用可编程序控制器对锅炉电器控制的改造.docx

个人技术总结用可编程序控制器对锅炉电器控制的改造朱海（维亚机械（常熟）有限公司，江苏 常熟 215500）摘要：可编程序控制器具有修改程序方便，平均无故障工作时间长等优点，用可编程序控制器替代传统的继电器接触器硬接线控制系统，并根据生产实践中常出现的问题，添加一些电机保护电路，修改进后的电气设备具有短路，过载，断相，漏电，反相，电机绕组超温等保护，使电机保护机能得到强化，同时对锅炉房水箱水位控制，上煤机等设备改造及系统安装调试，并在操作面板上增加故障灯显示及报警功能，提高了设备的工作可靠性。关键词： 可编程序控制器 锅炉设备 保护设备 水位控制 故障显示与报警 系统安装调试1前言在工厂企业中，锅炉是一种很重要的设备。随着现代企业对锅炉设备运转率要求的不断提高，传统的继电器接触器控制系统已经不能满足生产的要求。在传统继电器接触器控制系统中，由于要实现各种逻辑功能，所以使用了较多的触点及连接线；电气元件在使用一段时间后，辅助触点可能会变形或氧化，导致接触不良，使连接的其他电气元件不能正常工作。以往工厂生产过程中，在降压启动继电控制上，当发生电机不能起动故障时，常有调错时间继电器延时时间，其后果是：如延时时间过长将使电机过负荷；如延时时间过短又会使电机起动时冲击电流较大，和可能引起断路器跳闸。如使用PLC 控制，因PLC 使用内部定时器，内部继电器等软件，就不会出现以上情况。用PLC 对继电器接触器系统改造，同时增加一些使用价值较高的电机保护功能，故障灯显示和故障报警功能，水位自动控制等，使系统具有控制可靠，自动化程度高，故障率低，维护方便的优点，这对于提高锅炉设备运转率，具有重大意义。2 控制方案的确定，PLC 及外电路器件选型2.1 控制方案确定锅炉电气控制系统中，共控制着六台交流异步电动机，分别是引风机，鼓风机，炉排机，出渣机，及水泵。其中引风电机功率最大，采用星三角降压启动，其余电机均为直接起动。在锅炉设备中，引风机相对于其它电机而言，较易烧坏绕组，主要原因是电机绕组保护功能不完善或长时间连续运行而又散热不畅。如有时无备用电机，坏了只能停产，严重影响了企业生产的正常进行，所以完善引凤电机的保护功能很有必要。设计引风机星三角起动梯形图，应使各个保护继电器触点信号作为PLC 输入信号，用作电机保护；因锅炉正常工作的需要，梯形图应使引风机，鼓风机实现顺序启动。对于上煤电机，用点动启动，限位停止的梯形图就能实现控制功能。出渣机，炉排机用单向启动，停止功能的梯形图实现。在这里水泵向室外水箱抽水，水箱再向锅炉供水，以前水泵起动（停止）由人手动控制，但常出现水箱溢水或水位不够现象，现改成由电接点压力表配合PLC来达到自动控制水位的功能为提高系统的自诊断能力，在程序设计时加入故障灯面板显示及故障报警程序。2.2输入输出点定义输入点定义输入点定义输入点定义X0引风机起动按钮X12炉排机停止按钮X25水泵停止开关X1引风机停止按钮X13炉排机热继电器X26水泵热继电器X2热继电器（引）X14上煤机向上按钮X27水泵水压下限X3断相继电器X15上煤机停止按钮X30水泵水压上限X4漏电继电器X16上煤机热继电器X31出渣启动按钮X5反相继电器X17上煤机上限X32出渣停止按钮X6绕组超温继电器X20上煤机下限X33出渣热继电器X10鼓风机热继电器X21上煤机向下按钮X34电接点压力表X11炉排机起动按钮X22上煤机点动开关X35报警复位按钮输出点定义输出点定义输出点定义Y0引风机接触器(1)Y7引风绕组超温灯Y16出渣接触器Y1引风机接触器(2)Y10故障报警器Y17鼓风机过载灯Y2引风机接触器(3)Y11鼓风机接触器Y20炉排机过载灯Y3引风机过载灯Y12炉排机接触器Y21上煤机过载灯Y4引风机断相灯Y13上煤机上接触器Y22水泵过载灯Y5引风机漏电灯Y14上煤机下接触器Y23出渣过载灯Y6引风机反相灯Y15水泵接触器Y24蒸汽超压等2.3器件选型从上表可知，本系统共有输入27点，输出21点。考虑到以后对PLC的调整，一般以总点数的1.2倍来确定PLC点数，这里应采用FX2N-60MR，电源和输出使用交流220V，并加装电源滤波器。