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1、摘要随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，以及人们生活水平的不断提高，对城市生活供暖的用户数量和供暖质量提出了越来越高的要求，因此对于供暖锅炉系统也有了更高层次的要求，利用现代自动控制技术，通过变频器和可编程控制器PLC的运用，实现操作简单、自动化程度高、环境污染少、低能耗、供暖质量高和日常维护费用低的供暖变频锅炉系统。本设计利用现代变频技术和PLC控制技术设计出了一套供暖锅炉变频控制系统。系统中共有6台锅炉，每台锅炉各分配1台炉排、1台鼓风机、1台引风机，将6台锅炉分为两组，其中4台用于工矿企业供暖任务，2台用于居民日常供暖任务，每台炉排电机、引风机、鼓风机各配置1台变频器，每组锅
2、炉系统各分配2台补水泵。4台锅炉系统分配4台循环泵，2台锅炉系统分配2台循环泵，两个循环泵系统均配置2台变频器，循环泵变频控制采用“一拖四”和“一拖二”控制方式。关键词：锅炉 PLC 变频器 电机AbstractWith the rapid development of social economy, city construction scale continues to expand, and peoples rising living standards, puts forward more and more high request to the city life heating u
3、ser quantity and the heating quality, so the heating boiler system is also required higher level, the use of modern automatic control technology, the frequency converter and application of programmable logic controller PLC, realization of simple operation, high degree of automation, less environment
4、al pollution, low energy consumption, high quality and daily maintenance of heating heating boiler system cost low frequency. The design of the use of modern variable frequency technology and PLC control technology to design a set of heating boiler control system. System there are 6 boilers, each bo
5、iler grate, the distribution of 1 sets of 1 blowers, 1 fans, 6 boilers are divided into two groups, of which 4 units used in industrial and mining enterprises heating task, 2 for household heating tasks, each grate motor, fan, blower for each configuration 1 inverters, the distribution of each boile
6、r system 2 sets of water pumps. Boiler system 4 sets of distribution of 4 circulating pumps, boiler system 2 sets of distribution of 2 circulating pumps, two circulating pump system configuration 2 converters, circulation pump frequency control by four and two control mode.Keywords: Boiler PLC senso
