机电一体化毕业设计（论文）4吨锅炉自动控制

1、西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 4吨锅炉自动控制 所属系部： 航空工程及自动化指导老师： 职 称： 讲师 学生姓名： 班级、学号: 041027-19专 业： 机电一体化西安航空职业技术学院制2007年5 月8日西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书题目： 4吨锅炉自动控制任务与要求： 根据给出的6台电机参数设计锅炉的温度、水位自动控制过程，绘制电气控制图和plc梯形图，并按规格编写说明书。时间： 2007 年 3 月 1日 至 2007 年 5 月 8 日 共 8 周所属系部： 航空工程及自动化学生姓名： 郭生辉 学 号：041027-19专业： 机电一体化指导

2、单位或教研室： 机电一体化调研室指导教师： 梁洪洁 职 称： 讲师西安航空职业技术学院制2007年 5 月 8 日毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。前 言在生产过程中，科学研究和其它领域中，电气控制技术的应用都是十分广泛的。在机械设备的控制中，电气控制亦比其它的控制方法使用的更为普遍。随着科学技术日新月异的发展，特别是大规模的集成电路的问世和微处理机的应用，出现了可编程控制器（plc），使电气控制技术进入了一个崭新的阶段。本论文的总目标是让读者了解、掌握电气控制和在锅炉自动控

3、制中的原理和应用，改变人们潜意识里锅炉就是又黑又脏的印象，全新的认识自动化锅炉。让人们对自动控制有更多的了解，的在科学技术高速发展的今天，不会被社会淘汰，始终做在社会的最前端。本论文在编写上力求突出针对性，使用性和先进性，叙述方法简单明了、主次分明、详略得当，尽可能体现出说明书的特点，让读者轻松理解。本书在编写过程中的到了学校老师的指导并提供大量的资料，在此表示衷心的感谢。由于编者的水平有限，加之时间仓促，书中疏漏或不妥支出，恳请读者批评指正。摘 要本论文主要阐述了4吨锅炉的工作原理和自动控制，分别设计出电气控制原理图及plc控制梯形图。详细讲述了整个设计的过程，在讲述中穿插了一些图表帮助理解

4、让读者了解锅炉的电气控制和可编程控制原理,有本论文先介绍锅炉设计的构思，接着根据已知参数选取元器件绘制电气控制原理图并对有详细的讲解，再把电气原理图转化为plc的梯形图，包括对可编程控制器的选取。尽量使设计简单能节省材料，节约能源，还考虑环保等因素。关键词 工作原理 电气控制 plc控制abstractthe present paper mainly elaborated 4 tons boilers principles of work and the automatic control, separately design the electricity control scheme an

5、d plc controls the trapezoidal chart. indetail narrated entire design process, alternated some graph help under standing in the narration to let the reader understand the boiler the electrical control and the programmable control principle, had the present paper first to introduce the boiler designe

6、d the idea, was meeting the basis known parameter selection primary device plane lectri city control scheme and to has the detailed explanation, then the electric appliance schematic diagram transformation was the plc trapezoidal chart, including to programmable controller selection. causes to desig

7、n jan as far as possible to save the material, saves the energy, but also considers factor and so on environment alprotection.keywords: principle , electrical control , plc control 目 录前言 摘要 1 锅炉的电气控制原理11.1 技术要求11.2 锅炉工作原理11.3 元件选取21.3.1 电动机.21.3.2 电路元件.21.3.3 传感器.31.4 电气原理图31.4.1 主电路31.4.2 控制电路62 锅炉

8、plc控制.82.1 plc简介8 2.2 锅炉plc控制的特点92.3 plc选择与梯形图 10结束语.12谢辞.13参考文献.141 电气控制原理1.1技术要求1 本设备共六台电动机，各电动机均有指示灯（6.3 v）2 除上煤机正反转外，其他电机均为单向运行，炉排电机为三角/星形双速电机。3 锅炉水位可自动控制（手动、自动）（1） 水位自动控制，正常水位指示（2） 高低水位要显示，并有报警、消音装置4 锅炉中的水能自动保温5 用plc实现6 电机容量：鼓风机 3kw，4极。 出渣机 2.2kw，4极。炉排电机 三角/星形 0.8/1.5kw，4/2极。上煤机 1.1kw，4极；0.8kw，

