【文章內容簡介】 構圖如圖33所示：圖33 鍋爐控制系統(tǒng)結構圖在鍋爐房供暖系統(tǒng)中，主要是對系統(tǒng)的總供回水溫度、循環(huán)水量、室內外溫度、瞬時熱量和累計熱量等重要參數(shù)進行監(jiān)控。這些參數(shù)可以反映供暖系統(tǒng)溫度、流量隨室外溫度變化的規(guī)律，它的準確程度直接影響到方案的準確性。圖34為鍋爐房供暖系統(tǒng)監(jiān)測示意圖。圖34鍋爐供暖檢測示意圖鍋爐計算機自動化控制系統(tǒng)，就是利用現(xiàn)代計算機技術來實現(xiàn)工業(yè)鍋爐生產過程自動化的系統(tǒng)。它的組成應包括兩個部分，即控制器部分和鍋爐生產設備部分。其中控制器部分為系統(tǒng)的控制核心，它通過智能儀表對鍋爐的現(xiàn)場工況〔出回水溫度、爐膛溫度等)數(shù)據進行采樣檢測，并通過總線將信號傳送至可編程序處理器(PLC)上，PLC按照事先編好的程序對數(shù)據進行處理和運算，最后輸出控制信號控制鍋爐生產過程，同時還可實現(xiàn)向上位機傳送數(shù)據信息，上位機也可通過接入總線實現(xiàn)對生產過程的監(jiān)視和控制。鍋爐生產過程由鍋爐本體和爐排電機、鼓風機、引風機及其變頻器等輔機組成，輔機的運行就由PLC控制，從而實現(xiàn)對鍋爐生產過程的設計。鍋爐上位機變頻自動控制系統(tǒng)中，上位機及上位機上運行的組態(tài)軟件實現(xiàn)人機交換功能，操作人員可以通過組態(tài)軟件監(jiān)視鍋爐的運行過程，同時也可以通過上位機，通過組態(tài)軟件對鍋爐的運行進行干預控制。鍋爐生產過程部分是鍋爐生產運行場所，它由鍋爐本體及其輔機組成。鍋爐輔機包括鼓風機、引風機、水泵、上煤機和除渣機等設備。本設計中所用模糊自整定PID控制算法，通過對西門子公司的S7300PLC處理器編程來實現(xiàn)，采集誤差信號和誤差變化量信號，將其模糊化到語言變量的論域，采用離線計算的方法將模糊規(guī)則制成模糊查詢表，通過在線方式查詢模糊控制量輸出，最后將PID參數(shù)校正量與基準量相加，獲得PID參數(shù)的即時值，最后進行PID運算計算得到控制對象執(zhí)行器。本設計綜合考慮鍋爐的控制特性和現(xiàn)場條件，確定采用PLC加上位機監(jiān)控工作方式同操作臺手動操作切換方式，其中PLC加上位機工作方式可用于自動狀態(tài)，操作臺工作方式用于人工調試或緊急情況下使用。兩種方式間可自由切換，且處于操作臺工作方式時，PLC及上位機仍采集現(xiàn)場信號，但輸出不對現(xiàn)場作用。本設計主要設計PLC加上位機的控制方式。在整個系統(tǒng)運行時，上位機完成參數(shù)設定和狀態(tài)監(jiān)控，PLC負責實時控制程序的運行。系統(tǒng)由4個子系統(tǒng)組成:水位控制子系統(tǒng)、出回水壓力控制子系統(tǒng)、最優(yōu)風煤比控制子系統(tǒng)和負壓控制子系統(tǒng)。根據工程實際情況本系統(tǒng)對鍋爐進行控制，控制系統(tǒng)所采用主要部件如下:安裝有WinCC組態(tài)軟件及STEP 7軟件的計算機一臺，PLC控制器1套、壓力信號傳感變送器2個、液位信號傳感變送器2個、溫度信號傳感變送器2個、回水流量傳感變送器2個、給水流量傳感變送器2個、變頻器4臺和其它附件。器件類型選擇型號備注PLCS7300可通過擴展電纜進行數(shù)字量I/O模塊、模擬量模塊或智能接口模塊的擴展PLC CPUCPU315可連接7個擴展模塊，最大擴展至35點模擬量I/OPLC擴展模塊SM321 SM322 SM331 SM332壓力信號傳感變送器PT100供電電壓 傳感器:10VDC(612VDC) 變送器:24VDC(9～36 V)液位信號傳感變送器PTP602420mA,05V,15V,010V溫度信號傳感變送器TG100VNB測量精度高。