【導讀】獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體。均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律后果由本人承擔。電廠的重要任務。鍋爐存在熱效率低，燃煤質量不穩(wěn)定，排煙溫度高等問題，利用PLC. 對鍋爐進行過程控制是火電廠鍋爐控制領域的重要研究內容。案和過熱器串級控制方案，實現了對各個控制系統的自動控制。最后利用人機交互界面，線的更新，畫面報警等功能，可達到鍋爐控制系統安全、穩(wěn)定、高效運行。第二章火電廠鍋爐生產工藝.......

　　

【正文】 ，等等，并且有 0～ 10D/A 和 A/D 轉換單元 [15]， 如圖 所示。 圖 小型 S7200 控制系統 西門子 S7200 控制器通過遠程 I/O 的方式連接現場需要檢測和控制的各點， CPU自帶 24路數 字量輸入和 16路數字量 輸出，集成 2個 RS485接口，可以支持 PPI、 MODBUS等通訊協議，遠程 I/O 有通訊處理器和 EM235 模塊連接，實現信息的可靠、安全、穩(wěn)定傳輸。 S7200PLC 具備以下特點： （ 1）控制功能。最大限度地滿足系統控制功能是選擇 PLC 首先應該考慮的問題，S7200 不僅具有定時器、計數器和繼電器所能實現的功能，而且還具有位邏輯、定時、計數、比較、位循環(huán)等指令，支持中斷和子程序可以完成串口通訊。 （ 2） 輸入 /輸出性質及點數要求。我們選擇 CPU224（ 14 數字輸入， 10 繼電器輸出），CPU 內部電源可為 CPU 自身、擴展模塊和其他設備提供直流電源。若要增加電路中的內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 21 點數，可以用擴展模塊， EM223（ 16 路數字輸入， 16 繼電器輸出）， EM223（ 8 數字輸入， 8 繼電器輸出）， EM231(4 路模擬量輸入 )， EM232（ 4 路模擬量輸入， 2 路模擬量輸出）， EM235(4 路模擬量輸入， 1 路模擬量輸出 )，擴展模塊通過總線連接電纜得到 5V的直流電源。 （ 3）存儲容量。 CPU224 不僅具有 2560 字節(jié)的數據存儲區(qū)，而且還有 4096 字節(jié)的程序存儲器，可滿足設計要求 [16]。 2．計算機和 PLC 之間的通信 打開在 STEP7Micro/WIN 軟件后， 雙擊指令樹里面的“通信”選項，將編輯的程序下載到 PLC 之前，需要對遠程站的地址進行設置，然后雙擊“通信”框中的“雙擊刷新”藍色圖標，編程軟件將自動搜索已經連接到網絡上的 S7200，并用圖標將 S7200顯示出來，如圖 所示。 圖 PLC 通信窗口 系統的整體設計方案 對 PLC 系統進行設計時，首先是對其功能進行設計，即根據工藝要求和被控對象的功能，明確系統要怎樣運行，然后對其功能進行分析，最后確定 PLC 型號和其他的配置 [17]。 PLC 控制系統的設計一 般分為以下幾個步驟： 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 22 了解被控對象，制定可行的方案。 根據控制要求，確定輸入、輸出設備。 選擇 PLC,主要包括機型、 I/O 模塊、容量和電源。 分配 PLC 的 I/O 地址 。 進行 PLC 程序設計（包括軟件和硬件） 。 調試即對模擬調試過的程序進行在線調試 。 下位機 PLC 的硬件設計過程 I/0 分配 表 I/0 分配表 輸 入 信 號 啟動按鈕 停止按鈕 急停按鈕 空燃比信號 爐溫采樣控制信號 爐壓采樣 控制信號 水位采樣控制信號 過熱器溫度采樣控制信號 手動操作 自動操作 輸 出 信 號 煤粉流量閥 空氣流量閥 給水泵啟動 進水閥 1 進水閥 2 出水閥 減溫水閥 空氣預熱器 爐溫報警 爐壓報警 過熱器溫度報警 汽包水位報警 引風機啟動 點火器 手動運行 自動運行 空燃比輸出信號 空氣和煤粉混合攪拌信號 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 23 硬件 配置及 連接圖 本設計中我們采用西門子 430 系列變頻器 ,利用電力半導體器件的通斷作用，將工頻電源變換為一頻率的電能控制裝置，其基本原理是根據電機轉速和工作電源輸入頻率成正比例關系， 通過改變變頻器的頻率達到 實現對鍋爐給水泵、鼓風機、引風機和爐排電機的轉速控制 。 