【導(dǎo)讀】設(shè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。作為溫度控制系統(tǒng)重要能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的鍋爐能耗巨大，占我國原煤產(chǎn)量的三分之一左右。然而，我國目前運行的很多鍋爐控制。準(zhǔn)，因此實現(xiàn)鍋爐的計算機自動控制具有重要的意義。，便是其中之一。直接數(shù)字控制DDC系統(tǒng)，它是工業(yè)。的計算機，除了經(jīng)過輸入通道對多個工業(yè)過程參數(shù)進行巡回檢測采集外，現(xiàn)多回路調(diào)節(jié)的目的。和上位機控制兩部分。文中給出了通過時間和室外溫度相結(jié)合的控制策。one-thirdofChina’scoal．However，themajorityofChina’scurrentoperating

　　

【正文】 布爾代數(shù)相類似的邏輯框來表達(dá)邏輯。復(fù)合功能 (如數(shù)學(xué)功能 )可用邏輯框相連直接表達(dá)。本設(shè)計的鍋爐控制系統(tǒng)選用梯形圖和語句表相結(jié)合的編程方式，結(jié)構(gòu)清晰，編程靈活。 4．組態(tài)硬件 使用這個功能可以為自動化項目的硬件作組態(tài)和參數(shù)賦值。具有以下功能： (1)．組態(tài)可編程控制器，從電子目錄中選擇一個機架并在機架中將選中的模板安排在所需要的槽上。 (2)．組態(tài)分布式 I／ O與組態(tài)中央 I／ O一致，也支持以通 道為單位的 I／ O。 (3)．在給 CPU賦值參數(shù)的過程中可以通過菜單的指導(dǎo)設(shè)置屬性。比如，啟動特性和循環(huán)掃描時間監(jiān)控。支持多處理方式，輸入的數(shù)據(jù)保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊中 (4)．在相模板作參數(shù)賦值過程中，所有可以設(shè)置的參數(shù)都是用對話框來設(shè)置的。沒有任何設(shè)置使用 DIP開關(guān)。參數(shù)賦值向模板的傳送是 CPU啟動過程中自動完成的。這意味著，例如，模板可以相互交換而無需賦值新的參數(shù) 。 (5)．功能模板 (FM和通訊處理器 CPS)的參數(shù)賦值與其模板的方法一樣，也是在硬件組態(tài)工具中完成的。對每一個 FM和 CP都有模板指定對話框和規(guī)則 (包括在 FM／ CP功能軟件包圍范圍內(nèi) )。通過只在對話框中提供有效地選項系統(tǒng)可以防止不正確的輸入。項目創(chuàng)建之后，編程之前要根據(jù)實際情況進行硬件組態(tài)。 控制系統(tǒng)所用功能塊 為支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計， STEP 7將用戶程序分類歸并為不同的塊，根據(jù)程序要求，選用 OB、 FB、 FC等邏輯塊，而 DB或 DI則用來存儲程序所鍋爐出水溫度控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計 22 需的數(shù)據(jù)。本設(shè)計的鍋爐控制程序中使用了下列幾種類型的塊： 1．組織塊 (OB)： OB決定本系統(tǒng)程序的結(jié)構(gòu)； 2．系統(tǒng)功能塊 (SEB)和系統(tǒng)功能 (SFC)： SFB和 SFC集成在 S7CPU中可以用來訪問一些 重要的系統(tǒng)功能。 3．功能塊 (FB)： FB是帶“存儲區(qū)域”的塊，可以自己編程這個存儲區(qū)域； 4．功能 (FC)： FC中是經(jīng)常使用的功能的程序；背景數(shù)據(jù)塊 (背景 DB)：當(dāng)一個 FB／ SFB被調(diào)用時，背景 DB與該塊相關(guān)聯(lián)，它們可以在編譯過程中自動生成； 5．?dāng)?shù)據(jù)塊 (DB)： DB是用于存儲用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)域，除了指定一個功能塊的數(shù)據(jù)，還可以定義可以被任何塊使用的共享數(shù)據(jù)。 (1)．組織塊及其優(yōu)先級：組織塊是操作系統(tǒng)和程序的接 El。它有操作系統(tǒng)調(diào)用并控制循環(huán)和中斷驅(qū)動的程序的執(zhí)行以及可編程控制器如何啟動。