【文章內(nèi)容簡介】 （5）三、 PID控制器的類型選用位置型控制 （6） PID位置型控制示意圖PID位置算法調(diào)節(jié)閥 被控對象r（t）c（t） PID位置型控制示意圖位置型PID算法的程序流程1)位置型的遞推形式 （7）2)位置型PID算法的程序流程只需在增量型PID算法的程序流程基礎上增加一次加運算Δu(n)+u(n1)=u(n)和更新u(n1)即可。計算e(n)計算計算計算+計算計算計算+u（n1）e(n1)到e(n2)e(n)到e(n1)u(n)到u(n1)返回 位置型PID算法的程序流程圖第4章 鍋爐自動控制系統(tǒng)的硬件設計鍋爐自動控制系統(tǒng)中的風機和水泵通過變頻器來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，通過工控機和可編程控制器對鍋爐系統(tǒng)中的鼓風機、引風機、爐排電機、循環(huán)水泵實現(xiàn)控制。控制系統(tǒng)以兩臺工業(yè)控制機作為上位機，以PLC(可編程控制器)為下位機。上位機采用高可靠性的工業(yè)控制計算機，通過監(jiān)控軟件完成人機界面及故障報警功能，下位機采用西門子公司S7200可編程控制器，實現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的自動控制，控制水平和硬件可靠性大大提高。本系統(tǒng)采用集中控制，分為三層，:主控機西門子S7200系列可編程序控制器及擴展模塊輔控機變頻器電氣控制回路傳感器與變送器1引風機變頻器電氣控制回路2鼓風機傳感器與變送器變頻器電氣控制回路傳感器與變頻器3 、4循環(huán)泵變頻器電氣控制回路傳感器與變頻器5 、6補水泵 鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖管理層: 系統(tǒng)采用兩臺工控機作為上位機，其中一臺作為主控機，另一臺為輔控機，構(gòu)成雙機冗余系統(tǒng)。通過MPI多點接口與下位機PLC進行通訊，對現(xiàn)場鍋爐的運行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)對鍋爐的遠程控制。操作人員也隨時可以通過計算機，了解現(xiàn)場每臺鍋爐的運行狀況，并對風機、水泵等電機進行啟?？刂坪蛥?shù)設定。另一方面，關于鍋爐運行及網(wǎng)管系統(tǒng)的各種歷史數(shù)據(jù)，則存儲在計算機的數(shù)據(jù)庫中。在需要的時候，可以在計算機顯示器上顯示，或由打印機打印出來?，F(xiàn)場控制層: 該層以西門子S7200系列可編程控制器為核心，一方面通過MPI多點接口與上位機通訊，接收上位機管理層的控制命令。另一方面運用RS485總線與各變頻器進行通信，分別對鼓風機、引風機、爐排電機、循環(huán)泵和補水泵等進行啟停控制和電機的轉(zhuǎn)速設定，一旦電機啟動完畢，即使PLC與上位機通訊故障，系統(tǒng)仍能正常運行?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與變送層: 這一層是集散控制系統(tǒng)的最底層，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、預處理和變送等工作。這些數(shù)據(jù)主要包括鍋爐的出水溫度、出水壓力、鍋筒壓力、爐膛溫度、爐膛壓力以及總出水溫度、總出水壓力、總回水壓力等。變送器將采集的溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號并傳送給可編程控制器進行數(shù)據(jù)處理。 控制器選型及配置采用西門子S7200系列可編程控制器。 S7200實物圖一、PLC系統(tǒng)配置根據(jù)系統(tǒng)控制要求，綜合考慮系統(tǒng)對PLC運算能力的要求等因素，選用西門子的S7200系列PLC，CPU模塊選用CPU226。 S7 200系列可編程控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設計，各個單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。系統(tǒng)組成:(1)電源負載模塊：用于將SIMATIC S7200連接到直流24V和交流220V兩種供電電源電壓，輸出類型有晶體管和繼電器兩種輸出方式，它與CPU模塊和其他信號模塊之間通過電纜連接。(2)中央處理單元(CPU226)：本機集成24輸入/16輸出，I/O共計40點，和CPU224相比，程序存儲容量擴大了一杯，數(shù)據(jù)存儲容量增加到10KB，它具有2個通信口，通信能力大大增強。它可用于點數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。(3)I/O擴展模塊：對于I/O點數(shù)不夠的情況沒就必須增加I/O擴展模塊，對I/O點數(shù)進行補充。本機選用1個EM222（4點）作為數(shù)字量的擴展。1個EM235，1個EM232作為模擬量的擴展。主機CPU226模塊2EM222DO4模塊3EM235AI4/AO1模塊4EM232AO2 模塊連接方式(4)PROFIBUSDP 模塊EM227：通過該模塊可以把S7200 PLC連接到PROFIBUSDP網(wǎng)絡中，從而使其作為DP網(wǎng)絡中的一個從站。 