1、本 科 毕 业 设 计锅炉自动加药系统的 PLC 控制设计所在学院 专业班级 电气工程与自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘要锅炉是提供热动力的系统设备，在锅炉中进行着三个相互关联的主要工作过程，即燃料的燃烧过程、传热过程和过热蒸汽过程。锅炉要安全、稳定地运行，水质是关键，对工作压力和工作温度高的锅炉来说，水质尤其重要。为了防止锅炉的受热面发生结垢，同时为了保证锅炉的安全运行还必须辅以炉内加药处理，控制炉内水中杂质使之呈分散、松软状态，为了不让其伏在受热金属表面形成二次水垢，并可由排污系统排出。 “自动加药系统”不仅能用在锅炉上还能用在其他类型的需加药处理的生产设备及
2、系统中。采用 PLC 控制能让炉内的水基本保持在所需的药液浓度，并能够保证炉内的各项水质指标基本平稳。传统加药装置有加药不方便等弱点，采用 PLC 控制后的加药装置能克服这些弱点，有效地提高锅炉的自动化。本设计是对锅炉自动加药系统的 PLC 控制设计，通过了解锅炉自动加药系统的工作流程和工作原理，确定锅炉自动加药系统的 PLC 控制方案，画出程序流程图。当然，PLC 设计要先熟悉 PLC 的工作原理以及编程方法，根据 PLC 的选型法方选择 PLC 及相关器件，完成硬件接线图，结合程序流程图编写出 PLC 的梯形图，实现锅炉自动加药系统的 PLC 控制。本设计中的锅炉自动加药分加药、配药和清洗
3、三个部分，在清洗的时候要停止一切加药配药的动作。加药配药时通过控制给料机，加药阀门、给药出药阀门，加药泵等来完成整个加药配药过程。知道各控制要求后，画出了程序流程图，然后选择了 PLC 及相关器件，最后设计出了PLC 的梯形图。关键词：锅炉；水质；PLC 控制；梯形图IIAbstractThe boiler thermodynamic system equipment is to provide, in a boiler three main work process of interrelated, namely the burning of fossil fuels process, he
4、at transfer process and superheated steam process. Boiler to safe, stable operation, water quality is the key, pressure of work and working temperature of the boiler water for high, is particularly important. In order to prevent the scaling heating boiler happened, meanwhile in order to guarantee sa
5、fe operation of the boiler must also be supplemented by furnace dosing processing，Control furnace of impurity in water, soft scattered with state， in order not to let it fell on heated metal surface, and can form secondary scale by sewage system eduction. “Automatic dosing system“ can be used not on
6、ly in the boiler, but also in other types of production equipment and systems which need medicine processing.Adopting PLC control can let furnace in the basic keep needed water, and can ensure the liquor concentration the furnace water quality indexes basic stable. Traditional dosing device such as
7、add medicine not convenient PLC control weaknesses, the dosing system can overcome these weaknesses, effectively improve the boiler automation. This design is to boiler dosing system, the PLC control design, By understanding boiler dosing system work process and working principle, to determine the b
8、oiler dosing system PLC control scheme, draw the program flow chart. Of course, PLC design must first familiar with PLC working principle and programming method, the selection of PLC independent according to choose PLC and related devices, complete hardware, combined with the program flow chart hook
9、up churning out PLC ladder diagram, realize boiler dosing system controlled by PLC. The design of the boiler dosing points dosing and dispensing and cleaning three parts, dispensing and cleaning. any dosing or dispensing actions should be stopped when cleaning. By controlling the dispensing dosing w
10、hen feeder, dosing valve, valve, a drug for drug dosing pump etc to complete the whole dosing dispensing process. Know each control requirements, draw the program flowchart, then select the PLC and related devices, finally draw the PLC ladder diagram.Keywords: boiler; Water quality; PLC control; lad
11、der-diagramIII目 录第 1 章 绪论 .11.1 引言 .11.2 锅炉设备及系统的概述 .11.3 设计的内容 .1第 2 章 系统整体方案设计 .32.1 系统工作原理和工作流程 .32.2 控制要求 .42.3 控制方案 .4第 3 章 PLC 的选型和外部接线图 .73.1 可编程控制器的基本组成和工作原理 .73.1.1 可编程控制器的基本组成 .73.1.2 可编程控制器的工作原理 .83.1.3 PLC 控制系统设计的基本原则和基本内容 .93.1.4 PLC 控制系统设计的基本步骤 .93.2 PLC 的选型 .93.2.1 PLC 选型的一般考虑 .113.2.