7、r moto目录1.绪论11.1 锅炉系统研究背景11.2 国内锅炉系统现状11.3 锅炉系统研究意义22.总体方案设计33.系统硬件设计53.1 循环泵系统53.2 补水泵系统53.3 炉排、鼓风和引风系统63.4 本章小结64.系统软件设计74.1 PLC选型及模块选择74.2 PLC的I/O地址分配74.3 PLC接线原理图84.4 PLC控制系统框图84.5 系统程序总流程图84.6 系统各个子程序设计84.6.1 系统整体的启动/停止子程序84.6.2 鼓风机、炉排、引风机控制子程序94.6.3 循环泵控制子程序104.6.4 补水泵控制子程序124.6.5 模拟量输入子程序124.
8、6.6 通信处理子程序134.7 PLC梯形图设计144.8 本章小结145.变频器的选择155.1 变频器频率范围的设定155.2 变频器及其型号155.3 本章小结166.传感器的选择176.1 温度传感器的选型176.2 压力传感器的选型176.3 液位传感器的选型176.4 本章小结17结论18参考文献19致谢20附录211. 绪论1.1 锅炉系统研究背景锅炉是消耗能源、产生大气污染、事关生产与生活和安全的重要设备，它在国民经济整个能源消耗中占有相当大的比重。目前我国供暖锅炉以燃煤链条锅炉为主，燃用的主要是中、低质煤，而且锅炉房管理水平不高，一直沿用间断运行方式，锅炉技术含量低，锅炉的
9、自动化控制技术落后，造成了严重的能源浪费和环境污染。据统计，我国目前拥有工业锅炉50万台，每年消耗的燃煤占全国原煤产量的三分之一，约4亿吨。锅炉每年排放烟尘约620万吨，SO2约10万吨，此外还有大量的NO2等有害气体，成为我国大气煤烟型污染的主要来源之一，尤其是燃煤排放的CO2气体所引起的温室效应，早己引起国际关注。随着城市建设的迅速发展，我国北方地区冬季城市集中供暖成为城市现代化必然采取的步骤。而供暖面积的不断扩大，使如何科学有效地控制和管理供暖系统，提高供暖的经济效益和社会效益，成为急需解决的重要课题。在供暖系统中，锅炉房供暖所占比例很大，据对我国北方地区29个大中城市近3.5亿平方米的
10、供暖调查，锅炉供暖占84%，热力供暖占12%，其他供暖占4%。在今后相当长的时间内，集中热力供暖是发展趋势，但无法取代锅炉供暖的主流地位。1.2 国内锅炉系统现状当前，节能与环保己成为人类社会面临的两大课题。在欧美和日本等发达国家，石油和天然气己成为第一能源，占能源消费的60%左右，燃油和燃气锅炉的己逐步取代燃煤锅炉，对风机和水泵等电机的变频控制己相当成熟。自20世纪90年代以来，随着超大型可编程控制器的出现和模糊控制、自适应控制等智能控制算法的发展以及智能控制器的应用，锅炉控制水平大大提高，己实现优化控制。国内对锅炉控制的研究起步较晚，始于80年代初期。国内研究锅炉控制比较成熟的企业有上海杜
11、比公司、南京仁泰公司等。此外还有一些科研院校联合企业开发的各种智能锅炉控制系统，如清华大学动力工程与控制学院为亚运村北辰供热厂热水锅炉的改造开发的锅炉控制系统，采用“一控四” 方案，即一台主机控制四台锅炉。目前在北方城市，供暖主要以燃煤、燃油和燃气锅炉为主要手段，为减少废气排放对大气环境造成严重污染，发展趋势是以单位分散性供暖改为以城市统一规划分区域集中供暖。由于投资大和城市发展不平衡等问题，在近期内，很难实现城市全区域集中供暖，所以单位分散性供暖仍将继续存在。而供暖锅炉控制技术很多仍采用继电接触器控制系统，这种控制系统存在着很多的缺点，如：体积大、机械触点多、接线复杂、可靠性低、排除故障困难
12、、日常维护费用高等，同时锅炉供暖系统的循环和补水水泵控制采用传统的开环控制方式，这种运行方式存在以下缺点：室内供暖温度在上、下限之间波动，不能保证恒温供暖，影响供暖质量；循环水泵的拖动电机是恒速电动机，不能随室内温度变化而调节转速，严重地浪费电能。1.3 锅炉系统研究意义针对上述的一系列问题，可通过变频器和可编程控制器PLC的运用，设计出供暖变频锅炉系统。该系统操作简单、自动化程度高、环境污染少、低能耗、供暖质量高和日常维护费用低，可大大节约能源，促进环保，提高生产自动化水平，具有显著的经济效益和社会效益。 2. 总体方案设计供暖锅炉系统的组成：循环泵、补水泵、炉排、鼓风机、引风机和锅炉本体，
