机械设计专业毕业论文-基于PLC的供暖锅炉多功能控制系统设计.doc

1、本科毕业论文（20 届）基于 PLC 的供暖锅炉多功能控制系统设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日基于 PLC 的供暖锅炉多功能控制系统设计摘 要:随着自动化水平的不断提高，供暖方式也在不断向前发展。实现供暖锅炉多种功能的自动化控制则显得十分必要。本设计选用的控制器为 S7-200PLC，编写程序的软件是 STEP7-micro/win，通过 PLC 控制实现供暖锅炉的水力、热力平衡，使整个热网安全、节能、高效、平稳

2、运行。并设置了数据采集模块，故障报警电路，手动和自动切换控制系统，实现了二次供水系统的自动控制等功能。本文首先介绍了供暖锅炉的结构组成及工作原理，接着介绍所设计的供暖系统的软件设计和硬件设计，及各部分需要完成的功能，然后讲述如何编写程序实现相应功能，并在 PLC 平台上进行模拟实验，进行仿真测试。通过设计由 PLC 控制的供暖锅炉系统实现相应功能，对生活中居民区供暖系统有着实际的借鉴意义，因此对基于 s7-200PLC 的供暖锅炉多功能控制系统的研究对日常生活有着重大意义。关键词：PLC，供暖锅炉， s7-200， 控制系统The Design of Multi-function Contro

3、l System OF Heating Boiler Based on PLCAbstract：With the enhancement of the automation level, heating methods are also constantly moving forward. The realization of the automation control of multi-functional heating boilers is very necessary. S7-200PLC controller was adopted in this design, and STEP

4、7-micro / win software was used to write programs. By PLC control, the balance of waterpower and heating power of the heating boiler was realized, which enables the whole heat supply network to be safe, energy-saving, efficient and to operate smoothly. Data acquisition module, fault alarming circuit

5、 and manual and automatic switching control system were set up to achieve functions like automatic control of secondary water supply system. The structure and working principle of the heating boiler were introduced, so were the design of the software and hardware of the heating system and the functi

6、ons of each part. Then how to write the programs for each corresponding function was elaborated and simulation experiment was conducted on the PLC platform for simulation test. There is certain practical reference significance for the heating system of residential areas by designing the heating boil

7、er system controlled by PCL which realizes corresponding functions. Therefore, the study of multi-function control system which is based on s7-200PLC is of great significance for daily life.Keywords: PLC, heating boilers, S7-200, control system 目录1 前言 .11.1 选题背景 .11.2 研究的目的与意义 .11.3 课题研究内容及其可行性 .21.

8、3.1 课题研究内容 .21.3.2 课题可行性 .22 供暖锅炉概述 .42.1 锅炉简介 .42.2 供暖锅炉结构 .42.3 供暖锅炉种类及特点 .42.3.1 供暖锅炉种类 .42.3.2 供暖锅炉特点 .52.4 供暖锅炉工作原理 .52.5 供暖锅炉功能实现 .63 供暖锅炉控制系统设计 .73.1 控制方案设计 .73.2 S7-200PLC 在系统中的应用 .83.2.1 PLC 的产生与发展 .83.2.2 S7-200 系列概述 .123.2.2 S7-200 系列内部结构 .123.2.3 S7-200 系列工作原理 .153.2.4 S7-200 系列的特点及功能 .1

9、53.2.5 PLC 与变频器通讯 .163.3 供暖锅炉硬件设计 .173.3.1 电路连接 .173.3.2 传感器的选择 .193.3.3 变频器的选择 .194 供暖锅炉的软件设计 .214.1 S7-200 逻辑设计 .214.2 供暖系统的软件编程 .214.2.1 编程语言简介 .214.2.2 STEP7-micro/win 在系统中的应用 .224.2.3 各模块程序流程图 .225 供暖锅炉系统程序及仿真 .255.1 供暖锅炉系统各模块程序 .255.1.1 供暖锅炉换热系统主程序 .255.1.2 初始化程序 .265.1.3 模拟量处理部分程序 .285.1.4 手动

