【正文】 多有254個(gè)字符(CHAR)的一維數(shù)組。通常，用戶程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）、數(shù)據(jù)塊（DB）構(gòu)成。設(shè)計(jì)復(fù)雜的觸點(diǎn)電路時(shí)最好用梯形圖。語(yǔ)句表可供喜歡用匯編語(yǔ)言編程的用戶使用。4) 功能塊圖FBD(ruction block diagram):標(biāo)準(zhǔn)中稱(chēng)為功能方框圖語(yǔ)言。圖33 主電路圖（2）控制電路圖如圖34所示：圖34 控制電路圖12 第4章 軟件設(shè)計(jì) PLC編程語(yǔ)言簡(jiǎn)介 PLC編程語(yǔ)言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC6ll31是PLC的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，1992~1995年發(fā)布了IEC6ll31標(biāo)準(zhǔn)中的1~4部分，我國(guó)在1995年11月發(fā)布GB/T 159691/2/3/4(等同于IEC6ll311/2/3/4)。當(dāng)采樣溫度低于下限，即Q＜Q max時(shí)，進(jìn)行下限處理：計(jì)算Q與下限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷調(diào)節(jié)時(shí)間，若調(diào)節(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，進(jìn)行聲光（黃燈亮）；若調(diào)節(jié)時(shí)間未到3分鐘，則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。 按啟動(dòng)按鈕（X500），控制系統(tǒng)投入運(yùn)行。PLC讀入四路溫度值后，再取其平均值作為被控系統(tǒng)的實(shí)際值。 系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)按紐啟動(dòng)控制程序，設(shè)置綠，紅，黃3個(gè)指示燈來(lái)指示溫度狀態(tài)。另加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM222（8繼電器輸出），再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。此外，豐富的CPU類(lèi)型和電壓等級(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問(wèn)題時(shí)，具有很強(qiáng)的使用性和可選擇性。 聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過(guò)的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。 選擇時(shí)主要包括PLC機(jī)型、容量、I／O模塊、電源的選擇。然后是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過(guò)分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號(hào)的種類(lèi)、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。 ，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。本設(shè)計(jì)設(shè)定的基準(zhǔn)調(diào)節(jié)量相當(dāng)于PLC（輸出6V）。中型PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O 點(diǎn)數(shù)一般在256～1024 點(diǎn)之間，I/O 的處理方式除了采用一般PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過(guò)程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。而智能型編程器（又稱(chēng)圖形編程器），不但可以連機(jī)編程，而且還可以脫機(jī)編程。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（DI），開(kāi)關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 可編程控制器的組成可編程控制器的組成:PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。我國(guó)從1974年開(kāi)始研制，1977年開(kāi)始工業(yè)推廣應(yīng)用。本文所做工作： 爐膛溫度控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)； 爐膛溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，包括PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成、變頻器功能原理等； 、爐膛溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、STEP7 的原理、使用技巧，PLC系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，人機(jī)界面設(shè)計(jì)等；第2章 PLC基礎(chǔ)及系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)可編程控制器是是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，它使用可編程序的記憶以存儲(chǔ)指令，用來(lái)執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、和演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入輸出，以控制各種機(jī)械或過(guò)程。