【正文】 .............................................................. 31 本章小結(jié) ........................................................................................................ 33 第五章 PLC 控制系統(tǒng)的硬件配置和軟件編程 ....................................................... 34 工控機(jī) ............................................................................................................. 34 PLC ................................................................................................................. 34 Step7 簡(jiǎn)介 ....................................................................................................... 35 系統(tǒng)軟件編程 ................................................................................................. 39 本章小結(jié) ........................................................................................................ 40 第六章 總結(jié)和展望 .................................................................................................... 42 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 43 致 謝 .......................................................................................................................... 44 附錄 .............................................................................................................................. 45 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 1 第一章 引 言 背景簡(jiǎn)介 自上世紀(jì) 40 年代以來(lái)，工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)始了逐步發(fā)展成熟的步伐。但是由于不同的傳感器和執(zhí)行器信號(hào)的定義有所不同，大量?jī)x表的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)難以規(guī)范，這樣限制了控制系統(tǒng)的規(guī)模和性能，降低了系統(tǒng)集成度。但集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)存在可靠性問(wèn)題，一旦作為控制中心的計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，將導(dǎo)致生產(chǎn)全面癱瘓。但是，出 于壟斷經(jīng)營(yíng)的目的各大系統(tǒng)集成廠商采用各自封閉的控制通信模式，不同場(chǎng)設(shè)設(shè)備能以實(shí)現(xiàn)通信與信息連接。它具有開(kāi)放、數(shù)字化、容易進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的特點(diǎn)。它在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動(dòng)化控制系統(tǒng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。他用一串指令形式存放在存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)存儲(chǔ)的控制內(nèi)容，經(jīng)過(guò)模擬、數(shù)字等輸入輸出部件，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制?，F(xiàn)在，盡管 PLC 的 功能，如運(yùn)行數(shù)度、接口種類、數(shù)據(jù)處理能力己經(jīng)獲得了很大的提高，但 PLC 一直保持了最初設(shè)計(jì)的原則，那就是簡(jiǎn)單之上的原則。當(dāng)時(shí) 稱為可編程控制器，英文稱為 Programmable controner，縮寫(xiě)為 PC。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 3 PLC 通常根據(jù) CPU 所帶的 FO 點(diǎn)數(shù)的規(guī)模分為微行 PLC、小型 PLC、大型PLC、 PC 插卡式 PLC 以及 PC 兼容的 PLC。這些產(chǎn)品系列，用普通系統(tǒng)和編程外部設(shè)備，可以組成局域網(wǎng)，并與辦公網(wǎng)絡(luò)相連。 PLC 的特點(diǎn)： (1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 (5)維修方便、維修工作量小。所以下面介紹一下西門的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。具有分布、開(kāi)放、靈活、互操作的特點(diǎn)。 3). PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線 ： 對(duì)應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) IEC6ll58 TypeⅢ 中標(biāo)準(zhǔn)，定義了串行總線的技術(shù)特征。 