【正文】 ，通過(guò) 1/O模塊控制控制柜內(nèi)所有斷路器、接觸器和繼電器等開(kāi)關(guān)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)屬于熱水鍋爐供暖系統(tǒng)，主要通過(guò)熱水循環(huán)給用戶(hù)供暖，一般分為燃燒控制系統(tǒng)、循環(huán)泵控制系統(tǒng)和補(bǔ)水泵控制系統(tǒng)。 圖 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 西門(mén)子 S7200 系列可編程控制器 電氣控制回路（帶變頻器） 電氣控制回路（帶變頻器） 電氣控制回路（帶變頻器） 12鼓風(fēng)機(jī) 14循環(huán)泵 14補(bǔ)水泵 鍋爐本體 傳感器與變送器 第五章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 可編程控制器 PLC的選型 由于 供暖鍋爐 自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對(duì)較少，因此 PLC選用德國(guó) Siemens公司的 S7200型。 Siemens公司的 PLC具有可靠性高，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) 。由于實(shí)際的開(kāi)關(guān)量輸出有 26點(diǎn)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是 1個(gè) EM223CN型模塊，該模塊有 16個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)，輸出形式為 AC220V繼電器輸出 ，開(kāi)關(guān)量輸入為 16點(diǎn)，輸入形式為 +24V直流輸入。經(jīng)比較計(jì)算后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號(hào)，選擇了 EM235CN模擬量擴(kuò)展模塊。輸入輸出信號(hào)接入端口時(shí)能夠自動(dòng)完成了 A/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長(zhǎng) (16bit)的數(shù)字信號(hào) ；輸出信號(hào)接出端口時(shí)能夠自動(dòng)完成 D/A的轉(zhuǎn)換，一個(gè)字長(zhǎng) (16bit)的數(shù)字信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。 系統(tǒng) PLC的選型包括一個(gè) CPU224CN主模塊， 1個(gè) EM223CN擴(kuò)展模塊， 3個(gè) EM235模 擬量擴(kuò)展模塊。輸入和輸出均有余量，可以滿(mǎn)足日后系統(tǒng)擴(kuò)充的要求 [3]。系統(tǒng)采用分組運(yùn)行的方式，把 l水泵電機(jī) 和 2水泵電機(jī)組成第一組；把 3水泵電機(jī) 和 4水泵電機(jī)組成第二組。要求控制的現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備有 兩 臺(tái)電機(jī)接觸器的動(dòng)作，變頻器的控制端子，熱繼電器輸入及報(bào)警。 (1)輸入端口 自動(dòng)控制系統(tǒng) PLC的輸入端口包括機(jī)組啟動(dòng) /停止 按鈕 ， 另外 PLC輸入端口還包括電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常 閉 觸點(diǎn)。 (2)輸出端口 PLC的輸出端口包括電機(jī)交流接觸器的動(dòng)作，分別對(duì)應(yīng)變頻 /工 頻 兩個(gè)工作狀態(tài)， PLC與這些交流接觸器的連接是通過(guò)中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù) PLC設(shè)備，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 PLC的模擬量輸入、輸出點(diǎn) 自動(dòng)控制系統(tǒng) PLC的模擬輸入端口包括壓力傳感器檢測(cè)的管網(wǎng)壓力信號(hào)，壓力信號(hào)是以標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) 420mA進(jìn)行傳輸?shù)?； 溫度傳感器檢測(cè)的管網(wǎng)溫度信號(hào)。 變頻器配置 近 20年來(lái)，以功率晶體管 GTR為逆變功率器件、 8位微處理器為控制核心的、按壓頻比 u/f控制原理實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的變頻器，在性能和品種上出現(xiàn)了巨大的技術(shù)進(jìn)步。 (2)變頻器的壓力反饋信號(hào) A12口 —— 接遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號(hào)。 2 輸出信號(hào) ： (1)RO1： 為數(shù)字量輸出口，變頻器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行指示。 (3)RO3： 為數(shù)字量輸出口，變頻器停止運(yùn)行指示。 