MICROMASTER430 變頻器 不但設備性能可以滿足用戶需求，而且有更多的輸入、輸出端。采用模塊化結構，組態(tài)比較靈活，線路連 接 [18],如圖 所示。 接 P L C 轉 速輸 出2 0 92 0 7A I1A G N DA G N DA O 1A G N D+ 2 4 VD C O M 1D I1D C O M 2R O 1 CA O 1 A2367891 01 11 61 71 82 0 5S A 4 1S A 4 32 1 114 9變 頻 器 轉速 輸 出1 9 71 9 92 0 12 0 3報 警 輸 出 圖 變頻器接線圖 Modbus 協議是應用于電子控制器上的一種通用語言 ，通過此協議，控制器之間、控制器經由網絡（以太網）和其他設備之間可以通信 。 此協議支持傳統的 RS23 RS42RS485 多種電氣接口和以太網設備。許多工業(yè)設備，包括 PLC， DCS，智能儀表等都在使用 Modbus 協議作為他們之間的通訊標準。標準的 Modbus 口是使用一 RS232 兼容串行接口。 控制器 能設置為兩種傳輸模式（ ASCII或 RTU）中的任何一種在標準的 Modbus網絡通信。 用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數（波特率、校驗方式等），在配置每個控制器的時候， 在一個 Modbus 網絡上的所有設備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數 。 ASCII 模式采用 LRC 校驗， RTU 模式采用 16 位 CRC 校驗?？刂破?通信使用主 — 從技術，即僅一設備（主設備） 能初始化傳輸（查詢）。其它設備（從設備）根據主設備查詢提供的數據作出相應反應。典型的主設備：主機和可編程儀表。 從設備回應消息也由 Modbus 協議構成， 包括確認要行動的域、任何要返回的數據、和一錯誤檢測域。如 果在消息接收過程中發(fā)生一錯誤，或從設備不能執(zhí)行其命令，從設備將建立一錯誤消息并把它作為回應發(fā)送出去 。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 24 S7200 系列 PLC 核心是 CPU224， 還具有 EM23 EM23 EM235 三種規(guī)格的模擬量輸出輸入模塊。 EM231 模擬量輸入模塊將模擬量轉換成數字量送到 PLC 中進行 PID調節(jié) ,EM232 模擬量輸出模塊從 CPU224 接收數字量，并將數字量轉換成模擬量控制變頻器， CPU224 對被控變量進行 PID 調節(jié) [20]。 PLC 接線圖如圖 所示。 1 L0 .00 .10 .22 L0 .40 .5NL 1R AA +A R BB +B R CC +C R DD +D M 0 V 0I 0M 1 V 1I 1C P U 2 2 4E M 2 3 1E M 2 3 2 1E M 2 3 2 2ML +ML +ML +1 地3 7 汽 包 水 位 超 高3 9 汽 包 水 位 過 低3 5 蒸 汽 壓 力 超 高14 1 爐 膛 溫 度 超 高4 3 爐 膛 溫 度 偏 低N1~ 2 2 01 8 91 9 18 99 11 3 31 3 51 8 51 8 71 3 71 9 31 9 59 39 51 3 91 0 71 0 9M 0 V 0I 0M 1 V 1I 1P L C 接 線接 水 位 差 壓 變 送 器接 鼓 風 變 頻 器接 給 水 變 頻 器接 引 鳳 變 頻 器接 爐 排 變 頻 器接 蒸 汽 壓 力 傳 感 器爐 膛 負 壓 傳 感 器接 爐 膛 溫 度 傳 感 器 圖 PLC 接線圖 STEP7 概述及 S7200 程序流程設計 1． 編程軟件 STEP7— Micro/WIN 介紹 STEP7— Micro/WIN軟件是西門子公司 為 S7200PLC專門設計開發(fā)的，其功能強大，在脫機狀態(tài)下可以進行程序的編寫、修改、編譯和調試等功能，在聯機狀態(tài)下可以通過PC 機對 PLC 進行 下載用戶程序、上載和組態(tài)數據等操作。具有語法檢查功能，方便進行梯形圖編寫程序的修改，還具有文檔管理和加密等功能 [21]， 編程主界面如圖 所示。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 25 圖 STEP7— Micro/WIN 編輯界面 界面 分為標題欄、工具條、菜單條、引導條、輸出窗口、狀態(tài)條指令樹、和用戶窗口。