锅炉燃烧自动控制系统毕业研发设计

第1章前言1.1课题的背景和意义锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。

提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进行控制是一件具有深远意义的。

工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要解决生产效率与一致性问题。

虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。

目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

1.2 锅炉控制系统的总体流程根据设计要求将整个锅炉运行控制的全过程分成多个阶段：运行参数的初始化过程，在这个过程中调用系统启动的函数；燃烧室中燃烧器的控制过程；废液输送泵、酸碱液喷嘴、风机等执行机构的控制；通信过程；故障的处理过程；模拟量信号的采集过程。

锅炉燃烧自动控制系统流程图如图1-1所示。

PLC控制锅炉的工艺流程1.启动：按一定的时间间隔起燃。

起燃顺序是：燃油预热---间隔1分钟----送风，子火燃烧，母火燃烧-间隔5秒钟-----子火，母火同时关闭。

2.停止：停止燃烧时，要求：燃油预热关闭，喷油关闭，送风（将废气，杂质吹去）-------间隔20秒----送风停止（清炉停止)。

3.异常状况自动关火：燃油燃烧过程中，当出现异常状况时（即蒸汽压力超过允许值或水位超过上限，或水位低于下限），能自动关火进行清炉；异常状况消失后，又能自动按起燃程序重新点火起燃。

即：异常状况----燃油预热关闭，喷油关闭，送风----间隔20秒----清炉停止-----异常状况消失------起燃。

4.锅炉水位控制：锅炉工作启动后，当水位低于下限时，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。

图1-1锅炉燃烧自动控制系统流程图1.3 设计的主要工作通过PLC与上位机之间的通信对锅炉燃烧进行监控，把锅炉仪表上的信息及时进行采集，然后经过PLC进行数据和图象处理，再通过通信协议和串口通信端口把信息传送到上位机中，上位机把反映出来的数据和图象再与参数进行调适，并发送到PLC，PLC再对锅炉进行调节，达到及时监控的目的。

主要工作是对通信模块、通信协议、通信格式、通信端口、通信硬软件以及通信程序进行设计。

第2章通信模块设计2.1通信模式通信模块作为上位机和PLC交换数据的平台，具有十分重要的作用。

通信模块的设计主要包括几个方面：1、串口初始化。

串口初始化包括设置通信协议、输入输出缓冲区大小等内容。

2、数据的接收和发送以及校验。

上位机首先发出命令给PLC，PLC从串口输出缓冲区内接收数据，然后PLC自动发送一个响应帧，上位机检测到输入缓冲区的数据开始接收数据。

命令帧的格式为站号、读/写操作类型、发送数据、校验码、结束字符。

响应帧的格式为站号、接收数据、校验码、结束字符。

为了保证通信数据的正确性，上位机对接收到的数据需要进行校验，校验是通过一个BCC 校验函数来进行。

BCC校验码就是将要传送的字符串的ASCII码以字节为单位作异或运算，并将异或运算结果作为指令的一部分传送出去。

3、数据转换。

由于PLC在发送数据时，有些模拟量数据，如管网压力和电机转速，采用的是二进制的形式，在计算机接受到数据之后必须进行转换，方能正确显示。

4、错误处理和报警。

对于传输过程中可能出现的各种错误，需要采取相应的处理措施，不可恢复的严重错误必须报警5、BCC校验程序（Verify）将接收到的数据进行异或和校验通过对上位机和PLC之间的串行通信的方式以及接口标准的研究，确定了本控制系统中的通信子系统所使用的通信标准和接口。

通信协议是保证串行通信的稳定性和可靠性的重要环节。

通信模块能够准确、快速的完成通信任务，达到了预期的目标.2.2通信协议FX系列PLC与计算机的通信模式有两种:· PLC与计算机采用专有协议(dedicated protocol)通信，这种方式无须编写梯形图，计算机直接读写PLC;·PLC与计算机无协议通信，这种方式需要编写梯形图，并使用串行数据传送指令RS图2-1 无协议通信梯形图该指令为使用RS-232C及RS-485功能扩展板及特殊适配器进行发送接收串行数据的指令。

2.3通信格式通信格式设置D8120除了适用于RS指令外，还适用于计算机链接通信。

图2-2 通信格式链接RS指令收发信息的程序RS指令指定PLC发送数据的起始地址与元件数以及接收数据存储用起始地址与可以接收的最大数据字数。

图2-3 RS指令收发信息程序发送请求M8122：RS指令的驱动输入X010变为ON状态时，PLC就进入接收等待状态。

在接收等待状态或接收完成状态时，用脉冲指令置位M8122，就开始发送从D200开始的DO长度的数据，发送结束时M8122自动复位。

接收完成M8123：接收完成标志M8123 ON后，请先把接收数据传送到其他储存地址后，再对M8123进行复位。

M8123复位后，则再次进入接收等待状态。

M8123的复位如前面所述，请由程序执行。

RS指令的驱动输入X010进入ON状态后，可编程控制器变为接收等待状态。

用（DI）=0执行RS指令时，则M8123（执行完成标志）将不动作，也不进入接收等待状态。

从这个状态想成为接收等待状态，请使（DI）≥1之后，再对M8123进行ON→OFF操作。

该指令为使用RS-232C及RS-485功能模块及特殊适配器进行发送接收串行数据的指令。

数据的传送格式可以通过特殊数据寄存器设定。

RS指令驱动时，即使改变设定，实际上也不接受。

FX1S和FX2N PLC是采用半双工方式进行通信。

RX2N、FX2NC和FX2N PLC，都是采用全双工方式进行通信。

2.4 通信硬件描述PLC与PC机之间实现通道，可使二者互补功能上的不足，PLC用于控制方面，而PC机在图形显示、数据处理、打印报表以及中文显示等方面有很强的功能。

