畢業(yè)設(shè)計(jì)---基于plc的鍋爐水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1緒 論</b></p><p>　　1.1 PLC的狀況和前景</p><p>　　1.1.1 PLC的定義及其特點(diǎn)</p><p>　　PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（Internationa

2、l Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：</p><p>　　PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出

3、控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程.PLC是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有PLC。</p><p><b>　　PLC的特點(diǎn)：</b></p><p>　　（1）結(jié)構(gòu)靈活，不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡(luò)，同時可以靈活擴(kuò)展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率，在移動性方面可與WLAN媲美。</p&g

4、t;<p>　?。?）傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定，可以很平順的在線觀賞DVD影片，它所提供的14Mbps帶寬可以為很多應(yīng)用平臺提供保證。最新的電力線標(biāo)準(zhǔn)HomePlug AV傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了200Mbps；為了確保QoS，HomePlug AV采用了時分多路訪問（TDMA）與帶有沖突檢測機(jī)能的載體偵聽多路訪問（CSMA）協(xié)議，兩者結(jié)合，能夠很好地傳輸流媒體。</p><p>　?。?）范圍廣，無

5、所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢。雖然無線網(wǎng)絡(luò)可以做到不破墻，但對于高層建筑來說，其必需布設(shè)N多個AP才能滿足需求，而且同樣不能避免信號盲區(qū)的存在。而電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。由此，運(yùn)營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一處有電力線的地方。這一技術(shù)一旦全面進(jìn)入商業(yè)化階段，將給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。終端用戶只需要插上電力貓，就可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視頻道接收節(jié)目，打電話或者是可視電話。

6、</p><p>　　（4）低成本。充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無需任何布線，節(jié)約了資源。無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物、公用設(shè)施、家庭裝潢的破壞，同時也節(jié)省了人力。相對傳統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)，PLC成本更低，工期短，可擴(kuò)展性和可管理性更強(qiáng)。目前國內(nèi)已開通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費(fèi)用一般為50-80元/月左右，這樣的價(jià)格和很多地方的ADSL包月相持平。</p><p>　?。?）

7、適用面廣。PLC作為利用電力線組網(wǎng)的一種接入技術(shù)，提供寬帶網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”的解決方案，廣泛適用于居民小區(qū)，酒店，辦公區(qū)，監(jiān)控安防等領(lǐng)域。它是利用電力線作為通信載體，使得PLC具有極大的便捷性，只要在房間任何有電源插座的地方，不用撥號，就立即可享受4.5~45Mbps的高速網(wǎng)絡(luò)接入，來瀏覽網(wǎng)頁﹑撥打電話，和觀看在線電影，從而實(shí)現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語音、視頻，以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”。 </p><p>　　1.1.2

8、PLC的生產(chǎn)廠家及其類型</p><p>　　美國: AB公司、GE-Fanuc公司</p><p>　　德國: SIEMENS公司</p><p>　　法國: Schneider公司</p><p>　　日本: MITSUBISHI公司、OMRON公司、TOSHIBA公司</p><p>　　中國: 上海香島、和利時

9、</p><p><b>　　現(xiàn)有的類型：</b></p><p>　　（1）S7－200 針對低性能要求的整體式小控制系統(tǒng)；</p><p>　　使用24VDC，也可使用120V~230VAC；</p><p>　　可擴(kuò)展7個模塊（除CPU210、CPU221）</p><p>　　CPU和模塊

10、通過扁平電纜連接；</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)連接：RS-485通訊接口（除CPU210 ）</p><p>　　PROFIBUS從站（215、222以上）無插槽限制；</p><p>　　使用S7 Micro/WIN32軟件。</p><p>　?。?）S7-300 針對低性能要求的模塊式中小控制系統(tǒng)；</p><p&g

11、t;　　可以擴(kuò)展多達(dá)32個模塊；</p><p>　　模塊內(nèi)集成背板總線；</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)連接：MPI、PROFIBUS、Industrial Ethernet無插槽限制</p><p>　　（3）S7-400 用于中等到高級性能要求的強(qiáng)大PLC；</p><p>　　可以擴(kuò)展多達(dá)300個模塊；</p><p&

12、gt;　　背板總線集成在機(jī)架內(nèi)；</p><p>　　可以聯(lián)網(wǎng)：MPI，PROFIBUS，Ethernet沒有插槽限制；</p><p>　　多處理器計(jì)算（CR上可多達(dá)4個CPU）。</p><p>　　1.1.3 PLC的國內(nèi)外狀況</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連