本系统按钮选用LA19型；热继电器选用JR-16系列相应电流规格；转换开关选用LAY7（德力西）；上煤机选用XK系列限位开关；水泵选用带上下限的电接点压力表；指示灯选用发光管交流220V的；报警器选用声光交流220V；接触器线圈均为交流220V；其中KM1-KM3选用CJ20-63，KM4用CJ20-40；水泵KM8选用20A的；其余选用10A的接触器；断相，反相继电器线圈选用交流380V；漏电继电器线圈选用直流6V；超温继电器线圈选用直流12V。3 各功能部分的程序设计3.1 引风机梯形图程序首先画出锅炉设备的电机控制主电路图（见附图）。设计引风机的星三角起动梯形图时，因增加了电机保护功能，所以在梯形图的Y0行应串入保护用PLC输入继电器触点，分别是X2-X6在Y0行还应串入T3延时断开触点，以作引风机停机用。在锅炉设备操作中，一般先起动引风机后启动鼓风机；停止时，先停鼓风机，后停引风机。所以程序设计时，应使用引风机、鼓风机实现顺序控制。见下框图。3.2引风电机保护功能电机保护功能中的断相、反相保护，漏电保护，绕组超温保护，电路图见附图。实践证明，这几种保护电路可靠性高，取材容易，维修方便。断相保护采用二个小型继电器对电机三相电源进行监视，一旦断相，即发出信号；反相保护是通过电容器对电机三相电源中的A相进行移相，当XJ3吸合，发出反相信号（同相序时，XJ3不吸合）；漏电保护是当电机发生漏电时，漏电电压通过两个电阻分压加到晶闸管控制极，晶闸管导通，AHFC9301得电，发出报警，同时继电器动作，操作面板侧也发出故障报警；电机绕组超温保护，是根据电机在缺相或过载烧坏前，绕组温度很高这一特点，用正温度系数的热敏电阻（PTC），检测绕组温度。当温度升高时，RT（热敏电阻）也增加很多，因RT和R1串联，RT增加，使RT两端电压增加很多，使VT饱和导通，晶闸管VS导通，继电器工作，绕组超温故障灯亮，并发出报警。3.3 上煤机及炉排机、出渣机程序上煤机是典型正反转行程开关停止、电动、常动控制电路。要求：按下上升按钮（X14）时，煤斗上升，到预定位置，上限位SQ1（X17）工作，切断上升（Y13）；下降时，按下降按钮（X01），煤斗下降，到预定位置，下限位SQ2（X20）工作，切断下降（Y4），应使停止按钮（X12）、FR（X16）、上、下限位（X17、X20）串入程序及Y13、Y14联锁。实际工作中，为使调试和维修方便，一般在上升（下降）自锁回路中，串联M1常闭触点，使上煤机在调试维修时能实现点动控制。3.4 水泵控制程序此水泵在室外工作，向水箱供水，保证锅炉供水，（因锅炉内置水泵加装自动上水功能，这里不涉及），以前该水泵由人工控制，现改用电接点压力表配合PLC控制，使用效果很好。见下框图。要手动停止时，只要把水泵转换开关STP泵拨向停止（X25闭合）。3.5 故障显示灯及故障报警程序引风机保护功能各个输入继电器常开接点（X2 X6）分别串接故障灯。即Y3-Y7，就能实现故障灯亮。同理，风机、炉排机、上煤机、出渣机、水泵、电接点表如过载（或异常），均能使相应故障灯亮（Y17-Y14），当引风机保护功能动作或其它电机热保护动作，均使相应输入继电器触点闭合（X10，X13，X16，X26，X33，X34），所以设计报警程序时，把上述输入点（X2-X6），（X10-X34），并联后再输出到内部继电器M4，再用一个SET程序，即能驱动报警器（Y10）工作。按下报警消除按钮（X35），用RST程序即能复位。4 安装调试4.1安装接线按照输入、输出接线图，准备好相应元器件，并选用合适规格的电控柜，即开始安装。从柜上拆下安装底板，设计好线路走向，把线槽板及元器件同时放到底板上，根据电源进出线，接线方便，元件上轻下重，布局合理的原则。一般最上层是空气开关，熔断器；其次是继电器，电源变压器，电源模块，PLC；接下来是接触器或功率模块；最下层是接线端子排。根据经验，一般PLC四周离元器件最少10厘米，并且PLC电源输入时，最好使用电源滤波装置。安装孔打好，器件拧上安装螺丝后即可布线，布线时把主电路线与输入、输出线分开。当然，PLC的输入、输出线也最好分开，以免干扰。生产实践中，FX2N的PLC的抗干扰性较好，布线完毕后，要仔细核对线路图，检查PLC接线是否正确。4.2 程序输入编辑好梯形图程序，把已设计好的程序输入到编程器或电脑，输入程序时，如有程序或语法错误，出现提示后，应仔细检查梯形图。输完程序，将它保存在编程器或电脑上，然后单击转换。但在输入程序前，应给PLC合上电源，并让PLC设置在编程状态下，然后单击写入，并选定语句步范围，当出现无法写入时，应检查PLC工作状态，或PLC与电脑（编程器）通讯。