相關(guān)技術(shù)發(fā) 展 如同上文提到的 SIEMENS 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集合了越來(lái)越多的技術(shù)，隨著電子、通信行業(yè)以及控制理論的研究發(fā)展，這樣的工業(yè)控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出向巨系統(tǒng)更具復(fù)雜程度的方向發(fā)展。采用一線制將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、車間及設(shè)備以及工廠及設(shè)備統(tǒng)一連接。眾多的廠商提供了解決方案， SIEMENS 在上位機(jī)系統(tǒng)上提供了 SIMATIC 組態(tài)軟件和 WinCC復(fù)雜控制仿真軟件。 PLC 系統(tǒng)中提供的這些功能，使得使用者或第三方更容易將自身的要求或設(shè)計(jì)融入到整個(gè)系統(tǒng)中。 微型化、網(wǎng)絡(luò)化、 PC 化和開(kāi)放性是 PLC 未來(lái)發(fā)展的主要方向。同時(shí)， PLC 作為過(guò)程控制領(lǐng)域已打主力，同樣以面向 Ethe 技術(shù)的擴(kuò)展為最大的發(fā)展趨勢(shì)之一。以 S7 系列 PLC 為核心的 TIA 技術(shù)有助于企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力最大化、獲得更高的產(chǎn)品質(zhì)量、降低項(xiàng)目成本。 本論文 研究 SIEMENS PLC S7300 的硬件模塊和接口 以及編程軟件 STEP 7； 研究 全集成自動(dòng)的概念以及 應(yīng)用和 WINCC 組態(tài) ； 以 鍋爐燃燒控制 為例，研究最終的系 統(tǒng)整合，搭建成具有一定開(kāi)放系統(tǒng)特性的基本系統(tǒng)， 包括 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、上位機(jī)管理和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 通過(guò)學(xué)習(xí)各種資 料，分析 SIEMENS PLC 與 上位機(jī) WinCC 的組態(tài)模式 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 7 第二章 控制 系統(tǒng) 整體設(shè)計(jì)和信號(hào)檢測(cè) 電廠發(fā)電工藝的概述 火 力發(fā)電的三大主機(jī)是鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)。 鍋爐是電廠最重要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備之一?！板仭本褪清仩t的汽水系統(tǒng)，有省煤內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 8 器、汽包、下降管、水冷壁、過(guò)熱器及再熱器等設(shè)備組成。 其 工作過(guò)程是：送風(fēng)機(jī)將空氣送入空氣預(yù)熱器中吸收煙氣中的熱量并送進(jìn)熱風(fēng)道，然后分成兩股：一股送給制粉系統(tǒng)作為一次風(fēng)攜帶煤粉送入噴燃器，另一股作為二次風(fēng)直接送往噴燃器。四角切圓式燃燒鍋爐多數(shù)采用擺動(dòng)式燃燒器調(diào)節(jié)再熱汽溫，也可采用煙氣擋板和其他調(diào)溫方式。而對(duì)沖燃燒鍋爐，多數(shù)采用自然循環(huán)方式。鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制主要包括 以下 控制內(nèi)容 ： 。 為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒 ,必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量 ， 使送風(fēng)量 (單位時(shí)間內(nèi)送入爐膛的空氣重量 )與燃料量相適應(yīng)。爐膛壓力是否在允許的范圍內(nèi)變化，關(guān)系 到鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 鍋爐燃燒過(guò) 程的上述三項(xiàng)控制任務(wù)是不可分開(kāi)的，它的三個(gè)被控參數(shù)，即主蒸汽壓力或機(jī)組負(fù)荷、尾部煙氣含氧量、爐膛壓力，與燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量三個(gè)調(diào)節(jié)量之間的關(guān)聯(lián)，所以燃燒控制系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)應(yīng)協(xié)調(diào)動(dòng)作，共同完成其控制任務(wù)。例如，燃燒過(guò)程不穩(wěn)將引內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 10 起蒸汽參數(shù)發(fā)生波動(dòng)；爐膛溫度過(guò)低將影響燃料的著火和正常燃燒，容易造成爐膛滅火；爐膛溫度過(guò)高或火焰中心偏斜將可能引起水冷壁、凝渣管或燒損設(shè)備，并可能增大過(guò)熱器的熱偏差，造成局部管壁超溫等。由圖可見(jiàn)，在上述兩種情況之間存在著一個(gè)熱損失少和污染小、熱效率高的低氧燃燒區(qū)，這種情況使排煙量減少，火焰溫度升高，并使得高溫區(qū)熱效率提高，這就是最佳燃燒區(qū)。 爐膛負(fù)壓控制任務(wù)與有關(guān)的安全保護(hù)系統(tǒng) 爐膛壓力控制系統(tǒng)是屬于鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，它是提高爐溫均勻性，穩(wěn)定的供風(fēng)及燃料供給系統(tǒng)是燒嘴穩(wěn)定燃燒的必要保證，爐膛壓力是實(shí)現(xiàn)加熱爐自動(dòng)控制的重要 參數(shù) 之一 。 當(dāng) 燃料為煤氣或焦?fàn)t氣時(shí)，要考慮燃?xì)鈮毫^(guò)高時(shí)會(huì)發(fā)生 “ 脫火 ” ，壓力過(guò)低時(shí)又會(huì)發(fā)生 “ 回火 ” ， 兩者均可造成事故。當(dāng)蒸汽壓力上升時(shí)，調(diào)節(jié)閥 P1C 減小（反作用），調(diào)節(jié)閥關(guān)小燃?xì)饬髁繙p小，蒸汽壓力下降；反之亦然。