13、鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺PLC。</p><p>　　限于當(dāng)時的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早

14、期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)

15、合的產(chǎn)物。個人計(jì)算機(jī)（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。</p><p>　　20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工

16、業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。</p><p>　　上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接

17、口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。</p><p>　　20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編

18、程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。</p><p>　　我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)

19、的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。</p><p>　　1.1.4 PLC的發(fā)展前景</p><p>　　21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展。從技

20、術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看

21、，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。</p><p>　　1.2 本課題的研究現(xiàn)狀</p><p&

22、gt;　　自二十世紀(jì)六十年代美國推出PLC取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用，同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，國內(nèi)外對鍋爐的監(jiān)控也逐漸從傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到以PLC為核心的控制系統(tǒng)上來。特別是近些年來，隨著信息技術(shù)在全球范圍內(nèi)的研究與普及，工業(yè)信息化在自動化方面也得到了廣泛的應(yīng)用，要求在工業(yè)的生產(chǎn)、管理、經(jīng)營過程中

23、，通過信息基礎(chǔ)設(shè)施，在集成平臺上，實(shí)現(xiàn)信息的采集(傳感器及儀器儀表)、信息的傳輸(通信)、信息的處理(計(jì)算機(jī))以及信息的綜合應(yīng)用(自動化、管理、經(jīng)營等功能)等，這也對鍋爐的監(jiān)控提出了新的要求。</p><p>　　國內(nèi)對鍋爐控制的研究始于80年代初期。最初，大多數(shù)系統(tǒng)是在引進(jìn)國外成套設(shè)備的同時進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。經(jīng)過多年的研究與應(yīng)用，目前，我國在鍋爐監(jiān)控方面的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，而

24、且正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化和集成化方向發(fā)展。國內(nèi)研究鍋爐控制比較成熟的企業(yè)有上海杜比公司、南京仁泰公司，廣州迪森公司等。此外，還有一些科研院校聯(lián)合企業(yè)也開發(fā)各種智能鍋爐控制系統(tǒng)。</p><p>　　當(dāng)前，節(jié)能與環(huán)保己成為人類社會面臨的兩大課題。我國的鍋爐目前以煤為主要燃料，耗煤量接近全國煤產(chǎn)量的三分之一，燃用的主要是中、低質(zhì)煤，工業(yè)污染十分嚴(yán)重，而且鍋爐設(shè)備陳舊，生產(chǎn)效率和自動化程度低，嚴(yán)重降低了能源利用率

25、，同時進(jìn)一步加重了環(huán)境污染的程度。像鍋爐設(shè)備這樣的高耗能、高污染的設(shè)備長期工作在非經(jīng)濟(jì)工況狀態(tài)是造成我國能源消耗居高不下和環(huán)境污染的重要原因降，而在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家，石油和天然氣己成為第一能源，占能源消費(fèi)60%左右，燃油和燃?xì)忮仩t的已逐步取代燃煤鍋爐。</p><p>　　2 西門子PLC的結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1 西門子PLC的結(jié)構(gòu)</p><p>　

26、　圖2.1 西門子PLC的結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2 CPU模塊 CPU 315</p><p>　　S7-300有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8種不同的中央處理單元可供選擇。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有現(xiàn)場總線擴(kuò)展功能。CP

27、U以梯形圖LAD、功能塊FBD或語句表STL進(jìn)行編程。</p><p>　　表2.1列出了部分中央處理單元CPU的主要特性，包括存儲器容量、指令執(zhí)行時間、最大I/O點(diǎn)數(shù)等。</p><p>　　CPU315/CPU315-2DP：CPU315是具有中到大容量程序存儲器和大規(guī)模I/O配置的CPU,有中到大容量程序存儲器和PROFIBUS-DP主/從接口的CPU，它用于包括分布式及集中式I/O

28、的任務(wù)中。CPU315/CPU315-2DP具有48 KB/64 KB，內(nèi)置80/96 KB的裝載存儲器(RAM)，可用存儲卡擴(kuò)充裝載存儲器，最大容量為512 KB，指令執(zhí)行速度為300 ns/二進(jìn)制指令，最大可擴(kuò)展1024/2048點(diǎn)數(shù)字量或128/256個模擬量通道。</p><p>　　CPU315-2DP是帶現(xiàn)場總線(PROFIBUS)SINEC L2-DP接口的CPU模塊，其他特性與CPU315模塊相同

