dòng)按起燃程序重新點(diǎn)火燃燒，即：.鍋爐水位控制：鍋爐工作啟動(dòng)后，

17、當(dāng)水位低于下限時(shí)，進(jìn)水閥打開，排水閥關(guān)閉。當(dāng)水位高于上限時(shí)，排水閥打開，進(jìn)水閥關(guān)閉。3 總體方案的確定3.1PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較1）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的相比，具有很高的性能價(jià)格比。可篇程序控制器可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 2）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連

18、接外部接線。PLC有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。 3）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。

19、對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 5）編程方法簡單 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。 做為工業(yè)鍋爐的控制，對控制的要求相當(dāng)嚴(yán)格，并且控制系統(tǒng)的抗干擾能力也顯得相當(dāng)重要。綜合上述三種方案，最終選擇采用PLC控制方案。3.2PLC控制系統(tǒng)與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比

20、較1）應(yīng)用范圍：微機(jī)除了用在控制領(lǐng)域外，還大量用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)通信等方面。而PLC主要應(yīng)用于工業(yè)控制。2）使用環(huán)境：微機(jī)對環(huán)境要求很高，一般要在干擾小，具有一定的溫度和濕度要求的機(jī)房內(nèi)使用。而PLC適用于工程現(xiàn)場的環(huán)境。3）輸入輸出：微機(jī)系統(tǒng)的I/O設(shè)備與主機(jī)之間采用微機(jī)聯(lián)系，一般不需要電氣隔離。而PLC一般控制強(qiáng)電設(shè)備，需要電氣隔離，輸入輸出均用“光-電”耦合，輸出還采用繼電器，晶閘管或大功率晶體管進(jìn)行功率放大。4）程序設(shè)計(jì)：微機(jī)具有豐富的程序設(shè)計(jì)語言，例如：匯編語言、FORTRAN語言、PASCAL語言、C語言等，其語句多，語法關(guān)系復(fù)雜，要求使用者必須具備一定水平的計(jì)算機(jī)硬件

21、和軟件的知識。而PLC提供給用戶的編程語句數(shù)量少，邏輯簡單，易于學(xué)習(xí)和掌握。5）系統(tǒng)功能：微機(jī)系統(tǒng)一般配有較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件，例如：操作系統(tǒng)，能進(jìn)行設(shè)備管理、文件管理、存儲器管理等。它還配有許多應(yīng)用軟件，以方便用戶。而PLC一般只有簡單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查，用戶的程序輸入和修改、用戶程序的執(zhí)行與監(jiān)視等功能。6）運(yùn)算速度和存儲容量：微機(jī)運(yùn)算速度快，一般為微秒級。因有大量的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，故存儲容量大。而PLC因接口的響應(yīng)速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速度。一般接口響應(yīng)速度為2ms，PLC的巡回檢查速度為每千字8ms。PLC的軟件少，編程簡短，故內(nèi)存量少。7）價(jià)格：微機(jī)是通用機(jī)，功能完善，故價(jià)格較高。

22、而PLC是專用機(jī)，功能較少，其價(jià)格是微機(jī)的十分之一。從以上幾個(gè)方面的比較可知：PLC是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用微機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，易于學(xué)習(xí)和掌握。價(jià)格也比一般的微機(jī)系統(tǒng)便宜。3.3控制系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)燃燒過程自動(dòng)控制系統(tǒng)的方案，與鍋爐的類型、運(yùn)行方式及控制要求有關(guān)，對不同的情況與要求，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案不一樣。將單元機(jī)組燃燒過程被控對象看作是一個(gè)多變量系統(tǒng)，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，充分考慮工程實(shí)際問題，既保證符合運(yùn)行人員的操作習(xí)慣，又要最大限度的實(shí)施燃燒優(yōu)化控制?？刂葡到y(tǒng)的總體框架如圖7圖7 單元機(jī)組燃燒過程控制原理圖P為機(jī)組負(fù)荷熱量信號?？刂葡到y(tǒng)包括：滑壓運(yùn)行主汽壓力設(shè)定值計(jì)算

