【文章內容簡介】 (如BASIC， PASCALC)等 ； 包括輸入輸出模塊和端子的結構設計改進，使端子更加集成 ； 特殊接口允許默寫器件可以直接接到控制器上，如熱電偶、熱電阻、應力測量、快速響應脈沖等 ； 外部設備改進了操作員界面技術，系統(tǒng)文檔功能成為了 PLC 的標準功能； 硬件改進，使得 PLC 的產品系列豐富和發(fā)展，使 PLC 從最小的只有 10 個UO 點的微型 PLC 到可以達到 8000 點的大型 PLC。這些產品系列，用普通系統(tǒng)和編程外部設備，可以組成局域網，并與辦公網絡相連。整個 PLC 的產品系列概念對于用戶來說，是一個非常介于成本地控制系統(tǒng)概念。 PLC 軟件上與硬件發(fā)展相似， PLC 的軟件業(yè)取得了巨大的進展，大大強化了 PLC 的功能 : PLC 引入了面向對象的編程工具，并且根據國際電器工程委員會的IEC611313 的標準形成了多種語言 ； 小型 PLC 也提供強大的編程指令，并且因此延伸了應用領域 ； 高級語言，如 BASIC， C 在某些控制器模塊中己經可以實現(xiàn)，在與外部通信和處理數據時提供了更大的編程靈活性 ； 梯形圖邏輯中可以實現(xiàn)高級的工能塊指令，可以使用戶用簡單的編程方法實內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 4 現(xiàn)復雜的軟件功能 ； 診斷和錯誤檢測功能也從簡單的系統(tǒng)控制器的故障診斷擴大到對所控制的機器和設備的診斷 ； 浮點算數可以進行控 制應用在計量、平衡和統(tǒng)計等所設計的復雜計算 ； 數據處理指令的到簡化和改進，可以進行設計大量數據存儲、跟蹤和存取的復雜控制，數據采集與處理功能。 PLC 己經比原來復雜了很多，但是 對操作員來說，今天的高功能的 PLC 與 30 年前的 PLC 一樣那么容易操作，甚至更為簡單。 PLC 的特點： (1)可靠性高，抗干擾能力強。 (2)適應能力強，應用靈活。 (3)編程方便，易于使用。 (4)控制系統(tǒng)設計、安裝、調試方便。 (5)維修方便、維修工作量小。 (6)功能完善。 西門子工業(yè)控制網絡技術簡介 本研究針對的是 WINCC 組態(tài)軟 件及 SIMATIC PLC 都是西門子公司的產品。系統(tǒng)應用的是西門子公司的控制系統(tǒng)解決方案。所以下面介紹一下西門的工業(yè)控制網絡技術。 西門子工業(yè)控制網絡根據總線分為 4 種網絡結構 ： 1). ASi總線 ： 其接口符合開放的國際標準 EN5O295，用于現(xiàn)場小數據量傳送 (開關量 )。擁有規(guī)范的主一主通信協(xié)議以及設備的連接方式，保證不同廠商此規(guī)范設備的產品兼容性。 2). EIB 總線 ： 全稱為 European Installation Bus，是專門針對智能建筑領域的現(xiàn)場總線標準。具有分布、開放、靈活、互操作的特點。總線上 智能化元件可通過編程改變的功能，即能獨立進行開關、控制、監(jiān)視等工作，也能根據要求進行多元件組合。與傳統(tǒng)方式相比有更強的功能和更高的靈活性。協(xié)議開放可令不同廠商開發(fā)兼容產品。 3). PROFIBUS 現(xiàn)場總線 ： 對應國際標準 IEC6ll58 TypeⅢ 中標準，定義了串行總線的技術特征。相關的技術特點前面已經有所說明。 PROFIBUS 總線適用于工廠自 動化、過程自動化以及交通、發(fā)電輸配電等領域。 4). 工業(yè)以太網 PROFI:基于 (Ethe)是國際標準 IEC61158 的重要內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 組成部分。 相關技術發(fā) 展 如同上文提到的 SIEMENS 工業(yè)控制網絡系統(tǒng)集合了越來越多的技術，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)更具復雜程度的方向發(fā)展。