【導(dǎo)讀】隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，能源消費日益增大，環(huán)境污染日益惡化。要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，其節(jié)能降耗更顯得尤為重要。由于燃煤鍋爐對環(huán)境的污染嚴(yán)重，使得高效清潔的燃油鍋爐得到很大的發(fā)展。鑒于燃油鍋爐所用燃料的快速爆發(fā)性及負。荷的多變性，燃油鍋爐采用自動控制。燃油鍋爐自動控制的主要任務(wù)是維持鍋爐的水。位、溫度、壓力、煙氣含氧量等物理參數(shù)在設(shè)定的范圍內(nèi)，并能自動適應(yīng)負荷的變化，從而使鍋爐安全可靠經(jīng)濟的運行。本設(shè)計首先介紹的是燃油鍋爐的組成結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)過程及系統(tǒng)工藝。油控制系統(tǒng)進行研究，并實現(xiàn)鍋爐的遠程監(jiān)控。供油控制部分采用PLC∕變頻器混合控制方案，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于油泵的控制。本設(shè)計通過分析燃油鍋爐的控制要求，確定符合燃油鍋爐控制要求的控制方案。模擬調(diào)試結(jié)果表明，所設(shè)計的控制軟件能完成對燃油鍋爐點火、燃燒、送。整個系統(tǒng)采用了西門子編程軟件及監(jiān)控軟件，使系統(tǒng)控制靈活、方便。

　　

【正文】 不斷重復(fù)掃描過程，并不斷循環(huán)重復(fù)下去。分析上述掃描過程，如果對遠程 I/O、特殊模塊、更新時鐘和其他通信服務(wù)等枝葉的東西暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷新”三個階段了。這三個階段是 PLC 工作過程的中心內(nèi)容，也是 PLC 工作原理的實質(zhì)所在。 (1) 輸入采樣階段 PLC 在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時輸入映像寄存器被刷新。接著系 統(tǒng)進入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的內(nèi)容。所以，一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，或者說輸入信號的頻率不能太高，否則很可能造成信號的丟失。 (2) 程序執(zhí)行階段 進入 程序執(zhí)行階段 后，一般來說（因為還有子程序和中斷程序的情況）， PLC按從左到右、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時， PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入” 對應(yīng)元件（“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進行相應(yīng)的運算，最新的運算結(jié)果馬上再存入到相應(yīng)的元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件（“軟繼電器”）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而刷新。 (3) 輸出刷新階段 在用戶程序執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通∕斷開）在輸出刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式集中輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負載。在下一個輸出刷新階段開始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會改變，從而相應(yīng)輸出端子的狀態(tài)也不會改變。 控制系統(tǒng)的 I/O 通道地址分配 根據(jù)系 統(tǒng)的控制要求， I/O 通道地址分配如表 和 所示。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 表 輸入輸出信號代碼和地址編號 名稱 代碼 地址編號 啟動按鈕 SF1 停止按鈕 SF2 水位上限開關(guān) BG1 水位下限開關(guān) BG2 手動加水按鈕 SF3 手動放水按鈕 SF4 火焰探測器開關(guān) KF 蒸汽壓力開關(guān) BP 油泵運行狀態(tài)開關(guān) SF5 1 號油泵啟動按鈕 SF6 1 號油泵停止按鈕 SF7 2 號油泵啟 動按鈕 SF8 2 號油泵停止按鈕 SF9 鼓風(fēng)機停機信號 KA1 引風(fēng)機停機信號 KA2 1 號油泵停機信號 KA3 2 號油泵停機信號 KA4 消鈴按鈕 SF10 試燈 /鈴按鈕 SF11 燃油預(yù)熱器繼電器 KF1 點火變壓器繼電器 KF2 鼓風(fēng)機接觸器 QA1 引風(fēng)機接觸器 QA2 噴油器電磁閥 MB1 瓦斯閥 MB2 火焰指示燈 PG1 熄火報警 PB1 報警 PB2 PG2 進水閥 MB3 水位下限報警指示燈 PG3 出水閥 MB4 水位上限報警指示燈 PG4 1 號油泵電機接觸器 QA3 1 號油泵正常運行指示燈 PG5 1 號油泵故障報警蜂鳴器 PB3 鼓風(fēng)機故障指示燈 PG6 2 號油泵電機接觸器 QA4 2 號油泵正常運行指示燈 PG7 2 號油泵故障報警蜂鳴器 PB4 引風(fēng)機故障指示燈 PG8 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 表 模擬量輸入輸出信號代碼和地址編號表 PLC 系統(tǒng)選型 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 本設(shè)計選擇了 Siemens 的模塊化中小型 PLC 系統(tǒng) S7200，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。