【毕业论文】基于PLC锅炉控制系统毕业设计说明书

程序控制是指在操作指令的作用下按照规定的操作程序自动完成锅炉的起动和停炉过程。

安全保护主要是在锅炉的个工作过程处于异常状态，危及锅炉安全运行时进行必要的操作使锅炉停止运行，同时发出相应的声光报警。

自动连锁是当锅炉的个设备发生误操作或故障时，能自动阻止有关设备的运行，避免事故的扩大。

如当锅炉的鼓风机发生故障停止工作时，燃烧器能自动停止喷油。

为了使锅炉运行安全可靠，锅炉控制系统中设置监控环节，对锅炉的蒸汽压力蒸汽温度水位燃油压力燃油温度等参数进行监控。

船舶锅炉的控制方式概述我国从年代开始从事锅炉自动控制系统的研制工作，早期船舶锅炉的自动调节系统通常采用气动电动或液动式。

到年代开始出现以可编程控制器为核心的辅助锅炉自动控制装置，虽然可编程控制器问世时间不长，但已步入成熟阶段。

可编程控制器，简称是种应用微电子技术的通用型工业控制设备。

它具备在内部存储指令的可编程序存储器，允许用户通过自己编制简单程序的手段来设置控制功能，从而满足对被控生产过程的不同要求。

按照美国电气制造商协会的定义，可编程控制器是种数字式电子仪器，其可编程存储器可存储些逻辑，定时，记数和四则运算等特殊功能的指令，用以控制机械和生产过程。

发展至今，可编程控制器以其安装简单，使用方便，适应性强，和价格低廉等特点迅速成为国外生产过程扩展领域中应用广泛发展趋势最强的产品，它不但已占领了继电器系统和常规电子系统的广大市场，还与现代专用微计算机控制系统展开了激烈的竞争。

在我国很多工作部门中，可编程控制器都得到了广泛的应用，在船舶上的使用也已经相当普遍，取得了显著的经济效益并正在迅速推广。

在工业控制历史上曾长期占统治地位的继电接触器系统以及常规电子逻辑系统都是通过硬件布线方式来实现不同的控制功能的，除了元件多，可靠性低外，也使用户很难改变控制过程且系统使用范围限制，生产批量小而成本高。

常见的微计算机系统，如单片机系统，通过程序来实现控制功能，但这种系统的设计和建立要用繁琐的机器指令编程，制作各种专用接口，故使般技术人员实现起来比较困难。

而可编程控制器它靠存储程序控制，适应力强，加上其模块化结构，也具有很强的灵活性。

其编程语言简单易学，除了具有逻辑判断，定时和计数等基本功能外，还具有算术运算及闭环调节等模拟量控制功能，控制规模可以从几十个输入输出点至上万点，即可控制单个设备又可对多台设备进行群控，它还可以互相与上位机联网形成分散控制系统，集中管理的集散局部网络。

另外，它能适应工业控制现场的高温振动电源不稳等恶劣使用环境。

当前的研制和应用已进入成熟阶段。

方面继续向采用单片机的价格低廉的超小型机方向发展，另方面则采用多微机和并行处理技术，大大提高了实时控制速度和处理能力，大型多功能的集散式网络和高级语言的发展极为迅速，各生产现场的通过工业网络与生产调度管理计算机系统相连，使过程控制及生产调度都可实现高程度的最大化和自动化。

可编程控制器工作原理下面对可编程序控制器的工作原理做简要介绍。

可编程序控制器工作的基本原理是建立在计算机工作原理基础上的。

通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。

采用循环扫描的工作方式，其工作过程主要分为输入采样，程序执行，输出刷新，直循环扫描工作。

第步，输入采样，在这个过程中，可编程序控制器按扫描方式读入可编程序控制器所有端子上的输入信号，并将这些输入信号存于输入映像区。

，在本工作周期的执行和输出过程中，输入映像区内的内容不会随实际信号的变化而变化。

第二步，执行扫描，在执行用户程序的扫描过程中，可编程序控制器对用户以梯形图方式编写的程序按从上到下，从左到右的顺序逐扫描各指令，然后从输入映像区取出相应的原始数据或从输出映像区读取有关数据，然后做由程序确定的逻辑运算或其他数字运算，然后随运算结果存人确定的输出映像区有关单元，但这个结果在整个程序未执行完毕前不会送到输出端口上。

第三步，输出扫描，在执行完所有用户程序后，可编程序控制器将输出映像区中的内容同时送到输出锁存器中，然后由锁存器经功率放大后去驱动继电器的线圈，最后使输出端子上的信号变为本次工作周期运行结果的实际输出。

本选题设计主要完成的内容应用可编程序控制器作为锅炉控制器，对锅炉给水，点火程序，风油调节和蒸汽压力进行自动控制。

根据船舶辅助锅炉的主要控制量蒸汽压力和锅炉汽包水位进行简单数学建摸，用计算机建立简单的船舶锅炉模型。

建立基于的锅炉模型与控制器组成的控制系统，并验证锅炉控制器的可行性和有效性。

锅炉系统描述锅炉的基本组成为了达到对锅炉自动运行的控制，有必要对控制对象进行系统认识，下面以船上常用的立式横烟管锅炉为例，介绍锅炉烧和锅炉的安全运行。

对于蒸汽系统，其吸收热量的部分用于把给水加热到饱和水，另部分用于把饱和水变成饱和蒸汽。

所以，根据热平衡定律，式中，锅炉的蒸发量，饱和汽焓，饱和水焓，给水焓，锅炉的储水量，饱和水焓和汽包蒸汽压力有关，即，微分后得到将代入可得燃油调节阀燃烧系统蒸汽系统蒸汽阀移项后得令称为蓄热系数，它表示汽压每改变个单位蒸发受热面和锅筒所能吞吐的蒸发量，把蒸发系统的吸热量用蒸汽量来表示，即吸热量理论上所产生的蒸汽所以变为，即模型仿真的处理方法下面介绍种连续系统仿真常用的方法龙格库塔法。