9、4极。 水泵电机7.5kw，4极 。1.2锅炉工作原理1上煤机 上煤机用到两台电机，分别为水平和竖直方向上的送煤，水平送煤电机把煤从煤堆运到锅炉下，把煤倒入竖直送煤的煤斗中，再由竖直方向的煤斗把煤运到锅炉的煤斗里，完成上煤过程。两台电动机的正反转完成上煤的往复运动，使其自动运行用形成开关控制，由于水平运煤耗时长，所以用水平运行的作为上煤的总控制。卸煤过程可用延时继电器控制时间，给一定的时间完成卸煤。2. 炉排电机 炉排电机为为三角/星形双速电机，可通过高低速调整炉膛中的火位，节约燃料。炉排是由很多紧密连接的铁链条构成的类似传送带，电机控制传送的速度。3. 鼓风机，出渣机 在炉排的铁链条中有很多

10、的小孔，鼓风机吹出风由小孔进入炉膛。炉膛出来的炉渣先会落入水槽中侵湿，避免灰尘污染。出渣机类似炉排，通过链式传送带把炉渣排出。4水位控制 水的补给由水泵上水，水位到达上水位的显示和水泵的控制是由电极原理控制的。在水箱底部装有一个负电极0，在水箱的上极限、上限、下限、下极限分别装有4个正电极5、4、3、2，在下极限下方装有一个正电极1，锅炉中的水作为连通正负电极的导体。随着水位的上升，高位的接通使低位断开。当水位低于下限时电机工作，当水位过限时电机停止工作。当水位低于下极限或高于上极限都会出现报警。报警的发生是电极控制的自动部分出现了故障，所以为避免自动环节发生故障导致事故，同时还要安装手动装置

11、。每个正电极和负极接通都有对应的一盏灯来显示水位。5. 自动保温锅炉中的水温不能没有限制，温度过高可能会出现危险事故，温度也不能太低，温度低水不开。风决定着煤燃烧的快慢，所以对温度进行控制，可以通过鼓风机的来实现。一百度做为上限，当温度到达一百度鼓风机停止运行，当温度低于一百度一定时鼓风机启动。用温度传感器来控制鼓风机。1.3 元件选取1.3.1 电动机根据要求中各电机的功率和极数，可查y系列三相异步电动机型号规格表，得到电机型号和参数如表1-1所示。表1-1y系列三相异步电动机型号规格名称型号额定功率转速电流效率功率因数鼓风机y100l2-33kw1430r/min6.82a82.5%0.8

12、1出渣机y100l1-42.2kw1430 r/min5.03a81%0.82上煤机y90s-41.1kw1400 r/min2.75a78%0.78上煤机y802-40.8kw1430 r/min2.01a74.5%0.76炉排电机y90l-41.5kw1400 r/min3.65a79%0.79水泵电机y132m-47.5kw1440 r/min15.4a87%0.851.3.2. 电路元件1、熔断器选用根据电动机的电流通过公式：i=i0（1.52.5）计算熔断器的电流。(1) 鼓风机的电动机熔体额定电流：ifu=（1.52.5）ie =2.56.82=17.05(a) .(1.1)(2)

13、 上煤机2的电动机熔体额定电流：ifu=（1.52.5）ie =2.52.75 =6.855(a) .(1.2)(3) 上煤机1的电动机熔体额定电流：ifu=（1.52.5）ie =2.52.01 =5.025(a) .(1.3)(4) 出渣机的电动机熔体额定电流：ifu=（1.52.5）ie =2.55.03 =12.575(a) (1.4)(5) 炉排电机的电动机熔体额定电流：ifu=（1.52.5）ie =1.53.65 =5.475(a) .(1.5)(6) 水泵电机的电动机熔体额定电流：ifu=（1.52.5）ie =2.515.4 =38.5(a) (1.6)通过查常用熔断器技术数