13、整个系统的结构框图如图2-1所示：自来水循环泵鼓风机锅炉用户补水泵炉 排引风机补水箱回 水图2-1 整个系统结构框图本供暖锅炉系统中共有6台锅炉，根据实际需要将其分为AB两组供暖系统，其中A组为2台，用于普通居民供暖需求，B组为4台，用于工矿企业供暖需求，共有4台补水泵，AB两组系统分别配置2台，其中1台用于正常工作，另外1台作为备用；共有6台循环泵，分为两组，A组配置2台，B组配置4台。考虑到节能的问题，需要根据实际运行状况去通过变频器去调整相应电机的转速，对于每台锅炉的炉排电机、鼓风机、引风机分别配备变频器，A组循环泵系统，配置一台变频器，其中一台通过变频器启动，根据负荷的变化切换到工频运
14、行，变频器启动另外一台循环泵，其处于变频运行状态；对于B组循环泵系统，配置两台变频器，采用“一拖四”的拖动模式，即用一台变频器拖动4台循环泵，另外一台变频器作为备用。每台循环泵均通过变频器启动，根据负荷的变化切换到工频运行，变频器启动下一台循环泵，依次类推，最后其中一台循环泵变频运行，其他工作循环泵工频运行，剩下循环泵处于停止状态作为备用。通过传感器元件检测相应运行参数，经过PLC智能转换模块将模拟信号转换为数字信号，再经过PLC的计算得到实际数值，送入PLC的PID调节器，通过和设定参数比较运算后，将输出控制信号传送给变频器，实现电机根据实际情况调速。本供暖锅炉系统有手动/自动两种工作方式，
15、通过控制台上的转换开关实现，同时具有现场控制、状态显示、故障报警（连接热继电器的常开触点，发出信号给PLC）的功能。报警信号均为声光形式。声报警（电笛）可用按钮解除，报警指示在故障排除后自动消失。在手动方式下，电动调节阀处于全开状态，循环水泵通过开关进行控制，不受出回水温差的影响，补水泵、炉排电机、鼓风机、引风机均通过开关进行控制。在自动方式下，本系统中具有供暖温度自动调节功，即根据室外温度变化，系统能自动调节使室内保持给定供暖温度。室外温度传感器采集温度信号，送入PLC并与设定的温度范围相比，决定是否需要开启鼓风机、引风机、炉排电机，点火开始供暖。当供暖系统启动运行，出回水温度传感器和室内温
16、度传感器采集温度信号，经过PLC的智能扩展模块EM235进行模数转换，送入PLC进行计算，得出锅炉实际总管道出回水温差数值、分管道出水温差数值，室内温度数值。把所得锅炉实际总管道出回水温差数值及分管道出水温度值送入PLC内置的PID调节器，经PID运算与给定目标温差、出水温度和室内温度参数进行比较运算后，输出控制信号送给变频器，由变频器控制循环泵的台数和转速来调节供暖系统管网中的热水流速，使室内采暖温度保持在给定温度内；由变频器控制鼓风机、炉排电机和引风机的转速，使每台锅炉均处于相对的稳定状态，出水温度保持在一定的范围内。在变频器中设定一个上限频率（工频）和一个下限频率，天气寒冷温度低时变频器
17、输出升高频率，到上限频率，若采暖温度达不到设定范围值，PLC就发出控制信号，使处于变频运行状态的循环泵切换到工频运行，同时使变频器启动下一台循环泵，加快热水流速，使室内采暖温度达到设定范围内；天气转暖温度高时变频器输出下降频率，到下限频率，若采暖温度仍高于设定范围值，PLC就发出控制信号，使处于变频运行状态循环泵停止运行，同时工频运行状态的循环泵切换到变频运行，若当只有一台循环泵变频运行时仍不能满足要求，则需停止运行的锅炉台数。当单个锅炉的出水温度低于设定值时，经过PLC内部的PID调节器运算整定后，发出相应的控制信号，传输给变频器增大鼓风机和炉排电机的控制频率，提高电机的转速，以便加大鼓风量
18、和送煤量，使出水温度尽快增大到设定值；当单个锅炉的出水温度高于设定值时，经过PLC内部的PID调节器运算整定后，发出相应的控制信号，传输给变频器减小鼓风机和炉排电机的控制频率，降低电机的转速，以便减小鼓风量和送煤量，使出水温度尽快减小到设定值。与此同时，在锅炉内部的压力传感器检测炉膛负压，将检测到的模拟信号经过PLC智能模块模数转换，将所得数字信号传送给PLC计算模块，得出的实际压力值与设定值相比较，经过PID模块调节，输出控制信号给引风机变频器，根据实际情况调整引风机电机转速。PLC控制了电机的起停、变频与工频的切换等，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。工频与变频之间转换
