家用燃气锅炉控制系统设计【字数：13222】
家用燃气锅炉是一种以天然气为燃料的小型锅炉，主要用于家庭供暖以及厨房浴室热水供应。它能够持续稳定地为用户提供大量热水，不受天气影响，可以在南方还未通暖气的地区为家庭供暖、提供热水洗浴。本文所述设计方案以PLC（可编程逻辑控制器）为核心。随着科技的快速发展，PLC拥有了很多功能，根据各种传感器的数据，PLC能够通过模拟量模块向燃气控制阀发出调节指令，控制阀门开合程度来调节锅炉燃烧室内燃气进气量，从而控制锅炉燃气燃烧程度，达到温度控制的目的。一旦温度过低或过高，都可以自动调节，全程不需人的干预，在保证安全、可靠的同时可以时刻为用户提供热水。本文将从硬件、程序以及人机界面三个方面叙述家用燃气锅炉控制系统的设计过程。硬件部分进行了元器件选型和电气原理图的设计；程序部分为流程图以及梯形图的编写；人机界面详细介绍了文本显示器的设置与编辑过程。
目录
1. 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3课题的目的与意义 2
2. 系统方案设计及工作原理 3
2.1系统方案设计 3
2.1.1控制方案设计 3
2.1.2温控方案设计 4
2.2系统工作原理 4
3.系统硬件电路设计 6
3.1系统硬件设备的选择 6
3.1.1PLC的选型 6
3.1.2电磁阀选型 8
3.1.3风机选型 10
3.1.4温度传感器选型 11
3.2系统电路设计 13
3.2.1主电路设计 13
3.2.2控制电路设计 13
4.系统PLC程序设计 15
4.1可编程逻辑控制器技术概述 15
4.1.1可编程逻辑控制器的产生 15
4.1.2可编程逻辑控制器的特点 15
4.1.3可编程逻辑控制器的具体应用 16
4.2PID控制概述 17
4.3系统程序流程图的设计 18
4.3.1主程序流程图设计 18
4.3.2加热生活用水程序流程图设计 18
4.3.3加热供暖用水程序流 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
程图设计 19
4.4系统程序梯形图的设计 20
5. 人机界面设计 21
5.1 人机界面的选型 21
5.2组态画面的设计 22
5.2.1新建工程 22
5.2.2界面设计 23
5.2.3画面下载与按键功能 26
总结 28
参考文献 29
致谢 30
附录1 电气原理图 31
附录2 PLC程序梯形图 32
绪论
1.1课题的研究背景
随着我国经济的稳步发展，人们对于冬季采暖、热水洗浴设备的要求越发复杂多样，安全可靠、方便清洁成为了人们的基本要求。目前我国国民所使用的此类设备共有三种：
统一供暖：暖气公司生产的暖气通过管道输送至城市内各家各户，使冬季的室内温暖如春，但由于暖气供暖在我国华东以及西南地区至今仍未普及，而近年来南方又多次出现过冬季异常寒冷的情况，北方的暖气供暖鞭长莫及。
（2）太阳能热水器：太阳能热水器利用太阳光的热辐射来加热水，这种方式环保、使用成本低，据统计，我国是世界上太阳能热水器生产量最大的国家[1]。对于太阳能热水器，其对阳光的依赖决定了它无法在连绵的阴雨天中为用户提供热水，2018年我国大部分地区的太阳能热水器因为连绵的雨雪天气而无法正常工作，这便反映了它的局限性。
（3）空调取暖和电热水器：这两种设备带来的便是耗电量和用电成本的不断加剧。
为了满足用户的要求，我们需要一种能够消除上述几种局限性的设备，使用天然气作为燃料的家用燃气锅炉便是一种较为完美的解决方案。它不仅可以为家庭供暖，还可以代替各种热水器时刻为家庭提供热水洗浴。而且由于天然气本身具有的高能量转换率的特点，家用燃气锅炉的使用成本远小于传统的电热水器和空调[2]。
1.2 国内外的研究现状
