【正文】 有定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。 按 I/O 點(diǎn)數(shù)分 類 按功能、輸入輸出點(diǎn)數(shù)和存儲器容量不同， PLC 可分為 微型、 小型、中型和大型四類 。 S7300 和 S7400 屬于模塊 PLC。 （ 2）模塊式結(jié)構(gòu) PLC 為總線結(jié)構(gòu)，在總線板上有若干個(gè)總線插槽，每個(gè)插槽上課安裝一個(gè) PLC 模塊。 （ 1） 整體式結(jié)構(gòu) PLC 是將輸入 /輸出接口路、 CPU、存儲器、穩(wěn)壓電源封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，殼體外側(cè)封裝有 I/O 接線端子、電源接線端子、擴(kuò)展接口、和通信接口。通常，可以按照結(jié)構(gòu)形式的不同及功能的差異進(jìn)行大致的分類。進(jìn)行一個(gè)掃描周期所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期時(shí)間。 從圖 2 中可以看出，一個(gè)典型的可編程序控制器在一個(gè)掃描周期中要完成六個(gè)掃描過程。在輸入信號、用戶程序的控制上，產(chǎn)生相應(yīng)的輸 出信號，完成預(yù)期的控制任務(wù)。 PLC 采用循環(huán)（巡回）掃描工作方式，而大、中型 PLC 還增加了中斷工作方式。 1) 輸入映像寄存器內(nèi)容，由上一個(gè)掃描周期輸入端子在輸入采樣期間狀態(tài)決定 ； 2) 輸出映像寄存器狀態(tài)，由程序執(zhí)行期間輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定 ； 3) 輸出鎖存器的狀態(tài)，由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器的狀態(tài)決定； 4) 輸出端子的狀態(tài)，由輸出鎖存器來決定； 5) 執(zhí)行程序時(shí)所用的 I/O狀態(tài)值，取決于輸 入、輸出映像寄存器的狀態(tài)。 3. 輸出刷新 在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通 /斷開）在輸入刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過隔離電路，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負(fù)載。對于每個(gè)元件來說，元件映像寄存器中所寄存的內(nèi)容會隨著程序執(zhí)行過程而變化。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， PLC就會從輸入映像寄存器中讀入對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器讀入對應(yīng)元件的當(dāng)前狀態(tài)。所以，一般情況下輸入信號的寬度要大于一個(gè)掃描周期，否則很可能造成信號的丟失。 輸入映像寄存器被刷新后進(jìn)入程序執(zhí)行階段。 PLC工作過程的中心內(nèi)容如圖 22所示，分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新 3個(gè)階段。 PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。 PLC是按集中輸入、集中輸出、周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。 （ 6） 功能完善 在 PLC內(nèi)部由于采用了微處理器，能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制 I/O等諸多功能，使輸入 /輸出系統(tǒng)功能完善、性能可靠。 （ 4） 通用性強(qiáng) PLC及外圍擴(kuò)展模塊種類繁多，可由各種模塊靈活組成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 （ 3） 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC以外，絕大多數(shù) PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 （ 2） 具有豐富的 I/O接口模塊 PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有相應(yīng)的 I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接 。 可編程控制器的特點(diǎn) 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展， PLC 的功能得到大大的增強(qiáng)，具有以下特點(diǎn)： （ 1） 可靠性高 PLC的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。 6. 通信接口單元 為了實(shí)現(xiàn)“人 — 機(jī)”或“機(jī) — 機(jī)”之間的對話， PLC配有多種通信接口，并且 PLC通過這些通信接口可以與編程器、人機(jī)接口 、打印機(jī)和其他的 PLC或計(jì)算機(jī)相連。 5. 擴(kuò)展接口單元 擴(kuò)展接口 單元 用于將擴(kuò)展模塊與基本單元（ CPU主機(jī)）相連，使 PLC的配置靈活 ，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。 4. 電源單元 可編程控制器電源單元包括系統(tǒng)的電源、保護(hù)電路及備用電池。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接收和識別的低電壓信號，送給 CPU進(jìn)行運(yùn)算處理。輸入 /輸出單元包括兩部分：一是與被控設(shè)備相連的輸出接口電路和與輸入器件SQ SB SA 輸入單元 電源單元 存儲器 通信 CPU 擴(kuò)展 輸出單元 KM YV HL 基于 PLC 和變頻器的集中供熱換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 相連的輸入接口電路；另一部分是輸入和輸出映像寄存器。