29、。</p><p>　　表2.1 部分中央處理單元CPU的主要特性</p><p>　　2.3 PS 307電源模塊(5A)</p><p>　　訂貨號：標(biāo)準(zhǔn)模板：6ES7307-1EA00-0AA0</p><p>　　戶外模板：6ES7307-1EA80-0AA0</p><p>　　PS 307電源模塊(5A

30、)具有以下顯著特性：</p><p><b>　　輸出電流5A</b></p><p>　　輸出電壓24VDC；防短路和開路保護(hù)</p><p>　　連接單相交流系統(tǒng)(輸入電壓120/230 VAC，50/60Hz)</p><p>　　可靠的隔離特性，符合EN 60 950</p><p>&l

31、t;b>　　可用作負(fù)載電源</b></p><p>　　圖2.2 PS 307電源模塊(5A)的接線圖</p><p>　　圖2.3 PS 307電源模塊(5A)的基本電路圖</p><p>　　2.4數(shù)字量輸入模塊SM321</p><p>　　訂貨號：標(biāo)準(zhǔn)型：6ES7321-1BH02-0AA0</p>

32、<p>　　SIPLUS S7-300模板：6AG1321-1BH02-2AA0</p><p>　　SM 321 DI 16×24 VDC數(shù)字量輸入模板具有以下顯著特性：</p><p>　　16個輸入點(diǎn)，帶隔離，16點(diǎn)為一組</p><p>　　額定輸入電壓24 VDC</p><p>　　適用于開關(guān)和2/3/4線B

33、ERO(接近開關(guān))</p><p>　　圖2.4 SM 321；DI 16×24 VDC數(shù)字量輸入模板的端子接線圖和框圖</p><p><b>　　技術(shù)規(guī)范</b></p><p>　　2.5數(shù)字量輸出模塊SM322</p><p>　　訂貨號：標(biāo)準(zhǔn)型：6ES7322-1BH01-0AA0</p>

34、;<p>　　SIPLUS S7-300模板：6AG1322-1BH01-2AA0</p><p>　　SM 322 DO 16×24 VDC/0.5A數(shù)字量輸出模板具有以下顯著特性：</p><p>　　16個輸出點(diǎn)，帶隔離，8點(diǎn)為一組</p><p><b>　　0.5A輸出電流</b></p><

35、;p>　　24 VDC額定負(fù)載電壓</p><p>　　適用于電磁閥、直流接觸器和指示燈</p><p>　　模板同高速計(jì)數(shù)器一起使用時注意：當(dāng)通過機(jī)械觸點(diǎn)接通24V電源時，數(shù)字量輸出模板SM322；DO 16X24 VDC/0.5A將輸出一個約50μs的“1”信號。</p><p>　　圖2.5 SM 322；DO 16×24 VDC/0.5A數(shù)

36、字量輸出模板的端子接線圖和框圖</p><p>　　SM 322；DO 16x24VDC/0.5A的技術(shù)規(guī)范</p><p>　　2.6模擬量輸入模塊SM331</p><p>　　訂貨號：6ES7331-7KF02-0AB0</p><p>　　模擬量輸入模板SM 331；AI 8×12位具有以下特性和特點(diǎn)：</p>

37、<p><b>　　8通道；4個通道組</b></p><p>　　被測值精度；每組可設(shè)定（取決于所設(shè)定的積分時間）</p><p><b>　　-9位+符號</b></p><p><b>　　-12位+符號</b></p><p><b>　　-14位

38、+符號</b></p><p>　　每個通道組的可選測量方法：</p><p><b>　　-電壓</b></p><p><b>　　-電流</b></p><p><b>　　-電阻</b></p><p><b>　　-溫度&

39、lt;/b></p><p><b>　　可編程診斷</b></p><p><b>　　可編程診斷中斷</b></p><p>　　帶有極限監(jiān)控功能的兩個通道</p><p>　　當(dāng)超過極限值時可編程硬件中斷</p><p><b>　　與背板總線接口隔離&

40、lt;/b></p><p>　　與負(fù)載電壓隔離（當(dāng)至少一個編碼鍵插在D位置時出外）</p><p>　　圖2.6 模擬量輸入模板SM 331；AI 8×12位的模板視圖和框圖</p><p>　　SM 331；AI 8×12位的技術(shù)規(guī)范</p><p>　　2.7模擬量輸出模塊SM332</p>&