23、模塊（由熱力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，再擬合成可用DCS折線功能塊實(shí)現(xiàn)的曲線）、負(fù)荷一送風(fēng)量模糊計(jì)算模塊、主蒸汽壓力控制系統(tǒng)和送、引風(fēng)控制系統(tǒng)等。主蒸汽壓力控制系統(tǒng)采用常規(guī)串級PID控制結(jié)構(gòu)。4 PLC的選型及硬件電路的設(shè)計(jì)4.1I/O地址分配根據(jù)控制要求，I/O通道地址分配如表1所示。表1 I/O地址分配輸入設(shè)備輸入點(diǎn)編號輸出設(shè)備輸出點(diǎn)編號啟動(dòng)按鈕X0燃油預(yù)熱Y0停止按鈕X1鼓風(fēng)機(jī)Y1蒸汽壓力檢測X2點(diǎn)火變壓器Y2水位上限檢測X3瓦斯閥Y3水位下限檢測X4噴油泵Y4報(bào)警響應(yīng)按鈕X5進(jìn)水閥Y5報(bào)警燈測試按鈕X6排水閥Y6報(bào)警復(fù)位按鈕X7報(bào)警Y7由上表可知，輸入有8點(diǎn),輸出8點(diǎn),I/O總數(shù)為16點(diǎn)?？紤]

24、適當(dāng)?shù)挠嗔?，則三菱公司FX2N系列機(jī)型FX2N-32MR-001滿足I/O總數(shù)，從而確定FX2N-32MR-001機(jī)型更為適合。FX2N-32MR-001基本參數(shù)：輸出類型：繼電器輸出；運(yùn)算控制方式：存儲程序反復(fù)運(yùn)算方式、中斷命令輸入輸出控制方式：批處理方式(執(zhí)行END指令時(shí))，但是有IO刷新指令程序語言：繼電器符號+步進(jìn)梯形圖方式(可用SFC表示)內(nèi)置存儲器容量：8 k步RAM(內(nèi)置鋰電池后備)，電池壽命約5年，使用RAM卡盒約3年運(yùn)算處理速度：基本指令008us指令，應(yīng)用指令l.52數(shù)100us指令電源：交流電源、24V直流輸入類型。內(nèi)置的24V、400mA直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感器

25、或其它元件。4.2設(shè)計(jì)PLC的外部接線正確選擇PLC對于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC，包括機(jī)型的選擇，容量的選擇，I/O模塊的選擇，電源模塊的選擇等。根據(jù)被控制對象系統(tǒng)的要求，及PLC的輸入量，輸出量的類型和點(diǎn)數(shù)，確定出PLC的型號和硬件配置。對于整體式PLC，應(yīng)該確定基本單元和擴(kuò)展單元的型號;對于模塊式PLC，應(yīng)確定框架(或基板)的型號，及所需模板的型號和數(shù)量。PLC硬件配置確定后，應(yīng)對I/O點(diǎn)進(jìn)行分配，確定外部輸入輸出元件與PLC的I/O點(diǎn)的連接關(guān)系，完成I/O點(diǎn)地址定義表。分配好與各輸入量和輸出量相對應(yīng)的元件后，設(shè)計(jì)出PLC的外部接線圖，其它部分的電路原

26、理圖，接線圖和安裝所需要圖紙，以便進(jìn)行硬件裝配。具體設(shè)計(jì)如下。4.3主控制電路的設(shè)計(jì)圖8 主控制系統(tǒng)外部接線圖4.4外部電路設(shè)計(jì)、器件選擇1)按鈕開關(guān)SB按鈕開關(guān)是一種結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛的手動(dòng)主令電器，用以接通或斷開控制回路中的電流，在控制電路中發(fā)出手動(dòng)指令遠(yuǎn)距離控制其他電器，再由其他電器去控制主電路或轉(zhuǎn)移各種信號，也可以直接用來轉(zhuǎn)換信號電路和電器聯(lián)鎖電路等。2)選擇開關(guān)選擇開關(guān)是由多組相同結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件疊裝而成，可以控制多回路的一種主令電器，它由操作機(jī)構(gòu)、定位裝置和觸點(diǎn)三部分組成。3)續(xù)流二極管PLC的輸入端或輸出輸出常常接有感性元件。如果是直流感性元件，應(yīng)在其兩端并聯(lián)續(xù)流二極管；如果是交流

