【導(dǎo)讀】斷提高，對(duì)城市生活供暖的用戶數(shù)量和供暖質(zhì)量提出了原來越高的要求。位機(jī)，系統(tǒng)通過變頻器控制電機(jī)的啟動(dòng)，運(yùn)行和調(diào)速。上位機(jī)監(jiān)控采用WinCC設(shè)計(jì)，下位機(jī)控制程序采用西門子公司的STEP7編程軟件設(shè)計(jì)，主要完成模。完成風(fēng)機(jī)啟?？刂疲瑓?shù)設(shè)定，循環(huán)泵的控制和其余電動(dòng)機(jī)的控制。采用鍋爐的計(jì)算機(jī)控制和變頻控制不僅可大大節(jié)約能源，促進(jìn)環(huán)保，而且可以。提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　

【正文】 案的 準(zhǔn)確性。圖 34為鍋爐房供暖系統(tǒng)監(jiān)測(cè)示意圖。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 風(fēng) 機(jī)爐 排 機(jī)鍋爐給 風(fēng) 量給 煤 量管網(wǎng)出 水 溫 度回 水 溫 度室 外 氣 象參 數(shù)室 內(nèi) 溫 度設(shè) 定 圖 34 鍋爐供暖檢測(cè)示意圖 鍋爐計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，就是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐生產(chǎn)過程自動(dòng)化的系統(tǒng)。它的組成應(yīng)包括兩個(gè)部分，即控制器部分和鍋爐生產(chǎn)設(shè)備部分。其中控制器部分為系統(tǒng)的控制核心，它通過智能儀表對(duì)鍋爐的現(xiàn)場(chǎng)工況〔出回水溫度、爐膛溫度等 )數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣檢測(cè)，并通過總線將信號(hào)傳送至可編程序處理器 (PLC)上， PLC 按照事先編好的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算，最后輸出控制信號(hào)控制鍋爐生產(chǎn)過程，同 時(shí)還可實(shí)現(xiàn)向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)信息，上位機(jī)也可通過接入總線實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制 。鍋爐生產(chǎn)過程由鍋爐本體和爐排電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)及其變頻器等輔機(jī)組成，輔機(jī)的運(yùn)行就由 PLC 控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐生產(chǎn)過程的設(shè)計(jì)。 鍋爐上位機(jī)變頻自動(dòng)控制系統(tǒng)中，上位機(jī)及上位機(jī)上運(yùn)行的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換功能，操作人員可以通過組態(tài)軟件監(jiān)視鍋爐的運(yùn)行過程，同時(shí)也可以通過上位機(jī)，通過組態(tài)軟件對(duì)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行干預(yù)控制。 鍋爐生產(chǎn)過程部分是鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行場(chǎng)所，它由鍋爐本體及其輔機(jī)組成。 鍋爐輔機(jī)包括鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵、上煤機(jī)和除渣機(jī)等設(shè)備 。 本設(shè)計(jì)中所用模糊自整定 PID 控制算法，通過對(duì)西門子公司的 S7300PLC處理器編程來實(shí)現(xiàn)，采集誤差信號(hào)和誤差變化量信號(hào)，將其模糊化到語言變量的論域，采用離線計(jì)算的方法將模糊規(guī)則制成模糊查詢表，通過在線方式查詢模糊控制量輸出，最后將 PID 參數(shù)校正量與基準(zhǔn)量相加，獲得 PID 參數(shù)的即時(shí)值，最后進(jìn)行 PID 運(yùn)算計(jì)算得到控制對(duì)象執(zhí)行器。 控制系統(tǒng)構(gòu)成介紹 本設(shè)計(jì)綜合考慮鍋爐的控制特性和現(xiàn)場(chǎng)條件，確定采用 PLC 加上位機(jī)監(jiān)控工作方式同操作臺(tái)手動(dòng)操作切換方式，其中 PLC 加上位機(jī)工作方式可用于自動(dòng)狀態(tài)，操作臺(tái)工作方 式用于人工調(diào)試或緊急情況下使用。兩種方式間可自由切換，且處于操作臺(tái)工作方式時(shí)， PLC 及上位機(jī)仍采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，但輸出不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作用。 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì) PLC 加上位機(jī)的控制方式。