在国内，家用燃气锅炉的推广范围不是很大，主要还是由于目前我国天然气的供给量无法满足国民的使用需求，但随着“西气东输”工程以及中俄天然气运输管道的建设，天然气的供给量将不断上升。我国的一些厂商都意识到了家用燃气锅炉的巨大潜力，正不断在这一方面发力，走在前列的是美的、海尔几个家电行业的佼佼者，他们都已经有了很大的成果，如美的L1PB20C21挂式20KW燃气壁挂炉便是其中的集大成之作。但目前国内家用燃气锅炉大多采用传统硬件接线控制电路与手动调节阀门，自动化程度低，工作过程需要人工干预才能保证为用户提供热水。
在国外，家用燃气锅炉的前身是出现于90年代美国的工业燃气锅炉。随着技术的不断进步，燃气锅炉的效率不断提高，自从2012年起，美国对于最小的气体加热水锅炉效率要求是82％[3]。德国、美国、瑞士、意大利、日本等国家在燃气锅炉制造方面颇有建树，而德国在这一领域更是走在了最前列，目前德国以威能、菲斯曼、博世品牌为代表，他们在供暖行业拥有极为强大的研发能力，市场上的威能挂式燃气锅炉功率涵盖2436KW，性能优越。
1.3课题的目的与意义
家用燃气锅炉是一种以天然气为燃料的小型锅炉，主要用于家庭供暖及厨房浴室热水供应，具有高效、清洁的优点[4]。本家用燃气锅炉控制系统是采用PLC作控制器，通过控制燃气管道电磁阀开合度，调节燃气流量控制锅炉燃烧程度从而间接实现温度控制，自动化程度高，使用方便。
家用燃气锅炉具有较好的环保性能，它使用的燃料为天然气，天然气是一种洁净的能源，成分较为单纯，氟和硫等污染物的含量远低于煤炭中的含量。天然气充分燃烧后的产物主要为水和二氧化碳，燃烧时产生的二氧化硫和烟尘等造成空气污染的物质较少[5]。随着我国经济与科技的不断发展，自动化控制系统在生产与生活的各个方面运用得越来越广泛。燃气锅炉实现节能化与自动化不仅可以节约成本和资源，还能减少人工干预造成的失误，使供热系统更加安全、稳定[6]。利用以PLC为控制核心的自动控制系统可以通过调节天然气的输入量来实现对炉膛内的温度的快速调整，提高了燃气锅炉的自动化调控能力，减少了用户的工作量，降低了对设备的损耗和燃料的浪费。由于天然气热效高，具有快速释放大量热量的性质，可以在很短的时间内使锅炉达到所需温度，缩短预热时间，因此燃气锅炉系统启动较快，预热所消耗的燃料较少。另外，和传统的电热水器相比，不需要产生大量的电能消耗，燃气锅炉的使用成本更低[7]。
系统方案设计及工作原理
目录
1. 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3课题的目的与意义 2
2. 系统方案设计及工作原理 3
2.1系统方案设计 3
2.1.1控制方案设计 3
2.1.2温控方案设计 4
2.2系统工作原理 4
3.系统硬件电路设计 6
3.1系统硬件设备的选择 6
3.1.1PLC的选型 6
3.1.2电磁阀选型 8
3.1.3风机选型 10
3.1.4温度传感器选型 11
3.2系统电路设计 13
3.2.1主电路设计 13
3.2.2控制电路设计 13
4.系统PLC程序设计 15
4.1可编程逻辑控制器技术概述 15
4.1.1可编程逻辑控制器的产生 15
4.1.2可编程逻辑控制器的特点 15
4.1.3可编程逻辑控制器的具体应用 16
4.2PID控制概述 17
4.3系统程序流程图的设计 18
4.3.1主程序流程图设计 18
4.3.2加热生活用水程序流程图设计 18
4.3.3加热供暖用水程序流 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
程图设计 19
4.4系统程序梯形图的设计 20
5. 人机界面设计 21
5.1 人机界面的选型 21
5.2组态画面的设计 22
5.2.1新建工程 22
5.2.2界面设计 23
5.2.3画面下载与按键功能 26
总结 28
参考文献 29
致谢 30
附录1 电气原理图 31