27、元件，應(yīng)在其兩端并聯(lián)阻容電路（也稱滅弧罩，有系列產(chǎn)品可供選擇）。從而抑制電路斷開時(shí)產(chǎn)生的電弧對PLC內(nèi)部輸入、輸出元件的影響。其工作原理是：正常通電時(shí)，電源電壓為正，二極管不通，當(dāng)電源斷開，電壓變負(fù)時(shí)，負(fù)載上產(chǎn)生很大的反電動(dòng)勢，并聯(lián)二極管可使負(fù)載間的電壓等于二極管管壓降，接近于零這樣電路中總的電壓的變化將會很少，就不易產(chǎn)生弧光，從而起到保護(hù)負(fù)載的作用。4)熔斷器熔斷器是一種用于過載與短路保護(hù)的電器，當(dāng)超出限定值的電流通過熔斷器的熔體是將其熔化而分?jǐn)嚯娐贰＞哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，獲得廣泛的使用。其工作原理是：熔斷器接入電路時(shí)，熔體是串接在電路中，負(fù)載電流流經(jīng)熔體，

28、由于電流的熱效應(yīng)使溫度上升，當(dāng)電路發(fā)生過載或短路時(shí)，電流大于熔體允許的正常發(fā)熱電流，使熔體溫度急劇上升，超過其熔點(diǎn)而熔斷，將電路切斷，有效保護(hù)電路和設(shè)備。5)時(shí)間繼電器時(shí)間繼電器可分為空氣式時(shí)間繼電器，電子式時(shí)間繼電器，數(shù)字式時(shí)間繼電器，但在交流電路中常采用空氣式時(shí)間繼電器，它是利用空氣阻尼作用而達(dá)到動(dòng)作延時(shí)的目的。其工作原理是：當(dāng)吸引線圈通電后就將動(dòng)鐵心吸下，使動(dòng)鐵心與活塞桿之間有一段距離，在釋放彈簧的作用下，活塞桿就向下移動(dòng)，在傘形活塞的表面固定有一屋橡皮膜，因此當(dāng)活塞身下移動(dòng)時(shí)，在膜上面造成空氣稀薄的空間，活塞受到下面空氣的壓力，不能迅速下移，當(dāng)空氣由進(jìn)氣孔進(jìn)入時(shí)，活塞才逐漸下移，移動(dòng)到

29、最后位置時(shí)，杠桿使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作。6)熱繼電器熱繼電器是利用測量元件被加熱到一定程度而動(dòng)作的一種繼電器。熱繼電器的測量元件通常用雙金屬片，它是由主動(dòng)層和被動(dòng)層組成的。主動(dòng)層材料采用較高膨脹系數(shù)的鐵鎳鉻合金，被動(dòng)層材料采用膨脹系數(shù)很小的鐵鎳鉻合金。主動(dòng)層和被動(dòng)層可采用熱和壓力使其結(jié)合成雙金屬片，也可采用冷結(jié)合。因此雙金屬片在受熱后將被動(dòng)層方向彎曲。5 軟件的設(shè)計(jì)5.1程序設(shè)計(jì)流程圖圖9 程序設(shè)計(jì)流程圖5.2梯形圖及基本邏輯指令編程1)根據(jù)控制要求用基本邏輯指令編制的梯形圖如圖10所示。圖10 燃油鍋爐用基本邏輯指令編制的梯形圖2)基本邏輯指令編程LD X0OR M0ANI X1OUT M0LD M

30、0ANI X2ANI X3AND X4OUT M1LD M1OUT Y0OUT T0 K60AND T0OUT M2LD M2OR M3OUT Y1ANI M3OUT T1 K5ANI T2OUT Y2OUT Y3LD T1OUT Y4OUT T2 K5LD X1OR X2OR X3OR X4OR M3OUT T3 K20ANI T3OUT M3MC M0LDI X4OR Y5ANI X3OUT Y5LD X3OR Y6AND X4OUT Y6MCR M03)報(bào)警電路及其置位和復(fù)位報(bào)警電路：輸入點(diǎn)M3為報(bào)警輸入，即M3=ON要求報(bào)警。輸出Y10為報(bào)警燈，Y11為報(bào)警蜂鳴器。輸入X5為報(bào)警響應(yīng)。

