【導(dǎo)讀】獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體。均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。電廠的重要任務(wù)。鍋爐存在熱效率低，燃煤質(zhì)量不穩(wěn)定，排煙溫度高等問(wèn)題，利用PLC. 對(duì)鍋爐進(jìn)行過(guò)程控制是火電廠鍋爐控制領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。案和過(guò)熱器串級(jí)控制方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制。最后利用人機(jī)交互界面，線的更新，畫面報(bào)警等功能，可達(dá)到鍋爐控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。第二章火電廠鍋爐生產(chǎn)工藝.......

　　

【正文】 ，等等，并且有 0～ 10D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換單元 [15]， 如圖 所示。 圖 小型 S7200 控制系統(tǒng) 西門子 S7200 控制器通過(guò)遠(yuǎn)程 I/O 的方式連接現(xiàn)場(chǎng)需要檢測(cè)和控制的各點(diǎn)， CPU自帶 24路數(shù) 字量輸入和 16路數(shù)字量 輸出，集成 2個(gè) RS485接口，可以支持 PPI、 MODBUS等通訊協(xié)議，遠(yuǎn)程 I/O 有通訊處理器和 EM235 模塊連接，實(shí)現(xiàn)信息的可靠、安全、穩(wěn)定傳輸。 S7200PLC 具備以下特點(diǎn)： （ 1）控制功能。最大限度地滿足系統(tǒng)控制功能是選擇 PLC 首先應(yīng)該考慮的問(wèn)題，S7200 不僅具有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和繼電器所能實(shí)現(xiàn)的功能，而且還具有位邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)、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(zhì)及點(diǎn)數(shù)要求。我們選擇 CPU224（ 14 數(shù)字輸入， 10 繼電器輸出），CPU 內(nèi)部電源可為 CPU 自身、擴(kuò)展模塊和其他設(shè)備提供直流電源。若要增加電路中的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 21 點(diǎn)數(shù)，可以用擴(kuò)展模塊， EM223（ 16 路數(shù)字輸入， 16 繼電器輸出）， EM223（ 8 數(shù)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(kuò)展模塊通過(guò)總線連接電纜得到 5V的直流電源。 （ 3）存儲(chǔ)容量。 CPU224 不僅具有 2560 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，而且還有 4096 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，可滿足設(shè)計(jì)要求 [16]。 2．計(jì)算機(jī)和 PLC 之間的通信 打開(kāi)在 STEP7Micro/WIN 軟件后， 雙擊指令樹(shù)里面的“通信”選項(xiàng)，將編輯的程序下載到 PLC 之前，需要對(duì)遠(yuǎn)程站的地址進(jìn)行設(shè)置，然后雙擊“通信”框中的“雙擊刷新”藍(lán)色圖標(biāo)，編程軟件將自動(dòng)搜索已經(jīng)連接到網(wǎng)絡(luò)上的 S7200，并用圖標(biāo)將 S7200顯示出來(lái)，如圖 所示。 圖 PLC 通信窗口 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 對(duì) PLC 系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先是對(duì)其功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，即根據(jù)工藝要求和被控對(duì)象的功能，明確系統(tǒng)要怎樣運(yùn)行，然后對(duì)其功能進(jìn)行分析，最后確定 PLC 型號(hào)和其他的配置 [17]。 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一 般分為以下幾個(gè)步驟： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 22 了解被控對(duì)象，制定可行的方案。 根據(jù)控制要求，確定輸入、輸出設(shè)備。 選擇 PLC,主要包括機(jī)型、 I/O 模塊、容量和電源。 分配 PLC 的 I/O 地址 。 進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)（包括軟件和硬件） 。 調(diào)試即對(duì)模擬調(diào)試過(guò)的程序進(jìn)行在線調(diào)試 。 