3 通訊：本變頻器完成與上位機(jī)的頻率、電流、電壓、壓力、故障狀況，給定等參數(shù)進(jìn)行通訊，通過(guò) CH0、 CH1口實(shí)現(xiàn)。 圖 4 變頻器接線(xiàn)圖 在此控制系統(tǒng)中，整個(gè)信息的反饋是靠壓力變送器，在 PLC的配合下通過(guò)反饋回的壓力信號(hào)來(lái)調(diào)整當(dāng)前調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速 。變頻器和 PLC的聯(lián)系如圖 5所示。這些數(shù)據(jù)主要包括鍋爐的出水溫度、出水壓力、以及總出水溫度、總出水壓力、總回水壓力等。 壓力 變送器工作原理 PMC 系列壓力變送器采用了先進(jìn)的電子陶瓷技術(shù)、厚膜電 子技術(shù)、 SMT 技術(shù)和PFM 信號(hào)傳輸技術(shù) ， 測(cè)量元件內(nèi)無(wú)中介液體 ,是完全固體的。膜片位移產(chǎn)生的電容量 ,由與其直接連接的電子部件檢測(cè)、放大和轉(zhuǎn)換為 0～ 20mA DC的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸 出。 PMC133 型壓力變送器相對(duì)壓力的最大測(cè)量范圍為 0～ 40MPa , 最小測(cè)量范圍為 0～ 1kPa , 更換測(cè)量元件可以改變壓力測(cè)量范圍。 溫度傳感器選型 用 DS18B20 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè) ， 這種測(cè)量方法需要溫度傳感器的精度高 ,體積小 ,測(cè)量電路簡(jiǎn)單 ,而且能夠在 高 溫下工作。 DS18B20 有兩 種封裝模式 ：3 腳和 8 腳封裝 ,其中 3 腳封裝比較常用 ,我們選用 3腳 TO92 小體積封裝。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。操作過(guò)程的工作時(shí)序包括初始化時(shí)序 ,讀時(shí)序和寫(xiě)時(shí)序。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí) ,初始化完成后 ,匹配序列號(hào) ,然后讀對(duì)應(yīng)傳感器的溫度值 ,讀完后 ,匹配下一個(gè)序列號(hào) ,再讀對(duì)應(yīng)傳感器的溫度值 ,直到讀完總線(xiàn)上所有的傳感器 ,接著再讀下一輪。寄生電源方式不需外加電源 ,當(dāng)總線(xiàn) (信號(hào)線(xiàn) ) 為高時(shí)穩(wěn)定電源的提供是通過(guò)單線(xiàn)上的上拉電阻實(shí)現(xiàn) ,總線(xiàn)信號(hào)為 低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電 ,在此種方式下 VDD接地。 本系統(tǒng)選用外加電源工作方式 ,采用此種方式能增強(qiáng) DS18B20的抗干擾能力 ,保證工作的穩(wěn)定性。能夠滿(mǎn)足我們實(shí)際檢測(cè)的要求。當(dāng)某個(gè) DS18B20損壞后 ,我們把好的 DS18B20 先讀出其序列號(hào) ,再換接到系統(tǒng)中。 GNDDQV C CR15 .1 KV C C 圖 6 18B20 組成的多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng) 第六章 系統(tǒng)構(gòu)成 補(bǔ)水泵控制系統(tǒng) 方案 圖 圖 7 補(bǔ)水系統(tǒng)方案圖 在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用 2臺(tái)變頻器，其中 1,3水泵電機(jī)有變頻 /工頻兩種工作狀態(tài)，每臺(tái)電機(jī)都通過(guò)兩個(gè)接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián) ， 變頻器輸入電源前面接入一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的接通，空氣開(kāi)關(guān)的容量依據(jù) 電 機(jī)的額定電流來(lái)確定。 在控制電路的設(shè)計(jì)中，首先要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問(wèn)題。 為了保護(hù) PLC設(shè)備， PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過(guò)中間繼電器去控制電機(jī)或者閥門(mén)的動(dòng)作。 由于每臺(tái)電機(jī)的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機(jī)當(dāng)前的工作電流，必須在每臺(tái)電機(jī)三相輸入電源前面都接入兩個(gè)電流互感器，電流互感器和熱繼電報(bào)警部分 顯示部分 PLC 控制器 水位傳感器 變頻器 電控部分 保護(hù)部分 補(bǔ)水 泵 壓力給定 至鍋爐 壓力變送器 M 補(bǔ)水箱 器、兩個(gè)電流表連接，如圖 8所示。 A1 A2M 圖 8 電流互感器的接線(xiàn)圖 補(bǔ)水泵有 三 臺(tái)， 3。當(dāng) 1補(bǔ)水泵采用變 頻控制啟動(dòng)后仍不能滿(mǎn)足要求時(shí)，讓 1補(bǔ)水泵工作于工頻同時(shí)啟動(dòng) 2補(bǔ)水泵，2補(bǔ)水泵采用工頻控制。 