41、lt;p>　　訂貨號：6ES7332-5HF00-0AB0</p><p>　　模擬量輸出模板SM 332；AO 8×12位具有以下特性和特點(diǎn)：</p><p><b>　　8通道×8輸出</b></p><p>　　每個輸出通道可以編程為</p><p><b>　　-電壓輸出<

42、;/b></p><p><b>　　-電流輸出</b></p><p><b>　　精度12位</b></p><p><b>　　可編程診斷</b></p><p><b>　　可編程診斷中斷</b></p><p>　　

43、隔離背板總線接口和負(fù)載電壓</p><p>　　圖2.7 模擬量輸出模板SM 332；AO8×12位的模板視圖和框圖</p><p>　　SM 332；AO 8×12位的技術(shù)規(guī)范</p><p>　　3 鍋爐的硬件部分及部分原理圖</p><p><b>　　該套系統(tǒng)的要求：</b></p>

44、;<p>　　要求該套系統(tǒng)有鼓風(fēng)設(shè)備，引風(fēng)設(shè)備，以及鍋爐內(nèi)部支撐架的降溫裝置；</p><p>　　當(dāng)鍋爐溫度過低的時候能夠自動加大鼓風(fēng)力度以及加大煤氣引動閥門；</p><p>　　有溫度采集、檢測壓力及顯示功能；</p><p>　　組網(wǎng)，建立一個ET200，用PROFIBUS 來連接。</p><p><b>　

45、　3.1硬件部分</b></p><p>　　下圖是本次改造的三號鍋爐的模型圖，在這里只寫有關(guān)溫控方面的設(shè)備安裝設(shè)計(jì)。</p><p>　　如下圖，分別有一個鼓風(fēng)通道，一個引風(fēng)通道，都分別由一個高壓風(fēng)機(jī)帶動，這里的燃料為煤氣。但是它只是由高壓而來的，不必過多的考慮。這里調(diào)節(jié)溫度的就是這里的鼓風(fēng)風(fēng)機(jī)和引風(fēng)風(fēng)機(jī)，控制它們，就等于控制了鍋爐內(nèi)氧氣量，從而控制了鍋爐的溫度。在這里在進(jìn)爐

46、處安裝了一個激光測溫儀，出爐安裝了一個激光測溫儀，引風(fēng)管道和鼓風(fēng)管道各裝了一個PT100這是用來測煅燒過后的鋼坯的溫度。由于是高壓風(fēng)機(jī)，在兩個風(fēng)機(jī)上的轉(zhuǎn)子上都加了一個PT100，來測電機(jī)的溫度，還有在鼓風(fēng)機(jī)與鍋爐連接的管道中間加上一個閥，閥上有限位開關(guān)。這些信號都作為反饋信號。</p><p>　　圖3.1 三號鍋爐的模型圖</p><p>　　鍋爐內(nèi)部由于靠鋼板支撐起來，但是卻和鋼坯一樣

47、面臨著煅燒。所以為了保護(hù)支撐的鋼架不會被燒壞，在它的周圍循環(huán)圍了一個循環(huán)水的管道。由于有四個鋼架，所以加了四個起降溫作用的管道。每一個管道，都對應(yīng)了六個電機(jī)，三個抽水，三個出水。每一個管道都對應(yīng)四個熱電偶，用來檢測四個鋼架的上下左右的溫度。這四個熱電偶的量程為0—1600度，材料是鉑銠鉑。由這四點(diǎn)采集出的溫度取最大值，來和水部循環(huán)的設(shè)定值進(jìn)行比較，從而得出電機(jī)投入的數(shù)量。（在這里設(shè)計(jì)的級數(shù)為三級，一級為800度以下，投入兩臺電機(jī)；二級為

48、大于800度卻在1100度以下投入四臺電機(jī)；三級為1100度以上六臺電機(jī)全部投入。）</p><p>　　該套系統(tǒng)可分三個部分：即鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、反饋部分（溫度和閥門控制）還有鍋爐內(nèi)部鋼筋保護(hù)三部分。</p><p><b>　　鼓風(fēng)機(jī)</b></p><p>　　下圖即鼓風(fēng)電機(jī)的工作原理圖。其中黑色部分為電機(jī)的主回路，紅線虛線部</p&