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，上位機(jī)完成蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)控， PLC 負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)控制程序的運(yùn)行。系統(tǒng)由 4 個(gè)子系統(tǒng)組成 :水位控制子系統(tǒng)、出回水壓力控制子系統(tǒng)、最優(yōu)風(fēng)煤比控制子系統(tǒng)和負(fù)壓控制子系統(tǒng)。根據(jù)工程實(shí)際情況本系統(tǒng)對(duì)鍋爐進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)所采用主要部件如下 : 安裝有 WinCC 組態(tài)軟件及 STEP 7 軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)， PLC 控制器 1套、 壓力信號(hào)傳感變送器 2個(gè)、 液位信號(hào)傳感變送器 2 個(gè)、溫度信號(hào)傳感變送器 2 個(gè)、回水流量傳感變送器 2 個(gè)、給水流量傳感變送器 2 個(gè)、變頻器 4臺(tái)和其它附件。 器件類型 選擇型號(hào) 備注 PLC S7300 可通過擴(kuò)展電纜進(jìn)行數(shù)字量 I/O模塊、模擬量模塊或智能接口模塊的擴(kuò)展 PLC CPU CPU315 可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 35 點(diǎn)模擬量 I/O PLC擴(kuò)展模塊 SM321 SM322 SM331 SM332 壓力信號(hào)傳感變送器 PT100 供電電壓 傳感器 :10VDC(612VDC) 變送器 :24VDC(9～ 36 V) 液位信號(hào)傳感變送器 PTP602 420mA,05V,15V,010V 溫度信號(hào)傳感變送器 TG100VNB 測(cè)量精度高。感器壽命極長(zhǎng)。 回水流量傳感變送器 RLAVS 24VDC ， 工 作 壓 力 ：0— 給水流量傳感變送器 RLAVS 24VDC ， 工 作 壓 力 ：0— 變頻器 VLT5000 丹麥的丹佛斯系列 帶有 WinCC 組態(tài)軟件及 STEP 7 軟件的計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)所用各控制設(shè)備及檢測(cè)儀表組態(tài)到一起，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的監(jiān)視操作，并可將運(yùn)行程序通過 MPI 網(wǎng)傳輸?shù)?PLC 中，以 實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐系統(tǒng)的控制。 PLC:本系統(tǒng)以 SIEMENS 公司的 S7300系列 PLC 為主控制器，由現(xiàn)場(chǎng)智能傳感變送器對(duì)鍋爐的爐膛溫度、爐膛負(fù)壓給水壓力和回水壓力等現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并變送后通過 I/O 模塊送往 PLC，其后 PLC按照預(yù)訂程序處理并通過 I/O 模塊返回控制信號(hào)。變頻器 :變頻器采用丹麥的丹佛斯系列變頻器的 VLT5000，工作時(shí)變頻器根據(jù) PLC 運(yùn)算得到的控制信號(hào)或操作臺(tái)轉(zhuǎn)速設(shè)定控制信號(hào)對(duì)給水泵、爐排、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。其它附件包括 1 個(gè)操作臺(tái)， 1 個(gè)配電柜、 2個(gè)控制柜等。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 水 泵 變 頻 器 、 爐 排 變 頻 器 、引 風(fēng) 變 頻 器 、 鼓 風(fēng) 變 頻 器P C打 印 機(jī)人 工 操 作 臺(tái)自 動(dòng) / 手 動(dòng)模擬量輸入模擬量輸出開關(guān)量輸出啟 / 停 裝 置水 泵 、 爐排 、 引 風(fēng)及 鼓 風(fēng) 對(duì)應(yīng) 電 機(jī)壓力變送器壓力變送器壓力變送器流量變送器流量變送器智能檢測(cè)儀表爐膛負(fù)壓給水壓力其 它鍋 爐狀 態(tài)信 息給水流量回水流量回水壓力儀 表 顯 示M P IS 7 3 0 0P L C手 動(dòng) 系 統(tǒng)人工操作指令控 制 信 號(hào) 圖 35 控制系統(tǒng)框圖 本系統(tǒng)可以工作于手動(dòng)方式和自動(dòng)方式下。系統(tǒng)工作在手動(dòng)方式下時(shí)，司爐工對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，司爐工根據(jù)操作臺(tái)上顯示儀表顯示的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) (爐膛溫度、給回水壓力和爐膛負(fù)壓 )，根據(jù)需要，分別調(diào)節(jié)操作臺(tái)面板上的給水泵、爐排電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)調(diào)速旋鈕，調(diào)速旋鈕調(diào)節(jié)相應(yīng)變頻器的輸出大小，而變頻器的輸出大小直接控制給水泵、爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量，從而實(shí)現(xiàn)控制鍋爐運(yùn)行過程。