它們還處理對錯 誤的響應(yīng)，通過編程組織塊可指定 CPU的反應(yīng)。組織塊決定各個程序部分執(zhí)行的順序。一個 OB的執(zhí)行可以被另一個 OB的調(diào)用而中斷。那個 OB可以中斷另一個 OB由它的優(yōu)先級決定，高優(yōu)先級的 OB可以中斷低優(yōu)先級的 OB，其中用于主程序循環(huán)的 OB 1優(yōu)先級最高，背景OB優(yōu)先級最低。如果被操作系統(tǒng)調(diào)用的 OB多于一個，最高優(yōu)先級的 OB最先執(zhí)行，其他 OB根據(jù)優(yōu)先級依次進行。 (2)．功能 (FC)： FC是“無存儲區(qū)”的邏輯塊。 FC的臨時變量存儲在局域數(shù)據(jù)堆棧中，當(dāng) FC執(zhí)行結(jié)束后，這些數(shù)據(jù)丟失了。要將這些數(shù)據(jù)永久存儲， FC也可以使用共 享數(shù)據(jù)塊。由于 FC沒有自己的存儲區(qū)，所以必須為它指定實際參數(shù)，不能為一個 FC的局域數(shù)據(jù)分配初始值。 (3)．功能塊 (FB)：功能塊是具有“存儲功能”的塊，用數(shù)據(jù)塊作為功能塊的存儲器。傳遞給功能塊的參數(shù)和靜念變量存儲在背景塊中。臨時變量存在本地數(shù)據(jù)堆棧中。當(dāng)功能塊執(zhí)行結(jié)束時，存在背景塊中的數(shù)據(jù)不會丟失，但存在本地堆棧中的數(shù)據(jù)將丟失。功能塊使得對于經(jīng)常使用的功能、復(fù)雜功能的編程變得容易。由兩部分組成，一部分是每個 FB的變量聲明表，生命此塊的局部變量；另一部分是邏輯指令組成的程序，程序要用到變量聲明表中給出的局部 數(shù)據(jù)。當(dāng)調(diào)用 FB時，需要提供執(zhí)行鍋爐出水溫度控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計 23 時用到的數(shù)據(jù)或變量，將外部數(shù)據(jù)傳遞給 FB，使得 FB具有通用性，可被其他的塊調(diào)用，以完成多個類似的控制任務(wù)。它至少具有一個背景數(shù)據(jù)塊。功能 FC和 FB的區(qū)別是沒有背景數(shù)據(jù)塊，其不能使用靜態(tài)變量，當(dāng)完成操作后數(shù)據(jù)不能保持。 (4)．共享數(shù)據(jù)塊 (DB)和背景數(shù)據(jù)塊 (DI)：如果某個邏輯塊 (FC， FB或 OB)被調(diào)用，則它可以臨時占用局域數(shù)據(jù) IX(L堆棧 )。除了這個局域數(shù)據(jù)區(qū)，邏輯塊還可以打開一個 DB形式的存儲區(qū)。與局域數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)不同，在 DB中的數(shù)據(jù)當(dāng) DB關(guān)閉時，也就是，當(dāng)相應(yīng)的邏輯 塊結(jié)束時，不會被刪除。每個 FB， FC或 OB可從共享 DB中讀取數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入共享DB。當(dāng)該 DB退出時，這些數(shù)據(jù)保持在 DB中。程序所需的大量數(shù)據(jù)或變量在數(shù)據(jù)塊中，是實現(xiàn)各邏輯塊之間交換，傳遞和共享數(shù)據(jù)的重要途徑。數(shù)據(jù)塊只有變量聲明部分，沒有程序。打開數(shù)據(jù)塊時，用聲明形式：ViewDeclaration View； 也可用數(shù)據(jù)顯示形式： ViewData View?？山⒁粋€或多個數(shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊可大可小，但 CPU對數(shù)據(jù)塊及數(shù)據(jù)總量有限制。對數(shù)據(jù)塊必須遵循先定義后使用的原則，否則，將造成系統(tǒng)混亂。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 形式有：基本數(shù)據(jù)類型，復(fù)式數(shù)據(jù)類型和用戶數(shù)據(jù)類型。 (5)．系統(tǒng)功能塊 (SFB)和系統(tǒng)功能 (SFC)：在 S7中不需要每個功能都自己編程， S7CPU提供了一些已經(jīng)編號的程序塊，這些塊可在用戶程序中進行調(diào)用。 