10、控制部分程序 .295.1.5 自动控制部分程序 .305.2 S7-200 SIM2.0 软件仿真 .306 结论 .35参考文献 .36致 谢 .3811 前言1.1 选题背景我们通常所说的供暖锅炉是民用生活锅炉的一种，科技发展，岁月变迁，我们的安全常识和意识也在不断提高，常压热水锅炉因其安全性较高，所以人们日常生活所用的基本是这一类锅炉，蒸汽锅炉已不断被淘汰 1。在规模不断扩大的工业生产中，以及在人们需求不断增加的日常生活中，锅炉这一充当动力和热源的必需品，也不断适应环境和发展的需要，容量、参数指标及安全性相应提高。环境保护问题越来越重视受到我国的重视，提出了“节能减排” 新政策。可编程

11、控制器是在继电器-接触器的基础上逐步发展起来的，其综合了继电器-接触器控制、计算机技术、通信技术以及自动化技术等相关学科，在多种控制系统中都得到了广泛应用。再此之后又引入了微处理器，进入了实用化发展阶段。20 世纪末，PLC 更加适应于现代工业的需要。随着科技飞速发展，PLC 技术已融入人们日常生活的方方面面，具有的通信的能力，构成了可编程控制系统，人机界面也逐步完善。研究基于 PLC 的供暖锅炉控制系统具有重要应用价值，特别是加入报警、数据采集等多种功能的集中供暖控制系统，将成为未来广泛研究应用的领域。1.2 研究的目的与意义随着现代科技和工业的发展，社会资源不断被消耗，不可再生资源不断地减

12、少，导致能源价格飞速上涨，成本不断提高。在开采资源的同时，不可避免地破坏了原有的生态环境，带来了大量的环境污染。因此，环保、节能减排等概念日益受到各国的高度重视。绿色、环保也成为当代社会发展的重要课题，引导着各个行业的发展方向。锅炉市场生长的趋势逐渐转向热效能高、环保、节能等特点 2。锅炉也向着更加环保更加安全性能更加优秀的方向发展，未来几年，现有的传统燃气、燃油、燃煤、电、太阳能等锅炉将被逐渐直至完全被更新取代， 等次新型锅炉冷 凝 式 汽 锅的有害物质排放情况虽有所改善，但在一定的条件下，仍然会造成一些损害。虽然随着科技发展，供暖锅炉的功能在不断强大与完善，但是性能安全节能方面仍不能满足生

13、产发展的需要。PLC 以其强大的功能，可以实现复杂的逻辑控制，它与供暖锅炉的结合，大大的提高了锅炉的各项参数。研究基于 PLC 的供暖锅炉的2控制系统具有重要应用价值，特别是加入多种功能的智能控制系统，将成为未来广泛研究深入的领域。1.3 课题研究内容及其可行性1.3.1 课题研究内容研究这个课题，目的是通过 PLC 可编程控制器与传感器、变送器的结合应用来对供暖锅炉进行控制，从而达到现实应用中的要求，在保证安全系数的前提下更加高效的供暖，满足人们需求。通过研究这个课题，要加深对 PLC 和供暖锅炉的理解，充分掌握以下内容。掌握 S7-200 系列 PLC 的结构原理，各部分的功能，以及各种编

14、程语言，通过对PLC 可编程控制器 的复习，熟悉掌握 S7-200PLC 的梯形图的编程方法。掌握供暖锅炉的工作原理和组成，通过查阅资料，了解国内外供暖系统和控制的状况，供暖锅炉的发展前景。会硬件电路连接，会设计编写程序，并将程序装载入 S7-200 sim2.0 仿真软件上，程序运行，可以模拟供暖锅炉控制系统运行情况，并检查分析及相应的修改。掌握西门子 S7-200 系列编程软件，熟悉 STEP7-micro/win编程环境，了解各编程语言，并会用相应语言编写程序实现供暖锅炉的特定功能。在本设计的供暖锅炉中，热源烧制的 的热量，由 送至各换热站，高 温 高 压 热 水 一 次 网然后各站把一

15、次网的 通过换热器转换，并将热能传递给 中的高 温 高 压 热 水 二 次 网，再由二次网的水将热能供给至热用户处 2。同时，经冷却后的回水会再次循 环 水地返回到 的 之中。换热站的 能够驱动 中的二 次 网 回 水 管 循 环 水 泵 二 次 网。一次和二次网均设有传感器，报警电路等。本课题主要要求根据供暖循 环 水 流 动锅炉的工作原理及控制特点，设计该类型供暖系统的 PLC 控制过程，包括锅炉功能选择，PLC 的选型， PLC 电路设计和程序设计。1.3.2 课题可行性由于供暖锅炉控制系统实现的功能不是很多，属于小型系统，考虑选用 s7-200系列的 PLC 完成相关功能。3使用的控制

