电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6页 共57 页
效率最佳，节约燃料4%-5%。锅炉采用微机控制系统一般有如下特点:
(1)计算机具有分时操作能力，可以实现一机多控。
(2)计算机的逻辑判断能力和存贮能力使它能够根据工况变化，做出正确判断，选择最合理最有利的控制方案。
(3)计算机控制系统能够实现多种的控制算法。 (4)高速性，高精度性。
进入21世纪以来，人类进入了一个以知识经济为特征的信息时代，检测技术、计算机技术和通讯技术一起构成现代信息的三大基础。21世纪第一个10年的热点必将是传感、执行与检测。锅炉自动化控制系统作为传感、执行与检测技术的一个应用方面也必将跨入数字化、网络化和智能化时代。而且，对于大规模锅炉群控，检测技术、计算机技术和通讯技术的结合在一起，形成锅炉控制系统的集成化管理、网络化控制，这将是锅炉控制系统发展的又一个里程碑。而在锅炉控制理论方面，也有许多优秀的控制理论相继出现。最为典型的是PID控制，即比例、积分和微分控制。后来，模糊控制理论得到长足发展，目前己经很好地应用在锅炉控制系统上。工业组态软件的应用使软件功能性增强，内容丰富，具有良好的人机界面，更加方便了操作人员。 1.4 本文的主要研究内容
本系统在进行实际调研和广泛收集相关资料的基础上，设计燃油锅炉电气系统，主要电机采用Y-D起动控制，并且设计了电机过流保护：运行中当电机电流大于额定电流的1.05倍时产生过流跳闸,同时产生声光报警信号。论文中对燃油锅炉电气系统主回路进行详细的计算，分析并选择电动机、断路器、交流接触器、继电器、互感器、电缆线等主要电器的功率、型号、等级等具体数据，并进行布线、安装、调试。设计短路保护、燃油锅炉压力自动控制系统、水位自动控制系统，当水位到达低水位时产生声光报警，危险水位整个锅炉停机。设计电源电压欠压保护及过压保护：当电源电压小于额定电压的0.75倍时，电气控制系统产生欠压保护，同时发出声光报警信号；当电源电压大于额定电压的1.15倍时，电气控制系统产生过压保护，同时发出声光报警信号。整个电气控制系统采用PLC来控制，在毕设过程中编制了燃油锅炉电气控制系统程序清单并且制作了燃油锅炉电气系统模拟样机。
2 系统方案的论证、选择及设计思路
2.1 方案论证 2.1.1方案1
采用可编程控制器控制。可编程序控制器简称PLC ,是采用微电脑技术制造的通用自动控制设备。经过长时间的发展和完善，PLC的编程概念和控制思想已为广大的自动化行业人员所熟悉，可以说在目前它已成为任何其他工业控制器都无法与之相提并论的巨大知识资源。PLC主要具有逻辑运行的功能，可以代替继电器进行开关控制、具有定时控制功能、计数控制功能、步进控制功能、A/D、D/A转换功能（对模拟量控制）、
电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7页 共57 页
数据处理功能、通信、联网功能，并配置了较强的监控功能。这些功能造就了PLC的旺盛生命力。PLC具有一下优点：
(1)高可靠性。 (2)编程简单，使用方便。
(3)可采用梯形图编程方式，与实际继电器控制电路非常接近，一般电气工作者很容易接受。
(4)能在恶劣的工业环境工作。 (5)扩充方便，组合灵活。
PLC 是控制技术和计算机技术的结晶,但是对于熟悉机电控制技术的工程人员来说,在使用PLC时没有必要完全了解计算机的深层次投术问题,只需要把PLC 看作机电控制技术人员熟悉的继电器、计时器和计数器的集合即可,所以PLC 的实际使用简单方便,适应普通的机电控制技术人员。
PLC 的主要功能:
PLC 的主要功能有: ①条件控制, PLC 具有逻辑运算功能, 它设置了“与”(AND) 、“或”(OR) 、“非”(NOT) 等逻辑运算指令,能处理继电器接点的串联、并联、串并联以及并串联等各种连接; ②限时控制,PLC 具有定时控制功能,它可以提供若干个定时器,并设置了定时指令,调用修改灵活方便; ③计数控制,PLC 具有计数控制功能,它可以提供若干个计数器,设置了计数指令,计数器的计数值可以在运行时读出,也可以在运行时修改; ④步进控制, PLC具有步进控制功能,可以在一道工序完成后,再进行下一步工序,并且设置了移位寄存器; ⑤“模数”和“数模”转换功能,有些PLC 具有“模数”(A/D) 和“数模”(D/A) 转换功能,能完成对模拟量的控制和调节; ⑥通信和联网:有些PLC 采用了通信技术,可以进行远程的I/0 控制,即PLC 之间同位链接或由一台计算机和若干台PLC 可以构成“集中管理,分散控制”的分布式控制网络。 2.1.2方案2