14、据表，选用熔断器。鼓风机电路的熔断器为rt14-32/16；、出渣机、炉排电机、两个上煤电机电路的熔断器为rt14-20/6；水泵电机电路的熔断器为rt14-63/32。2、接触器查表1-3常用交流接触器技术数据。查表得出渣机、炉排电机、两个上煤电机、鼓风机选用cj20-10；水泵电机选用cj20-16。表1-2常用熔断器技术数据型号额定电压额定电流分断能力熔断器熔断体rt14-20380202，4，6，10，16，20100rt14-32322，4，6，10，16，20，25，32rt14-636310，16，20，25，32，40，50，63表1-3常用交流接触器技术数据型号频率（hz）辅

15、助触头额定电流（a）吸引线圈电压（v）主触头额定电流（a）额定电压（v）可控制电动机最大功率（kw）cj20-1050536、127220、38010380/2204/2.2cj20-16167.5/4.51.3.3 传感器由于测量温度精度不高，可选用铜热电阻,测温范围-50150。通过公式rt=r(1+a1t)计算，铜电阻的r0分度号为100。a1=0.000428。t为100时计算得到rt为143, t为95时计算得电阻rt为141。定值电阻r1为143，r2为10081.5。1.4 电气原理图锅炉控制电路如图1-1、2-2 所示。电路分为主电路、控制电路、信号灯电路和传感器电路四部分，锅

16、炉控制电路所用的电器元件如表1-4所示。1.4.1 主电路两个上煤电机都有正反转，接通km1，km3为正转，接通km2、km4为反转。正转是送煤过程，反转是返回行程。炉排电机是星三角双速电机，接通km5为低速，接通km6、km7为高速。鼓风机主电路中接有k-1的常闭开关，它是温度控制开关。表1-4电器元件说明表符号名称及用途符号名称及用途m1上煤电动机1ka14中间继电器m2上煤电动机2sa1水位控制手动和自动开关m3炉排电动机sa水位显示开关m4水泵电动机qs电源隔离开关m5鼓风机sb0总停开关m6出渣机sb11上煤机1启动按钮km1上煤电动机1正转sb1上煤机1停止按钮km2上煤电动机1反

17、转sb21上煤机2启动按钮km3上煤电动机2正转sb2上煤机2停止按钮km4上煤电动机2反转fu18熔断器km5炉排电机低速sb3炉排电机停止按钮km6、km7炉排电机高速sb31炉排电机低速按钮km8水泵电机sb32炉排电机高速按钮km9出渣电动机sb4水泵手动上水kt13延时继电器sb6，sb5鼓风机的起、停按钮sq1，sq2上煤机1的行程开关sb8，sb7出渣机起、停按钮k-1温度控制开关rt铜热电阻sq3，sq4上煤机2行程开关1.4.2 控制电路1、上煤机控制整个运行过程是通过行程开关控制的，延时继电器控制的时间是转煤的过程。控制水平方向运行的电机m1由于路程长，所以它控制运煤时间。

18、sb21是煤斗2的复位按钮，每次启动前必须先让煤斗2复位。上煤机的总启动为sb11，当按下sb11，km1线圈通电km1辅助触点闭合自锁，主触点闭合，电动机m1正转启动，煤斗1沿轨道运煤前移。到达锅炉下，压合行程开关sq2，km1线圈失电，电动机m1停下；同时kt1线圈得电，延时后kt1触点闭合，km2线圈得电，km2主触点闭合，电机m1反转，煤斗1返回。当煤斗1碰到sq1时线圈km2失电，电机m1停止，同时线圈kt2接通延时，延时后kt2触点闭和，线圈km1再次得电，循环运行。当kt1触点闭合，km3线圈得电，km3辅助触点闭合自锁，km3主触点闭合，电机m2正转启动，煤斗2运煤上移。当煤斗