其模塊化、易于實現(xiàn)分布 、 易于用戶掌握等特點使得 S7200 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便 又 經(jīng)濟的方案。 S7200系列所具有的多種性能遞增的 CPU 和豐富的 且?guī)в性S多方便功能的 I/O 擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊。 當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加的模塊 對 PLC 進行擴展。Siemens S7200 所具備的高電磁兼容性和強抗振動，抗沖擊性，使其具有 更 高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性 。 此外， S7200 系列 PLC 還具有模塊點數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點。 與一般計算機一樣， CPU 是 PLC 的核心，它按 PLC 中系統(tǒng)程序賦予的功能控制 PLC 有條不紊的進行工作。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制 和 狀態(tài)總線構(gòu)成 。 CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路 ， 內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元 。CPU 的主要任務(wù)是控制用戶程序和數(shù)據(jù)接收與存儲；用掃描的方式通過 I/O 接口接收現(xiàn)場信號的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中；診斷 PLC 內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等； PLC 進入運行狀態(tài)后，從存儲器讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運算等；根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸序號 功能信號 序號 功能信號 AIW0 溫度 傳感器 1 輸入 AIW12 液位傳感器 AIW2 溫度 傳感器 2 輸入 AIW14 壓力傳感器 3 輸入 AIW4 溫度 傳感器 3 輸入 AQW4 給變頻器 1 信號 AIW6 溫度 傳感器 4 輸入 AQW6 給變頻器 2 信號 AIW8 壓力 傳感器 1 輸入 AQW8 給變頻器 3 信號 AIW10 壓力傳感器 2 輸入 AQW10 給變頻器 4 信號 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等 功能。 通常 PLC 的輸入類型可以是直流、交流或交直流，使用最多的是直流信號輸入PLC。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由 PLC 自身的電源提供。 PLC 的輸出接口電路有三種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。每種輸出電路都采用電氣隔離技術(shù)，電源都由外部提供，輸出電流一般為 ~2A，這樣的負載容量一般可以直接驅(qū)動一個常用的接觸器線圈或電磁閥。 S7200 系列 PLC 可提供五種不同的基本單元和多種規(guī)格的擴展單元。目前提供的 S7200 CPU 有： CPU22 CPU22 CPU22 CPU224XP、 CPU226 和 CPU226XM，CPU21X 系列產(chǎn)品現(xiàn)已被 CPU22X 完全取代。不同型號的 S7200 PLC CPU 性能差別較大，如表 所示。 表 S7200 系列 PLC CPU 型號表 燃油鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程較復(fù)雜、維修量較大、環(huán)境條件比較差，我們選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC。通過對系統(tǒng)控制要求的分析可知，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點 19點，開關(guān)量輸出點 22 點，所以選用 CPU224（ 14DI/10DO），它可以擴展 7 個模塊能夠滿足控制要求。 CPU224 的外圍接線圖如圖 所示。 