感器壽命極長?；厮髁總鞲凶兯推鱎LAVS24VDC，工作壓力：0—給水流量傳感變送器RLAVS24VDC，工作壓力：0—變頻器VLT5000丹麥的丹佛斯系列帶有WinCC組態(tài)軟件及STEP 7軟件的計算機將系統(tǒng)所用各控制設備及檢測儀表組態(tài)到一起，可實現(xiàn)對現(xiàn)場信息的監(jiān)視操作，并可將運行程序通過MPI網傳輸?shù)絇LC中，以實現(xiàn)對鍋爐系統(tǒng)的控制。PLC:本系統(tǒng)以SIEMENS公司的S7300系列PLC為主控制器，由現(xiàn)場智能傳感變送器對鍋爐的爐膛溫度、爐膛負壓給水壓力和回水壓力等現(xiàn)場信號進行檢測并變送后通過I/O模塊送往PLC，其后PLC按照預訂程序處理并通過I/O模塊返回控制信號。變頻器:變頻器采用丹麥的丹佛斯系列變頻器的VLT5000，工作時變頻器根據PLC運算得到的控制信號或操作臺轉速設定控制信號對給水泵、爐排、鼓風機和引風機進行調速控制。其它附件包括1個操作臺，1個配電柜、2個控制柜等。圖35 控制系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)可以工作于手動方式和自動方式下。系統(tǒng)工作在手動方式下時，司爐工對系統(tǒng)進行控制，司爐工根據操作臺上顯示儀表顯示的現(xiàn)場信號(爐膛溫度、給回水壓力和爐膛負壓)，根據需要，分別調節(jié)操作臺面板上的給水泵、爐排電機、鼓風機和引風機調速旋鈕，調速旋鈕調節(jié)相應變頻器的輸出大小，而變頻器的輸出大小直接控制給水泵、爐排轉速、鼓風量和引風量，從而實現(xiàn)控制鍋爐運行過程。當系統(tǒng)工作在自動方式下時，PLC作為核心控制器，根據查表控制算法對鍋爐運行進行控制(調節(jié)變頻器)，從而對鍋爐運行進行控制。操作臺采用儀表控制系統(tǒng)，必要時進行兩種運行方式的相互切換，以便在不同鍋爐控制需要間切換?？刂葡到y(tǒng)中，由鍋爐變頻控制系統(tǒng)通過控制變頻器對給水泵、爐排電機、鼓風機和引風機進行節(jié)能調速。除了對變頻器的調節(jié)外，整個鍋爐控制系統(tǒng)還包括，鍋爐啟?？刂撇糠?、保護系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)(包括熄火報警等)及各閥門控制以及積灰處理分系統(tǒng)。這些系統(tǒng)也全都通過手動或自動方式控制、鍋爐運行過程的控制調節(jié)主要包括事故下的保護，啟停過程控制，正常的燃燒過程調節(jié)三部分。事故保護:這主要是由于某種原因造成循環(huán)水停止或循環(huán)量過小，以及鍋爐內水溫太高，出現(xiàn)汽化。此時最重要的是恢復水的循環(huán)，同時制止爐膛內的燃燒。這就需要停止給煤，停止爐排運行，停止鼓風機、引風機。PLC接收水溫超高的信號后，就應立即進入事故處理程序，按照上述順序停止鍋爐運行，并響鈴報警，通知運行管理人員，必要時還可通過手動補入冷水排除熱水，進行鍋爐降溫。啟?？刂?鍋爐采用煤粉燃燒。點火時在爐排上鋪煤，煤上放著引燃的澆了柴油的木柴，爐排速度調整到最低，鼓風機及引風機也調至最低工作狀態(tài)，直至給水壓力達到額定壓力再將爐排及鼓風引風機轉速調整到正常。啟動點火的準備工作為人工手動進行，但爐排轉速和鼓風和引風的控制及封火暫停機和再次啟動的過程則由PLC控制自動進行。封火過程為逐漸停止爐排運動，停掉鼓風機，然后停止引風機。重新啟動的過程則是開啟引風機，慢慢開大鼓風機，隨爐溫升高慢慢加大爐排進行速度?？刂葡到y(tǒng)的控制核心PLC根據現(xiàn)場傳感變送器反饋回來的現(xiàn)場信號(爐膛溫度、給回水壓力和爐膛負壓)，根據程序算法，輸出控制量調節(jié)變頻器的輸出大小，而變頻器的輸出大小直接控制給水泵、爐排轉速、鼓風量和引風量，這就是鍋爐系統(tǒng)的PLC自動運行方式。