【導(dǎo)讀】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，排煙溫度高等問題，利用PLC. 對鍋爐進行過程控制是火電廠鍋爐控制領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。案和過熱器串級控制方案，實現(xiàn)了對各個控制系統(tǒng)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(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行。

　　

【正文】 學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 21 點數(shù)，可以用擴展模塊， 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(shù)據(jù)存儲區(qū)，而且還有 4096 字節(jié)的程序存儲器，可滿足設(shè)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(shè)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(jīng)連接到網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)的整體設(shè)計方案 對 PLC 系統(tǒng)進行設(shè)計時，首先是對其功能進行設(shè)計，即根據(jù)工藝要求和被控對象的功能，明確系統(tǒng)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(tǒng)的設(shè)計一般分為以下幾個步驟： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(jù)控制要求，確定輸入、輸出設(shè)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(shè)計（包括軟件和硬件） 。 調(diào)試即對模擬調(diào)試過的程序進行在線調(diào)試 。 下位機 PLC 的硬件設(shè)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(yù)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(fēng)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(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 23 硬件 配置及 連接圖 本設(shè)計中我們采用西門子 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)電機轉(zhuǎn)速和工作電源輸入頻率成正比例關(guān)系， 通過改變變頻器的頻率達到 實現(xiàn)對鍋爐給水泵、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機和爐排電機的轉(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 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言 ，通過此協(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準。標準的 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）中的任何一種在標準的 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、校驗方式等），在配置每個控制器的時候， 在一個 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， RTU 模式采用 16 位 CRC 校驗?？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， 包括確認要行動的域、任何要返回 的數(shù)據(jù)、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(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯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(zhuǎn)換成數(shù)字量送到 PLC 中進行 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 對被控變量進行 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 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 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 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(diào)試等功能，在聯(lián)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(shù)據(jù)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(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(dǎo)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(shù) ，按照要求完成編程工作。 2． S7200 程序流程設(shè)計 軟件設(shè)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(diào)節(jié)范圍比較寬，所以本設(shè)計對過渡過程時間咱不予要求，針對上述情況，從經(jīng)濟角度出發(fā)，溫度控制系統(tǒng)是利用 PLC 為控制器，測溫電路中溫度反饋信號，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換 后，送到PLC 進行處理，經(jīng)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(xiàn)對爐膛溫度的控制。 系統(tǒng)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(shè)定，開始溫度采集，判斷采集的溫度測量值是否在設(shè)定值范圍之內(nèi)，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(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(fēng) 機 調(diào) 節(jié)給 煤進 水汽 包 液 位 是 否 到達 要 求 范 圍 內(nèi) ？空 燃 比 = 3 ？比 值 控 制 器YNY引 風(fēng) 機 調(diào) 節(jié)爐 壓 是 否 在 允 許范 圍 內(nèi) ？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(shè) 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(shè)計 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（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 量 爐 膛 實 際 溫 度P V自 動 調(diào) 節(jié) ？ 手 動調(diào) 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(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 28 開 始自 動 ？啟 動 引 風(fēng) 機是 否 有 故 障等 待 一 分 鐘啟 動 鼓 風(fēng) 機是 否 有 故 障 ？是 否 有 故 障 ？爐 膛 負 壓 是 否設(shè) 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(shè) 定啟 動 引 風(fēng) 機 、鼓 風(fēng) 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(fēng)機，判斷是否有故障，如果沒有則延時 1 分鐘啟動鼓風(fēng)機，再啟動爐排，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)定則進入 PID 調(diào)解，沒有設(shè)定則對其進行設(shè)定，如果采用手動方式運行，則直接啟動引風(fēng)機、鼓風(fēng)機和爐排，無故障后判斷運行是否正 常，正常則進行內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 29 PID 調(diào)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(shè) 定報 警 報 警停 止P I D 調(diào) 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(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 30 如上圖 所示汽包水位控制子程序 運行開始后，如果運行正常，則對其進行水位設(shè)定，手自動方式選擇，如果不正常則立刻停止，自動方式運行開始后，分別對汽包水位、給水流量和蒸汽流量進行采樣和計算，進行 PID 調(diào)節(jié)，判斷系統(tǒng)是否運行正常，正常則一直進行 PID 調(diào)節(jié)，否則停止。如果手動方式運行，直接啟動給水泵及調(diào)節(jié)閥，沒有故障則正常運行進行 PID 控制，否則停止。 開 始空 燃 比 是 否 為 3返 回煤 粉 和 空 氣流 量 采 集計 算 空 燃比Y煤 粉 和 空 氣進 行 混 合N重 新 混 合P I D 調(diào) 節(jié) 圖 空燃比控制子程序 空燃比子程序接收到開始信號后，首先進行煤粉和空氣流量的采集，判斷比值是否為 3，是則進行混合，不是則重新配比，直到比值等于 3，進行 PID 調(diào)節(jié)，如圖 所示。 通信控制流程設(shè)計過程中， S7200CPU 從通訊端口 0 接受字符串，使用 RCV（接收）指令和接收完成中斷接收數(shù)據(jù)，以自定義協(xié)議來實現(xiàn)計算機