附录2 PLC程序梯形图 32
绪论
1.1课题的研究背景
随着我国经济的稳步发展，人们对于冬季采暖、热水洗浴设备的要求越发复杂多样，安全可靠、方便清洁成为了人们的基本要求。目前我国国民所使用的此类设备共有三种：
统一供暖：暖气公司生产的暖气通过管道输送至城市内各家各户，使冬季的室内温暖如春，但由于暖气供暖在我国华东以及西南地区至今仍未普及，而近年来南方又多次出现过冬季异常寒冷的情况，北方的暖气供暖鞭长莫及。
（2）太阳能热水器：太阳能热水器利用太阳光的热辐射来加热水，这种方式环保、使用成本低，据统计，我国是世界上太阳能热水器生产量最大的国家[1]。对于太阳能热水器，其对阳光的依赖决定了它无法在连绵的阴雨天中为用户提供热水，2018年我国大部分地区的太阳能热水器因为连绵的雨雪天气而无法正常工作，这便反映了它的局限性。
（3）空调取暖和电热水器：这两种设备带来的便是耗电量和用电成本的不断加剧。
为了满足用户的要求，我们需要一种能够消除上述几种局限性的设备，使用天然气作为燃料的家用燃气锅炉便是一种较为完美的解决方案。它不仅可以为家庭供暖，还可以代替各种热水器时刻为家庭提供热水洗浴。而且由于天然气本身具有的高能量转换率的特点，家用燃气锅炉的使用成本远小于传统的电热水器和空调[2]。
1.2 国内外的研究现状
在国内，家用燃气锅炉的推广范围不是很大，主要还是由于目前我国天然气的供给量无法满足国民的使用需求，但随着“西气东输”工程以及中俄天然气运输管道的建设，天然气的供给量将不断上升。我国的一些厂商都意识到了家用燃气锅炉的巨大潜力，正不断在这一方面发力，走在前列的是美的、海尔几个家电行业的佼佼者，他们都已经有了很大的成果，如美的L1PB20C21挂式20KW燃气壁挂炉便是其中的集大成之作。但目前国内家用燃气锅炉大多采用传统硬件接线控制电路与手动调节阀门，自动化程度低，工作过程需要人工干预才能保证为用户提供热水。
在国外，家用燃气锅炉的前身是出现于90年代美国的工业燃气锅炉。随着技术的不断进步，燃气锅炉的效率不断提高，自从2012年起，美国对于最小的气体加热水锅炉效率要求是82％[3]。德国、美国、瑞士、意大利、日本等国家在燃气锅炉制造方面颇有建树，而德国在这一领域更是走在了最前列，目前德国以威能、菲斯曼、博世品牌为代表，他们在供暖行业拥有极为强大的研发能力，市场上的威能挂式燃气锅炉功率涵盖2436KW，性能优越。
1.3课题的目的与意义
家用燃气锅炉是一种以天然气为燃料的小型锅炉，主要用于家庭供暖及厨房浴室热水供应，具有高效、清洁的优点[4]。本家用燃气锅炉控制系统是采用PLC作控制器，通过控制燃气管道电磁阀开合度，调节燃气流量控制锅炉燃烧程度从而间接实现温度控制，自动化程度高，使用方便。
家用燃气锅炉具有较好的环保性能，它使用的燃料为天然气，天然气是一种洁净的能源，成分较为单纯，氟和硫等污染物的含量远低于煤炭中的含量。天然气充分燃烧后的产物主要为水和二氧化碳，燃烧时产生的二氧化硫和烟尘等造成空气污染的物质较少[5]。随着我国经济与科技的不断发展，自动化控制系统在生产与生活的各个方面运用得越来越广泛。燃气锅炉实现节能化与自动化不仅可以节约成本和资源，还能减少人工干预造成的失误，使供热系统更加安全、稳定[6]。利用以PLC为控制核心的自动控制系统可以通过调节天然气的输入量来实现对炉膛内的温度的快速调整，提高了燃气锅炉的自动化调控能力，减少了用户的工作量，降低了对设备的损耗和燃料的浪费。由于天然气热效高，具有快速释放大量热量的性质，可以在很短的时间内使锅炉达到所需温度，缩短预热时间，因此燃气锅炉系统启动较快，预热所消耗的燃料较少。另外，和传统的电热水器相比，不需要产生大量的电能消耗，燃气锅炉的使用成本更低[7]。
系统方案设计及工作原理
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