為了保證特殊場合需要，我們在自動方式中加入另外一種工作方式，我們稱之為上位機控制方式。所謂的上位機控制方式是由操作人員直接在上位機上設定爐排、鼓風機和引風機的轉速，這些控制命令通過PLC的輸出模塊輸出控制變頻器的轉速。第4章 軟件設計S7300/400屬于模塊式PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設備等組成。 PLC控制系統(tǒng)示意圖PLC的主要生產廠家：德國的西門子(Seimens)公司，美國Rockewll公司所屬的AB公司，GE—Fanuc公司，法國的施耐德(schneider)公司，日本的三菱和歐姆龍(OMRON)公司。PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式。OB1是用于循環(huán)處理的組織塊(主程序)，它可以調用別的邏輯塊，或被中斷程序(組織塊)中斷。在起動完成后，不斷地循環(huán)調用OB1，在OB1中可以調用其它邏輯塊(FB，SFB，F(xiàn)C或SFC)。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。在循環(huán)程序處理過程中，CPU 并不直接訪問I/O模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問CPU內部的輸入/輸出過程映像區(qū)，批量輸入、批量輸出。某一編程元件對應的過程映像位為1狀態(tài)時，稱該編程元件為ON，過程映像位為0狀態(tài)時，稱該編程元件為OFF。循環(huán)時間(CycleTime)是指操作系統(tǒng)執(zhí)行一次循環(huán)操作所需的時間，又稱為掃描循環(huán)時間(Scan CycleTime)或掃描周期。 S7300系列PLC簡介S7300的CPU模塊（簡稱為CPU）都有一個編程用的RS485接口，有的還帶有集成的現(xiàn)場總線PROFIBUSDP接口或PtP串行通訊接口，S7300不需要附加任何硬件、軟件和編程，就可以建立一個MPI（多點接口）網絡，如果有PROFIBUSDP接口，可以建立一個DP網絡網絡。 S7300 PLC DC連接器 （CPU313以上） 功能最強大CPU的RAM為512KB，最大8192個存儲器位，512個定時器和512個計數(shù)器，數(shù)字量最大65536，模擬量通道最大為4096。有350多條指令。計數(shù)器的技術范圍為1999，定時器的定時范圍為10ms9990ms。只需要擴展一個機架，可以使用價格便宜的IM365接口模塊對。數(shù)字量模塊從0號機架的4號槽開始，每個槽位分配四個字節(jié)的地址，32個IO點。模擬量模塊一個通道占一個字地址。從IB256開始，給每一個模擬量模塊分配8個字?？梢栽\斷出以下故障：失壓，熔斷器熔斷，看門狗故障，EPROM、RAM故障。模擬量模塊共模故障，組態(tài)/參數(shù)錯誤、斷線、上下溢出。數(shù)字量輸入上升沿、下降沿中斷；模擬量輸入超限；CPU暫停當前程序，處理OB40。SF（系統(tǒng)出錯/故障顯示，紅色）：CPU硬件故障或軟件錯誤時亮。BATF（電池故障，紅色）：電池電壓低或沒有電池時亮；DC 5V（+5V電源指示，綠色）：5V電源正常時亮；FRCE（強制，黃色）：至少有一個IO被強制時亮；RUN（運行方式，綠色）：CPU處于RUN狀態(tài)時亮；重新啟動時以2Hz的頻率閃亮；HOLD（單步、斷點）狀態(tài)時以 ；STOP(停止方式，黃色)：CPU處于STOP，HOLD狀態(tài)或重新啟動時常亮；BUSF(總線錯誤，紅色)。（運行編程）位置：運行時還可以讀出和修改用戶程序,改變運行方式。（運行）位置：CPU執(zhí)行，讀出用戶程序，但是不能修改用戶程序。（停止）位置：不執(zhí)行用戶程序，可以讀出和修改用戶程序。