16、元件有换热器一侧的 ，该阀门的主要作用是控制电 动 调 节 阀一次网供热的流量，与此同时，也能够控制 的供热量。在 和换 热 器 二 次 网 一 次 网两侧均安装温度传感器和一个室外温度传感器，根据室外的温度，来确定二二 次 网次测供水的温度值 3。编程软件选用西门子公司研发的 STEP7-micro/win，它具有功能丰富的指令盒，并且支持程序运行监控功能，可以方便的完成程序的编写，调试，下载，上传等。因此，在以上基础上，编程设计控制的供暖系统是可以完成供暖效果良好，水力热力平衡条件的，此课题是可以完成的。整体的操作具有可行性。42 供暖锅炉概述2.1 锅炉简介锅炉是一种日常生活中常见的 ，

17、它能够将化学能、电能等其它形能 量 转 换 设 备式的能量，转换成热水热气或者 ，经过传输设备进行输出。它产生的有 机 的 热 载 体这些能量，可以供人们日常生活所用，比如供暖供热，也可以转化成机械能，带动设备运转工作，也可以进一步转化成电能。还有专门为人们生活提供热水的叫做。 用来产生蒸汽，通常被简称为锅炉，这种锅炉用途相当广泛，热 水 锅 炉 蒸 汽 锅 炉可用于机器车辆、火力发电站、轮船和工矿企业等等。在现代社会，锅炉给人们的生产生活带来了巨大的便利，成为了一种不可或缺的设备。2.2 供暖锅炉结构我们日常生活中所用到的供暖锅炉主要由 、配电箱、电脑控制系统、锅 炉 本 体加热器、换热器、

18、循环水泵烟囱等组成。其供暖系统结构简易图如图 2.1 所示。图 2.1 供暖系统结构示意图2.3 供暖锅炉种类及特点2.3.1 供暖锅炉种类供暖锅炉的分类主要有：（1）按燃料进行分类：燃油取暖锅炉、电热取暖锅炉、燃气供暖锅炉、燃煤供暖锅炉等；5（2）按介质不同进行分类：热水锅炉、热风炉；（3）按结构不同进行分类：立式采暖锅炉、卧式采暖锅炉。2.3.2 供暖锅炉特点燃气式供暖锅炉采用电脑式采暖锅炉控制器，它拥有的所有功能被存储在一个小小的芯片上。锅炉开机由一个按键进行控制，定时、定温运行可实现全自动控制的功能，用户可以自行设定启、停炉的时间。一旦设置完成，我们就可以忙其他工作，而不需要再费时费力

19、的看守 4。燃油式燃烧系统所采用的燃烧器比较先进，其过程可实现全自动程序化控制，点火鼓风，油风量的比例调节等等均可做到自动化控制，节能环保，同时带有的熄火保护装置更加确保了燃烧的安全。燃煤式锅炉通常是按照常压进行设计的。煤从进入炉膛开始，直至燃烧完毕，通常要经过干燥、挥发形成焦炭、分着火燃烧、焦炭燃烧形成灰渣这几个阶段，大的通气口设在炉膛顶端，运行过程处于无压状态，燃烧运行更加安全可靠。2.4 供暖锅炉工作原理供暖锅炉控制系统属于过程控制系统，它将出水压力、回水压力、炉膛负压、出水温度、回水温度等参数作为控制的目标。水温主要靠燃烧和 来调节，压热 循 环力的大小由 来调节。在本系统中应用 的控

20、制方式，为了提高供循 环 泵 和 补 水 泵 PID暖系统的质量和效率，节约能源，本次模拟供暖系统的主要创新部分在于没有将实验研究的主体放在加热锅炉控制进出料量的部分，而是以另一个供暖系统中非常重要的环节换热环节为重点，系统考虑结合可编程逻辑控制器，压力变送器，继电器，循环水泵和温度传感器等硬件设备，实现供暖系统的自动控制。热源产生的热量，由 送至各 ，各分站把一次网的 通过换热器转换，传递一 次 网 换 热 站 高 温 高 压 热 水给 中的 ，再由 的水将热能输送至热用户处 5。冷却后的回水二 次 网 循 环 水 二 次 网再次返回到 的 中。 的 驱动二次网中的循环水流动。二 次 网 回 水 管 换 热 站 循 环 水 泵