【文章內(nèi)容簡介】 (如BASIC， PASCALC)等 ； 包括輸入輸出模塊和端子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，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(yīng)力測量、快速響應(yīng)脈沖等 ； 外部設(shè)備改進(jìn)了操作員界面技術(shù)，系統(tǒng)文檔功能成為了 PLC 的標(biāo)準(zhǔn)功能； 硬件改進(jìn)，使得 PLC 的產(chǎn)品系列豐富和發(fā)展，使 PLC 從最小的只有 10 個(gè)UO 點(diǎn)的微型 PLC 到可以達(dá)到 8000 點(diǎn)的大型 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。整個(gè) PLC 的產(chǎn)品系列概念對于用戶來說，是一個(gè)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(jìn)展，大大強(qiáng)化了 PLC 的功能 : PLC 引入了面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ撸⑶腋鶕?jù)國際電器工程委員會(huì)的IEC611313 的標(biāo)準(zhǔn)形成了多種語言 ； 小型 PLC 也提供強(qiáng)大的編程指令，并且因此延伸了應(yīng)用領(lǐng)域 ； 高級語言，如 BASIC， C 在某些控制器模塊中己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，在與外部通信和處理數(shù)據(jù)時(shí)提供了更大的編程靈活性 ； 梯形圖邏輯中可以實(shí)現(xiàn)高級的工能塊指令，可以使用戶用簡單的編程方法實(shí)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 4 現(xiàn)復(fù)雜的軟件功能 ； 診斷和錯(cuò)誤檢測功能也從簡單的系統(tǒng)控制器的故障診斷擴(kuò)大到對所控制的機(jī)器和設(shè)備的診斷 ； 浮點(diǎn)算數(shù)可以進(jìn)行控 制應(yīng)用在計(jì)量、平衡和統(tǒng)計(jì)等所設(shè)計(jì)的復(fù)雜計(jì)算 ； 數(shù)據(jù)處理指令的到簡化和改進(jìn)，可以進(jìn)行設(shè)計(jì)大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、跟蹤和存取的復(fù)雜控制，數(shù)據(jù)采集與處理功能。 PLC 己經(jīng)比原來復(fù)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(diǎn)： (1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 (2)適應(yīng)能力強(qiáng)，應(yīng)用靈活。 (3)編程方便，易于使用。 (4)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(chǎn)品。系統(tǒng)應(yīng)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 西門子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)根據(jù)總線分為 4 種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ： 1). ASi總線 ： 其接口符合開放的國際標(biāo)準(zhǔn) EN5O295，用于現(xiàn)場小數(shù)據(jù)量傳送 (開關(guān)量 )。擁有規(guī)范的主一主通信協(xié)議以及設(shè)備的連接方式，保證不同廠商此規(guī)范設(shè)備的產(chǎn)品兼容性。 2). EIB 總線 ： 全稱為 European Installation Bus，是專門針對智能建筑領(lǐng)域的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。具有分布、開放、靈活、互操作的特點(diǎn)?？偩€上 智能化元件可通過編程改變的功能，即能獨(dú)立進(jìn)行開關(guān)、控制、監(jiān)視等工作，也能根據(jù)要求進(jìn)行多元件組合。與傳統(tǒng)方式相比有更強(qiáng)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(chǎn)品。 3). PROFIBUS 現(xiàn)場總線 ： 對應(yīng)國際標(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)的技術(shù)特點(diǎn)前面已經(jīng)有所說明。 PROFIBUS 總線適用于工廠自 動(dòng)化、過程自動(dòng)化以及交通、發(fā)電輸配電等領(lǐng)域。 4). 工業(yè)以太網(wǎng) PROFI:基于 (Ethe)是國際標(biāo)準(zhǔn) IEC61158 的重要內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 組成部分。 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。但是另一方面，系統(tǒng) 用戶的操作控制將會(huì)簡化呈現(xiàn)出脫離控制實(shí)際，進(jìn)行對象化控制的方向發(fā)展。這樣的系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，操作更加簡化。 而就具體的技術(shù)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(gè)總線實(shí)現(xiàn)各種功能。采用一線制將現(xiàn)場設(shè)備、車間及設(shè)備以及工廠及設(shè)備統(tǒng)一連接。這樣的技術(shù)具有廣闊的市場前景，不但降低了設(shè)計(jì)周期便于維護(hù) 管理，而且更方便進(jìn)行改造和系統(tǒng)升級，但是目前實(shí)施起來還有很多難度。隨著通信、電子業(yè)的進(jìn)一步的發(fā)展將更好的進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。 目前， PLC 控制系統(tǒng)包含有更加豐富的內(nèi)容，上層的上位機(jī)監(jiān)控界面，與工業(yè)以太網(wǎng)或因特網(wǎng)的連接，在工控機(jī)實(shí)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(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。