（清除存儲器）：不能保持。將鑰匙開關從STOP狀態(tài)扳到MRES置可復位存儲器，使CPU回到初始狀態(tài)。復位存儲器操作：通電后從STOP位置扳到MRES位置，“STOP”LED熄滅1s，亮1s，再熄滅1s后保持亮。放開開關，使它回到STOP位置，然后又回到MRES，“STOP”LED以2Hz的頻率至少閃動3s，表示正在執(zhí)行復位，最后“STOP”LED一直亮。某些CPU模塊上有集成IO模塊。PLC使用的物理存儲器有：RAM,ROM，快閃存儲器（Flash EPROM）和EEPROM。 PLC編程語言簡介 PLC編程語言的國際標準IEC6ll31是PLC的國際標準，1992~1995年發(fā)布了IEC6ll31標準中的1~4部分，我國在1995年11月發(fā)布GB/T 159691/2/3/4(等同于IEC6ll311/2/3/4)。IEC 6ll313廣泛地應用PLC、DCS和工控機、“軟件PLC”、數(shù)控系統(tǒng)、RTU等產品。它們定義了5種編程語言：1) 指令表IL(Instructionlist):西門子稱為語句表STL.2) 結構文本ST(Structuredtext):西門子稱為結構化控制語言(SCL)。3) 梯形圖LD(Ladderdiagarm):西門子簡稱為LAD。4) 功能塊圖FBD(runctionblockdiagram):標準中稱為功能方框圖語言.5) 順序功能圖SFC(Sequentialfunctionchart):對應于西門子的S7Graph。 PLC的編程語言在SETP7編程軟件中，如果程序塊沒有錯誤，并且被正確地劃分為網絡，在梯形圖、功能塊圖和語句表之間可以轉換。如果部分網絡不能轉換，則用語句表表示。語句表可供喜歡用匯編語言編程的用戶使用。語句表的輸入快，可以在每條語句后面加上注釋。設計高級應用程序時建議使用語句表。梯形圖適合于熟悉繼電器電路的人員使用。設計復雜的觸點電路時最好用梯形圖。功能塊圖適合于熟悉數(shù)字電路的人使用。S7 SCL 編程語言適合于熟悉高級編程語言(例如隊SCAL或C語言)的人使用。S7 Graph，HiGraph和CFC可供有技術背景，但是沒有PLC編程經驗的用戶使用S7Graph對順序控制過程的編程非常方便，HIGraPh適合于異步非順序過程的編程，CFC適合于連續(xù)過程控制的編程。通常，用戶程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）、數(shù)據塊（DB）構成。其中OB是系統(tǒng)操作程序與用戶應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。OB塊根據操作系統(tǒng)調用的條件（如時間中斷和報警中斷等）分成幾種類型，這些類型有不同的優(yōu)先級，高優(yōu)先級的OB可以中斷低優(yōu)先級的OB。1. 復合數(shù)據類型通過組合基本數(shù)據類型和復合數(shù)據類型可以生成下面的數(shù)據類型:(1) 數(shù)組(ARRAY)將一組同一類型的數(shù)據組合在一起，形成一個單元。(2) 結構(STRUCT)將一組不同類型的數(shù)據組合在一起，形成一個單元.(3) 字符串(SRTING)是最多有254個字符(CHAR)的一維數(shù)組。(4) 日期和時間(DATE一ANDJIME)用于存儲年、月、日、時、分、秒、毫秒和星期，占用8個字節(jié)，用BCD格式保存。星期天的代碼為1，星期一星期六的代碼為2~7。例如 DT 2004071512:30:。(5) 用戶定義的數(shù)據類型UDT(userdefined data types).在數(shù)據塊 DB和邏輯塊的變量聲明表中定義復合數(shù)據類型。2．參數(shù)類型為在邏輯塊之間傳遞參數(shù)的形參(fomral parameter，形式參數(shù))定義的數(shù)據類型:(