1)．統(tǒng)功能塊 (SFB)：系統(tǒng)功能塊時集成在 S7CPU中的功能塊。 SFB作為操作系統(tǒng)的一部分，不占用戶程序空問。與 FB相同， SFB也是“具有存儲能力”的塊。用戶必須為 SFB生成背景數(shù)據(jù)塊，并將其下載到 CPU中作為程序的一部分。 2)．系統(tǒng)功能 (SFC)系統(tǒng)功能時集成在 S7CPU中的預(yù)先編號程序并通過測試 的功能?？稍诔绦蛑兄苯诱{(diào)用 SFC屬于操作系統(tǒng)的一部分，而不算做用戶程序的一部分。與 FC相同， SFC是“不具有存儲能力”的塊。 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件組態(tài) 鍋爐出水溫度控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計 24 該項目的硬件共有兩個機架構(gòu)成，分別為第 0號機架和第 1號機架，每個機架上都有一臺西門子 PLC，通過 IM365通訊模塊，利用 RS． 485總線通過半雙工的工作方式進行通訊。第 0號機架上的 PLC共有 11個模塊，從第 1到第 11的模塊分別為 PS307電源模塊、 314型號的 CPU模塊、 IM365通訊模塊、 8個模擬量輸入模塊：第 1機架上的 PLC共有 8個模塊，分別是 PS301電源模塊、 314型號 CPU模塊、 IM365通訊模塊、 5個模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊： 1． PS301電源模塊 它將 ACl20／ 230v電壓轉(zhuǎn)換為 DC24V，用于 S7— 300和直流 24／ 48／ 60／ 110V負(fù)載電路的電源。所有 S7． 300模塊使用的從 S7． 300背板總線提供的總電流不能超過 1． 2A。所選定的 PS模塊的輸出功率必須大于 CPU模塊、所有 I／ O模塊、各種智能模塊等總消耗功率之和，并且需要留約 30％的余量。本系統(tǒng)選擇 PS 301 5A，電子式短路保護，能自動再啟動。 2． CPU314模塊 可以進行高速處理以及中等規(guī)模的 I／ O配置，用于安裝中等規(guī)模的程序以及中等指令執(zhí)行速度的程序。帶有 Profibus． DP接口，可以進行分布式配置，滿足本設(shè)計的鍋爐控制的要求。 3． IM365模塊 IM 365接口模塊允許以多機架配置來安裝 S7． 300(CPU 314以上 )，包括一個中央機架 (CR)和最多三個擴展機架 (ER)。中央機架和 1個最多有8個模塊的擴展機架。 IM 365對于只有一個 ER來講是最經(jīng)濟的擴展方案， IM 365的兩塊模塊之一插入 CR，另一個插入 ER。模塊通過固定的 1米長的連 接電纜連接。 4．模擬量輸入模塊 有三種型號， 8AI*12位模塊、 8AI*16位模塊、 2AI*12位模塊。其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，精度取決于積分時間?？梢越尤霟犭娕肌犭娮?、4— 20mA電流． 10V～ 10V電壓等 18種不同的信號，輸入量程范圍很寬。每兩個輸入通道構(gòu)成一個通道組，可以按通道組任意選擇測量方法和測量范圍。模塊上需接 DC24V的負(fù)載電源 L+，有反極性保護功能。對于變送器鍋爐出水溫度控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計 25 或熱電偶的輸入具有短路保護功能。在本設(shè)計的鍋爐系統(tǒng)中，選擇 8AI*12位模塊，該模塊用于連接 8個輸入模擬量。 5．模擬量輸出模塊 有三種型號， 4AO*12位模塊、 2AO*12位模塊和 4AO﹡ 16位模塊。輸出電壓是采用 2線制回路， S+和 S可以保持開路，但輸出精度不如 4線回路高。采用 4線回路，負(fù)載一端連接到 Qv和 S+，另一端連接到 MANA和 S。 SM332能對電流做出斷線檢測，對電壓輸出作短路檢測。在本系統(tǒng)中選用 5個4AO*12位模塊，電流輸出范圍 420mA，輸出電壓范圍． 10V～ 10V。 6．?dāng)?shù)字量輸入／輸出模塊 有兩種型號可供選擇。一種是 8點輸入和 8點輸出的模塊，輸入點和輸出點均只有一個公共端。另外一種有 16點輸入 (8點 1組 )和 16點輸出 (8點 1組 )。