12、2 PLC 的选择 .133.3 PLC 硬件接线图的设计 .13第 4 章 PLC 程序设计 .174.1 程序流程图 .174.2 PLC 编程语言 .184.3 PLC 梯形图的编写 .194.3.1 编程规则及注意事项 .194.3.2 系统 PLC 的梯形图 .20IV小 结 .26致 谢 .27参考文献 .28附录 PLC 指令表 .291第 1 章 绪论1.1 引言锅炉作为提供热动力的设备，广泛用于各行各业的生产生活。一些中小型锅炉的加药装置通过人工进行简单的配药加药，利用锅炉给水泵的水压或用加药泵一次性把药加入锅炉的加药装置使用起来不但不方便，而且药量浪费大，很难做到准确的控制
13、，还容易造成炉水总碱度过高，排污量增加，对生产很不利。锅炉控制效果的好坏对企业的经济效益和人民的生活质量有着直接的影响，因此对锅炉实现自动化控制是必要的趋势。锅炉本身具有多输入、多输出并且各个参数之间还具有相互关联性的特点，所以对锅炉的控制始终是各国技术人员不断探索研究的一个重要课题。PLC 控制是该控制领域的首选，因为它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业对自动化的需求。1.2 锅炉设备及系统的概述锅炉由锅炉本体设备、辅助设备和锅炉附件组成。锅炉本体设备是锅炉的主要组成部分，由汽水系统和燃烧系统组成。锅炉的辅助设备主要包括输煤设备、制粉设备、除尘和除灰设备等。
14、锅炉附件包括水位计、吹灰器、安全门、热工仪表和控制设备等。除此之外，锅炉本体还有炉墙和构架。锅炉的系统由燃烧系统、汽水系统和其他辅助系统来构成。锅炉的锅泛指汽水系统，汽水系统是由水和蒸汽流经的许多设备组成的系统，是与过热蒸汽的产生过程有关的系统。锅炉的炉泛指燃烧系统，燃烧系统是由燃烧设备、通风设备、空气预热器以及烟风道组成的。辅助系统由七个辅助系统组成，包括煤粉制备系统、燃料供应系统、给水系统、除灰除尘系统、通风系统、水处理系统、测量和控制系统。1.3 设计的内容本次设计的主要内容是一个锅炉加药系统的 PLC 控制设计。目的是通过 PLC 控制各个加药阀门、给粉机以及加药泵等来实现锅炉自动加药
15、系统的加药配药，还有自动清洗。设计的主要内容、功能及技术指标。1、主要内容：1）了解锅炉自动加药系统的工作原理，确定其工作流程。2）确定锅炉加药系统的 PLC 控制方案。3）熟悉 PLC 的工作原理及编程方法。4）选择 PLC 及相关器件。5）设计硬件接线图。6）编写 PLC 的梯形图。2、主要功能：1）使炉水时刻保持一定的药液浓度。2）使炉内的各项水质指标保持基本平稳。3、主要技术指标：1）锅炉加药系统设手动和自动两种方式。22）克服老式加药装置配药加药不方便等弱点。3）有效提高锅炉的自动化程度。3第 2 章 系统整体方案设计2.1 系统工作原理和工作流程锅炉中的水质不良会使锅炉内受热的金属
16、表面形成水垢，发生金属腐蚀并且恶化蒸汽品质。锅炉结垢会产生以下危害：锅炉的导热能力降低；锅炉运行的安全性降低；影响锅炉本体水系统的水循环；降低锅炉的使用寿命。因此，为防止锅炉的受热面发生结垢，要对锅炉的加药装置进行自动化的控制，使炉内水中杂质呈分散、松软状态，不让其粘附在受热金属表面形成水垢。作为一个锅炉自动加药系统，要实现加药系统的自动化控制，需从以下几个方面来考虑：1、必须符合自动加药系统的工艺要求。2、必须提供较合理的控制解决方案。3、应该符合流程控制的一般要求。系统由基础平台、不锈钢搅拌装置、不锈钢加药泵、不锈钢管道、安全阀、过滤器、物位传感器、液位传感器、手动隔离阀、PLC 与触摸屏
