電開水鍋爐控制系統設計

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一、電開水鍋爐控制系統的工作原理

本文以PLC為主要硬件控制技術，通過分析電開水鍋爐控制系統可以得出該系統具備水位信號檢測與水溫檢測兩電路，水位傳感器采集到水位信號類型后通過元器件，把水位信號變成PLC可以直接識別出的信號，然后通過驅動內部程序的運行實現對電開水鍋爐加熱和進水操作的控制。因為鍋爐的補水與加熱動作進行的時候會影響水箱中水位和水溫的變化，所以整個系統需要不斷的檢測鍋爐的水位和水溫，并將這些信號及時反饋給已經設置好的運行程序，以此來控制系統的補水和加熱操作，這就是電開水鍋爐控制系統的工作原理。

二、鍋爐控制系統硬件設計

PLC的硬件部分設備包括其主機(控制器)、驅動電機、溫度控制器等，也就是相當于一個大型復雜的繼電器和接觸器等的集合體，用以完成需要的各種控制、顯示和修改操作部分，也包括其他各種組合模塊構成。

(一)水位信號的處理。想要完成對水位的檢測模塊則需要利用水的一個特性：導電性，因此要保證電極棒始終處于通電狀態下，只有這樣才會出現鍋爐水位連接到電極棒時的電流導通現象。電開水鍋爐控制系統在水位信號的處理模塊中利用交流電源接到了電極棒的原理。如果存在電流導通現象，那么交流電在通過電極棒、水和水箱后就可以接到其他電路上，成功的把水位信號轉換成了能夠處理交流電信號，最后采用整流濾波的方式將交流電信號轉換成了直流電信號。

(二)鍋爐內水的溫度檢測。電開水鍋爐溫度檢測系統的主控部分由PLC組成。因為已經提前設置好參數，那么通過溫度傳感器接收到的溫度值與設定好的警報值進行比較，如果溫度沒有查過參數值，警報器不會報警并且通過液晶顯示器顯示出來，可以直接讀取。當溫度超過設定參數時，即超過警報值時，警鈴開始報警，這時候操作人員要及時對鍋爐進行處理。操作員可以通過按下報警取消按鍵停止報警鈴的報警響聲。

(三)鍋爐系統中進水模塊的控制。進水控制模塊中的關鍵是閥門的選擇，主要用來控制開水爐的補水。本文選用分步直動式常閉電磁閥，而繼電器在PLC的控制電路中起著重要的作用，對繼電器的合理選擇可以使電路的運行狀態更加穩定可靠。

(四)加熱模塊。根據鍋爐系統的爐溫數據及其工作原理，建立加熱系統的數學模型，電加熱管具有結構簡單、機械強度高、熱效率高、安全可靠、安裝簡便、使用壽命長、無污染、價格便宜等特點，同時節省電能，使用安全，可以彎成各種形狀、輕便、拆裝方便等特點。

三、鍋爐控制系統控制程序的實現

對于任何一種智能控制系統來說，想要達到系統的控制要求要是僅有一個硬件電路設計是無法實現智能化的，只有通過系統硬件電路的控制要求來設計出合理的軟件控制程序，同時結合硬件設計和軟件控制這樣才能達到智能控制系統的要求。對電開水鍋爐控制系統的設計是綜合考慮到軟件和硬件，在可靠的硬件電路設計前提下加上合理的軟件控制程序，才能夠滿足電開水鍋爐系統在穩定并且合理的智能環境下工作的要求。

(一)控制過程分析

為了降低對電開水鍋爐控制系統程序設計的難度，很有必要對鍋爐控制過程進行邏輯分析。要清楚的知道鍋爐系統的加熱和補水在什么時候運行，先要感知鍋爐水位信號并做出判斷，緊接著根據判斷結果啟動或者停止設置好的控制電路，反復進行這個動作達到鍋爐能夠在無人狀態下正常運行的智能化目的。

電開水鍋爐的整個控制過程由溫度檢測、水位檢測、進水模塊、加熱模塊四部分組成。啟動過路開關按鈕進入初始化階段，由傳感器檢測水溫并將信號轉化成PLC所能識別的信號，如果溫度達到100度，停止加熱模塊，反之則啟動加熱模塊；與此同時進行鍋爐水位檢測，通過電接點式水位傳感器將檢測的信號傳輸給PLC，當水位過高或者過低時，報警器響起，但只有水位過低時進水模塊才工作，反之進水模塊停止工作。

(二)電開水鍋爐控制系統的軟、硬件設計

為了通過對電開水鍋爐系統進行設計，實現電開水鍋爐系統的自動化、智能化控制。本文選用的是S7-200系列PLC，它基本結構包括主機單元、I/O擴展單元、特殊功能模塊和工業軟件。

根據電開水鍋爐的工藝過程，編制PLC控制程序，并畫出I/O電氣接線圖。

1.進水控制：檢測高水位SQ1、爐內溫度ST是否小于給定值(整定值均為邏輯量)。若是小于給定值，則開啟排氣閥YV1和進水閥YV2，當液位上升到上水位SQ1時，應關閉進水閥YV2。

2.加熱控制：交流接觸器KM帶電并接通加熱爐發熱器EH的電源，當溫度升高到給定值100攝氏度時(ST：“1”)，切斷加熱器電源，交流接觸器KM失電[16]。

I/O分配表如圖1所示，系統外部接線圖如圖2所示。

圖1 I/O分配表

圖2外部接線圖

(三)系統編程及介紹

鍋爐系統要保持的參數有水位的高度和溫度，也就是說所控制的任務是控制鍋爐內水箱液位和水箱內水溫，選擇合適的參數是很重要的。

設定鍋爐內水箱液位有高水位1和低水位2兩個水位。當水位達到高水位1時，進水模塊不運行即不加水，同時開始溫度檢測，如果達到設置溫度時停止加熱，否則就啟動加熱模塊直至達到需要的水溫。第二種情況是當水位低于水位1時指示燈亮報警，同時進水模塊啟動即加水，當液體高度通過再次達到高水位1時，停止加水并報警后開始加熱，反之則繼續加水。