19、用交流接触器互锁来保证它的安全与可靠。整个锅炉系统的电气原理图见附录1。3. 系统硬件设计3.1 循环泵系统本系统中，循环系统共有AB两组，其中A组配置2台，当系统正常运转时，其中一台用于正常工作，另外一台用于备用，B组配置4台，其中两台用于正常工作，另外两台用于备用。AB两组循环泵系统各配置一台变频器，其中A组一台变频器拖动一台循环泵，B组一台变频器拖动两台循环泵。AB两组系统中，将正常使用循环泵作为1#组循环泵，将备用循环泵作为2#循环泵。在循环系统中，锅炉出水温度和回水温度的差称为锅炉温差升高，表明锅炉产生的热量增多，需要循环泵将热量及时送给供暖负荷；锅炉温差降低，表明锅炉燃烧系统产生的
20、热量减少，循环泵的转速也应随之减小，以避免能源浪费。对循环泵通过PID调节完成恒温差的闭环控制，以锅炉的实际温差作为PID的反馈，以目标温差作为PID的给定，PID的输出作为变频循环泵的频率运行信号。循环泵转速增减，随锅炉燃烧系统产生的温差而动态闭环调节，从而使室内保持给定供暖温度。在锅炉燃烧的初始阶段因出回水温差为0，即给定值大于反馈值，循环泵不运行；随着锅炉产生热量的增加，出回水温差增加，当其超过给定温差值时，变频器开始启动1#循环泵，进入变频运行状态，若满足不了要求，将变频运行循环泵切换到工频，同时变频器启动下一台循环泵，最后一台始终处于变频运行状态，依次类推，直至满足需求为止，没有运行
21、的循环泵作为备用。3.2 补水泵系统本设计中，AB两组锅炉系统各有两台补水泵，其中1#补水泵用于正常运行，2#补水泵用于备用，由于每组锅炉系统的锅炉罐体均为连通结构，因此可通过向其中一个罐体补水，即可实现每个罐体同时补水，需补水罐体设有4个水位限值，分别为上上限值、上限值、下限值、下下限值。对于水位的检测，可用红外LED与光接收器配合检测，从LED的光直接到达传感器顶端的棱镜，当没有液体存在时，LED中的光在棱镜中被反射到接受器。当上升的液体侵入棱镜时，光被折射到液体中，只有少许或无光到达接受器。感应这个变化，接受器开动了单元中的电动开关，外部报警或控制电路从而工作。用此方法来检测水位，当水位
22、到达下限值，自动开启1#补水泵，当水位到达下下限值，报警系统开启，2#补水泵开始工作，两台补水泵都故障时整个系统断电，系统停止工作。当水位值到达上限值时，自动关闭1#补水泵，当水位值到达上上限值时，系统报警，并使1#补水泵控制系统断电，停止工作。到达相应水位所产生的电信号，传送给PLC，经PLC计算分析后，产生控制信号，实现补水泵电机的停止，启动以及整个补水泵系统的通断电。3.3 炉排、鼓风和引风系统对于AB两组供暖锅炉系统，每台锅炉的出水温度均需保持在一定的设定范围内，若出水温度低于设定值，此时就需要PLC发出加大炉排电机和鼓风机控制频率的输出信号传送给其相应的控制变频器，提高炉排和鼓风电机
23、的转速，加大炉膛内的燃煤量，从而产生更多的热量；对于当出水温度高于设定值，此时就需要PLC发出减小炉排电机和鼓风机控制频率的输出信号传送给其相应的控制变频器，降低炉排和鼓风电机的转速，减小炉膛内的燃煤量，从而减少产生的热量，用以满足实际需要。在加大炉排电机和鼓风机频率的同时，还需要考虑相应的风煤比，因为只有在保持一定比例的风煤比情况下，才能使燃料充分的燃烧，保证了锅炉内部处在最佳的燃烧状态，因此炉排电机和鼓风机的频率应按提前设定好的比例增大或者减小。同时还应在炉膛内部安装压力传感器用于检测炉膛负压，保持炉膛压力在一定的负压范围内。炉膛负压的变化，反映了引风量与鼓风量的适应程度。如果炉膛负压太小