17、及电气自动控制系统等组成。如图 2.1 所示。图 2.1 蒸汽锅炉的加药系统加药装置简介：某些中小型锅炉的加药装置由人工进行一些简单的配药，利用锅炉给水泵的水压或一次性的把药加入锅炉的加药装置不但不方便而且容易浪费大量的药，难以做到准确的控制，还易造成炉水总碱度过高，增加排污量，不利于生产。本文是用一种简单并具有一定自动化程度的“自动加药系统”，此系统能用在锅炉上，还能用在其他类型的需要加药处理的系统中。该控制系统方案中人机界面与 PLC 有机搅拌机过滤器汽包气动排放阀电动绞龙式给料机加药泵安全阀清洗用水纯水液剂 蒸汽汽动阀手动阀粉剂4组合，能够灵活的构造控制方案，相对于传统的电气控制更加的可
18、靠、控制更加的准确。系统功能分析：锅炉自动加药系统采用 PLC 控制，通过手动、自动两种可选择的方式，稳定地给锅炉加药，让炉内的水基本保持在所需的药液浓度，使炉内水质的各项指标基本保持平稳。PLC 控制的加药装置要能够克服配药加药不方便的弱点，并有效的提高锅炉的自动化程度。加药系统操作简单、安全、可靠，设有电机搅拌器，溶解药剂所需时间可按照实际情况进行设定，使其能完成自动加药及自动清洗等。2.2 控制要求本次设计的自动加药系统的控制核心是采用可编程控制器的操作使用，配置常规电气配电控制系统。加药控制系统的控制并不复杂，但对其工艺过程却有较严格的要求。现将其控制要求叙述如下：各种电磁阀由 PLC
19、 控制，再由电磁阀通过控制压缩空气气路来驱动气动阀的开关，从而达到配药和加药的目的。PLC 的功能还可根据实际情况增加，如 PLC 控制方式可实现对加药系统设备工作状态的监控；它还可对绞龙式给料机、搅拌器和加药泵的故障状态进行监控。加药系统设人工手动控制、PLC 手动和自动控制两种方式。PLC 控制方式包括自动控制方式和手动控制方式。加药的全过程能自动完成称为自动控制方式；而加药的每个过程都要通过操作人员操作完成则为手动控制方式。人工手动控制是通过常规电气控制方式来控制绞龙式给料机、搅拌器和加药泵的启停，再通过气动阀的旁路操作来完成整个配药和加药的过程。在此系统控制中，还要求有自动清洗部分，并
20、且在清洗时要停止一切加药配药的工作。2.3 控制方案根据生产锅炉的加药系统的特点，做如下方案。如图 2.2 所示。本文系统的锅炉自动加药系统因为较为稳定，因此在汽包中简单的采用了高低两限位开关，从而来控制加药泵的工作以及加药、出药阀门的开关。1、 电气配电系统配电系统示意图如图 2.3 所示。配电系统中的主要元件：K-隔离刀闸；QF1、QF2、QF3-三相空气开关；KM1、KM2、KM3-继电器；FR1、FR2、FR3-热继电器；QF01、QF02、QF03、QF04-单相空气开关。2、控制系统电气控制系统示意图如图 2.4 所示。电气控制系统中的主要元件：SQ01-单相空气开关；SB12、SB22、SB32、SB0-按钮（配常开触点）；SA1-选择开关；SB11、SB21、SB31-按钮（配常闭触点）；5GL1、GL2、GL3-运行指示灯（绿灯）；RL1、RL2、RL3-待运行指示灯（红灯）；R1、R2、R3-热继电器；YL1、YL2、YL3-故障指示灯；KM1、KM2、KM3-继电器。图 2.2 加药系统的控制方案过滤器排放P - 6加药泵安全阀给药纯水液剂 蒸汽出药粉剂给粉料斗温度传感器搅拌器清洗用水压力传感器液位控制器接触器断路器接触器断路器接触器断路器热继电器热继电器主系统 主系统主系统配电及控制系统光电开光或物位传感器热继电器