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，為了進(jìn)一步改善鍋爐操作狀況，降低能耗，確保安全運(yùn)行，減少對(duì)大氣的污染，同時(shí)隨著人工智能理論的發(fā)展成熟，智能控制技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，對(duì)新一代鍋爐計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已勢(shì)在必行且條件成熟。如 今在 國(guó) 外，鍋爐的控制己基本實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，在控制方法上都采用了現(xiàn)代控制理論中的最優(yōu)控制、多變量頻域、模糊控制等方法，因此，鍋爐的熱效率很高、鍋爐運(yùn)行平穩(wěn)，而且減少了對(duì)環(huán)境的污染。到上世紀(jì)六十年代，在發(fā)達(dá)國(guó)家，鍋爐的控制主要以電動(dòng)單元組合儀表(相當(dāng)于我國(guó)的DDZII, DDZIII儀表)檢測(cè)與控制，還是以檢測(cè)報(bào)警為主，控制為輔助功能。利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)由現(xiàn)場(chǎng)控制層、顯示操作層和信息管理層組成的集成自動(dòng)化系統(tǒng)可以使企業(yè)生產(chǎn)和管理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。然而鍋爐設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象，作為一個(gè)長(zhǎng)期運(yùn)行的設(shè)備，其控制系統(tǒng)的優(yōu)劣也是影響鍋爐生產(chǎn)效率的重要因素。但是我國(guó)目前運(yùn)行的大多數(shù)鍋爐系統(tǒng)控制水平不高，效率普遍低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，操作工人水平參差不齊，經(jīng)常是憑感覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)去操作，長(zhǎng)期使鍋爐處在能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。隨著我國(guó)人民生活水平的穩(wěn)步提高和城市化建設(shè)的步伐加快，建筑業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性日益凸顯。而對(duì)新型采暖設(shè)備的需求量也呈全面迅猛增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。首先由變頻器、泵、壓力傳感器組成恒壓供水系統(tǒng)，再由兩個(gè)調(diào)節(jié)閥控制兩個(gè)支路分別給鍋爐的夾套和內(nèi)膽供水，由PLC編程、加熱器、溫度傳感器組成鍋爐內(nèi)膽水溫反饋加熱系統(tǒng)，流量傳感器、PLC、加熱絲組成前饋補(bǔ)償系統(tǒng)，從而組成前饋反饋控制系統(tǒng)。前饋控制等控制算法我們往往用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種情況下我們往往就需要借助別的控制方式。往往在控制中還存在著多種擾動(dòng)，例如流量、液位等。在化工過(guò)程控制中溫度控制應(yīng)用相當(dāng)廣泛。再加上各種擾動(dòng)，溫度控制已經(jīng)不能光靠簡(jiǎn)單的PID控制達(dá)到目標(biāo)。因此在這次設(shè)計(jì)中我們用前饋控制方式來(lái)克服流量的擾動(dòng)使得溫度控制精度更加精確。本次設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)、PLC、溫度傳感器、流量傳感器等對(duì)工業(yè)對(duì)象的夾套鍋爐、管道進(jìn)行控制，運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程、PLC編程、控制算法設(shè)計(jì)、過(guò)程控制、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、電器線路設(shè)計(jì)等知識(shí)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)前饋反饋控制。隨著我國(guó)人民生活水平的穩(wěn)步提高和城市化建設(shè)的步伐加快，建筑業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性日益凸顯。水暖鍋爐在我國(guó)已有近百年的歷史，在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，我國(guó)水暖鍋爐控制一直都是人工手動(dòng)控制。工業(yè)鍋爐能耗巨大，每年的耗煤量超過(guò)上億噸，占我國(guó)原煤產(chǎn)量的三分之一，提高其生產(chǎn)效率不僅具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還有重要的環(huán)保意義。爐體本身的生產(chǎn)狀況是影響鍋爐產(chǎn)熱效率的重要因素，但是國(guó)內(nèi)很多供熱單位的鍋爐爐齡較長(zhǎng)、生產(chǎn)狀況遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要徹底的更新?lián)Q代，需要很大的投資，這是大多數(shù)的供熱單位不能承受的，也不符合我國(guó)現(xiàn)在的基本國(guó)情。工業(yè)鍋爐的耗煤產(chǎn)汽既是一個(gè)能源轉(zhuǎn)換過(guò)程，又是一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)于由多個(gè)鍋爐控制站組成的鍋爐群系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)控管理，對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)、分析，將統(tǒng)計(jì)分析的各種數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)布給相關(guān)的部門(mén)，如廠領(lǐng)導(dǎo)、調(diào)度室、工段室、技術(shù)室等有著重要的意義。