49、gt;<p>　　分是過電流保護(hù)和電流反饋部分。</p><p>　　圖3.2 鼓風(fēng)機(jī)工作原理圖</p><p><b>　　引風(fēng)機(jī)</b></p><p>　　和鼓風(fēng)機(jī)一樣，他們的圖形基本一樣。</p><p>　　圖3.3 引風(fēng)機(jī)工作原理圖</p><p><b>　　

50、風(fēng)機(jī)的開關(guān)控制圖：</b></p><p>　　圖3.4兩個風(fēng)機(jī)的開關(guān)控制圖</p><p><b>　　反饋電路</b></p><p>　　這里的反饋分別為取自鍋爐兩端的溫度，信號來于測溫槍；引風(fēng)和鼓風(fēng)通道中的溫度，信號來自PT100；以及兩高壓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的溫度，信號來自PT100（電機(jī)出廠已備）。以上的這些信號都傳到鍋爐現(xiàn)場的

51、ET200。至于電機(jī)編碼器的信號，空氣管道的閥的限位信號都直接由現(xiàn)場送到PLC。</p><p><b>　　鍋爐保護(hù)電路</b></p><p>　　它也是反饋電路的一塊，之所以把它單獨(dú)拿開，主要是它的信號和上述的信號不一樣。它是用來保護(hù)鍋爐的。免得被燒壞或者是壓力過大造成鍋爐泄露。它的信號有多位點(diǎn)，視鍋爐的長度和年齡而定，壓力采樣和溫度采樣各六個。這些信號由鍋爐廠

52、商在鍋爐出廠時已經(jīng)備留。它的表面有一層水包，用水的循環(huán)來給鍋爐降溫，免得鍋爐由于溫度過高被燒破，而控制水循環(huán)的就是兩個電機(jī)和兩個備用電機(jī)。當(dāng)鍋爐的表皮溫度高于它的報(bào)警溫度時候，備用電機(jī)將會投入使用。</p><p><b>　　硬件原理</b></p><p>　　本套設(shè)備主要是由兩個電機(jī)和一個閥來控制鍋爐中的溫度?；诙鷱S的鍋爐是用來對鋼坯煅燒，那么一般而言，溫度

53、越高越好（因?yàn)殄仩t的保護(hù)在早期是不投用的）。不過還是余留了上限位。當(dāng)溫度低于下限位，風(fēng)機(jī)的電流給定就要加大，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速將會提高，則氣流量加大，煤氣燃燒指數(shù)增大，則溫度升高。當(dāng)鍋爐的溫度過高時，把煤氣的閥的閉合度適當(dāng)調(diào)節(jié)。當(dāng)溫度太高，由于降溫是一個過程，要加大鍋爐表面降溫水包的水流量，即起用備用水循環(huán)電機(jī)，并用手動關(guān)小鼓風(fēng)機(jī)到鍋爐管道的閥門。這里必須要求幾處連鎖:一是鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)之間，用來保持空氣流暢；二是鼓風(fēng)機(jī)和閥門之間，免得在鍋爐沒

54、有工作下（閥手動關(guān)死），風(fēng)機(jī)還在工作，或者是閥沒有開啟鼓風(fēng)機(jī)工作導(dǎo)致管道漲破或燒壞電機(jī)。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)的硬件配制圖</p><p>　　a、首先把PLC的硬件配置圖列出來，以便好去購買各個模塊。其中各模塊的選定是由現(xiàn)場的控制系統(tǒng)來定的。根據(jù)所反饋的量和所要控制的開關(guān)量，得出模擬量輸入模塊要多少，輸出模塊要多少，以及數(shù)字量的輸入輸出的模塊數(shù)量，以及它們的所控制信號的大小，

55、來決定模塊的I/O口的外部電源大小，從而最終得出我們需要的I/O模塊。根據(jù)選定的模塊來和是否聯(lián)網(wǎng)來知道CPU的信號，再根據(jù)CPU 得出需要的PLC電源。</p><p>　　圖3.5 PLC的硬件配置選定</p><p>　　b、系統(tǒng)開關(guān)電源圖示</p><p>　　圖3.6 該套系統(tǒng)控制電源圖</p><p>　　圖3.6所示的（1）-（

56、12）電源端子分別接的是PLC的模塊I/O口的外部電源（后圖詳列）。</p><p>　　3.3 系統(tǒng)的部分模塊接線圖</p><p><b>　　把模塊1作為備用</b></p><p>　　a、第二塊開關(guān)輸出模塊連接圖</p><p>　　作為開關(guān)輸出量的模塊二，它是控制著各個接觸器的通斷，起著最終控制的作用。其接線