下位機(jī) PLC 的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程 I/0 分配 表 I/0 分配表 輸 入 信 號(hào) 啟動(dòng)按鈕 停止按鈕 急停按鈕 空燃比信號(hào) 爐溫采樣控制信號(hào) 爐壓采樣 控制信號(hào) 水位采樣控制信號(hào) 過(guò)熱器溫度采樣控制信號(hào) 手動(dòng)操作 自動(dòng)操作 輸 出 信 號(hào) 煤粉流量閥 空氣流量閥 給水泵啟動(dòng) 進(jìn)水閥 1 進(jìn)水閥 2 出水閥 減溫水閥 空氣預(yù)熱器 爐溫報(bào)警 爐壓報(bào)警 過(guò)熱器溫度報(bào)警 汽包水位報(bào)警 引風(fēng)機(jī)啟動(dòng) 點(diǎn)火器 手動(dòng)運(yùn)行 自動(dòng)運(yùn)行 空燃比輸出信號(hào) 空氣和煤粉混合攪拌信號(hào) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 23 硬件 配置及 連接圖 本設(shè)計(jì)中我們采用西門子 430 系列變頻器 ,利用電力半導(dǎo)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(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和工作電源輸入頻率成正比例關(guān)系， 通過(guò)改變變頻器的頻率達(dá)到 實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐給水泵、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和爐排電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制 。 MICROMASTER430 變頻器 不但設(shè)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(jié)構(gòu)，組態(tài)比較靈活，線路連 接 [18],如圖 所示。 接 P L C 轉(zhuǎn) 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(zhuǎn)速 輸 出1 9 71 9 92 0 12 0 3報(bào) 警 輸 出 圖 變頻器接線圖 Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言 ，通過(guò)此協(xié)議，控制器之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）和其他設(shè)備之間可以通信 。 此協(xié)議支持傳統(tǒng)的 RS23 RS42RS485 多種電氣接口和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括 PLC， DCS，智能儀表等都在使用 Modbus 協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 口是使用一 RS232 兼容串行接口。 控制器 能設(shè)置為兩種傳輸模式（ ASCII或 RTU）中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus網(wǎng)絡(luò)通信。 用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式等），在配置每個(gè)控制器的時(shí)候， 在一個(gè) Modbus 網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù) 。 ASCII 模式采用 LRC 校驗(yàn)， RTU 模式采用 16 位 CRC 校驗(yàn)?？刂破?通信使用主 — 從技術(shù)，即僅一設(shè)備（主設(shè)備） 能初始化傳輸（查詢）。其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。典型的主設(shè)備：主機(jī)和可編程儀表。 從設(shè)備回應(yīng)消息也由 Modbus 協(xié)議構(gòu)成， 包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯(cuò)誤檢測(cè)域。如 果在消息接收過(guò)程中發(fā)生一錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(zhuǎn)換成數(shù)字量送到 PLC 中進(jìn)行 PID調(diào)節(jié) ,EM232 模擬量輸出模塊從 CPU224 接收數(shù)字量，并將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量控制變頻器， CPU224 對(duì)被控變量進(jìn)行 PID 調(diào)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(guò) 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(fēng) 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(fù) 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(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，其功能強(qiáng)大，在脫機(jī)狀態(tài)下可以進(jìn)行程序的編寫、修改、編譯和調(diào)試等功能，在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下可以通過(guò)PC 機(jī)對(duì) PLC 進(jìn)行 下載用戶程序、上載和組態(tài)數(shù)據(jù)等操作。具有語(yǔ)法檢查功能，方便進(jìn)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(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 25 圖 STEP7— Micro/WIN 編輯界面 界面 分為標(biāo)題欄、工具條、菜單條、引導(dǎo)條、輸出窗口、狀態(tài)條指令樹(shù)、和用戶窗口。進(jìn)行梯形圖程序編寫時(shí)，單擊線圈、觸點(diǎn)或指令盒按鈕選擇要輸入的指令，然后用光標(biāo)移到需要添加元件的位置后，單擊鼠標(biāo)即可，選擇指令元件后輸入操作數(shù) ，按照要求完成編程工作。 