CPU 224RS48 51L 2L 3L N L11M M L+2M KF1 KF2 QA1 QA2 MB1 MB2 PG 1 PB2 PG 2SF2 SF3 SF4SF1 SF6 SF7 SF8 SF9BG 1 BG 2 KF N( )L(+ )N( )L(+ )N( )L(+ )+ +DC24 V PB1SF5BP 圖 CPU224 AC/DC/RLY 外圍接線圖 特 性 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224 XP CPU226 CPU226 XM 程序存儲區(qū) 4096B 4096B 8192B 12288B 16384B 24576B 數(shù)據(jù)存儲區(qū) 2048B 2048B 8192B 10240B 10240B 20480B 本機 I/O 6 入 4 出 8 入 6 出 14 入 10 出 14 入 10 出 24 入 16 出 24 入 16 出 擴展模塊數(shù) 0 2 7 7 7 7 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 擴展模塊選型 通過對系統(tǒng)控制要求的分析可知，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點 19 點，開關(guān)量輸出點22 點。本設(shè)計選用的 CPU224 為 14 輸入∕ 10 輸出， I/O 點數(shù)無法滿足設(shè)計需求，所以需要擴展一塊數(shù)字量輸入∕輸出模塊 EM223（ 8DI/8DO），一塊數(shù)字量輸出模塊EM222（ 8DO）?？刂葡到y(tǒng)需要檢測的模擬量較多，主要檢測量為鍋爐水、汽、爐等各項的溫度，所以選用一塊模擬量輸入模塊 EM231 TC（ 4 熱電偶），一塊模擬量輸入∕輸出模塊 EM235，兩塊模擬量輸出模塊 EM232（ 2 輸出）。系統(tǒng)各模 塊連接方式如圖 所示。 主 機C P U 2 2 4模 塊 1E M 2 2 3D I 8 / D O 8D C 2 4 V模 塊 2E M 2 2 2D O 8D C 2 4 V模 塊 3E M 2 3 1 T CA I 41 2 位模 塊 4E M 2 3 5A I 4 / A O 11 2 位模 塊 5E M 2 3 2A O 2模 塊 6E M 2 3 2A O 2 圖 系統(tǒng)各模塊連接方式 數(shù)字量輸出擴展模塊 EM222 本設(shè)計選用的數(shù)字量輸出擴展模塊 EM222 為 8 路輸出。輸出類型為繼電器、干觸點，輸出電壓為 5~30V(DC)或 5~250V(AC)， 輸出閉合時允許的最大輸出電流為200A。輸出采用組隔離方式，輸出組數(shù)為 2，每組 4 點， 8 路輸出可同時接通，每組水平安裝最多可達 4 路，垂直安裝也是 4 路，每組最大輸出電流為 8A，負載為燈時為 30W(DC)/200W(AC)。最大 觸點電阻為 ? ，觸點閉合時的浪涌電流為 7A，無過流保護，隔離電阻最小為 100M? 。線圈到觸點隔離為 1500V(AC) /1min，觸點之間的隔離為 750V(AC) /1min。電能消耗： +5V(DC)， 50mA。 EM222 端子連線如圖 所示。 EM 22 2PG 7 PB 4QA4N()L(+ )1L 0. 0 0. 1 0. 2 0. 3M L+ 2L 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7+PG 8圖 EM222 數(shù)字量輸出 8 繼電器端子接線圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 數(shù)字量輸入∕輸出擴展模塊 EM223 本設(shè)計選用的數(shù)字量 I/O 混合模塊 EM223 為 8 輸入∕ 8 輸出，輸出類型為繼電器、干觸點。 輸入性能 (1)本模塊輸入類型為源型 8 路輸入，輸入電壓允許最大連續(xù)值為 30V(DC)，允許浪涌為 35V(DC)/。 (2)輸入標(biāo)稱值為 24V(DC)/4mA，邏輯 1 信號最小為15V(DC)/，邏輯 0 信號最大為 5V(DC)/1mA。 (3)光電隔離指標(biāo)為 500mV(AC) /1min。采用組隔離輸入方式，每組 4 點。輸入延時最大為 ，允許的漏電流為1mA。 (4)連接電纜長度最長為 300m（ 非屏蔽電纜）和 500m（屏蔽電纜）。 輸出性能 (1)輸出類型為干觸點， 8 路數(shù)字量輸出，輸出電壓允許范圍為 5 至 30V(DC)或5 至 250V(AC)，標(biāo)稱值為 24V(DC)或 250V(AC)。 (2)輸出組數(shù)為兩組， 8 路輸出可同時接通。每組最多水平安裝 4 路輸出，每組最多垂直安裝也是 4 路輸出。每組最大電流為 8A，負載為燈時最大為 30W(DC)∕ 200W(AC)，接通狀態(tài)電阻為 ? 。 EM223 端子接線如圖 所示。 EM223MB3 MB4PG3 PG4 PG5 PB3QA 3SF10 SF11KA 1 KA 2 KA 3 KA 42MN()L(+)N()L(+)+ + +1L 2L M L+ PG6 圖 EM223 數(shù)字量 24V（ DC） 8 輸入∕ 8 繼電器輸出端子接線圖 模擬量輸入擴展模塊 EM231 EM231 熱電偶擴展模塊 EM231 熱電偶擴展模塊為 S7200 系列提供了與 7 種熱電偶類型 J， K， E， N，S， T 和 R 相連接的隔離接口，同時也可以使 S7200 連接低電平模擬信號，其測量范圍為 80~80mV。用戶必須利用 DIP 開關(guān)選擇熱電偶類型、斷線檢測、溫度測量單黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 位、冷端補償，以及傳感器熔斷方向。所有連接到該模塊的熱電偶都必須是同一類型的，可以直接將熱電偶接到 EM231 TC 模塊。 為了達到最佳的抗干擾性能，應(yīng)使用屏蔽線，將屏蔽層連接到模塊的接地端子。如果有一個熱電偶的輸入通道沒有使用，必須將這個不用的輸入通道短路或?qū)⑵洳⑿羞B接到另