【正文】 C輸出電路結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。在繼電器式輸出中，CPU可以根據(jù)程序執(zhí)行的結(jié)果，使PLC內(nèi)設(shè)繼電器線圈通電，帶動(dòng)觸點(diǎn)閉合，通過繼電器閉和的觸點(diǎn)，由外部電源驅(qū)動(dòng)交、直流負(fù)載。優(yōu)點(diǎn)是過載能力強(qiáng)，交、直流負(fù)載皆宜。但存在動(dòng)作速度較慢，且為有觸點(diǎn)系統(tǒng)，使用壽命有限等問題。雙向晶閘管和晶體管輸出型輸出分別具有驅(qū)動(dòng)交、直流負(fù)載的能力。晶閘管輸出型CPU通過光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙向晶閘管通斷，可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載；晶體管輸出型CPU通過光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙晶體管通斷，驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。優(yōu)點(diǎn)是兩者均為無觸點(diǎn)開關(guān)系統(tǒng)，不存在電弧現(xiàn)象，而且開關(guān)速度快，缺點(diǎn)是半導(dǎo)體器件的過載能力差。以上列舉了六類輸入和輸出電路形式，各類PLC產(chǎn)品的輸入、輸出電路結(jié)構(gòu)形式均有所不同，但光耦隔離及阻容濾波等抗干擾措施是相似的。根據(jù)輸入、輸出電路的結(jié)構(gòu)形式不同，I/O借口又可以分為開關(guān)量I/O和模擬量I/O兩大類。其中模擬量I/O要經(jīng)過A/D，D/A轉(zhuǎn)換電路的處理，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，在整體機(jī)構(gòu)的PLC中，有開關(guān)量的交，直流I/O模塊，和模擬量I/O模塊及各種智能I/O模塊可供選擇。PLC輸入電路和輸出電路各種不同結(jié)構(gòu)形式能夠適應(yīng)各不同負(fù)載的要求。接口電路PLC接口電路分為I/O擴(kuò)展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩類（1）I/O擴(kuò)接口電路I/O擴(kuò)展接口電路用連接I/O擴(kuò)展單元，可以用來擴(kuò)充開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)和增加模擬量的I/O端子。I/O擴(kuò)展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。根據(jù)被控制對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。（2）外設(shè)通信接口電路通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS485接口和電纜與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。電源PLC內(nèi)部配有一個(gè)專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電源需要的工作電源（5V直流）。當(dāng)輸入端子為非干接點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，為外部輸入元件提供24V直流電源（僅供輸入點(diǎn)使用）。（二）PLC特點(diǎn)軟硬件功能強(qiáng)PLC的功能非常強(qiáng)大，其內(nèi)部具備很多功能，如時(shí)序、計(jì)數(shù)器、主控繼電器、移位寄存器及中間寄存器等，能夠方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制I/O等功能。PLC不僅可進(jìn)行邏輯運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及順序控制，還可實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印及報(bào)表生成等功能，并具有完善的輸入輸出系統(tǒng)。PLC能夠適應(yīng)各種形式的開關(guān)量和模擬量的輸入控制、輸出控制，還可以和其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、控制設(shè)備共同組成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成組數(shù)據(jù)傳送、矩陣運(yùn)算、閉環(huán)控制、排序與查表、函數(shù)運(yùn)算及快速中斷等功能。PLC的編程語言豐富，它可以分為梯形圖語言、邏輯功能語言、指令表、和順序功能四種。特別是梯形圖語言，它直觀、方便，我們只要有了通常的繼電接觸器電路圖、邏輯圖或邏輯方程，就等于它有了PLC系統(tǒng)的用戶程序，很適合電器工程技術(shù)人員操作和使用。