2． S7200 程序流程設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)需能進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，由于溫度控制對(duì)象是一個(gè)大延時(shí)環(huán)節(jié)，且溫度調(diào)節(jié)范圍比較寬，所以本設(shè)計(jì)對(duì)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間咱不予要求，針對(duì)上述情況，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，溫度控制系統(tǒng)是利用 PLC 為控制器，測(cè)溫電路中溫度反饋信號(hào)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后，送到PLC 進(jìn)行處理，經(jīng) 一定算法后， PLC 再輸出信號(hào)控制交流接觸器的通斷，控制給煤量和空氣量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛溫度的控制。 系統(tǒng)主流程圖如圖 所示。 運(yùn)行開(kāi)始后，手自動(dòng)操作方式選擇，如果自動(dòng)方式運(yùn)行，則先進(jìn)入爐膛溫度控制子程序，再進(jìn)入汽包水位控制子程序、過(guò)熱器溫度控制子程序，最后進(jìn)入爐壓控制子程序。在溫度控制子程序中，首先對(duì)爐溫進(jìn)行初始設(shè)定，開(kāi)始溫度采集，判斷采集的溫度測(cè)量值是否在設(shè)定值范圍之內(nèi)，若果在則進(jìn)行 PID 控制和輸出空燃比信號(hào)，如果不在則報(bào)警[22]， 圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 26 N初 始 化測(cè) 初 始 爐 溫 、 汽 包 水 位 、 爐 壓和 過(guò) 熱 蒸 汽 溫 度 送 P C 機(jī) 處 理鼓 風(fēng) 機(jī) 調(diào) 節(jié)給 煤進(jìn) 水汽 包 液 位 是 否 到達(dá) 要 求 范 圍 內(nèi) ？空 燃 比 = 3 ？比 值 控 制 器YNY引 風(fēng) 機(jī) 調(diào) 節(jié)爐 壓 是 否 在 允 許范 圍 內(nèi) ？YN啟 動(dòng) P I D ， 燃 燒開(kāi) 始YN通 信 測(cè) 試 P C機(jī) 是 否 連 上實(shí) 時(shí) 檢 測(cè) 過(guò) 熱 器 出 口 溫度 和 設(shè) 定 溫 度 進(jìn) 行 比 較啟 動(dòng) 過(guò) 熱 器 給 水 泵加 水 ， 啟 動(dòng) 電 磁 閥放 水溫 差 5 ?NY 圖 主流程圖設(shè)計(jì) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 27 初 始 化判 斷 是 否 正常溫 度 設(shè) 定 S P調(diào) 節(jié) 空 氣 流 量求 偏 差 S P P VP I D 調(diào) 節(jié)固 態(tài) 繼 電 器測(cè) 量 爐 膛 實(shí) 際 溫 度P V自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) ？ 手 動(dòng)調(diào) 節(jié) 煤 粉 流 量啟 動(dòng) 燃 燒 器啟 動(dòng) 煤 粉 和空 氣 電 機(jī)是 否 有 故障 ？空 燃 比= 3 ？停 止延 時(shí) 一 分 鐘延 時(shí) 一 分 鐘YNYN停 止是 否 有 故 障NY是 否 正 常 運(yùn)行NY停 止NYNY 圖 爐溫控制子程序 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 28 開(kāi) 始自 動(dòng) ？啟 動(dòng) 引 風(fēng) 機(jī)是 否 有 故 障等 待 一 分 鐘啟 動(dòng) 鼓 風(fēng) 機(jī)是 否 有 故 障 ？是 否 有 故 障 ？爐 膛 負(fù) 壓 是 否設(shè) 定 ？P I D 控 制是 否 正 常 運(yùn) 行停 止啟 動(dòng) 爐 排停 止停 止停 止設(shè) 定啟 動(dòng) 引 風(fēng) 機(jī) 、鼓 風(fēng) 機(jī) 、 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(yùn)行開(kāi)始后， 選擇自動(dòng)運(yùn)行方式，啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)，判斷是否有故障，如果沒(méi)有則延時(shí) 1 分鐘啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，再啟動(dòng)爐排，如果有故障則立刻停止。判斷爐壓是否設(shè)定，若已經(jīng)設(shè)定則進(jìn)入 PID 調(diào)解，沒(méi)有設(shè)定則對(duì)其進(jìn)行設(shè)定，如果采用手動(dòng)方式運(yùn)行，則直接啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和爐排，無(wú)故障后判斷運(yùn)行是否正常，正常則進(jìn)行內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 29 PID 調(diào)節(jié)， 不正常立刻停止運(yùn)行 [23]。 開(kāi) 始加 法 器測(cè) 蒸 汽 流 量S P P V啟 動(dòng) 1 給 水 泵自 動(dòng) ？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(shè) 定報(bào) 警 報(bào) 警停 止P I D 調(diào) 節(jié)是 否 正 常 運(yùn) 行手 動(dòng)測(cè) 汽 包 水 位 測(cè) 給 水 流 量停 止YNYNN停 止YN啟 動(dòng) 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(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 30 如上圖