但由于當(dāng)時(shí)科技發(fā)展的局限性，對(duì)鍋爐的控制主要停留在使用汽動(dòng)儀表(包括汽動(dòng)單元組合儀表和汽動(dòng)基地式儀表)的階段，而且大多數(shù)鍋爐只是檢測(cè)工藝參數(shù)，不進(jìn)行自動(dòng)控制。許多發(fā)達(dá)國(guó)家都相繼開(kāi)發(fā)出了鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。至90年代，鍋爐的自動(dòng)化控制己成為一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域，利用單片機(jī)、可編程序控制器、工業(yè)計(jì)算機(jī)以及引進(jìn)的國(guó)外控制設(shè)備開(kāi)發(fā)的各種控制系統(tǒng)，己逐漸用于對(duì)原有鍋爐的技術(shù)改造中，并向與新建爐體配套的方向發(fā)展，許多新的控制方法，諸如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、或控制算法的建模往往不能反映真實(shí)的鍋爐燃燒狀況，導(dǎo)致在工程實(shí)踐中并不怎么成功，不能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益，挫傷了用戶在工業(yè)鍋爐上用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的積極性。本設(shè)計(jì)以一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明PLC在模擬量信號(hào)監(jiān)測(cè)與控制中的應(yīng)用問(wèn)題。1973年西歐國(guó)家也研制出他們的第一臺(tái)可編程控制器。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。簡(jiǎn)易型只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符后才能送入。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。 CPU 從第一條指令開(kāi)始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。另外，正常情況下，輸出基準(zhǔn)量是被控制溫度接近較佳值。第3章 硬件設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對(duì)象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。／O設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入(如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等)由此確定PLC的I／O點(diǎn)數(shù)。由于程序與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短，而對(duì)于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電氣控制線路后才能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。由于具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格及強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，使得S7200可以完美地滿足小規(guī)模的控制要求。參照西門(mén)子S7200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為CPU226的PLC，CPU226模塊提供的主機(jī)I/O點(diǎn)有24個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和16個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)。擴(kuò)展單元EM2228點(diǎn)繼電器模擬量單元EM2354AI/1AO主機(jī)單元CPU226AC/DC繼電器圖31 PLC系統(tǒng)配置 系統(tǒng)控制要求PLC在溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)中的邏輯流程圖如圖32所示：紅燈亮報(bào)警器響黃燈亮報(bào)警器響T60T50T=3minT=3min定時(shí)綠燈亮定時(shí)T50T6050=T=60初始化圖32 邏輯流程圖 具體控制要求如下： 將被控系統(tǒng)的溫度控制在50℃~60℃之間，當(dāng)溫度低于50度或高于60度時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)調(diào)整3分鐘后仍不能脫離不正常狀態(tài)，則應(yīng)采用聲光報(bào)警，以提醒操作人員注意排除故障。 在被控系統(tǒng)中設(shè)置4個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，溫度信號(hào)經(jīng)變送器變成0~5V的電信號(hào)（對(duì)應(yīng)溫度0~100℃），送入4個(gè)模擬量輸入通道。 實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)懶惰控制的過(guò)程包括： PLC投入運(yùn)行時(shí)，通過(guò)特殊輔助繼電器M71產(chǎn)生的初始化脈沖進(jìn)行初始化，包括將溫度較佳值和基準(zhǔn)調(diào)節(jié)存入有關(guān)數(shù)據(jù)寄存器，使計(jì)時(shí)用的兩個(gè)計(jì)數(shù)器復(fù)位。 