I/O地址分配表PLC輸入、輸出點數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設計要求和所需控制的現(xiàn)場設備數(shù)量加以確定。（1）PLC的開關輸入端口包括系統(tǒng)的啟動、停止按鈕，電機啟動、停止按鈕，手動/自動按鈕、變頻器故障及檢修復位、以及變頻器工頻、變頻運行信號，另外PLC輸入端口還包括電動機的熱保護繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開觸點。 開關量輸入分配表序號 名稱文字符號端口地址1鍋爐自動位SF12鍋爐手動位SF23出水溫度SF34室外溫度SF45循環(huán)泵自動SF56循環(huán)泵手動SF67啟動1號循環(huán)泵SF78啟動2號循環(huán)泵SF89定時加熱SF910循環(huán)泵定時按鈕SF1011超壓保護BP112超溫保護BT13水箱壓力上限BP2U14水箱壓力下限BP2L15手動停止循環(huán)泵1SF1116手動停止循環(huán)泵2SF1217系統(tǒng)啟停SF1318警鈴消除SF1419循環(huán)泵1缺相KF120循環(huán)泵2缺相KF221補水泵1缺相KF322補水泵2缺相KF423引風機啟停SF1524鼓風機啟停SF16（2）PLC的輸出端口包括各種故障指示以及變頻器故障給PLC的信號，PLC與這些交流接觸器的連接是通過中間繼電器來實現(xiàn)的，可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強電和弱電之間的隔離，保護PLC設備，增強系統(tǒng)工作的可靠性。以上的配置都留有余量，為以后的系統(tǒng)擴展提供方便。 開關量輸出分配表序號 名稱文字符號端口地址1循環(huán)泵1號QA12循環(huán)泵2號QA23補水泵1號QA34補水泵2號QA45超溫報警PG16超壓報警PG27循環(huán)泵1號燈PG38循環(huán)泵2號燈PG49補水泵1號燈PG510補水泵2號燈PG611報警鈴PB112啟動指示燈PG713低水位14高水位15工頻運行16變頻運行17引風機燈PG818鼓風機燈PG9（3）模擬量輸入輸出點的分配表 模擬量輸入分配表序號 名稱文字符號端口地址1出水溫度模擬輸入AIW02室外溫度模擬輸入AIW23水位檢測輸入AIW44壓力檢測輸入AIW6 模擬量輸出分配表序號 名稱文字符號端口地址1出水溫度模擬輸出AQW02室外溫度模擬輸出AQW23水位檢測輸出AQW44壓力檢測輸出AQW6 系統(tǒng)主電路的設計根據(jù)本設計的要求，本系統(tǒng)風機和循環(huán)泵采用變頻啟動和調(diào)速。變頻器輸入電源前面接入一個自動空氣開關，來實現(xiàn)電機、變頻器的過流過載保護接通，雖然變頻器本身就有欠壓、過壓，過流、過載等保護功能，但是對于有工頻運行的水泵電動機，還需要在工頻電源下面接入相應的熱繼電器，來實現(xiàn)電機的過流過載保護。 控制系統(tǒng)的主回路本系統(tǒng)采用4臺變頻器連接4臺電動機，其中1號變頻器控制引風電機，功率為90KW，變頻工作方式，電機通過一個接觸器和變頻器輸出電源相聯(lián)，3號變頻器控制鼓風機，功率為37KW，變頻工作方式，電機通過一個接觸器與變頻輸出電源連接。2號變頻器控制一臺循環(huán)泵，4號變頻器控制一臺循環(huán)泵，功率都為75KW，一臺作為備用，均采用變頻工作方式。補水泵，爐排電機等采用工頻運行方式，功率為5KW。變頻器主電路電源輸入端子(R, S, T)經(jīng)過隔離開關與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子(U. V, W)經(jīng)接觸器接至三相電動機上。按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，使接觸器線圈帶電并保持，從而使接觸器動作，1變頻器、3變頻器接通電源，電動機變頻運行。 在控制電路的設計中，首先要考慮弱電和強電之間的隔離的問題。在整個控制系統(tǒng)中，所有控制電機、接觸器的動作，都是按照PLC的程序邏輯來完成的。為了保護PLC設備，PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機動作。在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實現(xiàn)系統(tǒng)中的強電和弱電之間的隔離，保護系統(tǒng)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強系統(tǒng)工作的可靠性。系統(tǒng)要實現(xiàn)手動自動、欠壓、過壓保護，電機的故障指示，變頻器的故障指示以及報警輸出，模擬量的輸入、輸出模塊。 控制電路中還必須考慮系統(tǒng)電機的當前工作狀態(tài)指示燈的設計，為了節(jié)省PLC的輸出端口，在電路中可以采用PLC輸出端子的中間繼電器的相應常開觸點的斷開和閉合來控制相應電機指示燈的亮和熄滅，指示當前系統(tǒng)電機的工作狀態(tài)。手動控制時，首先扳動轉(zhuǎn)換開關SF1,使電動機啟動時，按下啟動按鈕SF2，接觸器QA1吸合并自保，電動機啟動,運行指示燈PG3亮。當接觸器QA1吸合時，中間繼電器QA3接通，變頻器STF接通，變頻器啟動。當變頻器故障輸出時