因此，各PLC制造厂家纷纷开发了适用于本公司的各种型号PLC与PC机通信的接口模块。

三菱公司开发的FX-232AW接口模块用于FX2系列PLC与计算机通信。

还有与以太网连接的接口模块AJ71E71、与MAP网连接的接口模块AJ71M51-S1、与FAIS MAP网连接的接口模块AJ71M51M1等。

不同的通信方式，有着不同的成本价格和不同的适用范围。

在此介绍一种通过PC机的RS-232口与PLC进行通信的实现方法。

FX2系列PLC的编程接口采用RS-422标准，而计算机的串行口采用RS-232标准。

因此，作为实现PLC计算机通信的接口电路，必须将RS-422标准转换成RS-232标准。

RS-232与RS-422标准在信号的传送、逻辑电平均不相同。

RS-232采用单端接收器和单端发送器，只用一根信号线来传送信息，并且根据该信号线上电平相对于公共的信号地电平的大小来决定逻辑的“1”（-3～-15V）和“0”（+3～+15V）；RS-422标准是一种以平衡方式传输的标准，即双端发送和双端接收，根据两条传输线之间的电位差值来决定逻辑状态。

RS-422电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载和接收器组成。

它通过平衡发送器和差动接收器将逻辑电平和电位差之间进行转换（+2V表示“0”，-2V表示“1”）选用MAXIM公司的MAX202实现RS-232与TTL之间的电平转换。

MAX202内部有电压倍增电路和转换电路，仅需+5V电源就可工作，使用十分方便；选用MAX490实现RS-485与TTL之间的转换。

每片MAX490有一对发送器/接收器，由于通信采用全双工方式，故需两片MAX490，另外只需外接4只电容即可。

将RS-232的RS、CS短接，这样对计算机发送数据来说，PLC总是处于就绪状态。

也就是说，计算机在任何时候都可以将数据送到PLC内。

又由于DR、ER交叉连接，因此，对计算机接收数据来说，必须等待至PLC处于准备就绪状态。

2.5 通信软件描述FX2系列PLC与计算机之间的通信采用RS-232标准，其传输速率固定为9600bps，数据以帧为单位发送和接收。

一个多字符帧由力所示的五部分组成，其中和校验值是将命令码ETX之间的的呢字符的ASCII码（十六进制数）相加，取得所得和的最低二位数。

STX和ETX分别表示该字符帧的起始标起和结束标志。

FX2系列与计算机之间的通信是以主机发出的初始命令，PLC对其作出响应的方式进行通信的。

共有0、1、7、8四种命令，上位机实现对PLC的读写和强行置位。

通过ENQ、ACK和NAK，上位机协调与PLC的通信应答。

图2-4 通信帧程序如传送的命令有错误，PLC返回NAK信号，本次操作失败，重新进行。

为了保证主机与PLC的通信准确无误，上位机也必须按通信协议进行和校。

如接收的信息有误，则重新读取。

如重复3次仍不行，则显示错误信息主机还可向PLC写数据，进行单点的强近置位和复位。

2.6 PLC与计算机的通信端口连接FX系列PLC的编程接口采用RS-422标准，而计算机的串行口采用RS-232C标准，因此采用接口模块FX-232AW将RS-422标准转换为RS-232C标准。

如图所示，计算机、PLC与FX-232AW之间采用反馈与交叉相结合的连接图引脚2、3:将引脚2、3交叉互连，使PLC与上位机之间能发送和接收数据。

引脚4、5:将引脚4、5反馈短接，对计算机发送数据来说，PLC总是处于数据准备就绪状态，计算机在任何时候都可以将数据送到PLC中。

引脚6、20:将引脚6、20交叉互连，对计算机来说就必须检测PLC是否处于准备就绪状态，即检测引脚6是否为高电平。

当引脚6为高电平时，表示PLC准备就绪，可以接收数据，这时计算机就可以向PLC发送数据了;反之，当引脚6为低电平时，PLC与计算机则不能通信。

在现场PC-PLC之间通信线路的设计中，对于PC与PLC之间距离较短的系统，常直接采用简单易用的RS-232来进行点到点的连接，而对于PC与PLC之间有着较长距离的通信，一般均采用RS-485链路协议进行总线多站形式的连接。

为了让所设计的协议能够透明地在这两种连接方式下使用，以使通信程序在应用上具有较高的灵活性，在所设计的协议中实现了简单的传输层功能，做到了将硬件接口方式与软件逻辑接口相独立。

在设计PC-PLC通信协议时，所要达到的基本目标是：①具有尽可能高的实时性；②具有高可靠性和稳定性；③具有传输层功能；④简单易用并具有可扩展性。