組態(tài)軟件 WinCC 是一個(gè)集成的人機(jī)界面 (HMI)系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，它結(jié)合西門子公司在過程自動(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和 Microsoft PC 軟件技術(shù)的強(qiáng)大 功能的產(chǎn)物。應(yīng)用上位機(jī)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(gè)系統(tǒng)。同時(shí)，軟件的應(yīng)用有效縮短了對于上位機(jī)監(jiān)控層面的復(fù)雜設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)融入到整個(gè)系統(tǒng)中。但是，這些軟件上也應(yīng)該引進(jìn)更多先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)理念技術(shù)，使得未來系統(tǒng)的更加復(fù)雜但是應(yīng)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(wǎng)、因特網(wǎng)形成了更為復(fù)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(chǔ)的新一代工業(yè)控制系統(tǒng)將擁有底層設(shè)備，中層 的 PLC 控制單元、現(xiàn)場總線、上位機(jī)監(jiān)控，上層工 業(yè)以太網(wǎng) 、內(nèi)部局域網(wǎng)或管理層網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)。 微型化、網(wǎng)絡(luò)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(dòng)化的早期， PLC 體積大而且價(jià)格昂貴。但在最近幾年，微型 PLC(小于 32 I/O)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 已經(jīng)出現(xiàn)，價(jià)格只有幾百歐元。隨著軟 PLC(Soft PLC)控制組態(tài)軟件的進(jìn)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(shí)， PLC 作為過程控制領(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)展趨勢之一。現(xiàn)在越來越多的 PLC 供應(yīng)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(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè) PC 的控制系統(tǒng) 。 本論文研究內(nèi)容 應(yīng)用 SIMATIC WINCC 與 PLC 相結(jié)合綜合控制 現(xiàn)場設(shè)備、執(zhí)行器、控制儀表以及上位機(jī)，這樣組成了高速、實(shí)時(shí)、可靠的 TIA(Totally Integreted Automation)全集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)。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。而且本系統(tǒng)安裝維護(hù)升級費(fèi)用減少，也可以自由選擇不同廠商，不同品牌的 現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的最優(yōu)化。 上述的現(xiàn)代控制系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)運(yùn)營成本。所以根據(jù)市場需求研究更加先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)有利于發(fā)揮工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制優(yōu)勢并有利于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)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(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)； 通過學(xué)習(xí)各種資 料，分析 SIEMENS PLC 與 上位機(jī) WinCC 的組態(tài)模式 。分析鍋爐燃燒 控制過程，實(shí)現(xiàn) SIMATIC WinCC 上位機(jī)組態(tài)，完成 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 本章小結(jié) 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(jī) 組態(tài) 軟件 和 PLC 技術(shù)， 敘述了 西門工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的背景知識(shí)。闡述說明了本文研究的內(nèi)容、方法和實(shí)現(xiàn)的目的。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 第二章 控制 系統(tǒng) 整體設(shè)計(jì)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(jī)是鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)。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(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)一起高速旋轉(zhuǎn)，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(jīng)水處理車間處理后由給水泵經(jīng)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(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 在這個(gè)過程中 實(shí)質(zhì)上是四個(gè)能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換過程，首先 燃?xì)饣蛎悍?