57、圖如下：</p><p>　　圖3.7 PLC的數(shù)字輸出模塊I/O接線圖</p><p>　　b、第一、二塊模擬量輸入模塊</p><p>　　它在這里的作用是把鍋爐內(nèi)的鋼架的熱電偶鉑銠鉑采集的溫度信號接收進(jìn)來。這個模塊引進(jìn)了兩個鋼架的熱電偶信號，即八個信號。圖如下：</p><p>　　圖3.8 鍋爐中一二兩個鋼架的8個熱電的反饋圖<

58、;/p><p>　　圖3.9 鍋爐中三四兩個鋼架的8個熱電偶的反饋圖</p><p>　　在這里要詳細(xì)說明一下所采用的熱電偶，它的材料是用白金制造，靈敏度很高，它的頂端是用兩種不同的貴重金屬構(gòu)成。由于在化學(xué)中知道，金屬的不同會造成在相同的溫度下各個離子的流動不是一樣的，這樣在兩中材料的連接處就會產(chǎn)生勢，既一個很微弱的毫伏電壓信號，再由一個專門的反饋線路反饋到放大器，傳給PLC。</p&g

59、t;<p>　　由于該設(shè)計(jì)只是考慮溫度控制這一部分，PLC的其他的幾個模擬塊是用來接受鍋爐里面其他要求保護(hù)的參數(shù)。如壓力等。</p><p>　　c、ET200的連接圖</p><p>　　在這里之所以要用ET200的原因是，由于傳輸?shù)哪M信號過小，而傳輸?shù)木嚯x太遠(yuǎn)，則會受到這段傳輸路段中的其他電磁設(shè)備的干擾。如變頻器，交直流電機(jī)等等。所以利用光纖不受干擾的優(yōu)點(diǎn)，和PROFI

60、BUS現(xiàn)場總線的協(xié)議來在現(xiàn)場做一個從站，即ET200。</p><p>　　這里在ET200中反饋的是各種閥的工作狀態(tài)，以及風(fēng)溫，和電機(jī)轉(zhuǎn)子的溫度（由于使用的是高壓風(fēng)機(jī)，所以不可避免的要檢查轉(zhuǎn)子溫度）。</p><p>　　圖3.10 空氣閥和煤氣閥的工作狀態(tài)</p><p>　　圖3.11 其它溫度反饋</p><p><b>

61、;　　4 硬件和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)</b></p><p><b>　　4.1硬件組態(tài)</b></p><p>　　a 、首先必須打開STEP 7，在里面建立一個項(xiàng)目，如下：</p><p>　　在這里以“聶婷的畢業(yè)設(shè)計(jì)”命名，</p><p><b>　　圖4.1 項(xiàng)目建立</b></p&

62、gt;<p>　　在這里選的對象是300系列，所以要插入的是三百系列的站，并把它的名字稱為“二扎廠三號鍋爐改造”。如下圖所示：</p><p>　　圖4.2 插入STEP7-300系列</p><p>　　插入的模塊參數(shù)是根據(jù)前面所說的硬件系統(tǒng)配置圖3.5的設(shè)定來選擇的。具體如下：</p><p>　　在硬件中，插入機(jī)架。</p>&l

63、t;p><b>　　圖4.3 插入機(jī)架</b></p><p>　　由在硬件配置的第一個圖所提供的參數(shù)，來在機(jī)架里插入所需要的電源， CPU ，串口，以及輸入輸出模塊?？傻贸鱿聢D：</p><p>　　圖4.4 PLC硬件的組態(tài)建立</p><p>　　在插入模塊的過程中要注意地址的分配。在這里第一個數(shù)字量的輸入模塊的地址為0.0—3.

64、7，其他的依此類推。而對于模擬量模塊，每一塊的通道只有8道。只有這樣弄清楚了地址分配，才好建立網(wǎng)絡(luò)，好給ET200分配對應(yīng)的地址。免得重復(fù)。</p><p><b>　　4.2網(wǎng)絡(luò)組態(tài)</b></p><p>　　由于加入了ET200，所以要配置網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，采用的是PROFIBUS現(xiàn)場總線。以下是對PROFIBUS現(xiàn)場的建立：</p><p>　

65、　第一步，在把CPU的屬性改成聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)之前，先在CPU的DP頭中設(shè)成聯(lián)網(wǎng)。如下圖在機(jī)架的第二個模塊中雙擊DP，選定屬性，如下圖：</p><p><b>　　圖4.5 選定屬性</b></p><p><b>　　圖4.6 選擇新建</b></p><p>　　在這里設(shè)定的新成的PROFIBUS的現(xiàn)場總線的傳輸率為187.