當(dāng)系統(tǒng)工作在自動(dòng)方式下時(shí)， PLC 作為核心控制器，根據(jù)查表控制算法對(duì)鍋爐運(yùn)行進(jìn)行控制 (調(diào)節(jié)變頻器 )，從而 對(duì)鍋爐運(yùn)行進(jìn)行控制。操作臺(tái)采用儀表控制系統(tǒng)，必要時(shí)進(jìn)行兩種運(yùn)行方式的相互切換，以便在不同鍋爐控制需要間切換?？刂葡到y(tǒng)中，由鍋爐變頻控制系統(tǒng)通過控制變頻器對(duì)給水泵、爐排電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能調(diào)速。除了對(duì)變頻器的調(diào)節(jié)外，整個(gè)鍋爐控制系統(tǒng)還包括，鍋爐啟停控制部分、保護(hù)系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng) (包括熄火報(bào)警等 )及各閥門控制以及積灰處理分系統(tǒng)。這些系統(tǒng)也全都通過手動(dòng)或自動(dòng)方式控制、鍋爐運(yùn)行過程的控制調(diào)節(jié)主要包括事故下的保護(hù)，啟停過程控制，正常的燃燒過程調(diào)節(jié)三部分。事故保護(hù) :這主要是由于某種原因造成循環(huán)水停止或循環(huán)量過小， 以及鍋爐內(nèi)水溫太高，出現(xiàn)汽化。此時(shí)最重要的是恢復(fù)水的循環(huán)，同時(shí)制止?fàn)t膛內(nèi)的燃燒。這就需要停止給煤，停止?fàn)t排運(yùn)行，停止鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)。 PLC 接收水溫超高的信號(hào)后，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 就應(yīng)立即進(jìn)入事故處理程序，按照上述順序停止鍋爐運(yùn)行，并響鈴報(bào)警，通知運(yùn)行管理人員，必要時(shí)還可通過手動(dòng)補(bǔ)入冷水排除熱水，進(jìn)行鍋爐降溫。啟?？刂?:鍋爐采用煤粉燃燒。點(diǎn)火時(shí)在爐排上鋪煤，煤上放著引燃的澆了柴油的木柴，爐排速度調(diào)整到最低，鼓風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)也調(diào)至最低工作狀態(tài)，直至給水壓力達(dá)到額定壓力再將爐排及鼓風(fēng)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到正常。啟動(dòng)點(diǎn)火的準(zhǔn)備工作為人工手動(dòng)進(jìn)行，但爐排轉(zhuǎn)速和鼓風(fēng)和引風(fēng)的控制及封火暫停機(jī)和再次啟動(dòng)的過程則由 PLC控制自動(dòng)進(jìn)行。封火過程為逐漸停止?fàn)t排運(yùn)動(dòng)，停掉鼓風(fēng)機(jī)，然后停止引風(fēng)機(jī)。重新啟動(dòng)的過程則是開啟引風(fēng)機(jī)，慢慢開大鼓風(fēng)機(jī)，隨爐溫升高慢慢加大爐排進(jìn)行速度?？刂葡到y(tǒng)的控制核心 PLC 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)傳感變送器反饋回來的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) (爐膛溫度、給回水壓力和爐膛負(fù)壓 )，根據(jù)程序算法，輸出控制量調(diào)節(jié)變頻器的輸出大小，而變頻器的輸出大小直接控制給水泵、爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量，這就是鍋爐系統(tǒng)的 PLC 自動(dòng)運(yùn)行方式。為了保證特殊場(chǎng)合需要，我們?cè)谧詣?dòng)方式中加入另外一種工作 方式，我們稱之為上位機(jī)控制方式。所謂的上位機(jī)控制方式是由操作人員直接在上位機(jī)上設(shè)定爐排、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這些控制命令通過 PLC 的輸出模塊輸出控制變頻器的轉(zhuǎn)速。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 第 4章 軟件設(shè)計(jì) S7300/400屬于模塊式 PLC，主要由機(jī)架、 CPU模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備等組成。 C P U 模 塊通 信 接 口輸出模塊輸入模塊接 口 模 塊電 源 模 塊按 鈕選 擇 開 關(guān)限 位 開 關(guān)電 源其 他 設(shè) 備 其 他 P L C 計(jì) 算 機(jī)通 信 網(wǎng) 絡(luò)擴(kuò) 展 機(jī) 架接 觸 器電 磁 閥指 示 燈電 源?~ 圖 PLC控制系統(tǒng)示意圖 PLC的主要生產(chǎn)廠家：德國的西門子 (Seimens)公司，美國 Rockewll公司所屬的 AB公司， GE— Fanuc公司，法國的施耐德 (schneider)公司，日本的三菱和歐姆龍 (OMRON)公司。 PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式。 OB1是用于循環(huán)處理的組織塊 (主程序 )，它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序 (組織塊 )中斷。在起動(dòng)完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用 OB1，在 OB1中可以調(diào)用其它邏輯塊 (FB， SFB， FC或 SFC)。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。 在循環(huán)程序處理過程中， CPU 并不直接訪問 I/O模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問 CPU內(nèi)部的輸入 /輸出過程映像區(qū)，批量 輸入、批量輸出。 執(zhí) 行 O B 1 0 0起 動(dòng) 循 環(huán) 時(shí) 間 監(jiān) 控?cái)?shù) 據(jù) 寫 入 輸 出 模 塊讀 取 輸 入 模 塊 狀 態(tài)執(zhí) 行 用 戶 程 序執(zhí) 行 其 他 任 務(wù) 圖 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 某一 編程元件對(duì)應(yīng)的過程映像位為 1狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為 ON，過程映像位為 0狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為 OFF。循環(huán)時(shí)間 (CycleTime)是指操作系統(tǒng)執(zhí)行一次循環(huán)操作所需的 時(shí)間，又稱為掃描循環(huán)時(shí)間 (Scan CycleTime)或掃描周期。 S7300 系列 PLC 簡(jiǎn)介 S7300 的 CPU 模塊（簡(jiǎn)稱為 CPU）都有一個(gè)編程用的 RS485 接口，有的還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線 PROFIBUSDP 接口或 PtP 串行通訊 接口， S7300 不需要附加任何硬件、軟件和編程，就可以建立一個(gè) MPI（多點(diǎn)接口）網(wǎng)絡(luò)，如果有PROFIBUSDP 接口，可以建立一個(gè) DP網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)。 123456789 圖 S7300 PLC DC連接器 （ CPU313以上） 功能最強(qiáng)大 CPU 的 RAM 為 512KB，最大 8192 個(gè)存儲(chǔ)器位， 512 個(gè)定時(shí)器和512 個(gè)計(jì)數(shù)器，數(shù)字量最大 65536，模擬量通道最大為 4096。有 350 多條指令。計(jì)數(shù)器的技術(shù)范圍為 1999，定時(shí)器的定時(shí)范圍為 10ms9990ms。 只需要擴(kuò)展一個(gè)機(jī)架，可以使用價(jià)格便宜的 IM365 接口模塊對(duì)。數(shù)字量模塊從 0 號(hào)機(jī)架的 4 號(hào)槽開始，每個(gè)槽位分配四個(gè)字節(jié)的地址， 32個(gè) IO 點(diǎn)。模擬量模塊一個(gè)通道占一個(gè)字地址。從 IB256 開始，給每一個(gè)模擬量模塊分配 8 個(gè)字。 可以診斷出以下故障：失壓，熔斷器熔斷，看門狗故障， EPROM、 RAM 故障。模擬量模塊共模故障，組態(tài) /參數(shù) 錯(cuò)誤、斷線、上下溢出。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 數(shù)字量輸入上升沿、下降沿中斷；模擬量輸入超限； CPU 暫停當(dāng)前程序，處理 OB40。 LED SF（系統(tǒng)出錯(cuò) /故障顯示，紅色）： CPU 硬件故障或軟件錯(cuò)誤時(shí)亮。 BATF（電 池故障，紅色）：電池電壓低或沒有電池時(shí)亮； DC 5V（ +5V 電源指示，綠色）： 5V 電源正常時(shí)亮； FRCE（強(qiáng)制，黃色）：至少有一個(gè) IO 被強(qiáng)制時(shí)亮； RUN（運(yùn)行方式，綠色）： CPU 處于 RUN 狀態(tài)時(shí)亮；重新啟動(dòng)時(shí)以 2Hz 的頻率閃亮； HOLD（單步、斷點(diǎn)）狀態(tài)時(shí)以 的頻率閃亮 ； STOP(停止方式，黃色 )： CPU 處于 STOP， HOLD 狀態(tài)或重新啟動(dòng)時(shí)常亮； BUSF(總線錯(cuò)誤，紅色 )。 （運(yùn)行 編程）位置：運(yùn)行時(shí)還可以讀出和修改用 戶 程序 ,改變運(yùn)行方式。 （運(yùn)行）位置： CPU 執(zhí)行，讀出用戶程序，但是不能修改用戶程序。 （停止）位置：不執(zhí)行用戶程序，可以讀出和修改用戶程序。 （清除存儲(chǔ)器）：不能保持。將鑰匙開關(guān)從 STOP 狀態(tài)扳到 MRES 置可復(fù)位存儲(chǔ)器，使 CPU 回到初始狀態(tài)。 復(fù)位存儲(chǔ)器操作：通電后從 STOP 位置扳到 MRES 位置，“ STOP” LED 熄滅 1s，亮 1s，再熄滅 1s 后保持亮。放開開關(guān)，使它回到 STOP 位置，然后又回到