19、压合sq3，线圈km3断电，电机m2停止，kt3线圈得电延时，随后kt3触点闭合，km4线圈得电，km4辅助触点闭合自锁，电机m2反转运行，煤斗2返回，当压合sq4时，线圈km4失电电机m2停止。2、炉排电机控制 炉排电机控制简单，电路近似电机的正反转电路。sb3为总停按钮，sb31和sb32分别为低、高速的启动按钮，km5辅助常开和km6辅助常开分别为各自的自锁环节，km5常闭和km6常闭是互锁开关。3、鼓风机和出渣机控制鼓风机和出渣机都是电机的常动控制电路，sb5和sb7分别是它们的停止按钮，sb6和sb8分别是它们的启动按钮。km9和km10两辅助触点分别是它们的自锁环节。4、水泵电机和

20、水位控制水泵电机的控制分为手动和自动，自动是由电极控制的。水位由低到高，依次接通电极，高一处电极的接通都会有比它低的电极断开，比如，当水位到达上限时0，5接通，线圈ka3得电，ka3常闭触点断开，ka2线圈就失电。当水位低于下限时0，2接通，ka1线圈得电，ka1常开触点闭合，km8线圈得电，km8辅助触点闭合自锁，水泵电机m4运行。当水位到达上限时，0、3接通，线圈ka3得电，ka3常闭触点断开，线圈km8失电，水泵电机停止运行。当出现故障，水位到达上限水泵电机未停止继续上水，水位到达上极限时ka4线圈得电，ka4常开触点闭合，电铃接通，出现报警。按下sa3报警解除，sa1扳到手动可停止上水

21、。当水位低于下限水泵未启动，随着用水，水位降过下极限，ka5线圈得电，ka5常开触点闭合，电铃接通，出现报警。立即把sa1扳到手动，按下sb4，线圈km8得电，水泵电机工作。5、信号灯控制信号灯部分的控制很简单，电动机都有指示灯，km1km10控制各自的电动机和灯。水位显示灯由高水位接通断开低水位。水位高过上极限或低于下极限都会接通电铃，出现报警。6、传感器温控如图2-2 b)所示，刚加热rt小于r1和r2并联电阻之合，分得电压小于2.5v有输出信号，线圈k得电，k-1常开的闭合，常闭的断开。随着锅炉的温度的升高，热电阻的阻值增大，分得电压增大，当温度到达100，热电阻rt分得电压为2.5v，

22、电路没有信号，k-1常开断开，鼓风机停止运行；k-1常闭的闭合r1和r2并联的电阻和为141，当锅炉的温度将到低于95，rt电阻为141，分的电压小于2.5v，有输出，k-1的常开闭合，鼓风机开始工作。温度控制在95到100。2 plc控制2.1 plc简介可编程序逻辑控制器（programmable logic controller-简称plc）是从80年代发展起来的一种新型工业用控制装置。可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，逐渐的发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动化控制装置。它可以取代传统的继电器控制系统实现逻辑控制、顺序

23、控制、定时、计数等各种功能。大型高档的plc还能像微型计算机那样进行数字计算、数据处理、模拟量调节、以及联网通讯等等。它具有通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场连接方便等一系列优点，已广泛应用于冶金、建材、化工、机械制造等行业的控制场所和传统继电器控制线路的改造。在自动化领域，可编程序控制器与数控机床、工业机器人并称为加工业自动化的三大支柱。现在在我国的供暖系统中广泛的应用，但在控制部分已经由过去的人工控制发展到今天的自动控制。当然现在大多数实际应用系统中，仍然是手动与自动并存。随着计算机、变频器、可编程控制器（plc）、智能控制技术及总线技术的发

24、展，是实现全自动控制成为了可能。在目前应用的锅炉供暖循环和补水系统中,大都存在着能耗大、稳定性不高、操作劳动强度大的问题,造成了极大的资源浪费. 针对这一系列问题,采用plc 控制的变频调速系统对其进行改造,对循环泵、补水泵进行自动控制,稳定性得到很大提高,节能效果显著;并且循环泵电机实现软启动,补水泵电机实现软启、软停,减少了对电器和机械的冲击,延长了其使用寿命,有效地减少了维护量。可编程控制器的特点：抗干扰能力强、可靠性高；模块化组合结构，使系统结构十分灵活；编程语言简单易学，便于掌握。可进行在线修改，柔性好；体积小，维护方便。plc在机械行业十分重要，可以说plc是实现机电一体化的重要工