但是另一方面，系統(tǒng) 用戶的操作控制將會簡化呈現(xiàn)出脫離控制實際，進行對象化控制的方向發(fā)展。這樣的系統(tǒng)自動化程度更高，操作更加簡化。 而就具體的技術而言，現(xiàn)場總線正朝著扁平化，一體化的方向發(fā)展，通過一個總線實現(xiàn)各種功能。采用一線制將現(xiàn)場設備、車間及設備以及工廠及設備統(tǒng)一連接。這樣的技術具有廣闊的市場前景，不但降低了設計周期便于維護 管理，而且更方便進行改造和系統(tǒng)升級，但是目前實施起來還有很多難度。隨著通信、電子業(yè)的進一步的發(fā)展將更好的進行實際應用。 目前， PLC 控制系統(tǒng)包含有更加豐富的內容，上層的上位機監(jiān)控界面，與工業(yè)以太網或因特網的連接，在工控機實現(xiàn)軟件對系統(tǒng)的仿真模擬等。眾多的廠商提供了解決方案， SIEMENS 在上位機系統(tǒng)上提供了 SIMATIC 組態(tài)軟件和 WinCC復雜控制仿真軟件。組態(tài)軟件 WinCC 是一個集成的人機界面 (HMI)系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，它結合西門子公司在過程自動化領域中的先進技術和 Microsoft PC 軟件技術的強大 功能的產物。應用上位機組態(tài)監(jiān)控軟件為用戶提供了直觀的界面，使用戶對于現(xiàn)場有更佳理解，更有效的使用、控制整個系統(tǒng)。同時，軟件的應用有效縮短了對于上位機監(jiān)控層面的復雜設計過程。 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計融入到整個系統(tǒng)中。但是，這些軟件上也應該引進更多先進的軟件設計理念技術，使得未來系統(tǒng)的更加復雜但是應用起來卻更加方便。 PLC 控制系統(tǒng)提供接口連入工業(yè)以太網、因特網形成了更為復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)，但卻更為開放和有效。以 PLC 系統(tǒng)為基礎的新一代工業(yè)控制系統(tǒng)將擁有底層設備，中層 的 PLC 控制單元、現(xiàn)場總線、上位機監(jiān)控，上層工 業(yè)以太網 、內部局域網或管理層網絡、因特網。 微型化、網絡化、 PC 化和開放性是 PLC 未來發(fā)展的主要方向。在基于 PLC自動化的早期， PLC 體積大而且價格昂貴。但在最近幾年，微型 PLC(小于 32 I/O)內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 已經出現(xiàn)，價格只有幾百歐元。隨著軟 PLC(Soft PLC)控制組態(tài)軟件的進一步完善和發(fā)展，安裝有軟 PLC 組態(tài)軟件和 PCbased 的市場份額將逐步得到增長。同時， PLC 作為過程控制領域已打主力，同樣以面向 Ethe 技術的擴展為最大的發(fā)展趨勢之一?，F(xiàn)在越來越多的 PLC 供應商開始提供 Ethe 接口。可以相信，PLC 將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉移，尤其是基于工業(yè) PC 的控制系統(tǒng) 。 本論文研究內容 應用 SIMATIC WINCC 與 PLC 相結合綜合控制 現(xiàn)場設備、執(zhí)行器、控制儀表以及上位機，這樣組成了高速、實時、可靠的 TIA(Totally Integreted Automation)全集成自動化控制系統(tǒng)。以 S7 系列 PLC 為核心的 TIA 技術有助于企業(yè)實現(xiàn)生產力最大化、獲得更高的產品質量、降低項目成本。