采用继电器控制。继电器控制逻辑自20世纪20 年代问世以来,一直是机电顺序控制的主流,由于它的结构简单,使用方便,价格低廉,所以使用范围甚广。其缺点是动作速度慢,可靠性差,采用微电脑技术的PLC 的出现,使得继电器控制逻辑更加逊色, PLC与继电器控制系统的比较如下： (1) 控制方式：
继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。
PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。 (2) 控制速度
继电器控制逻辑是依触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点
电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8页 共57 页
有抖动现象。
PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。
(3) 延时控制
继电器控制系统是时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。
PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。 2.1.3方案3
采用单片机控制。PLC适合工业场合，单片机更多的适应民用场合，因其可靠性、稳定性较PLC有一定差距，但是综合成本低，适合大批量使用，而PLC不行，PLC更多适用于较大的工程或者需要非标准设计场合。PLC是一个带有CPU、存储器、I/O、系统软件和支持系统的专用面向过程控制的计算机控制系统。单片机是一个带CPU、内存的裸计算机。PLC系统复杂，价格高，但只要编写简单的用户程序就可以直接在工业上应用。单片机功能灵活，但开发应用都要从底层做起，功能由开发者水平决定，应用也不只是在过程控制。 2.2方案选择
通过将PLC 控制与继电器、单片机等控制进行区别比较, 可以看出,PLC 是一种更适合用于工业自动化控制的微电脑,它具有结构简单,抗干扰能力强,环境适应范围广,控制可靠性高,易于学习和掌握,控制逻辑修改容易,调试方便等优点,正好符合锅炉控制需要安全可靠、性能优越的要求，因此在本次毕设中用它来完成对燃油锅炉电气控制系统的设计。 2.3程序的设计思路
PLC的编程语言有梯形图语言；助记符语言；流程图（SFC）语言。本系统设计的思路是先弄清楚锅炉的工作过程，然后按照锅炉工作要求画出整个系统的大概流程示意图，最后再使用梯形图语言编程序。系统流程见图2-1，详细程序梯形图见附录3。
电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9页 共57 页
开 始 总电路接通 燃油预热 引风机启动 鼓风机启动 点 火 喷 油 压力正常？ 伺服电机转动 水位偏低？ 水泵电机1启动 水位偏高？ 排 水 水泵电机1坏？ 水泵电机2启动 水位危险？ 停机结束 图2 程序流程图
电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 10页 共57 页
3 可编程控制器
3.1 可编程控制器的分类
目前，在中国市场最具竞争力的PLC有西门子和三菱公司。 三菱公司的产品有：
Q系列 、QnA系类、AnS 系列、A系列，此四种系列为模块式大型PLC，最大容量为8K点；FX 系列为小型PLC，单元式，单机最大容量为256点。
西门子公司产品有：
S7-200为微型PLC，单机最大容量为256点；S7-300为小到中型PLC单机最大容量为11K点；S7-400为大到超大型PLC，单机可组态点数过万点。
根据本设计的要求以及学校提供的可试验条件，选择使用三菱FX2N系列PLC。 3.2 可编程序控制器的组成及各部分的作用 3.2.1 PLC的基本组成
PLC实质上是一种工业控制计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程想连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故PLC与计算机的组成十分相似。从硬件结构看，它也有中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口、电源等。如图3-1所示。
输入接口 编 可编程控制器 程 编程器 器 单板机 电源 接 口
扩展 输出 存储器及 接口 接口 后备电池
图 3-1 PLC结构图
PLC的输入/输出示意图如图3-2所示：