25、具。 目前比较著名的生产plc厂家有ab公司、ge公司、gm公司ti仪器公司西门子等。国际电工委员会（iec）对可编程序控制器(plc)的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 2.2 锅炉plc控制的特点锅炉plc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

26、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作。 工业锅炉采用plc控制和原有的仪表控制方式相比具有以下明显优势： 1. 直观而集中的显示锅炉各运行参数。能快速计算出机组在正常运行和启停过程中的有用数据，能在显示器上同时显示锅炉运行的水位、压力、炉膛负压、烟气含量、测点温度、燃煤量等数十个运行参量的瞬时值、累计值及给定值，并能按需要在锅炉的结构示意画面的相应位置上显示出参数值。给人直观形象，减少观察的疲劳和失误； 2. 能对运行

27、状况进行准确地记录，便于事故追查和分析，防止事故的瞒报漏报现象； 3在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数； 4减少了显示仪表，还可利用软件来代替许多复杂的仪表单元，（例如加法器、微分器、滤波器、限幅报警器等），从而减少了投资也减少了故障率； 5提高锅炉的热效率。从已在运行的锅炉来看，采用计算机控制后热效率可比以前提高5-10%，据用户统计，一台20t的锅炉，全年平均负荷70%，以平均热效率提高5%计，全年节煤800吨，按每吨煤380元计算每年节约304000元； 6锅炉系统中包含鼓风机，给水泵，等大功率电动机，由于锅炉本身特性和选型的因素，这些风机大部分时间里是

28、不会满负荷输出的，原有方式采用阀门和挡板控制流量，浪费非常严重。通过对风机水泵进行变频控制可以平均节电达到30%-40%； 7锅炉是一个多输入多数出、非线性动态对象，诸多调解量和被调量间存在着耦合通道。例如当锅炉的负荷变化时，所有的被调量都会发生变化。故而理想控制应该采用多变量解偶控制方案。而建立解偶模型和算法通过计算机实现比较方便； 8锅炉微机控制系统经扩展后可构成分级控制系统，可与工厂内其他节点构成工业以太网。这是企业现代化管理不可缺少的； 9作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。在采用计算机控制的锅炉控制系统中，有十分周到的安全机制，可以设

29、置多点声光报警，和自动连锁停炉。杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。2.3 plc选择与梯形图1、plc的机型选择plc是整个控制系统的核心，依控制对象的特点来选择合适的plc的型号就显得尤为重。燃煤锅炉系统的特点：（1）结构复杂；（2）控制系统既有开关量又有模拟量（诸如温度，水位等物理信号）。这就要求所选的plc要有足够量的i/o点数，以满足控制开关量的要求，此设计有22个输入、10个输出，因此考虑选择西门子：6es7216-2bd22-0xb0 cpu 226系列（24i/16o）。 2、梯形图锅炉plc梯形图入图2-1所示，可参照表2-2。表2-2 plc与电气对照表i0.0sb0i1.0s

30、b 6i2.0水位开关0-4q0.8km 9i0.1sb1i1.1sb7i2.1水位开关0-5q0.9km10i0.2sb11i1.2sb8q0.0km1m0.0ka1i0.3sb2i1.3sq1q0.1km2m0.1ka2i0.4sb21i1.4sq2q0.2km3m0.2ka3i0.5sb3i1.5sq3q0.3km4m0.3ka4i0.6sb31i1.6sq 4q0.4km5m0.4ka5i0.7sb32i1.7水位开关0-1q0.5km6t37 kt1i0.8sa1i1.8水位开关0-2q0.6km7t38 kt2i0.9sb5i1.9水位开关0-3q0.7km8t39 kt3 结束语经过两个