而且本系統(tǒng)安裝維護升級費用減少，也可以自由選擇不同廠商，不同品牌的 現(xiàn)場設備實現(xiàn)系統(tǒng)集成的最優(yōu)化。 上述的現(xiàn)代控制系統(tǒng)應用范圍廣，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比可以進一步提高生產效率，降低生產運營成本。所以根據市場需求研究更加先進的自動化控制系統(tǒng)有利于發(fā)揮工業(yè)網絡控制優(yōu)勢并有利于促進國民經濟的進一步發(fā)展。 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 全集成自動的概念以及 應用和 WINCC 組態(tài) ； 以 鍋爐燃燒控制 為例，研究最終的系 統(tǒng)整合，搭建成具有一定開放系統(tǒng)特性的基本系統(tǒng)， 包括 PLC 控制系統(tǒng)設計、上位機管理和監(jiān)控系統(tǒng)設計； 通過學習各種資 料，分析 SIEMENS PLC 與 上位機 WinCC 的組態(tài)模式 。分析鍋爐燃燒 控制過程，實現(xiàn) SIMATIC WinCC 上位機組態(tài)，完成 PLC 控制系統(tǒng)的設計。 本章小結 本章闡述了論文的研究的課題的意義，簡單介紹了 SIEMENS 工業(yè)控制系統(tǒng)，WinCC 上位機 組態(tài) 軟件 和 PLC 技術， 敘述了 西門工業(yè)控制網絡技術的背景知識。闡述說明了本文研究的內容、方法和實現(xiàn)的目的。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 第二章 控制 系統(tǒng) 整體設計和信號檢測 電廠發(fā)電工藝的概述 火 力發(fā)電的三大主機是鍋爐、汽輪機、發(fā)電機。鍋爐用燃料燃燒放出的熱能將水加熱成一定 壓力和溫度的蒸汽，然后蒸汽沿管道進入汽輪機膨脹做功，帶動發(fā)電機一起高速旋轉，從而發(fā)電。下圖所示是火力發(fā)電基本工藝流程：首先由黃河水來的水經水處理車間處理后由給水泵經省煤器送往鍋爐，加熱到一定溫度的過熱蒸汽后送往汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。 在這個過程中 實質上是四個能量形態(tài)的轉換過程，首先 燃氣或煤粉 的化學能經過燃燒轉變?yōu)闊崮?，這個過程在蒸汽鍋爐或燃汽機的燃燒室內完成；再是熱能轉變?yōu)闄C械能，這個過程在蒸汽機或燃汽輪機完成；最后通過發(fā)電機將機械能轉變成電能。 鍋爐是電廠最重要的能量轉換設備之一。在現(xiàn)實生活中有許多發(fā)電形式 ，例如風力、水力、核能以及潮汐能發(fā)電等。在眾多發(fā)電形式中火力發(fā)電仍是我國主要的發(fā)電形式約占 70%— 80%。 飽 和蒸 汽煙氣過 熱 器 減 溫 器 過 熱 器過 熱蒸 汽汽 輪 機 發(fā) 電 機省 煤 器空 氣 預熱 器省 煤 器空 氣 預熱 器電 網引 風 機除 塵 器 煙 囪送 風 機冷空氣給 水 泵給水液 包爐 膛熱 空 氣燃 氣熱 水 送 液 包熱 空 氣 送 爐 膛煙氣排出 圖 電廠發(fā)電工藝框圖及設備 鍋爐 簡介 鍋爐是由“鍋”和“爐”兩部分組成?！板仭本褪清仩t的汽水系統(tǒng)，有省煤內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 器、汽包、下降管、水冷壁、過熱器及再熱器等設備組成。它的任務是使水吸熱蒸發(fā)，最后變成一定參數的過熱蒸汽。