24、，炉膛容易想外喷火，危及设备与工作人员的安全。负压过大，炉膛的漏风量增大，增加引风机的电耗和烟气带走的热量损失。本系统根据经验设定炉膛负压，并测量炉膛负压，由PLC的模数转换智能模块将传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，并经过PLC内部计算模块的运算得出实际的炉膛负压，再与提前设定好的数值相比较，由PLC内部的PID调节模块进行分析调整使炉膛负压保持在一定的范围内，从而确定了PLC对引风机变频器输出频率信号，确定引风机的转速，调节了引风量。3.4 本章小结本章主要介绍了循环泵、补水泵、鼓风机、引风机和炉排电机的详细设计思路，阐述了针对本设计中所涉及到的变频技术和PLC控制技术具体应用，并同时
25、介绍了每台电机的控制参数及其控制依据。4. 系统软件设计4.1 PLC选型及模块选择由于供暖锅炉自动控制系统控制设备相对简单，因此PLC选用德国西门子公司的S7200型PLC的结构紧凑，价格低廉，具有较高的性价比，广泛适用于一些小型控制系统，西门子公司的PLC具有可靠性高，可扩展性好，又有较丰富的通信指令，且通信协议简单等优点。选用西门子公司的S7-200系列的CPU224为主机，它有14/10共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展到168点数字量I/O或35路模拟量I/O，6个独立的30kHz高速计数器，两路独立的20kHz高速脉冲输出，13k字节程序和数据存储空间，内置有PI
26、D控制器。1个RS-485通讯/编程口及多种通讯协议，数据设定值、信号数据读取、数据转换处理、控制信号输入输出等由PLC来实现。数据设定值包括压力上下值、水位上下值及频率上下值等，信号数据读取包括读取负压、水位、频率、变频泵号等，控制信号输入输出包括5部分：起动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断，根据本系统中所涉及到的数字量I/O点个数，需要使用扩展模块来增加CPU224的I/O点，进行来满足系统的需要。本设计中A和B组系统PLC设计程序原理完全相同，且A组简单于B组，在此只介绍B组锅炉系统的PLC硬件设计和流程图。B组供暖锅炉系统的数字量扩展模块选用4个EM223模块，其具有16/16共3
27、2个数字量I/O点。模拟量扩展模块选用3个EM235模拟量输出/输入模块，它是A/D转换模块，具有4个模拟量输入和2个模拟量输出，12位A/D输入信号是由多路开关依次采集的，所使用的数值是数字滤波器求取采样值的平均值。温度传感器和压力传感器的输入信号，经过变送器调理和放大处理后，EM235模块自动完成A/D转换，成为0-5V的标准信号，这样完全可以满足系统的要求。4.2 PLC的I/O地址分配本设计的B组锅炉控制系统的设计主要涉及到82个数字量输入和12 个模拟量输入，55个数字量输出和14个模拟量输出。其类型包括操作键、开关量传感器、开关量开关和模拟量传感器，上述作为输入信号；操作键包括：启
28、动开关、停机开关、自动/ 手动转换开关、报警解除开关；开关量传感器包括：反映拖动循环泵、鼓风机、引风机和炉排的电机堵转故障的热继电器开关信号，反映水位高、低开关信号，变频器上、下限频率开关信号；用于测量温度值的模拟量输入信号和用于测量锅炉内气压值的模拟量输入信号。数字/模拟输入开关量分配表见附录2。PLC的输出端口包括各种故障指示，给变频器发出的频率控制信号，控制各个电机的启停，PLC与这些控制电机的交流接触器的连接是通过中间继电器来实现的，可以实现控制系统中的强电和弱电之间的隔离，保护PLC设备，增强系统工作的可靠性。数字/模拟输出开关量分配表见附录3。4.3 PLC接线原理图PLC与各功能
29、扩展模块、变频器以及各电气元件接线原理图见附录4。4.4 PLC控制系统框图PLC与各个硬件部分连接及有关的系统参数的整体控制结构如图4-1所示：图4-1 PLC控制系统框图4.5 系统程序总流程图供暖锅炉系统的程序总流程图见附录图3-2 系统总程序流程图5。4.6 系统各个子程序设计4.6.1 系统整体的启动/停止子程序B组系统整体启动/停止程序主要实现整个锅炉系统的启动/停止控制，有手动/自动切换功能，首先对PLC状态初始化，然后通过人为控制，实现整个锅炉系统手动或者自动运行自由切换。其流程图如图4-2所示：图4-2 系统整体启/停控制程序流程图开 始结 束手动/自动？电机启/停？自动结束
