温度传感器来采集锅炉水温信号毕业论文

摘要：本文主要采用温度传感器来采集锅炉水温信号，用水位传感器来采集锅炉水位信号，用变频器来控制循环泵的转速，并把这些信号通过模数转换送给PLC(Programmable Logic Controller),与PLC内部设定的参数进行比较，以判断是否需要进行相应的操作，从而实现PLC的自动控制的目的。关键词：可编程控制器（PLC），传感器，变频器，自动控制，报警 Abstract：The text mostly adopts temperature transducer to collect signal of boiler water temperature, adopts w- ater level transducer to collect signal of boiler water level, makes use of transducer c- ontrolling rotate speed of circulation pump and sends the signals to PLC ( Programm- able Logic Controller) with modulus diversion. Then, the signals compare with para- meter of enactment inside of PLC, in order to judge whether PLC need to put up rele- vant operation, and that realize auto-control of PLC. Key words: Programmable Logic Controller (PLC), sensor, transducer, Auto-control, alarm引言：20世纪60年代，供暖锅炉控制的过程主要是继电器控制系统，但继电器控制存在着很多的缺陷。而且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。PLC在供暖锅炉的控制有着十分重要的作用，它有通用性强、安装简单、维修方便、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。1 系统设计方案本系统的主要组成部分有:温度和水位控制部分功能,循环控制部分, 故障报警部分。组成框图如图1所示。加热模块温度检测模块水位检测模块加水模块显示模块循环模块图1 系统框图PLC循环泵部分,循环系统有2 台75 kW 循环泵,互为备用，根据锅炉的出回水温度的差来控制循环泵的转速。补水部分,补水系统有2 台7. 5 kW补水泵,互为备用,根据水位传感器检测到的水位确定PLC给执行怎样做 ,这样控制精度高并且使系统更安全、可靠。温度控制部分,当室外温度低于设定的值时，需要开气引风机和加快循环泵的转速，否则不需要；当水温在设定范围内，自动运行。当水温不在设定范围内，需要开引风机和加煤。2 系统硬件部分配置整个供暖控制系统由可编程序控制器( PLC) 、变频器1 台、传感器9台（室外温度、出水温度、回水温度、锅炉水温、下下限水位、下限水位、上限水位、上上限水位、锅炉压力）、2台循环电机和2 台补水电机、引风机、送煤机等设备组成。2.1 PLC的配置本系统采用了松下公司的FPO系列PLC，由于它的模块化设计为适应具体的应用提供了极大的灵活性，便于扩展功能，有效的提高了系统的经济性。FPO-C32的主要功能有：快速的中央处理运算能力，极丰富的编程指令集，操作便捷，易于掌握。强大的通讯能力，丰富的扩展模块，系统设计与调试周期短。2.2 变频器配置在本系统中选用ABB公司的ACS600变频器。ACS600变频器具有很宽的功率范围（2.23000kw）可以满足本设计的要求75kw和7.5kw，优良的速度控制和转矩控制，并具有完整的保护功能以及灵活的编程能力1。其重要特性如下：无与伦比的电机速度及转矩控制，电机辨识运行及速度自我微调功能。内置 PID控制器，降低了您的投资成本。ACS 600 Single Drive能在几毫秒内测出电机的实际转速和状态，所以在任何状态下都能立即起动，无起动延时。零转速下，不需速度反馈就能提供电机满转矩。ACS 600 Single Drive能够提供可控且平稳的最大起动转矩。可达到200%的额定转矩。不需特殊硬件的磁通制动模式可以提供最大的制动力矩。在磁通优化模式下，电机磁通自动适应于不同的负载以提高效率同时降低电机的噪音，变频器和电机的总效率可提高 1%-10%。2.3 电动调节阀配置电动调节阀选用西门子的VVF592。该电动调解阀的额定冲程20mm的法兰二通阀PN25，适用于开路或闭路中的低压热水，生活热水，高压热水，热油，饱和或过热蒸汽，介质温度：1-220OC。其口径：DN50-DN150。2.4 手动阀配置手动调解阀采用上海良工品牌的铸钢涡轮蝶阀。