其過程是：給水由給水泵打入省煤器以后，逐漸吸熱，溫度升高的給水進入汽包，經由下降管進入水冷壁中循環(huán)吸熱，并蒸發(fā)為飽和蒸汽 ；飽和蒸汽在汽包中經分離、清洗后，引入過熱器，逐漸過熱到規(guī)定溫度，成為合格的過熱蒸汽，然后送往汽輪機；過熱蒸汽在汽輪機高壓缸中膨脹做功后，汽溫、汽壓均下降，在高壓缸出口由導管將蒸汽引入鍋爐再熱器中第二次過熱為高溫再熱蒸汽，然后再送往汽輪機中、高壓缸中繼續(xù)做功。“爐”就是鍋爐的燃燒系統(tǒng)，由爐膛、煙道、噴燃器及空氣預熱器等組成。 其 工作過程是：送風機將空氣送入空氣預熱器中吸收煙氣中的熱量并送進熱風道，然后分成兩股：一股送給制粉系統(tǒng)作為一次風攜帶煤粉送入噴燃器，另一股作為二次風直接送往噴燃器。煤粉與一、二次風經噴燃 器噴入爐膛進行燃燒放熱，并將熱量以輻射方式傳給爐膛四周的水冷壁等輻射受熱面；燃燒過程中產生的高溫煙氣沿煙道流經過熱器、再熱器、省煤器及空氣預熱 器等設備， 熱量主要以對流方式傳給它們。在傳熱過程中，煙氣溫度不斷降低，經除塵后，最后由引風機送入煙囪，排入大氣。 從燃燒方式看，國內現(xiàn)有的 300、 600MW 級鍋爐主要有三種技術形式：第一種是四角切圓燃燒方式，第二種是對沖燃燒方式，第三種是 W 型燃燒方式。四角切圓式燃燒鍋爐多數采用擺動式燃燒器調節(jié)再熱汽溫，也可采用煙氣擋板和其他調溫方式。而對沖燃燒鍋爐采用旋流式燃燒器，多 數采用煙氣擋板調節(jié)再熱汽溫。從循環(huán)方式看，主要有四種形式：自然循環(huán)、控制循環(huán)、復合循環(huán)或低倍率循環(huán)方式。四角燃燒鍋爐的循環(huán)方式趨于多樣化，上述四種形式都占相當數量。而對沖燃燒鍋爐，多數采用自然循環(huán)方式。從受熱面系統(tǒng)來看，對于采用擺動式燃燒器調溫的鍋爐，除了水平煙道和尾部煙道的貼墻管過熱器外，煙道中的主受熱面系統(tǒng)布置大致形成了兩種形式：一種是過熱器和再熱器都采用輻射 +對流式的系統(tǒng)，再熱器采用對流式系統(tǒng)；另一種是過熱器采用輻射 +對流式的系統(tǒng)，再熱器采用對流式系統(tǒng)。從鍋爐形式看，有 U 型布置、塔形布置形式、 W 型火焰布置形式。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 燃燒控制系統(tǒng) 的 任務 設計鍋爐燃燒自動 控制系統(tǒng) 的目的是控制燃燒過程 ， 使燃料燃燒所提供的熱量適應外界對鍋爐輸出的蒸汽負荷的需求 ， 同時保證鍋爐的安全經濟運行。鍋爐燃燒過程自動控制主要包括 以下 控制內容 ： 。機組在不同的負荷控制方式下，燃燒系統(tǒng)的任務是不一樣的，但總體來說，都是要滿足主控系統(tǒng)輸出的爐主控指令。在汽輪機跟隨方式下，燃燒系統(tǒng)主要是保證機組 實發(fā)功率等于負荷要求值；在鍋爐跟隨方式下，主要是保證主蒸汽的壓力等于給定值；在協(xié)調方式下，兩個參數都要兼顧。 風燃比。 為了實現(xiàn)經濟燃燒 ,必須相應地調節(jié)送風量 ， 使送風量 (單位時間內送入爐膛的空氣重量 )與燃料量相適應。燃燒過程的經濟與否可以從過?？諝庀禂凳欠窈线m來衡量 ， 過?？諝庀禂低ǔ？捎脽煔庵械暮趿縼黹g接表示 ，也可通過使風量與燃料量成一定比例的方法實現(xiàn)經濟燃燒?？刂扑惋L量也是為了實現(xiàn)安全運行 ， 若風量相對于燃料量太少的話 ， 亦可能導致熄火事故。 。爐膛壓力是否在允許的范圍內變化，關系 到鍋爐的安全經濟運行。在正常工作時，爐膛壓力要為微負壓，通常為 20Pa， 為了保持爐膛壓力在要求的范圍內 ， 引風量 (單位時間內從爐膛引出的煙氣重量 )必須與送風量相適應。爐膛壓力的高低也關系著鍋爐的安全、經濟運行。爐膛壓力過低 ， 會使大量的冷風 進 入爐膛 ， 將會增大引風機的負荷和排煙損失 ，可能使燃燒惡化，燃燒損失增大，甚至會燃燒不穩(wěn)定或滅火， 爐膛壓力太低甚至會引起內爆 ； 反之 ，爐膛壓力高且高出大氣壓力時 ，爐膛內火焰和高溫煙氣就會向外面泄露， 使煙氣冒出 ， 不僅會影響環(huán)境衛(wèi)生 ， 甚至