30、？手动控制自动控制自动运行自动控制结束手动控制结束启动电机手动自动否是停PLC状态初始化4.6.2 鼓风机、炉排、引风机控制子程序本程序完成锅炉中鼓风机、引风机和炉排电机的启动/停止控制，具有手动和自动两种功能。手动控制模式下通过人为设定实现各个电机的启动、停止以及运行的频率设定。自动控制模式下根据检测到的每个锅炉的出水温度，通过PLC运算模块，计算出实际运行中的出水温度值，经过其内置的温度PID模块进行运算调节，确定炉排电机和鼓风电机的转速，既而可得到炉排电机和鼓风机的控制频率；再通过PLC运算模块计算出压力传感器所检测到的实际炉膛压力，经过内置压力PID模块进行运算调节，确定引风机的转速，
31、既而可得到引风机的控制频率。其流程图如图4-3所示：图4-3 鼓风机、引风机和炉排电机控制程序流程图温度PID检测确定炉排电机、鼓风机转速压力PID检测确定引风机转速确定鼓风机、引风机及炉排变频器控制频率频率开 始结 束自动/手动？鼓风机、引风机和炉排启停和频率设定自动手动4.6.3 循环泵控制子程序循环泵控制程序主要实现循环泵系统中水泵电机的启动/停止控制、变频器频率设定，具有手动/自动切换功能。手动控制模式下通过人为设定循环泵的运行台数、启动、停止以及运行频率。自动控制模式下温度检测元件将锅炉系统的总出回水温度模拟信号传入PLC智能转换模块中，通过运算模块计算出总出回水口的温差值，以锅炉的
32、实际温差作为PID的反馈，以目标温差作为PID的给定，PID的输出作为变频循环泵的频率运行信号。通过温度PID模块检测调节，与设定值相比较确定是否开启循环泵系统，当开启后再通过温度PID调节，实现循环泵电机的工频/变频切换和运行频率的控制。其流程图如图4-4所示：图4-4 循环泵控制程序流程图开 始启动循环泵？启动1#变频器？启动1#变频器随机启动某一台泵出回水温差偏大？出回水温差偏大？切换到工频运行随机启动另一台泵出回水温差偏小？降低变频状态循环泵频率随机选择一台泵切换到变频运行停止变频状态循环泵出回水温差偏小？温度PID检测调节确定变频器频率结 束启动2#变频器否否是是否是否是否是4.6.
33、4 补水泵控制子程序补水泵1有故障吗？水位下限水位吗？开启1#补水泵进行补水水位检测是否否补水泵2工作是检测水位为上限水位吗？1#补水泵停止补水是否检测水位为上限水位吗？补水泵2停止补水是否故障报警返 回开 始图4-5 补水泵控制程序流程图本程序用于实现补水系统的启动/停止控制，手动/自动切换和报警功能。在手动控制模式下，通过人为控制补水泵的启动和停止，实现对锅炉的补水。自动控制模式下，系统检测水位，水位在下限，则开启1#补水泵，当检测到水位在上限，则关停1#补水泵，在补水过程中若检测水位在上上限时，则发出警报同时补水泵整体进行系统断电，若检测水位在下下限时，则发出警报同时开启2#补水泵进行补
34、水，达到上限水位时，2#补水泵关停。其流程图如图4-5所示：4.6.5 模拟量输入子程序模拟量输入程序模块主要接收外部输入模拟信号，分别包括温度模拟信号压力模拟信号，通过检测温度信号和压力信号与提前设定的上下限值相比较确定是否有故障发生，如果发生故障则发出报警信号；如果均运行良好，则存入共享数据块中，并转换为IEEE758标准咒位浮点数。其流程图如图4-6所示：图4-6 模拟量输入程序流程图开 始温差超过上/下值吗？压力超过上/下值吗？采样结果转换成标准值保存数据结 束否否报 警是是报 警4.6.6 通信处理子程序通信处理程序块完成PLC与变频器的通信处理，通过调用FB12组建（如图4-7）发
35、送报文，实现数据的传送，完成了对各个变频器的频率设定，读取变频器运行时的频率、电压、电流、功率等参数。其流程图如4-8所示：开 始确定地址号确定功能种类确定功能号读出/写入？计算数据位数据计算校验和数据位清零结 束监视数据设定数据图4-7 FB12设计程序流程图开 始发送数据？调用FB12组建发送报文发送数据接受数据应答正确？保存接受数据结 束否是否是图4-8 通信处理程序流程图4.7 PLC梯形图设计由于每台锅炉的补水泵系统、循环泵系统、鼓风机、引风机及其炉排电机的工作原理完全相同，因此在此只介绍其中某台锅炉的各个分系统梯形图设计，其PLC梯形图见附录7。4.8 本章小结本章主要详细介绍了针