31、X5接通后Y10報(bào)警燈從閃爍變?yōu)槌Ａ?，同時(shí)Y11報(bào)警蜂鳴器關(guān)閉。輸入X6為報(bào)警燈的測試信號輸入。X6接通則Y10接通。定時(shí)器T4和定時(shí)器T5構(gòu)成震蕩電路，實(shí)現(xiàn)每0.5s的OFF，0.5s的ON，并且重復(fù)。(a) 梯形圖LD M3ANI T5OUT T4K5LD T4OUT T5 K5LD T4OR M4 AND M3OR X6AND M3LD M3ANI M4OUT Y11（b）語句表置位：若M3和X5同時(shí)接通1s以上，則S900置1。S900置1后，即使M3和X5變?yōu)镺FF，S900仍保持為1，而定時(shí)器則被復(fù)位。若M3和X5接容不滿1s而又再OFF，則定時(shí)器復(fù)位。復(fù)位：當(dāng)X7接通時(shí)，信號報(bào)警

32、器S900S999中被置1的報(bào)警器復(fù)位。若同時(shí)有多個(gè)報(bào)警器被置1，則將元件號最低的那個(gè)報(bào)警器復(fù)位。當(dāng)X7再次接通時(shí)，下一個(gè)被置1的報(bào)警器復(fù)位。若采用連續(xù)執(zhí)行型指令A(yù)NR，則按掃描周期依次逐個(gè)的將報(bào)警器復(fù)位。6 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的抗干擾措施PLC受到的干擾可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境下，外部干擾是隨機(jī)的，與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，且干擾源是無法消除的，只能針對具體情況加以限制；內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要通過系統(tǒng)內(nèi)交流主電路，模擬量輸入信號等引起，可合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)線路來削弱和抑制內(nèi)部干擾和防止外部干擾。要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，就要從多方面提高系統(tǒng)的抗干擾能力。6.1硬件抗干擾措施1)PL

33、C控制系統(tǒng)的安裝和使用環(huán)境PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。但是在PLC控制系統(tǒng)中，如果環(huán)境過于惡劣，或安裝使用不當(dāng)，會降低系統(tǒng)的可靠性。PLC使用環(huán)境溫度通常在0 55范圍內(nèi)，應(yīng)避免太陽光直接照射，安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的器件，同時(shí)應(yīng)保證有足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件。環(huán)境濕度一般應(yīng)小于85%，以保證PLC有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的場合，需將PLC封閉安裝。此外，如果PLC安裝位置有強(qiáng)烈的振動(dòng)源，系統(tǒng)的可靠性也會降低，所以應(yīng)采取相應(yīng)的減振措施。2)PLC的電源與接地PLC本身的抗干擾能力一般都很強(qiáng)。通常，只能將PLC的電源與系統(tǒng)的

34、動(dòng)力設(shè)備電源分開配線，對于電源線來的干擾，一般都有足夠強(qiáng)的抑制能力。但是，如果遇上特殊情況，電源干擾特別嚴(yán)重，可加接一個(gè)帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設(shè)備與地之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。如果一個(gè)系統(tǒng)中含有擴(kuò)展單元，則其電源必須與基本單元共用一個(gè)開關(guān)控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時(shí)進(jìn)行。良好的接地是保證PLC安全可靠運(yùn)行的重要條件。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接專用地線，并且接地點(diǎn)要與其它設(shè)備分開。若達(dá)不到這種要求，也可采用公共接地方式。但是禁止采用串聯(lián)接地方式，因?yàn)樗鼤垢髟O(shè)備間產(chǎn)生電位差而引入干擾。此外，接地線要足夠粗，接地電阻要小，接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC 。