66、5KBPS。如下圖：</p><p>　　圖4.7 設(shè)定新成的PROFIBUS的參數(shù)</p><p>　　點(diǎn)擊確定，機(jī)架就生成下圖所示：</p><p>　　掛上ET200，其參數(shù)和后接模塊由硬件配置圖所示，在這里掛上的是IM15系列，在旁邊的工具中選定PROFIBUS-DP，然后選擇它內(nèi)部的ET200M，在它里面找到IM153：</p><p

67、>　　圖4.8 選IM153</p><p>　　在下圖中要重點(diǎn)注意的是，這里的地址選定一定要選擇好。以后在實(shí)際連接的線路中， ET200模塊中的地址必須挑到這個數(shù)值，以便通訊。</p><p>　　圖4.9 選定現(xiàn)場總線</p><p>　　還要在ET200中插入三個模擬量輸入模塊。選定IM153，在下面機(jī)架中插入所需要的三個模塊，這三個模塊，在IM153中

68、選定。如下圖：</p><p>　　圖4.10 IM153的機(jī)架</p><p>　　如下圖所示，在ET200M的IM153中選擇需要的三個模擬量輸入的模塊。 </p><p>　　圖4.11 將這些選定的模塊拖入機(jī)架</p><p>　　當(dāng)然這里的傳輸速率是可以調(diào)節(jié)的，只要把上面的PROFIBUS總線的屬性中的傳輸率設(shè)置成為其他的幾個就行

69、了。</p><p><b>　　最后點(diǎn)編譯并保存。</b></p><p>　　5 對應(yīng)部分軟件編程</p><p>　　在PLC中，軟件是在它的塊中實(shí)現(xiàn)的。這其中包含F(xiàn)B，F(xiàn)C塊，但最終的程序的運(yùn)行是在OB1塊中。編好各個部分的程序后，就在OB1中調(diào)用這些模塊。下面，以這次設(shè)計(jì)的部分程序來說明。</p><p>　　

70、5.1對應(yīng)軟件在功能FC1中的實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　打開塊</b></p><p>　　圖5.1 打開項(xiàng)目中的塊</p><p>　　由于控制的參數(shù)過多，梯形圖過于復(fù)雜，所以在這里只編寫風(fēng)機(jī)控制的梯形圖，以及它在OB1中的調(diào)用。由于在這套系統(tǒng)中運(yùn)用了大量的風(fēng)機(jī)，所以在這里建立一個功能FC來實(shí)現(xiàn)反復(fù)的調(diào)用，以免過多的浪費(fèi)。</p

71、><p>　　圖5.2 建立功能塊FC1</p><p>　　如上圖插入一個功能塊FC1。建立后，雙擊打開FC1，如下：</p><p>　　在FC1中實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動和停止。由于是要建立一個能夠反復(fù)被其他電機(jī)調(diào)用的塊，所以要建立它的局域變量。如下圖，定義它的輸入，輸出，以及輸出/輸入以及它的暫態(tài)。如下圖：</p><p>　　圖5.3 局域變量的

72、定義</p><p>　　圖5.4 電機(jī)的星形啟動</p><p>　　圖5.5 電機(jī)星形啟動延時5秒</p><p>　　圖5.6 電機(jī)啟動5S后開始三角形運(yùn)行</p><p>　　圖5.7 電機(jī)的停止運(yùn)行</p><p>　　點(diǎn)擊編譯并保存，關(guān)閉FC1塊</p><p>　　5.2 對應(yīng)軟件

73、在OB1中運(yùn)行程序</p><p>　　在主程序OB1塊中調(diào)用FC1，如下圖所示。只要把OB1塊中的FC1拖到編程就行了。 </p><p>　　調(diào)用FC1后，得出下圖所示的模塊“高壓風(fēng)機(jī)控制”。</p><p>　　要重新在這里插入一個功能塊FB，在這里插入的是FB100，它作為被控的“溫度過程對象”并插入對應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊，DB100，以及中斷塊OB35,在這里