的化學(xué)能經(jīng)過燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這個(gè)過程在蒸汽鍋爐或燃汽機(jī)的燃燒室內(nèi)完成；再是熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這個(gè)過程在蒸汽機(jī)或燃汽輪機(jī)完成；最后通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。 鍋爐是電廠最重要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備之一。在現(xiàn)實(shí)生活中有許多發(fā)電形式 ，例如風(fēng)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(jī) 發(fā) 電 機(jī)省 煤 器空 氣 預(yù)熱 器省 煤 器空 氣 預(yù)熱 器電 網(wǎng)引 風(fēng) 機(jī)除 塵 器 煙 囪送 風(fēng) 機(jī)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(shè)備 鍋爐 簡介 鍋爐是由“鍋”和“爐”兩部分組成。“鍋”就是鍋爐的汽水系統(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(shè)備組成。它的任務(wù)是使水吸熱蒸發(fā)，最后變成一定參數(shù)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(jìn)入汽包，經(jīng)由下降管進(jìn)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(jīng)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(jī)；過熱蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸中膨脹做功后，汽溫、汽壓均下降，在高壓缸出口由導(dǎo)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(jī)中、高壓缸中繼續(xù)做功?！盃t”就是鍋爐的燃燒系統(tǒng)，由爐膛、煙道、噴燃器及空氣預(yù)熱器等組成。 其 工作過程是：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。煤粉與一、二次風(fēng)經(jīng)噴燃 器噴入爐膛進(jìn)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(chǎn)生的高溫?zé)煔庋責(zé)煹懒鹘?jīng)過熱器、再熱器、省煤器及空氣預(yù)熱 器等設(shè)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(jīng)除塵后，最后由引風(fēng)機(jī)送入煙囪，排入大氣。 從燃燒方式看，國內(nèi)現(xiàn)有的 300、 600MW 級鍋爐主要有三種技術(shù)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(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。而對沖燃燒鍋爐采用旋流式燃燒器，多 數(shù)采用煙氣擋板調(diào)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(fù)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(dāng)數(shù)量。而對沖燃燒鍋爐，多數(shù)采用自然循環(huán)方式。從受熱面系統(tǒng)來看，對于采用擺動(dòng)式燃燒器調(diào)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(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 燃燒控制系統(tǒng) 的 任務(wù) 設(shè)計(jì)鍋爐燃燒自動(dòng) 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(yīng)外界對鍋爐輸出的蒸汽負(fù)荷的需求 ， 同時(shí)保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制主要包括 以下 控制內(nèi)容 ： 。機(jī)組在不同的負(fù)荷控制方式下，燃燒系統(tǒng)的任務(wù)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(jī)跟隨方式下，燃燒系統(tǒng)主要是保證機(jī)組 實(shí)發(fā)功率等于負(fù)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(diào)方式下，兩個(gè)參數(shù)都要兼顧。 風(fēng)燃比。 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)。燃燒過程的經(jīng)濟(jì)與否可以從過剩空氣系數(shù)是否合適來衡量 ， 過?？諝庀禂?shù)通?？捎脽煔庵械暮趿縼黹g接表示 ，也可通過使風(fēng)量與燃料量成一定比例的方法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒?？刂扑惋L(fēng)量也是為了實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行 ， 若風(fēng)量相對于燃料量太少的話 ， 亦可能導(dǎo)致熄火事故。 。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。在正常工作時(shí)，爐膛壓力要為微負(fù)壓，通常為 20Pa， 為了保持爐膛壓力在要求的范圍內(nèi) ， 引風(fēng)量 (單位時(shí)間內(nèi)從爐膛引出的煙氣重量 )必須與送風(fēng)量相適應(yīng)。爐膛壓力的高低也關(guān)系著鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。爐膛壓力過低 ， 會(huì)使大量的冷風(fēng) 進(jìn) 入爐膛 ， 將會(huì)增大引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷和排煙損失 ，可能使燃燒惡化，燃燒損失增大，甚至?xí)紵环€(wěn)定或滅火， 爐膛壓力太低甚至?xí)饍?nèi)爆 ； 反之 ，爐膛壓力高且高出大氣壓力時(shí) ，爐膛內(nèi)火焰和高溫?zé)煔饩蜁?huì)向外面泄露， 使煙氣冒出 ， 不僅會(huì)影響環(huán)境衛(wèi)生 ， 甚至