用戶程序存儲器用來存放用戶針對各種具體控制任務(wù)，用 PLC的編程語言編寫的各種應(yīng)用程序 ，其內(nèi)容可由用戶任意修改或增減；用戶數(shù)據(jù)存儲器用來存放用戶程序中所使用器件的 ON/OFF狀態(tài)和各種數(shù)據(jù)等，它的大小關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反映 PLC性能的重要指標(biāo)之一。其中系統(tǒng)存儲器用來存放由 PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM內(nèi)，用戶不能直接更改。 2. 存儲單元 存儲單元主要存儲程序和 數(shù)據(jù)。其主要任務(wù)有以下幾個(gè)。 CPU一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，還包括必要的控制接口電路，這些電路被封裝在一個(gè)芯片上 。可編程控制器結(jié)構(gòu)圖如圖 21所示。 可編程控制器的 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 可編程控制器的結(jié)構(gòu) 不同種類的可編程控制器結(jié)構(gòu)多種多樣，但其一般結(jié)構(gòu)基本相同，都是以微處理器為核心， 連接各種外圍擴(kuò)展電路。長期以來， PLC 在工業(yè)自動化控制而發(fā)揮著巨大作用，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了廣泛、可靠的控制應(yīng)用。 至今 PLC 已漸漸成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流計(jì)算機(jī)。而且，為了進(jìn)一步提高 PLC 的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了 PLC 軟、硬件功能。在軟件方面，PLC 采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言，除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。 70 年代初，隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生與發(fā)展， PLC 采用微處理器為核心，功能得到增強(qiáng)。 可編程控制器的產(chǎn)生及發(fā)展 1969 年，在美國出現(xiàn) 了 第一臺可編程控制器 。 應(yīng) 該強(qiáng)調(diào)的是， PLC 與以往所講的機(jī)械式的順序控制器在“可編程”方面有質(zhì)的區(qū)別。 基于 PLC 和變頻器的集中供熱換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 2. 可編程控制器 概述 可編程控制器 的定義及發(fā)展 可編程控制器 的 定義 可編程控制器簡稱 PLC，是一種專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。 在該控制系統(tǒng)中，各種傳感器變送器將檢測到的參數(shù)（ 供水溫度 、 壓力、流量 等） 傳 送給 PLC，經(jīng) PLC處理后， 通過變頻器控制循環(huán)泵、補(bǔ)水泵，控制電動調(diào)節(jié)閥從而實(shí)現(xiàn)換熱站的自動控制。本課題主要是用 PLC實(shí)現(xiàn)換熱站的底層控制 。具有各種不同的顯示畫面，可定時(shí)和隨機(jī)打印生產(chǎn)運(yùn)行日報(bào)表、月報(bào)表等統(tǒng)計(jì)報(bào)表。 4． 豐富的實(shí)時(shí)管理功能：操作人員可方便地在線修改各受控輸出的設(shè)定值、越限報(bào)警值和故障報(bào)警值。實(shí)際使用中當(dāng)高溫水側(cè)流量變化時(shí)，出口溫度就降低，用一般反饋由于存在較大的慣性滯后可能使供水溫度產(chǎn)生較大的動態(tài)偏差，為此在系統(tǒng)中應(yīng)加入流量前饋補(bǔ)償信號。并進(jìn)行信號處理后在彩色顯示器上顯示，同時(shí)還顯示運(yùn)行模擬圖、主要工藝參數(shù)的變化曲線等畫面。本課題來源于 平安小區(qū) 換熱站的控制與技術(shù)，如何隨時(shí)了解換熱站的工作情況和有關(guān)信息，并根據(jù)這些信息和室外溫度對換熱站進(jìn)行及時(shí)調(diào)控，使供暖系統(tǒng)始終 在一個(gè)最佳工況下運(yùn)行，從而獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，這就是本課題的研究目的所在。 從理論上，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、 PLC、 傳感器數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和測控技術(shù)，需做到換熱站在整個(gè)運(yùn)行期間無需人員巡視時(shí)可行的，但是相應(yīng)的硬件設(shè)施投入相對過大。 目前，由微機(jī) 監(jiān)控?fù)Q熱站從技術(shù)上滿足了這種需求，其原理是通過變送器遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)有線或者無線方式將信號傳遞到控制中心進(jìn)行中央監(jiān)控，同時(shí)將控制信號以組態(tài)模式實(shí)時(shí)反饋，控制電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對二次供、回水溫度的合理控制和處理突發(fā)事故。在這種情況下，人工手動調(diào)節(jié)必然存在著較大偏差，只能夠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)達(dá)到粗調(diào)節(jié)，不能夠 居民對室內(nèi)溫度恒定。 隨著國 民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對供暖質(zhì)量的需求也在逐步提高。