進行梯形圖程序編寫時，單擊線圈、觸點或指令盒按鈕選擇要輸入的指令，然后用光標移到需要添加元件的位置后，單擊鼠標即可，選擇指令元件后輸入操作數 ，按照要求完成編程工作。 2． S7200 程序流程設計 軟件設計需能進行人機對話，由于溫度控制對象是一個大延時環(huán)節(jié)，且溫度調節(jié)范圍比較寬，所以本設計對過渡過程時間咱不予要求，針對上述情況，從經濟角度出發(fā)，溫度控制系統是利用 PLC 為控制器，測溫電路中溫度反饋信號，經 A/D 轉換后，送到PLC 進行處理，經 一定算法后， PLC 再輸出信號控制交流接觸器的通斷，控制給煤量和空氣量，從而實現對爐膛溫度的控制。 系統主流程圖如圖 所示。 運行開始后，手自動操作方式選擇，如果自動方式運行，則先進入爐膛溫度控制子程序，再進入汽包水位控制子程序、過熱器溫度控制子程序，最后進入爐壓控制子程序。在溫度控制子程序中，首先對爐溫進行初始設定，開始溫度采集，判斷采集的溫度測量值是否在設定值范圍之內，若果在則進行 PID 控制和輸出空燃比信號，如果不在則報警[22]， 圖 所示。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 26 N初 始 化測 初 始 爐 溫 、 汽 包 水 位 、 爐 壓和 過 熱 蒸 汽 溫 度 送 P C 機 處 理鼓 風 機 調 節(jié)給 煤進 水汽 包 液 位 是 否 到達 要 求 范 圍 內 ？空 燃 比 = 3 ？比 值 控 制 器YNY引 風 機 調 節(jié)爐 壓 是 否 在 允 許范 圍 內 ？YN啟 動 P I D ， 燃 燒開 始YN通 信 測 試 P C機 是 否 連 上實 時 檢 測 過 熱 器 出 口 溫度 和 設 定 溫 度 進 行 比 較啟 動 過 熱 器 給 水 泵加 水 ， 啟 動 電 磁 閥放 水溫 差 5 ?NY 圖 主流程圖設計 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 27 初 始 化判 斷 是 否 正常溫 度 設 定 S P調 節(jié) 空 氣 流 量求 偏 差 S P P VP I D 調 節(jié)固 態(tài) 繼 電 器測 量 爐 膛 實 際 溫 度P V自 動 調 節(jié) ？ 手 動調 節(jié) 煤 粉 流 量啟 動 燃 燒 器啟 動 煤 粉 和空 氣 電 機是 否 有 故障 ？空 燃 比= 3 ？停 止延 時 一 分 鐘延 時 一 分 鐘YNYN停 止是 否 有 故 障NY是 否 正 常 運行NY停 止NYNY 圖 爐溫控制子程序 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 28 開 始自 動 ？啟 動 引 風 機是 否 有 故 障等 待 一 分 鐘啟 動 鼓 風 機是 否 有 故 障 ？是 否 有 故 障 ？爐 膛 負 壓 是 否設 定 ？P I D 控 制是 否 正 常 運 行停 止啟 動 爐 排停 止停 止停 止設 定啟 動 引 風 機 、鼓 風 機 、 爐 排是 否 有 故障 ？YNNYNYNYNYNNY 圖 爐壓控制子程序 爐膛壓力 控制子程序 運行開始后， 選擇自動運行方式，啟動引風機，判斷是否有故障，如果沒有則延時 1 分鐘啟動鼓風機，再啟動爐排，如果有故障則立刻停止。判斷爐壓是否設定，若已經設定則進入 PID 調解，沒有設定則對其進行設定，如果采用手動方式運行，則直接啟動引風機、鼓風機和爐排，無故障后判斷運行是否正常，正常則進行內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 29 PID 調節(jié)， 不正常立刻停止運行 [23]。 開 始加 法 器測 蒸 汽 流 量S P P V啟 動 1 給 水 泵自 動 ？是 否 在 允 許范 圍 ？是 否 在 允 許范 圍 ？判 斷 是 否 正 常是 否 有 故 障水 位 設 定報 警 報 警停 止P I D 調 節(jié)是 否 正 常 運 行手 動測 汽 包 水 位 測 給 水 流 量停 止YNYNN停 止YN啟 動 1 給 水 泵 、給 水 閥 、 蒸 汽 閥是 否 有 故 障NYY NY 圖 汽包水位控制子程序 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 30 如上圖