基于PLC的燃油锅炉水位控制系统设计

基于Ｓｉｅｍｅｎｓ　Ｓ７—３００　ＰＬＣ的４　ｔ／ｈ卧　

曾　霞，杨晓平　

（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安７１０３００）　

摘　要：利用自动化领域广泛使用的Ｓ７—３００可编程序控制器，使用ＳＴＥＰ７　Ｖ５．３编程软件，在分析　

锅炉原控制系统的基础上，提出用可编程控制器（ＰＬＣ）控制的改造方案，介绍ＰＬＣ构成的锅炉控制系统　

并通过ＰＬＣ实现锅炉的各种控制调节功能。　

关键词：自动化；Ｓ７—３００；锅炉控制　

中图分类号：ＴＢ　４９２　文献标志码：Ｂ　

Ｔｈｅ　Ｂｏｉｌｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　４　ｔ／ｈ　Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　Ｔｈｒｅｅ　Ｒｅｔｕｒｎ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｆｕｅｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＩＥＭＥＮＳ　Ｓ７——３００　ＰＬＣ　

ＺＥＮＧ　Ｘｉａ，ＹＡＮＧ　Ｘｉａｏｐｉｎｇ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ＇ａｎ　７１０３００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｈａｓ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ　ｔｈｅ　Ｓ７　３００　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｔｈａｔ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｆｉｅｌｄｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ＳＴＥＰ７　Ｖ５．３　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｌａｎ　ｏｆ　ＰＬＣ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａ　

ｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｂｏｉｌｅｒ．Ｔｈｅ　ｂｏｉｌｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ＰＬＣ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａｎｄ　ａｌｌ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅａｌ—　ｉｚｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ＰＬＣ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓ７—３００，Ｂｉｌｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　

１　４　ｔ／ｈ卧式内燃三回程燃油锅炉结构设计　

I

摘要

本次毕业设计的课题是基于PLC的液位控制系统的设计。在设计中，笔者主要负责的是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文中设计用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。

本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析， FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。

关键词：FX2系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，扩充临界比例法，PID指令，实验

II ABSTRACT

The subject of graduation design is based on PLC, liquid level control system

design. In the design, the author is mainly responsible for the mathematical model and

control algorithm design, so the design used in the paper referred to was more PID

algorithm, PLC in less knowledge.

Main contents of this article: PLC creation and definition, process control,

development, and water tanks and experiment to determine the characteristics curve

analysis, FX2 series PLC hardware control, PID tuning parameters and various

毕业设计（论文）

题 目： 基于PLC的加热炉温控制系统设计

学 院： 电子信息学院

专业班级： 06自动化（2）

指导教师： 康涛 职称： 讲师

学生姓名： 雷颖倩

学 号： 40604010225

西安工程大学本科毕业设计（论文）

摘 要

在现代工业生产过程中，一些温度等作为被控参数的过程，往往其容量滞后较大，控制要求又较高，若采用单回路控制系统，其控制质量无法满足生产要求。本文针对锅炉的结构特点以及船机控制能够有效的改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等，提出了锅炉温度串级控制的解决方案。

本系统以电加热锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为福被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度控制系统；完成了系统的硬件设计和PLC程序设计。

经过调试，PLC程序实现了数据采集、A/D转换、PID运算和D/A转换等，达到了设计要求。

关键词：锅炉，温度，串级控制，PLC，PID

西安工程大学本科毕业设计（论文）

ABSTRACT

In modern industrial production,some course's capacity often lags behind

relatively largely,control also expect relatively much regarding temperature,etc,if adopt