使用維護(hù)方便PLC不需要像用計(jì)算機(jī)控制那樣在輸入輸出接口上做大量的工作。PLC的輸入接口和輸出接口是已經(jīng)按不同需求做好的，可直接與控制現(xiàn)場的設(shè)備相連的接口。如輸入借口可以與各種開關(guān)、傳感器連接；輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等連接。不論是輸入接口或輸出接口，使用都很簡單。PLC具有很強(qiáng)的監(jiān)控功能，利用編程器、監(jiān)視器或觸摸屏等人機(jī)界面可對(duì)PLC的遠(yuǎn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。運(yùn)行穩(wěn)定可靠由于PLC采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作有無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，同時(shí)還采用了屏蔽，濾波，隔離等抗干擾措施，所以其平均無故障時(shí)間在2萬小時(shí)以上。特別是在制造工藝上加強(qiáng)了抗干擾措施，例如輸入輸出都采用光電隔離，能有效的隔離PLC內(nèi)部電路與輸入輸出電路之間的聯(lián)系，從而避免了有輸入輸出通道串入的干擾信號(hào)引起的誤動(dòng)作。PLC還采用屏蔽，輸入延時(shí)濾波等軟、硬件措施，有效的防止空間電磁干擾，特別多高頻傳導(dǎo)干擾信號(hào)具有良好的抑制作用。所以這一切措施，都有效的保證了PLC在惡劣的工作環(huán)境下能正常地遠(yuǎn)行。組織靈活可編程控制器品種很多,小型PLC為整體結(jié)構(gòu)，并外接I/O擴(kuò)展機(jī)箱構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。中大型PLC采用分體模塊式結(jié)構(gòu)，設(shè)有各種專有功能模塊（開關(guān)量、模擬量輸入/輸出模塊、位控模塊、伺服、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊等）供選用和組合，由各種模塊組成大小和要求不同的控制系統(tǒng)。外部控制電路雖然仍為硬接線系統(tǒng)，但當(dāng)受控對(duì)象的控制要求改變時(shí)，可以在線使用編程器進(jìn)行修改用戶程序來滿足新的控制要求，最大限度地縮短工藝更新所需要的時(shí)間。西門子S7300PLC是西門子公司的產(chǎn)品之一，它屬于模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用，大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動(dòng)控制任務(wù)，由于簡單實(shí)用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活方便用戶和簡易的無風(fēng)扇設(shè)計(jì)當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí)，可自由擴(kuò)展由于大范圍的集成功能使得它功能非常強(qiáng)勁應(yīng)用。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：(CPU)：各種CPU有不同的性能，例如，有的CPU上集成有PROFIBUS—DP通訊接口等。(SM)：用于數(shù)字量和模擬量輸入／輸出。(CP)：用于連接網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。(FM)：用于高速計(jì)數(shù)，定位操作(開環(huán)或閉環(huán)定位)和閉環(huán)控制。(PS)：用于將SIMATICS7—300連接到120／230V交流電源，或24／48／60／110V直流電源。(1M)：用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架(CR)和擴(kuò)展機(jī)架(ER)。S7—300通過分布式的主機(jī)架(CR)和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架(ER)，可以操作多達(dá)32個(gè)模塊。運(yùn)行時(shí)無需風(fēng)扇。西門子S7300PLC有如下特色：1．方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7300 操作系統(tǒng)內(nèi)。因此人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面(HMI)從S7300中要求數(shù)據(jù)，S7300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7300操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送。2．SIMATIC S7300具有多種不同的通訊接口： ①多種通訊處理器用來連接ASI接口、PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng) ②通訊處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通訊系統(tǒng) ③多點(diǎn)接口(MPI) 集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。