2.5 传感器配置在系统中用到了温度传感器、水位传感器、压力传感器。采用 PT100温度传感器检测温度,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 -200 至 6500C的范围。用光敏三极管检测水位用高亮二极管与光敏三极管3DU配合检测水位2。它无污染且检测准确。MS3系列压力变送器，采用先进的钛/硅-蓝宝石传感器和变送器电路，产生具有压力范围广、耐磨损、抗冲击及耐腐蚀等突出特点，弥补了其他变送器的不足。能在严寒地区及高温地区长期工作。2.6 配电器由于CPU的电源为24DC，所以要用一个配电器，是220V的交流电压变为24DC的直流电压。3 系统的具体设计与实现本系统的主要功能有: 检测部分功能、控制部分功能、故障报警功能。系统原理框图如图2所示。出水温度回水温度可编程控制器PLC循环变频器1循环泵2循环泵保护、报警补水系统1补水泵2补水泵水温水位下限下下限和上上限水位上限图2 原理框图3.1 温度控制部分本系统中，采用供暖温度自动调节功，即根据室外温度变化，能自动调节给定温度。这可以用一个室外的传感器，来采集并把它送到PLC，并与设定的温度相比，看是否需要供暖和是否需要开气引风机和送煤。当室外温度低于某一值时，就需要开始供暖，否则就不需要了。在负载一定时，该部分用一个温度传感器来测量水温，并把这个温度之送入PLC，进行计算。把所得的值与给定温度通过PID算法来控制是否需要开引风机和加煤、是否需要加大电磁阀的阀门、是否需要加快循环泵的转速。 3.2 补水控制部分用高亮二极管与光敏三极管3DU配合检测水位，不透明悬浮物随水位而上下移动 ，其以安装在最下面的高亮二极管和三极管为例，来说明其检测水位的原理。实现方法如图4所示。当水位未到达安装位置时 ，高亮二极管发出的光就能透过玻璃管和水到达光敏三极管，此时光敏三极管就会导通；当水位到达安装位置时，不透明悬浮物就会挡住高亮二极管发出的光，此时光敏三极管不导通。 用此方法来检测水位，当水位到达下限值，自动开启补水泵1；当水位值到达上限值时，自动关闭补水泵1；当水位到达下下限值，系统报警；当水位值到达上限值时，系统报警。报警系统开启，补水泵2开 图3 水位检测实现方法图 始工作。当补水泵1出现故障时即该停止补水时没有停止，该补水时没有补水。两台补水泵都故障时整个系统断电，系统停止工作。由于在现实生活中，存在从供暖管中放水的现象，所以要设定一个补水部分，以保证管内的水量已定。水位控制部分的控制框图如图4所示。 4.3 循环泵部分循环泵部分的子程序部分当出水温度和回水温度在规定范围之内，开启循环泵1，有变频器控制循环泵的转速，使锅炉内水循环达到供暖。当循环泵1出现故障时，用备用的循环泵2。循环泵1出现故障即是出水温度与回水温度的差值非常大即设定的最大温差时，循环泵故障报警，改用循环泵2来替代循环泵1工作。被替代的泵在循环顺序中可以自动跳过,顺沿循环。循环框图如图5所示4。补水泵1有故障吗？水位下限水位吗？开启补水泵1进行补水水位检测YNN补水泵2工作Y开始返回检测水位为上限水位吗？补水泵1停止补水YN检测水位为上限水位吗？补水泵2停止补水YN图4 补水控制框图故障报警图5 循环控制流程图 循环泵有故障吗？温差为设定值吗？开启循环泵1温度检测YNN循环泵2工作Y开始返回4.4 手动/ 自动切换部分对原系统的控制电路进行改造时,保留原系统的手动控制功能,以备变频调速系统出故障时使用.在控制台上设有手动/ 自动选择的万能转换开关。系统在启动时，不能用自动控制，所以设置一个手动控制功能。当采用手动控制时，电动调节阀处于全开状态，PLC不再起控制作用而相当于一个接口。入汽流量有手动控制阀门来控制。设定值、当开关置于自动位置时系统的启动控制权在PLC ,置于手动位置时,利用原系统进行手动控制。4.5 报警与保护补水失灵报警，再补水过程中，当水位到达下下限水位时，系统认为没有补水，开启报警系统，开启补水泵。当水位到达上上限水位时，系统认为没有关闭补水泵，开启报警系统，关闭补水泵。 循环泵故障报警，开启循环泵后，一定时间内出水温度和回水温读的差值很大，认为此循环泵故障报警，开启另一台循环泵。 当然，对于以上报警都设定为声、光报警。5 系统软件的实现在PLC 的主程序中含10 个子程序,大致可以分为4 大部分:初始化部分、循环泵部分，补水泵部分，温度控制部分和故障报警部分。其程序流程如图6所示。状态及PID初始化模拟量处理子程序温度控制部分子程序循环系统控制子程序补水泵选择子程序故障诊断与报警处理图6 程序流程图开始5.1 I/O口的分配表1 I/O口分配表输入口分配输出口分配X0SB1室外温度设置Y0引风机X1SB2出回水温度差设置2Y1循环泵1X2SB3取消报警Y2循环泵2X3SB4压力设置Y3补水泵1X4下下限水位Y4补水泵2X5下限水位Y5故障报警铃X6上限水位Y6报警灯X7上上限水位Y7送煤机X8室外温度采集X9压力采集XA出水温度采集XB入水温