74、需要說的是，可以在硬件組態(tài)中，將CPU中的屬性中的循環(huán)中斷的時間間隔調(diào)成需要的值。比如300ms，也就是程序在下載后，每隔300ms就會自動調(diào)動OB35，還插入了一個OB100并調(diào)用了SFB41（對應(yīng)的數(shù)據(jù)模塊為DB41）連續(xù)控制器。</p><p><b>　　圖5.8 符號表</b></p><p>　　這里有一個溫度報(bào)警，一個是跳閘的溫度。當(dāng)實(shí)際大于跳閘溫度的時

75、間長于五分鐘，則鼓風(fēng)機(jī)跳閘。</p><p>　　添加一個功能FC2，在它里面做過溫保護(hù)運(yùn)算。</p><p>　　然后在OB1塊中實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。如下程序：</p><p>　　先在OB1中做了添加，如下：</p><p>　　在OB1塊中產(chǎn)生了周期為2min的矩形波給定信號，連個振蕩電路產(chǎn)生浮點(diǎn)數(shù)為90.0和50.0的值。則對應(yīng)的給定以百分?jǐn)?shù)為

76、單位的浮點(diǎn)數(shù)，即給定值為50.0%和90.0%之間變動。實(shí)際輸入在FB100中定義為局域變量，它取決于OUTV。 </p><p>　　如上圖，就是我們此次溫控調(diào)動高壓鼓風(fēng)機(jī)的傳動調(diào)速系統(tǒng)和S7300的組合。虛線左邊的是在調(diào)用中SFB41中實(shí)現(xiàn)對比較后的溫度來進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，而右邊的則是把信號如何有效的傳送給調(diào)速柜。前面程序是SFB41中實(shí)現(xiàn)，這個功能塊直接調(diào)用就可，而后者，是在FB100中

77、編譯而成。</p><p><b>　　在FB中編譯如下：</b></p><p>　　圖5.9 局域變量表</p><p>　　圖5.10 輸入變量表</p><p>　　圖5.11 輸出變量表</p><p>　　圖5.12 其他的局域變量</p><p>　　

78、如果要運(yùn)行OB35,則調(diào)動對應(yīng)的SFB41和FB100，如下：</p><p>　　圖5.13 局域變量表：</p><p>　　則如果是在組織塊OB100調(diào)用，主程序如下：</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　S7-300采用模塊化設(shè)計(jì)，在一塊機(jī)架底板上可安裝電源、CPU、各種信號模塊、

79、通信處理器等模塊，其中CPU上有一標(biāo)準(zhǔn)化MPI接口，它既是編程接口，又是數(shù)據(jù)通行接口，使用S7協(xié)議，通過此接口PLC之間、或與上位計(jì)算機(jī)之間都可進(jìn)行通信，從而組成多點(diǎn)接口MPI網(wǎng)絡(luò)。MPI網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都被稱作為節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)都有一個不同的“MPI網(wǎng)絡(luò)地址”，這些地址是在S7-300硬件組態(tài)中設(shè)置的。SIMATIC S7-300是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)模塊之間可進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展，系統(tǒng)主要由中央處理器單元、存儲器、信號模塊、通信處理

80、器、功能處理器、功能模塊以及其他輔助設(shè)備。</p><p>　　本論文研究的課題是“基于PLC的鍋爐水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”， 該設(shè)計(jì)主要是以某集團(tuán)二扎廠鍋爐技術(shù)改造為例來編寫的。本文介紹了PLC的產(chǎn)生和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并對PLC的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。本論文闡述了西門子PLC的結(jié)構(gòu)、用到的各個模塊的特點(diǎn)和用法、該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、部分接線圖，以及該系統(tǒng)的硬件和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，各部分的軟件編程。</p><

81、p><b>　　致 謝</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]胡健. 西門子S7-300 PLC應(yīng)用教程[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[2]吳中俊 黃永紅. 可編程序控制器原理及應(yīng)用[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.</p&

82、gt;<p>　　[3]樊振國. 基于PLC的分布式系統(tǒng)在鍋爐監(jiān)控中的應(yīng)用研究[D]. 山西：太原理工大學(xué)，2008.</p><p>　　[4]楊三青等. 過程控制[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社,2008.</p><p>　　[5]姜秀英等. 過程控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[6]李潤梅 盛詢?nèi)A.