此時(shí)通過(guò)低值選擇器，選擇了 P2C 的輸出信號(hào)，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度由 P2C 控制，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的閥后壓力下降，從而避免 “ 脫火 ” 事故的方式。通過(guò)對(duì)整個(gè)熱工控制系統(tǒng)的分析，根據(jù)鍋爐的燃燒特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用了交叉限幅的方式進(jìn)行控制，并依此對(duì)整個(gè)熱工控制系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。在整個(gè)熱工控制系統(tǒng)中溫度的控制是由控制燃燒介質(zhì) (煤粉和空氣 )流量得以實(shí)現(xiàn)的。以下重點(diǎn)介紹孔板測(cè)量流量。因此，可以通過(guò)測(cè)量節(jié)流件前后的壓差來(lái)測(cè)量流量。 節(jié)流式差壓變送器具有兩個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn) : l)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低，又具有一定的準(zhǔn)確度，基本能滿足工程測(cè)量的需要?？装宓男问礁鶕?jù)實(shí)際情況采用標(biāo)準(zhǔn)孔板。流 量傳感器選用的是孔板及差壓式電容傳感器，流量的節(jié)流裝置必須參考以下技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算 表 孔板的型號(hào) FE101 FE102 FE103 FE104 測(cè)量介質(zhì)名稱 一次風(fēng) 二次風(fēng) 一次風(fēng) 二次風(fēng) 最大流量 25000NM3/H 35000NM3/H 25000NM3/H 35000NM3/H 平均流量 20xx0NM3/H 30000NM3/H 20xx0NM3/H 30000NM3/H 最小流量 0 0 0 0 被測(cè)介質(zhì)壓力 10KPa 40KPa 10KPa 40KPa 被測(cè)介質(zhì)溫度 常溫 常溫 常溫 常溫 相對(duì)濕度 77% 77% 77% 77% 計(jì)算差壓 KPa KPa KPa KPa 20oC 時(shí)管道內(nèi)徑 DN710 DN910 DN810 DN910 管道壁厚 5mm 5mm 5mm 5mm 采用節(jié)流件形式 孔板 孔板 孔板 孔板 取壓方式 法蘭取壓 法蘭取壓 法蘭取壓 法蘭取壓 安裝節(jié)流件的管道位置 水平管道 水平管道 水平管道 水平管道 容許壓力損失 最大壓差值的 3% 最大壓差值的 3% 最大壓差值的 3% 最大壓差值 的 3% 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 16 系統(tǒng)壓力信號(hào)的檢測(cè) 電阻應(yīng)變片的工作原理 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示 ： ρ =R*L/S (21) 式中 ： ρ — 金屬導(dǎo)體的電阻率 S— 導(dǎo)體的截面積 L— 導(dǎo)體的長(zhǎng)度 擴(kuò)散硅壓力傳感器的選用 擴(kuò)散硅壓力傳感器被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上 (不銹鋼或陶瓷 )，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。測(cè)量元件的選型和精確度直接關(guān)系到 燃燒的經(jīng)濟(jì) 和質(zhì)量。燃燒的經(jīng)濟(jì)性主要是保證有合適的 空 /燃 比，而安全性是保證鍋爐處于過(guò)氧燃燒的狀況及維持爐膛負(fù)壓為設(shè)定值。 空燃比 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 通過(guò)上面的分析我們明確了燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)，這樣便可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)， 系統(tǒng)如圖所示 ： 燃 料空 氣T TP CF CF CFF TK爐 膛P T 圖 串級(jí)比值控制系統(tǒng) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 19 鍋爐溫度主調(diào)節(jié)器 TC 的輸出直接作為燃料和空氣流量調(diào)節(jié)器 FC 的給定值。 由上所述可以得出，當(dāng)剩余空氣系數(shù) U=–之間時(shí)，燃料 燃燒的熱效率最高。 3).具有一定的自適應(yīng)能力。降負(fù)荷時(shí)， U 值偏高，增加排煙熱損失。 單交叉限幅控制系統(tǒng) 燃 料 空 氣L SH SF a CF f CT CF T F T a 2+ a 1 k247。 下面介紹單交叉控制系 統(tǒng)運(yùn)行 的具體流程： 1． 當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下，溫度控制器的輸出信號(hào)分別作為空氣流量控制器和燃料流量控制器的給定值，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，燃料得到充分燃燒，燃燒率控制在規(guī)定范圍。 綜上所述，但交叉限幅控制系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 22 (1). 當(dāng)升負(fù)荷時(shí)，先增加空氣后增加燃料；反之，當(dāng)降負(fù)荷時(shí)，先減少燃料后減少空氣。 空燃比 控制 的校正 鍋爐煙氣中的含氧量可以作為空燃比 K 的直接參考，煙氣中的含氧量可以通過(guò)高溫氧化鋯分析儀轉(zhuǎn)換成 420mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，在監(jiān)控屏幕上顯示，操作員可以根據(jù)數(shù)值的大小對(duì)其進(jìn)行修正，以防止空氣過(guò)剩造成的熱量損失。因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備陳舊，會(huì)帶來(lái) 一些難以預(yù)料的干擾，造成測(cè)量不準(zhǔn)確 。其