輸入、輸出的額定電壓均為 DC24V，輸入電流為 7mA，最大輸出電流為 0． 5A，每組的總輸出電流為 4A。輸入電路和輸出電路通過光耦合器與背板總線相連，輸出電路為晶體管型，有電子保護功能。用于連接開關(guān)、 2線接近開關(guān) (BERO)、電磁閥、接觸器、小功率電機、燈和電機啟動器。本系統(tǒng)選用的是 16點輸入的數(shù)字量輸入模塊和 16點輸出的數(shù)字量輸出模塊。 鍋爐系統(tǒng)下位機程序設(shè)計 系統(tǒng)下位機控制程序?qū)崿F(xiàn) 1．模擬量采集 FCl S7． 300PLC模擬量模塊可任意組合以配合任意所需 I／ O點數(shù)量，組裝簡單，接線方便，輸入地址由插槽決定。電壓、電流傳感器、熱電偶、熱電阻和電阻均可作為傳感器與該模塊相連。從 8位到 15位 +符號位的分辨率可調(diào)，用于不同的轉(zhuǎn)換時間。模塊將診斷和超限中斷傳送到 PLC的 CPU中，并以紅色 LED顯示。 S7． 300PLC模擬量模塊的標(biāo)準(zhǔn)化，選擇它時要考慮模擬量類型、量程、極性、通道數(shù)、轉(zhuǎn)換精度 (9位～ 15位 +符號位 )、每個通道的轉(zhuǎn)換時間 (最大 )。 A/D轉(zhuǎn)換把工作過程中送來的模擬信號轉(zhuǎn)換鍋爐出水溫度控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計 26 成 PLC可使用的數(shù)字信號，用于數(shù)據(jù)采集，提供被控對象的各種實時參數(shù)，以便 PLC對被控對象進 行監(jiān)控。 A／ D轉(zhuǎn)換公式： OUTD=(INA－ LO_LMN)/(HI_LIM－ LO_LIM) (K2－ K1) ＋ K1 (3． 1) D／ A轉(zhuǎn)換將經(jīng)過 CPU的內(nèi)部程序處理， PLC以數(shù)字量形式給出的控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量，通過機械或電氣手段來控制和調(diào)整被控對象。 D／ A轉(zhuǎn)換公式如下： OUTA=(INPK1 )/(K2K1)x(HI_LIM— LO_LIM)+LD_LIM (3． 2) 其中， INA為模擬量輸入值， INP 為字量輸入值， K1為 2048． 0， K2為 +2047． 0， HI_LIM為模 擬量量程上限值， LO_LIM為模擬量量程下限值，OUTA為模擬量輸出值， OUTD為數(shù)字量輸出值。 這樣，如果要取進模擬量 (A/D)，程序可使用 L PIW256等指令；如果要輸出模擬量 (D／ A)，程序可使用 T PQW 304等指令。 本設(shè)計的鍋爐控制系統(tǒng)模擬量采集模塊選用 FCI，這樣可以方便的將采集到的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)塊 DBI中。在寫 FCI之前建立變量表，需要聲明程序中使用的幾個變量，聲明模入模塊通道起始地址： PIW _Addr，整型；要讀入的通道數(shù)： CH LEN，整型；存儲數(shù)據(jù)塊號： DB_NO，整型；存儲在數(shù) 據(jù)塊中的字地址： DBW _Addr，整型。對已經(jīng)聲明的變量在程序中引用時在變量前面加 表示。 FCI變量聲明表如表 3． 1所示。 表 FCI變量聲明表 Address Declaration Name Type Initial Value Comment In PIW_Addr INT 模入模塊通道起始地址 In CH_LEN INT 要讀入的通道數(shù) In DB_NO INT 存儲數(shù)據(jù)塊號 In DBW_Addr INT 存儲在數(shù)據(jù)塊中的字地址 鍋爐出水溫度控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計 27 指令 說明 L DB_NO ∥裝載數(shù)據(jù)塊號到 ACCU1中； T LW0 ∥將 ACCU1的內(nèi)容暫存到局部數(shù)據(jù)字LW0中； OPN DB [LW0] ∥打開存儲數(shù)據(jù)塊； L PIW_Addr SLD 3 ∥形成模入模塊地址指針（雙字指針格式）； T LD4 ∥在臨 時本地數(shù)據(jù)雙字 LD4中存儲模入模塊地址指針； L DBW_Addr ∥裝載數(shù)據(jù)塊中的字地址到 ACCU1； SLD 3 ∥形成數(shù)據(jù)塊存儲地址指針；