4.3 模拟调试程序输入完毕，即开始模拟调试，给PLC加上电源，仔细观察PLC输出灯，并同时单击“开始监控”，如工作正常，则有以下情况：参见上面框图引风机，鼓风机：按下X0，Y1及Y0同时亮（星形），6秒后，Y1灭，同时Y2亮并自锁，此时Y2，Y0均亮，连成三角形运行。再过6秒，Y11亮并自锁（鼓风机）；按下X1，Y11灭，5秒后Y0灭（引风机自动停止）。按下X2（或X10），Y0（或Y11）不能工作；如为以上调试结果，即表明星三角起动顺序控制功能正常。上煤机：按下X14（UP），Y13亮并自锁，按下X21（DOWN），Y14亮并自锁，同时按下X14和X21时，Y13和Y14均不亮；按下X15（停止）时，Y13和Y14均不能亮；按下X22（点动）后不动，X14（X21）按下去Y13（Y14）才亮，放手则灭。炉排机，出渣机：按下X11（X31），Y12（Y16）亮；按下X12（X32），Y12（Y16）灭。水泵：按下X27（下限），Y15即亮；在Y15亮时，按下X30（上限），Y15即灭；如按下X25（转换开关），同时按X27，则Y15不亮。故障灯及报警：分别按下X3-X6及X10（鼓），X13（排），X16（煤），X26（泵），X33（出），X34（汽），则相应Y3-Y7及Y17，Y20，Y21，Y22，Y23，Y24亮，同时Y10（报警器）亮并自锁；按X35（消除），Y10灭。5 现场调试5.1 开机准备检查电控柜所有接线，特别是接入电柜的主电源，检查控制电压及进线电压是否正常，工作实践中，常有接触器、继电器等因接错电源而烧坏的现象。首先检查各主电路断路器应在断开状态，各继电器应设置在正常位置，各电路连接线是否牢固。电机保护装置应在电机附近处设一小电箱，把断相保护、反相保护、漏电保护的电源端直接接在电机接线柱上（绕组接线柱），漏电、超温保护所用导线不能低于1.5平方（5V，12V线）。超温传感器放在电机接线盒靠近绕组处。5.2 通电调试在炉内点火后，把控制电源开关合上，检查各元件无异常，操作面板上无故障灯及异常报警，然后合上主电源开关及分路开关。引风机，鼓风机：开机时按下引风机启动按钮（STA引），电机启动，6秒后电机由星形转为三角形运行，再过6秒，鼓风机自动启动；停止时，按下引风停止按钮（STP引），鼓风机停止，5秒后引风机停止。引风开机后，应检查风机转向是否正确，如转向正确且无反向报警，只要把接X5的输入线换接到另一只反向保护继电器上即可。其它保护功能通过人为接通或断开继电器即能达到调试目的。漏电保护，超温保护所用电源由变压器经桥式整流后提供。上煤机：首先把手动开关拨到点动位置，以保证安全。然后按下上升按钮，煤斗上升，到限位停止；下降时，按下下降按钮，到限位停止。若停车位置不准确，应调整限位开关位置。水泵：把水泵转换开关（STP 泵）放在工作位置，水泵及自动上水，到设定压力，及自动停止。当压力下降到一定程度时，水泵又自动启动；把转换开关放在停止位置，水泵即停止（或不能起动）。电接点压力表压力下限：0.02MP，上限：0.06MP。炉排机、出渣机：按起动按钮即启动，按停止按钮即停止。故障显示及报警：应逐个确认各个报警部分，在故障状态下均能显示和报警。当锅炉产出蒸汽前，应把蒸汽超压保护电接点压力表调到0.1MP，确认当蒸汽压力达到0.1MP时系统是否报警。如正常报警后，再调到规定值。平时发现故障报警，应先消除报警，然后配合故障灯，对照电路图仔细分析检查，维修十分方便。6 结束语通过用PLC对以上继电设备的改造，使电气控制系统的可靠性得到了很大的提高，极大的降低了引风电机绕组烧坏的可能性。水箱水位自动控制，不仅减轻了人的劳动强度，而且以后不会出现水箱溢水或浅水现象。有效地保证向锅炉供水，保障了生产的正常进行。用PLC控制后，还可以方便的根据需要调整软件（梯形图），使其具有其他功能。以上控制系统成本低，安全可靠，具有一定的实用价值。但该系统没有涉及到汽阀控制，以后有待进一步完善。参考文献：1 邓则名. 电气与可编程应用技术. 北京：机械工业出版社.1997。2 王兆义. 小型可编程控制器应用技术. 北京：机械工业出版社.1997。3 韩永胜. 常用电气线路. 北京：金盾出版社.1989。附录：（1）PLC 接线图（2）断相反相保护（3）漏电保护（4）绕组超温保护（5）电机接线图（6）PLC 程序11