換熱站內(nèi)還安裝有熱量表以及調(diào)節(jié)供熱量的自動調(diào)節(jié)裝置。今后隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高在換熱站內(nèi)應(yīng)該 普及 生活熱水系統(tǒng)，來提高集中供暖的效益。說白了換熱站基于 PLC 和變頻器的集中供熱換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 就像一個(gè)大的過水熱，唯一不同的是它很大 .它們都屬于供熱系統(tǒng)的一部分，又各自具有不同的功能。鍋爐房是生產(chǎn)地，其主要設(shè)備有：鍋爐、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵、和各種輔助設(shè)備（上煤機(jī)，除渣機(jī)）等，其中鍋爐是主體。 簡介及運(yùn)行 現(xiàn)狀 換熱站與鍋爐房是根本不同的。管網(wǎng)輸送效率低，管道泄漏和偷水現(xiàn)象嚴(yán)重；缺乏控制手段：我國供暖系統(tǒng)只有簡單的調(diào)節(jié)手段，水力水平失調(diào)、垂直失調(diào)嚴(yán)重：沒有恒溫裝置，供熱不足和過度時(shí)，沒有有效的調(diào)節(jié)手段；缺乏計(jì)量手段：采暖系統(tǒng)一般不設(shè)熱表，沒有計(jì)量收費(fèi)造成用戶不會主動去節(jié)能，沒有計(jì)量也造成了管理運(yùn)行人員沒有具體數(shù)量上的依據(jù)來運(yùn)行管理。我國城市集中供暖目前存在的能源浪費(fèi)主要來源與：建筑的保暖隔熱和氣密性能差；采暖系統(tǒng)相當(dāng)落后。 6%，采暖能耗不僅造成資源浪費(fèi)，而且是大氣污染的一個(gè)重要因素。我國能源緊缺，而采暖用能十分浪費(fèi)。當(dāng)前采暖收費(fèi)大多按照面積計(jì)算，無助于用戶節(jié)能意識，以至于出現(xiàn)一些不正?，F(xiàn)象。尤其近幾年，隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長和生活水平的提高，越來越多的城市建設(shè)了集中供暖系統(tǒng)。 1992年，全國有 117個(gè)城市建設(shè)了集中供暖措施，供暖面積達(dá)到 21262平方米， “三北”地區(qū)集中供暖普及率達(dá)到 12%， 1993年，全國有 158個(gè)城市建設(shè)了集中供暖措施，供暖面積達(dá)到 32832平方米，“三北”地區(qū)集中供暖普及率達(dá)到 18%。在工廠中，對生產(chǎn)工藝用熱，多只裝設(shè)簡陋的供暖設(shè)備，供暖事業(yè)基礎(chǔ)非常薄弱。不過這些國家已非常重視發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的集中供暖方式。目前除柏林、漢堡、慕尼黑等城市已有規(guī)模較大的集中供暖系統(tǒng)外，在魯爾地區(qū)和萊茵河下游，還建立了聯(lián)結(jié)幾個(gè) 城市的城際供暖系統(tǒng)。據(jù) 1982年資料，如瑞典首都 斯德哥爾摩市，集中供暖普及率為 35%；丹麥集中供暖系統(tǒng)遍及全國城鎮(zhèn)，向全國 1/3以上的居民供暖和熱水供應(yīng)。熱網(wǎng)干線長達(dá) 3000多千米向 500多個(gè)工業(yè)企業(yè)和四萬多座建筑供暖，其城市集中供暖普及率接近 100%。莫斯科 的集中供暖系統(tǒng)是世界上規(guī)模最大的供暖系統(tǒng)。國工業(yè)與民用的年總供熱兩中， 70%由集中供暖方式提供。原蘇聯(lián)集中供暖規(guī)模，居世界首位。在上世紀(jì)中，特別是二次世界大戰(zhàn)以后，西方一些發(fā)達(dá)國家的城鎮(zhèn) 集中供暖事業(yè)得到迅速發(fā)展。 國外集中供暖 發(fā)展概況 集中供暖方式始于 1877年，當(dāng)時(shí)在美國紐約，建立了第一個(gè)區(qū)域鍋爐房向附近 14家用戶供熱。 基于 PLC 和變頻器的集中供熱換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 1. 緒論 集中供暖的發(fā)展概述 集中供暖是在十九 世紀(jì)末期，伴隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在集中供暖技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它利用熱水或蒸汽作為熱媒，由集中的熱源向一個(gè)城市或較大區(qū)域供應(yīng)熱能。 本章小節(jié) ....................................................................................................................... 6 2. 可編程控制器 ......................................... 5 可編程控制器概述 ....................................................................................................... 5 可編程控制器背景及特點(diǎn) ................................................................................. 5 可編程控制器的結(jié)構(gòu) ........................................................................................ 5 可編程控制器的工作原理 ..................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對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。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。摘要 換熱站是供暖系統(tǒng)中重要的部分，與我們的工作和生活有著密切的關(guān)系，因此對它進(jìn)行安全可靠地供電和完善的系統(tǒng)控制是必不可少的。本文首先簡單介紹了換熱站的供暖