锅炉的PLC设计讲解

总体框图

锅炉系统示意图

燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定汽温的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为PM的过热蒸汽，经负荷设备调节阀供给生产负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后引风机送往烟囱，排入大气。

启动停止

硬件主电路图

1）主回路中交流接触器KM1、KM2与KM4、KM5、KM6、KM7分别控制点火枪电机M5正转和反转、油泵电动机M4、鼓风机电动机M3、水泵电动机M1和引风机电机M2；

2）所有电机由热继电器FR1实现过载保护；

3）QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便；

4）水泵电机M1、引风机M2和鼓风机M3、油泵电机M4由变频器MM440控制，由变频器实现软启动和调速，对电机有保护功能。

控制电路部分

变频调速的基本原理

在工业生产过程中，工件的生产需要电动机的拖动来满足工艺的制造要求。三相交流电动机以其体积小、重量轻、运行稳定以及价格低廉等优点，尤其在机械制造的电力传动中应用最为普遍。但是交流电动机不像直流电动机那样，可以

很方便地进行对电机调速，其调速问题一直以来就比较困难。经过多年的研究和发展，出现了许多交流电动机的调速方式，如：异步电动机的定子电压调速、转子串电阻调速、串级调速、变级调速等。目前，应用最广泛、效果最好的调速方式是变频调速，变频技术的发展使得交流电动机的调速难的问题得以很好的解决。

根据电动机的拖动原理可知，交流异步电机的转速公式为：

)s 1(p

π2ω60=

)s 1(p

f 60=

n 1

(1) 式中：

f —定子电源频率；

1ω—相应的角频率；

p —异步电机的磁极对数；

s —电动机的转差率。

11/)(/)(ωωω-=-=s s s n n n n (2)

式中：

s n —异步电机的同步转速；

ω—固有角频率。

p p f n s ⋅==πω2/60/6011 (3)

由式(1)、(2)、(3)可以看出，如果改变输入到异步电机定子绕组的电源频率1f ，就可以改变异步电动机的同步转速s n 和转子转速n 。有电机学理论可知，交流异步电动机的转速n 总是小于同步转速s n ，而且它是随着同步转速的变化而变化的。当电源频率1f 增加时，同步转速s n 增加，交流异步电机的实际转速n 也增加。反之，当电源频率1f 降低，同步转速s n 降低，交流异步电机的实际转速n 也就降低。这种通过改变电源频率来改变交流电动机转速的调速方式称为变频调速【7】。

交—直—交变频器是应用最多的一种变频器，由主电路和控制电路组成，主电路又包括整流器、中间直流环节和逆变器，其基本构成如图3.4所示。

图3.4 交—直—交变频器的基本构成

控制电路通常由运算电路、检测电路以及控制信号的输入输出电路和驱动电路等构成。控制电路完成对逆变器的开关控制和频率控制、对整流器的电压控制，

并解决电压控制与频率控制的协调问题，同时完成各种保护功能等【9】。

补水泵控制部分

在硬件系统中，采用1台带有变频器的电机与普通电机，其中带有变频器的水泵电机有变频/工频两种工作状态，通过两个接触器与工频电源和变频输出电源相连，变频器输入电源前面接入一个空气开关，来实现电机，变频器的接通，空气开关的容量依据电机的额定电流来确定，所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择

在控制电路的设计中，首先要考虑弱电和强电之间的隔离的问题，在整个控制系统中，所有的控制电机，阀门接触器的动作，都是按照按照PLC的程序逻辑来完成的。

为了保护，PLC输出端口并不是直接和交流接触器连接，而是通过中间继电器去控制电机或都阀六的动作，在PLC输出端口和接触器之间引入中间继电器，其目的是为了实现系统中的强电和弱电之间的隔离，保护系统延长系统的使用寿命，增加系统工作的可靠性。

蒸汽压力控制部分

（1）控制系统总体框图

蒸汽压力电气控制系统的总体框图如图3.5所示，PLC作为核心控制器，通过各类传感器的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制。

（2）工作过程

1）测量蒸汽压力的高低；

2）采集压力传感器反馈的信号，将该传感器输出的模拟信号转换成PLC可以处理的数字信号；

3）PLC根据压力反馈值，以及变频器输出频率，对模拟量进行数据处理。

4）在PLC中，数据经计算后，产生控制信号，来实现对驱动器的控制。

I/O分配表

PLC连接示意图

为了根据锅炉控制方式与输入/输出点数多少来确定PLC的机型。在本系统

中，CPU是整个电气控制系统的核心，完成所有的电气功能，包括信息处理、数据显示、报警等。在本设计中PLC的输入点为14，输出为17。考虑余量后选用西门子公司S7200-CPU226，要再加入扩展模块EM223DC/RELAY。CPU226模块的I/O点数为40点。其中输入点数为24点，输出点数为16点。扩展模块EM223中输入点数为7，输出点数为7。满足设计的要求

元器件的选用

控制流程图