35、接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗干擾的重要措施之一。接地在消除干擾上起很大的作用。這里的接地是指決定系統(tǒng)電位的地，而不是信號系統(tǒng)歸路的接地。在PLC控制系統(tǒng)中有許多懸浮的金屬架，它們是懼空中干擾的空中線，需要有決定電位的地線。交流地是PLC控制系統(tǒng)供電所必需的，它通過變壓器中心點(diǎn)構(gòu)成供電兩條回路之一。這條回路上的電流、各種諧波電流等是個(gè)嚴(yán)重的干擾源。因此交流地線、直流地線、模擬地和數(shù)字地等必須分開。數(shù)字地和模擬地的共點(diǎn)地最好置懸浮方式。地線各點(diǎn)之間的電位差盡可能小，盡量加粗地線，有條件可采用環(huán)形地線。系統(tǒng)地端子(LG)是抗干擾的中性端子，

36、通常不需要接地，可是，當(dāng)電磁干擾比較嚴(yán)重時(shí)，這個(gè)端子需與接大地的端子(GR)連接。3) PLC的輸入、輸出設(shè)備輸入電路是PLC接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號的端口，其元器件質(zhì)量的優(yōu)劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。以開關(guān)量輸入為例，按鈕、行程開關(guān)的觸點(diǎn)接觸要保持在良好狀態(tài)，接線要牢固可靠。機(jī)械限位開關(guān)是容易產(chǎn)生故障的元件，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開關(guān)代替機(jī)械限位開關(guān)。此外，按鈕觸點(diǎn)的選擇也影響到系統(tǒng)的可靠性。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)盡量選用可靠性高的元器件，對于模擬量輸入信號來說，常用的有420mA、020mA直流電流信號；05V、010V直流電壓信號，電源為直流24V。對

37、于開關(guān)量輸出來說，PLC的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，具體選擇哪種形式的輸出應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求來決定，選擇不當(dāng)會使系統(tǒng)可靠性降低，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。如晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。此外，PLC的輸出端子帶負(fù)載能力是有限的，如果超過了規(guī)定的最大限值，必須外接繼電器或接觸器，才能正常工作。外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件的質(zhì)量，是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機(jī)械故障造成觸點(diǎn)不動(dòng)或接觸不良。這一方面可以通過選用高質(zhì)量的元器件來提高可靠性，另一方面，在對系統(tǒng)可靠性及智能化要求較高的場合，可以根據(jù)電路中電流異常的情況對輸出單元

38、的一些重點(diǎn)部位進(jìn)行診斷，當(dāng)檢測到異常信號時(shí)，系統(tǒng)按程序自動(dòng)轉(zhuǎn)入故障處理，從而提高系統(tǒng)工作的可靠性。若PLC輸出端子接有感性元件，則應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以保護(hù)PLC的輸出觸點(diǎn)。為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出應(yīng)分別使用各自的電纜；對于集成電路或晶體管設(shè)備的輸入、輸出信號線、必須使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)懸空，而在控制側(cè)接地。6.2軟件抗干擾措施硬件抗干擾措施的目的是盡可能地切斷干擾進(jìn)入控制系統(tǒng)，但由于干擾存在的隨機(jī)性，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，硬件抗干擾措施并不能將各種干擾完全拒之門外，這時(shí)，可以發(fā)揮軟件的靈活性與硬件措施相結(jié)合來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。1

39、)利用"看門狗"方法對系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們來設(shè)計(jì)一些程序，可以屏蔽輸入元件的誤信號，防止輸出元件的誤動(dòng)作。在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，可以利用"看門狗"方法實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)各組成部分運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。如用PLC控制某一運(yùn)動(dòng)部件時(shí)，編程時(shí)可定義一個(gè)定時(shí)器作"看門狗"用，對運(yùn)動(dòng)部件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。定時(shí)器的設(shè)定值，為運(yùn)動(dòng)部件所需要的最大可能時(shí)間。在發(fā)出該部件的動(dòng)作指令時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)"看門狗"定時(shí)器。若運(yùn)動(dòng)部件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到指定位置，發(fā)出一個(gè)動(dòng)作完成信號，使定時(shí)器清零，說明監(jiān)控對象工作正常；否則，說明監(jiān)控對象工作不正常，發(fā)出報(bào)警或停止工作信號。2)消抖在振動(dòng)環(huán)境中，行程開關(guān)或按鈕常常會因?yàn)槎秳?dòng)而發(fā)出誤信號，一般的抖動(dòng)時(shí)間都比較短，針對抖動(dòng)