在连续系统仿真中，主要的计算工作是对，的阶微分方程进行求解。

因为，已知，假设我们从跨出步时刻为，对可以在附近展开成泰勒级数，只保留项，则有，假设这个解可以写成如下形式对式右端的函数在，处展开成泰勒级数，保留项，可得，将，代入式，则有将上式与进行比较，可得若限定，可得其中组解，若写成般递推公式，即其中这种方法被称为二阶龙格库塔法。

在计算时只用到，即在后步的计算中，仅仅利用前步的计算结果，就能由初值逐步计算得到后续各时间点上的仿真值。

基于的锅炉模型建立利用图形开发系统，可以开发出功能完善，界面友好的模型仿真系统。

具体界面如下此模型以日本生产的型号船用辅助锅炉为模拟对象，该型锅炉主要参数如下蒸发量工作压力给水温度蒸发受热面起炉压力，低火燃烧压力，停炉压力，超高压报警压力点。

高水位，低水位。

运行程序后，按下锅炉模型仿真开始按钮，锅炉模型与建立连接。

同时锅炉面板自动设置，此时处于自动模式工作下。

按下起动按钮，锅炉全自动运行。

也可以进行手动控制，将转换开关选择档，再按下起动按钮，将按手动方式运行。

这时油泵水泵电加热燃油点火及燃烧过程均需手动控制。

为验证报警功能的可靠性，设有五种报警的手动模拟，极限低水位报警与油温过低报警可在手动控制下进行观测。

报警时指示灯闪烁，可按下消音按钮，指示灯变平光，待故障排除后需按报警复位按钮。

通讯概述支持多种通讯协议，包括点到点的协议，多点协议及协议。

这些协议的结构模型都是基于开放系统互连参考模型的层通讯结构。

协议和协议通过令牌环网实现。

令牌环网遵循欧洲标准中的过程现场总线标准。

它们都是异步基于字符的协议，传输的数据带有起始位位数据奇校验和个停止位。

每组数据都包含特殊的起始和结束标志源站地址和目的站地址数据长度数据完整性检查几部分。

只要互相的波特率相同，三个协议可在同网络上运行而不互相影响。

本设计模型采用协议与进行通讯。

是个主从协议。

在这个协议中，主站其他，编程器或给从站发送申请，从站进行响应。

从站不能初始化它本身，只有当主站发出申请或查询时，从站才响应。

在协议下进行通讯时可以建立定数目的逻辑连接，在波特率为三种波特率下只能建立个逻辑连接。

在模式下才可以作为主站。

旦进入主站模式，就可以利用网络读和网络写指令读写其他。

作为主站的还可以响应其他主站的请求。

对于任何个从站有多少个主站和它通讯，协议没有限制，但是在网络中最多只能有个主站。

通讯的部件包括通讯口电缆通讯卡以及通讯扩展模块等。

在每个的上都有个兼容的针型端口，由于计算机的串口为信号，两者之间要进行通讯，必须有装置将这两种信号相互转换。

电缆就是实现该功能的部件。

模型与通讯的实现上位机通讯软件采用，支持客户机，即可用语言编写读写程序实现与的通讯。

通讯协议由指定，它支持点对点接口与网络的通讯，以太网与网络的通讯，能自动完成数据传输前的握手，桢格式的转换，数据传输及其校验，异常处理。

在编写代码时首先需在工程栏中选择引用，在下拉列表中选择，单击确定。

完成数据的发送和接受，主要为函数，和。

和为加载的两个组，用于指定读写的储存单元，参数表示读写的字节数。

结论船用锅炉系统自动化是船舶自动化的重要组成部分，而锅炉控制技术是自动化发展的个重要课题。

由于船舶锅炉系统的特殊性，锅炉控制系统目前仍建立在以继电接触器为主的逻辑控制基础上。

在实际应用中，由控制系统故障引起的恶性锅炉事故仍在发生，为此需要用更先进更可靠的锅炉控制系统来完善锅炉自动化运行。

现代微计算机技术与传统工业控制概念相结合的产物已发展到非常成熟的时期。

其软硬件结构上的高度灵活性，适应工业环境的高度可靠性，由标准化通用化而带来的经济性，独具格的编程方法带来的易于使用性，都使之成为工业控制领域中最有发展前途的产品。

本文利用进行了燃油辅助锅炉控制系统的设计，并利用软件编制了锅炉的简易模型，以利于验证控制器的实用性和有效性。

的系统设计能够基本完成锅炉的控制要求，锅炉模型能够基本模拟实船锅炉的操作运行过程。

此外，本文采用的这种与模型结合的控制方式在的实验教学中，也不失为种很具参考价值的教学手段，这样可以使学生很直观的看到的控制过程，从而判断出自己的设计程序是否正确。

同时认为可以在以下几方面予以改进在锅炉模型上，由于缺乏对锅炉实物的深入研究，故模型的建立和仿真结果不定准确。

如果能够对船上实用锅炉进行数据采集，并建立锅炉模型，其仿真效果会更好。

在锅炉燃烧控制设计上，可以增加次点火失败后自动进行第二次点火的功能。

在蒸汽压力控制方式上，可开发使蒸汽压力品质因数更好的比例调节方式，及进行最佳风油比控制。

由于时间仓促，加上作者水平有限，论文不足之处再所难免，敬请专家和同行批评指正。

致谢在这次毕业设计的过程中，指导老师教授给