36、对本系统各个部分的PLC设计原理及其流程，主要完成了PLC的功能介绍、模块选择、I/O地址的分配及流程图的绘制。5. 变频器的选择图5-1 变频器结构图变频器是把电压、频率固定的交流电变换成电压、频率分别可调的交流电的变换器。变频调速器与外界的联系点基本上分三部分：一是主电路接线端，包括工频电网的输入端（R，S，T），接电机的频率电压连续可调的输出端（U，V，W）。二是控制端子，包括外部信号控制变频调速器工作的端子(AI2+，AI2-)，变频带调速器工作状态指示端子，变频器与微机或其他变频的通讯接口。三是操作面板包括液晶显示屏和键盘。变频器的结构图如图5-1所示：5.1 变频器频率范围的设定基
37、本频率与最高频率电动机的额定频率称为变频器的基本频率，当频率给定信号为最大值时，变频器的给定频率，称为最高频率，在上升时间一定的情况下，最高频率决定了变频器输出频率的变化速度。上限频率与下限频率上限频率与下限频率是调速控制系统所要求变频器的工作范围，它们的大小应根据实际工作情况设定，在本设计中将电源的工频频率设定为变频器的上限频率。5.2 变频器及其型号根据设计题目要求，按照电动机的额定功率，最大使用电机容量，本设计选用三菱FR-F540L-S。FR-F540L-S系列变频器具有以下特点： 功率范围：75900KW，3相380V。 采用最佳励磁控制方式，实现更高节能运行。 内置PID，变频器/
38、工频切换和可以实现多泵循环运行功能。 柔性PWM，实现更低噪音运行。 内置RS485通信口。 75KW以上随机带DC电抗器。三菱FR-F540L-S技术规格表见附录6。本设计所所选变频器的型号：基本型号最大使用电机容量（KW ）输出额定电流（A）电压等级（v）FR-F540L-90K-CH90（引风机）180380FR-F540-37K-CH37（鼓风机）70380FR-F540L-75K-CH5（炉排电机）10380FR-F540L-75K-CH75（循环泵）1443805.3 本章小结本章主要介绍了变频控制器的选择，针对每个电机的运行情况及其功率大小确定了相关的参数并选择了相应品牌系列的变
39、频器。6. 传感器的选择6.1 温度传感器的选型本设计中采用温度传感器PT100 检测温度， PT100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0时它的阻值为100欧姆，在100时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。它是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热阻传感器，可以工作在-200650的范围。6.2 压力传感器的选型本设计中采用CYB-20S普通型压力传感器。CYB-20S系列压力变送器使用CYB-10S压力传感器为敏感元件，和电子线路做成一体化结构
40、，输出为420mA、05V标准信号， 适合工业自动化系统配套。CYB-20S为圆柱型全不锈钢结构，体积小，零点和灵敏度可从外部直接调整，使用方便。6.3 液位传感器的选型本设计采用光电传感器OPG-01，该光电传感器包含一个红外LED和光接器。从LED的光直接到达传感器顶端的棱镜，当没有液体存在时，LED中的光在棱镜中被反射到接受器。当上升的液体侵入棱镜时，光被折射到液体中，只有少许或无光到达接受器。感应这个变化，接受器开动了单元中的电动开关，外部报警或控制电路从而工作。6.4 本章小结本章主要介绍了本设计中各个传感器的型号类型选择，分别包括了温度传感器、压力传感器和温度传感器。结论通过这次对
41、供暖锅炉变频控制系统的总体设计，自己从中受益匪浅，将在大学期间所学的很多学科的理论知识灵活的运用到了实际设计中，使曾所学的知识记忆更加牢固同时理解也更为深刻。在强化已有理论知识的基础上，自身的学习能力有了大幅度的提升，从多角度思考问题，和同组成员沟通探讨，自行通过各种渠道解决实际设计中遇到问题等方面的能力均得到了很好的锻炼。在实际学习设计中，对于研究问题的耐心也得到了很好的培养，这对自己在毕业以后工作的发展有了很大的推动作用。在这次设计中，通过对各个问题的研究解决，得到了以下理论知识总结：1、详细的了解了西门子S7-200可编程控制器的工作方式和整体结构，其工作方式是集中输入、集中输出、周期性