若Q﹥Q max，進(jìn)行上限處理：計(jì)算Q與上限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量（比例系數(shù)設(shè)為2），發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷調(diào)節(jié)時(shí)間，若調(diào)節(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，進(jìn)行聲光（紅燈亮）；若調(diào)節(jié)時(shí)間未到3分鐘，則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。接觸器KM1控制著M1正常運(yùn)行，F(xiàn)R1為加熱器過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器；QF1為主電路的熔斷器。3) 梯形圖LD(Ladder diagram):西門(mén)子簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)AD。如果部分網(wǎng)絡(luò)不能轉(zhuǎn)換，則用語(yǔ)句表表示。梯形圖適合于熟悉繼電器電路的人員使用。S7 Graph，HI Graph和CFC可供有技術(shù)背景，但是沒(méi)有PLC編程經(jīng)驗(yàn)的用戶使用S7Graph對(duì)順序控制過(guò)程的編程非常方便，HI Graph適合于異步非順序過(guò)程的編程，CFC適合于連續(xù)過(guò)程控制的編程。 復(fù)合數(shù)據(jù)類(lèi)型與參數(shù)類(lèi)型1. 復(fù)合數(shù)據(jù)類(lèi)型通過(guò)組合基本數(shù)據(jù)類(lèi)型和復(fù)合數(shù)據(jù)類(lèi)型可以生成下面的數(shù)據(jù)類(lèi)型:(1) 數(shù)組(ARRAY)將一組同一類(lèi)型的數(shù)據(jù)組合在一起，形成一個(gè)單元。2．參數(shù)類(lèi)型為在邏輯塊之間傳遞參數(shù)的形參(formal parameter，形式參數(shù))定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型:(1) TIMER(定時(shí)器)和COUNTER(計(jì)數(shù)器):對(duì)應(yīng)的實(shí)參(actual parameter，實(shí)際參數(shù))應(yīng)為定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的編號(hào)，例如T3，CZI。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器1. 過(guò)程映像輸入/輸出(/IQ)在掃描循環(huán)開(kāi)始時(shí)，CPU讀取數(shù)字量輸入模塊的輸入信號(hào)的狀態(tài)，并將它們存入過(guò)程映像輸入(process image input，PI)中。2. 內(nèi)部存儲(chǔ)器標(biāo)志位(M)存儲(chǔ)器區(qū)3. 定時(shí)器(T)存儲(chǔ)器區(qū)時(shí)間值可以用二進(jìn)制或BCD碼方式讀取。6. 外設(shè) I/O區(qū)(Pl/PO)外設(shè)輸入 (PI)和外設(shè)輸出(PQ)區(qū)允許直接訪問(wèn)本地的和分布式的輸入模塊和輸出模塊。 STEP7概述PC/MPI適配器+RS232C通信電纜。STEP7光盤(pán)上的程序Author ware用于顯示、安裝和取出授權(quán)。程序中的特殊點(diǎn)可以通過(guò)輸入符號(hào)名或地址快速查找。② CPU的參數(shù)設(shè)置。③設(shè)置MPI、PROFIBUS或者工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的時(shí)間驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸，用通信塊編程。PLC運(yùn)行時(shí)，將溫度設(shè)定值，PID參數(shù)值等，存入有關(guān)的數(shù)據(jù)寄存器，使定時(shí)器復(fù)位；按啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始溫度采樣，采樣周期為1秒；K型熱電偶傳感器把所測(cè)量的溫度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換；模擬量輸入通道AIW0通過(guò)讀入模擬電壓量送入PLC；經(jīng)過(guò)程序計(jì)算后得出實(shí)際測(cè)量溫度T，將T和溫度設(shè)定值比較，根據(jù)偏差計(jì)算調(diào)整量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令。傳輸線路的介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜、光纖、或無(wú)線電波等。用STEP 7軟件包中的Configuration功能為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)MPI地址和最高地址，最好標(biāo)在節(jié)點(diǎn)外殼上；然后對(duì)PG、OP、CPU、CP、FM等包括的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行地址排序，連接時(shí)需在MPI網(wǎng)的第一個(gè)及最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)接入通信終端匹配電阻。通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，我們認(rèn)識(shí)到，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的控制，如果采用繼電控制，不僅系統(tǒng)繁瑣，調(diào)試?yán)щy，故障概率大，而且對(duì)以后的維護(hù)也帶來(lái)困難。④編程圖形化，使之一目了然 本次設(shè)計(jì)，使我充分發(fā)揮了主觀能動(dòng)性，將大學(xué)三年年所學(xué)的知識(shí)以畢業(yè)設(shè)計(jì)的形式應(yīng)用到了實(shí)際當(dāng)中。楊老師平常對(duì)大家都很?chē)?yán)格，但正是這種嚴(yán)格要求才使我們一步步的進(jìn)步，學(xué)到很多知