the control

system of single circuit,its quality of control is unable to meet the production

甘辉兵，等：基于ＰＬＣ的大型油船燃油锅炉仿真系统的开发　文章编号：１０００—４６５３（２００６）０２—００９９—０４　

基于ＰＬＣ的大型油船燃油锅炉仿真系统的开发　

甘辉兵　，　张均东　，　曾　鸿　，　李　一　（１．大连海事大学，辽宁大连１１６０２６；２．中国海事局广州船检管理处，广东广州５１０２３０）　摘要：为解决航海教育中大型油船燃油锅操作培训Ｉ的问题，以大型油船燃油锅炉自动控制系统为对象，利用在自　动化领域广泛使用并得到各国船级社认可的ｓ７—３００可编程序控制器，使用ＳＴＥＰ＇／Ｖ５．３编程软件，开发了基于ＰＬＣ　的大型油船燃油锅炉仿真系统，实现了大型油船燃油锅炉的各种控制功能的仿真，仿真控制曲线符合实际。硬件　的设计和软件的开发能有效地代替真实锅炉进行操作培训Ｉ。　关键词：船舶、舰船工程；燃油锅炉；仿真系统；可编程逻辑控制器；大型油船　中图分类号：Ｕ６６４．１１ｌ；ＴＰ３９１．９　文献标识码：Ａ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｆｕｅｌ　Ｂｏｉｌｅｒ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ　Ｔａｎｋｅｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＬＣ　ＧＡＮ　Ｈｕｉ　ｂｉｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ－ｄｏｎｇ　，ＺＥＮＧ　ｔｔｏｎｇ　，ＬＩ　Ｙｉ　（１．Ｄａｌｉａｎ　Ｍａｒｉｔｉｍｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ，１　１６０２６，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄｅｐａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｈｉｐ　Ｓｕｒｖｅｙ　Ｃｏｎｔｍｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　ＭＳＡ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，５　１０２３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｔａｎｋｅｒ　ｆｕｅｌ　ｂｏｉｌｅｒ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，ａ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｓ７—３００　ＰＬＣ．ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａｐｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｓｏｃｉｅｔｉｅｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｆｉｅｌｄ　ｗｉｄｅｌｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＳＴＥＰ　Ｖ５．３，ｂｙ　ｗｈｉｃｈ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｔａｎｋｅｒ　ｏｉｌ　ｂｏｉｌｅｒ　ｃａｎ　ｂｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｃｃｏｒｄ　ｗｉｔｈ　ｒｅａｌ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｓｔａｔｅｓ，ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｉ￣ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｃａｎ　ｒｅｐｌａｃｅ　ｒｅａｌ　ｂｏｉｌｅｒ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｔｒａｉｎｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｈｉｐ、Ｎａｖａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｆｕｅｌ　ｂｏｉｌ￣Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ＰＬＣ；Ｌａｒｇｅ　ｔａｎｋｅｒ　大型油船作为一种特种运输船舶，具有诸多其　他船舶所没有的独特要求的机械设备和系统，燃油　锅炉就是其中之一。要确保货油和燃油加热、驱动　货油泵（蒸汽动力船舶上还提供船舶动力）等功能的　实现，一般要求油船燃油锅炉具有蒸发量大、蒸汽压　力高、经济性好及自动化程度高的特点。这使油船　燃油锅炉燃烧过程、给水过程的自动调节以及过热　蒸汽温度的自动调节等更为复杂，自动控制难度也　更大，因而对操作人员的要求也更高。据有关统计　资料显示，在船舶事故中，人为因素竟占８０％¨　。　如果油船燃油锅炉的使用操作出现问题，将使货油　无法装卸甚至整条船瘫痪，影响船舶营运安全。为　了提高油船燃油锅炉操作的安全性和可靠性，提高　操作人员的技术素质，加强对操作人员的培训和操　练是一个重要环节。以低投入、小容量、易操作的模　拟器或仿真系统，替代海员在海上的部分经历，是快　速、有效地培养现代化高级船员实际操控能力的有　效手段。　目前，船用仿真系统研制工作均集中在轮机模　拟器和驾驶操纵模拟器上，主要模拟集控室、主推进　装置、船舶电站和驾驶台操纵设备的性能，即使附带　一部分锅炉仿真的内容，但针对性不强，操作过于简　单，尤其是对大型油船燃油锅炉全功能仿真基本处　于空白。而西门子公司的ｓ７．３００系列ＰＬＣ功能强、　速度快、扩展灵活、可靠性高、抗干扰能力强，具有很　强的模拟量处理能力和数字运算功能，用户程序存　储容量达１２８　ＫＢ，具有许多过去大型ＰＬＣ才能具有　的功能，其扫描速度为１　０００条指令只需０．３　ｍｓ　，超　过了许多大型的设备。ｓ７—３００的功能指令如ＰＬＣ初　始化、燃烧控制、水位自动控制、点火时序控制、故障　检测和安全保护报警等，丰富灵活，完全满足大型油　船燃油锅炉主要控制功能的仿真要求。基于上述事　实，开发了基于ｓ７．３００系列ＰＬＣ的大型油船燃油锅　炉仿真系统。　收稿日期：２００６．０２．ｏ８　作者简介：甘辉兵（１９８１一），男，湖北公安人，研究生，研究轮机自动化与智能化。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｈｂ８１＠ｎｅｗｍａｉｌ．ｄｌ