這是一個(gè)經(jīng)濟(jì)而有效的解決方案；方便用戶的step7的用戶界面提供了通訊組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。3．CPU 支持下列通訊類型：① 過程通訊通過總線(ASI或PROFI BUS)對(duì)I/O模塊周期尋址(過程映象交換) ② 數(shù)據(jù)通訊在自動(dòng)控制系統(tǒng)之間或人機(jī)界面(HMI)和幾個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通訊會(huì)周期地進(jìn)行或被用戶程序或功能塊調(diào)用。4． 應(yīng)用軟件總體結(jié)構(gòu)余熱鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)軟件應(yīng)用采用模塊式結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的監(jiān)測和實(shí)時(shí)控制。主要包括監(jiān)視模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、控制算法模塊、控制規(guī)律模塊、在線故障診斷模塊、控制輸出模塊等模塊。其中控制算法、控制規(guī)律、數(shù)據(jù)管理三個(gè)模塊最為重要，是保證鍋爐生產(chǎn)安全穩(wěn)定的前捉條件。應(yīng)用軟件模塊結(jié)構(gòu)如圖4 3所示。圖43應(yīng)用軟件模塊結(jié)構(gòu)框圖．2軟件程序設(shè)計(jì)圖44 余熱鍋爐結(jié)構(gòu)圖鍋爐汽包水位控制的主要的任務(wù)是使給水量能適應(yīng)蒸汽量的需要，并保持汽包水位在規(guī)定的工業(yè)范圍之內(nèi)。顯然，汽包水位是被控參數(shù)。引起汽包水位變化的主要因素為蒸汽用量和給水流量。蒸汽用量時(shí)負(fù)荷，隨發(fā)電需要而變化，一般為不可控因素；給水流量則可以作為控制參數(shù)，以此構(gòu)成鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)。但由于鍋爐汽包在運(yùn)行過程中常常會(huì)出現(xiàn)“虛假水位”，即在燃料不變的情況下，當(dāng)蒸汽用量（既負(fù)荷）突然增加時(shí)，會(huì)使汽包內(nèi)的壓力突然降低，導(dǎo)致水的沸騰加劇，汽泡大量增加。由于汽泡的體積比同重量水的體積大得多，結(jié)果形成了汽包內(nèi)水位“升高”的假象。反之，當(dāng)蒸汽用量突然減少時(shí)，由于汽包內(nèi)蒸汽壓力上升，水的沸騰程度降低，又導(dǎo)致汽包內(nèi)水位“下降”的假象。無論上述哪種情況，均會(huì)引起汽包水位控制的誤動(dòng)作而影響控制效果。解決這一問題的有效辦法之一，將蒸汽流量作為前饋信號(hào)，汽包水位作為主被控參數(shù)，給水流量作為副被控參數(shù)，構(gòu)成前饋—反饋串級(jí)控制系統(tǒng)，如圖45所示。該系統(tǒng)不但能通過副回路及時(shí)克服給水壓力這一很強(qiáng)的干擾，而且還能實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽負(fù)荷的前饋補(bǔ)償以克服“虛假”水位的影響，從而保證了鍋爐汽包水位具有較高的控制質(zhì)量，滿足了工藝的要求。圖45鍋爐汽包水位前饋反饋串級(jí)控制系統(tǒng)圖46鍋爐汽包水位流量串級(jí)系統(tǒng)：通常的水位正常值在汽包中心附近，此設(shè)計(jì)值作為正常運(yùn)行的水位標(biāo)準(zhǔn)值（給定值）。汽包水位控制系統(tǒng)I/O分配表如下表41所示 給排水系統(tǒng)I/O分配表輸入輸出啟動(dòng)設(shè)置給定水位低于給定水位初始狀態(tài)（設(shè)定值）調(diào)大給水調(diào)節(jié)閥流量調(diào)小給水調(diào)節(jié)閥流量高于給定水位恢復(fù)到給定水位達(dá)到平衡保持平衡水位功能圖如下圖47圖47鍋爐汽包水位前饋反饋串級(jí)控制系統(tǒng)功能圖余熱鍋爐是機(jī)械產(chǎn)品及余熱發(fā)電設(shè)備的一個(gè)重要組成部分，經(jīng)工程實(shí)踐和研究表明，余熱鍋爐是整個(gè)聯(lián)合循環(huán)中一個(gè)重要的有機(jī)組成部分，為系統(tǒng)整體優(yōu)化和各主要的系統(tǒng)匹配的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，在系統(tǒng)中起著承上啟下的作用。余熱鍋爐的結(jié)果、性能以及參數(shù)都幾大地影響到系統(tǒng)中其他設(shè)備乃至整個(gè)系統(tǒng)的性能。 所以本論文將以設(shè)計(jì)出基于PLC的余熱鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)為主要任務(wù)，以保證水位的平