42、循环扫描，其整体结构分别包括CPU单元、I/O单元、存储单元、电源电源、扩展接口单元、通信接口单元、编程器。与此同时掌握了更多有关STEP7编程软件的使用技巧。2、对于CPU224的功能参数了解的也进一步加深，CPU224可以扩展7个功能模块，最大可扩展到168点数字量I/O或35路模拟量I/O，其本身集成了14点输入/10点输出，共24点数字量I/O。3、对锅炉系统的整体结构组成有了很形象的认识，其主要包括鼓风机、引风机、炉排、补水泵和循环泵，鼓风机和炉排主要负责保证各个锅炉出水口的温度值；引风机主要负责使炉膛负压保持在一定的范围内；补水泵主要负责各个锅炉的炉缸水位保持在一定的范围内；循环泵
43、主要负责使热量及时从锅炉内部传输的需要供暖的场所内，并能使供暖温度稳定的达到设定值。4、详细的认识了变频器的功能结构和性能参数，每台变频器有基本频率和最高频率，根据实际设计的需要，可相应设定变频器所输出的最高频率和最低频率，同时根据实际运行工作状态，可用单台变频器拖动数台电机，很大程度上降低了设计成本。变频器即可以通过PLC控制改变输出频率，也可通过手动设定其输出的控制频率。5、温度传感器PT100是铂热电阻，它是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热阻传感器，可以工作在-200650的范围，工业适用性非常好；CYB-20S普通型压力传感器，其和电子线路做成一体化结构，输出为420mA、05V标准信
44、号， 适合工业自动化系统配套；光电传感器OPG-01，其包含红外LED和光接收器，通过感受有无光传入到接收器用来判断液位状态，简单实用，价格低廉，在相应工业系统中最为常用。参考文献1. 程子华编，PLC原理与编程实例分析.北京：国防工业出版社，20072. 范永胜 王岷编，电气控制与PLC应用.北京：中国电力出版社，20073. 李德英等，锅炉供暖量化管理与节能技术.北京：中国建筑工业出版社，20084. 黄新元编，电站锅炉运行与燃烧调整.北京：北京中国电力出版社，20095. 朱全利主编，锅炉设备及系统.北京：北京中国电力出版社，20066. 李增枝主编，锅炉运行.北京：中国电力出版社，20
45、077. 潘效军主编，锅炉改造技术.北京：中国电力出版社，20068. 樊泉桂主编，锅炉原理.北京：中国电力出版社，20089. 吴忠志，吴加林主编，变频器应用手册.北京：机械工业出版社，200210. 王占奎主编，变频调速应用百例.北京：科学出版社，1999致谢这次对供暖锅炉变频控制系统的设计圆满结束了，尽管在设计的过程中，遇到了很多很难解决的问题，但通过各种渠道都一一解决了，通过这次的实际设计，从中学到了很多实用的理论知识，对毕业以后的实际工作有非常大的帮助。感谢我校提供这次制作毕业设计的机会，这次的实际设计使平时在课堂上学到的理论知识得以灵活的应用，同时学到了很多课堂以外的实用知识，收获
46、很大。同时感谢我们的毕业设计辅导老师和小组成员，在本次的实际设计中，遇到了很多自己无法解决的困难，但通过老师的耐心讲解，都得到了很好的解决，老师提供的一些建议使本次变频锅炉系统更加的完善实用，很好的符合了本次设计的要求，和小组成员之间的合作，使自己的合作能力，沟通交流能力均得到了很好的锻炼，从他们身上学到了很多有用的知识，对今后的学习工作起到了很大的帮助。附录附录1 整体锅炉电气原理图附录2 数字/模拟输入开关量分配表序号名称文字符号端口地址11#引风机手动/自动SA1I0.021#引风机停止SB1I0.131#引风机启动SB2I0.241#引风机故障KH1I0.352#引风机手动/自动SA2I0.462#引风机停止SB3I0.572#引风机启动SB4I0.682#引风机故障KH2I0.793#引风机手动/自动SA3I1.0103#引风机停止SB5I1.1113#引风机启动SB6I1.2123#引风机故障KH3I1.3134#引风机手动/自动SA4I1.4144#引风机停止SB7I1.5154#引风机启动SB8I1.6164#引风机故障KH4I1.7171#鼓风机手动/自动SA5I2.0181