圖 9 補(bǔ)水泵系統(tǒng)電氣控制圖 變頻器主電路電源輸入端子 (R, S, T)經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子 (U, V, W)經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子 (U, V, W)的任意兩相。 控制電路之中存在電路之間互鎖的問(wèn)題，由于控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)分組的組內(nèi)自動(dòng)循環(huán)，所以電路的自鎖包括組內(nèi)互鎖和組間互鎖。在實(shí)現(xiàn)組內(nèi)互鎖的時(shí)候，嚴(yán)禁出現(xiàn)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)接在工頻電源和變頻電源的情況，同時(shí)要求變頻器始終只與一臺(tái)電動(dòng)機(jī)相連，而且當(dāng)大容量電動(dòng)機(jī)變頻工作的時(shí)候，小容量電動(dòng)機(jī)要么是工頻工作運(yùn)行，要么是停止工作。控制電路的組間互鎖是通過(guò)輸入按鈕，控制 PLC 的輸入端口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng) 選擇一組機(jī)組運(yùn)行時(shí)，按下另一組起動(dòng)按鈕則為無(wú)效操作。 循環(huán)泵控制系統(tǒng) 循環(huán)泵 控制 系統(tǒng)有 4 臺(tái)循環(huán)泵，本系統(tǒng)配置兩臺(tái)變頻器，另外一臺(tái)作為備用。系統(tǒng)的電氣控制圖如圖 10 所示。其電氣控制原理相對(duì)簡(jiǎn)單。 (1)PID算法 在模擬量的控制中，經(jīng)常用到 PID 運(yùn)算來(lái)執(zhí)行 PID 回路的功能， PID 回路指令使這一任務(wù)的編程和實(shí)現(xiàn)變得非常容易。即： dtdeKcMe d teKctM t /)( 00 ?????? ? （ 3） 以上各量都是連續(xù)量，第一項(xiàng)為比例項(xiàng)，最后一項(xiàng)為微分項(xiàng)，中間兩項(xiàng)為積分項(xiàng)。 K 為回路的增益。 (2)PID指令 使能輸入有效時(shí)，該指令利用回路表中的輸入信息和組態(tài)信息，進(jìn)行 PID 運(yùn)算。 指令格式： PID TBL， LOOP (3)PID回路號(hào) 用戶(hù)程序中最多可有 8 條 PID 回路，不同的 PID 回路指令不能使用相同的回路號(hào)，否則會(huì)產(chǎn)生意外的后果。標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)又分為雙極性 (圍繞 )和單極性 (以 之間的范圍內(nèi)變 化 )兩種。轉(zhuǎn)換方法如下：應(yīng)用實(shí)例中斷程序中的程序片斷。例如只需要比例回路或只需要比例積分回路，通過(guò)對(duì)常量參數(shù)的設(shè)置，可以關(guān)閉不需要的控制類(lèi)型。關(guān)閉微分回路：把微分時(shí)間 TD 設(shè)置為 0，微分作用即可關(guān)閉。 （ 6） 應(yīng)用實(shí)例 系統(tǒng)使用比例積分微分控制 。 設(shè)采用下列控制參數(shù) 值：K 為 ， T 為 0． 1秒， T 為 30分鐘。輸出值是進(jìn)水泵的速度，可以從允許最大值的 0％變到 100％。這個(gè)模擬量的范圍是 ～ ，分辨率為 1/32020(標(biāo)準(zhǔn)化 )。其增益和時(shí)間常數(shù)可以通過(guò)工程計(jì)算初步確定。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，關(guān)閉出水口，用手動(dòng)控制進(jìn)水泵速度，使水位達(dá)到滿(mǎn)水位的 75％，然后打開(kāi)出水口，同時(shí)水泵控制由手動(dòng)方式切換到自動(dòng)方式。 當(dāng)工 作在手動(dòng)方式下，可以把水泵的速度 (～ )直接寫(xiě)入回路表中的輸出寄存器 (VD108)。為了避免這一現(xiàn)象，可以加一些保護(hù)。本例中的程序僅有自動(dòng)控制方式 的設(shè)計(jì)。子程序 SBRO的功能是形成 PID的回路表，建立 100ms的定時(shí)中斷，并且開(kāi)中斷。中斷程序 INT0的功能是輸入水箱的水面 高度 AIW0的值，并送人回路表。 第八章 程序設(shè)計(jì) 圖 12 主程序結(jié)構(gòu) 子程序設(shè)計(jì) (1) 鍋爐 啟 /?？刂? 程序 完成鍋爐中鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和爐排電機(jī)的啟 /停控制和遠(yuǎn)程 /就地控制的切換。 網(wǎng)絡(luò)一 圖 13鍋爐 啟動(dòng)前狀態(tài)檢測(cè) 鍋爐起停控制程序的 功能是鍋爐檢測(cè)，沒(méi)有異常狀態(tài)，輸出鍋爐允許啟動(dòng)信號(hào) 。 (2) 鍋爐啟動(dòng)的 程序 ： 網(wǎng)絡(luò)二 主 程 序 鍋爐 起停控制 模擬量輸入 循環(huán)泵控制 補(bǔ)水泵控制 鼓風(fēng)機(jī)控制 通信控制 圖 14啟動(dòng) 程序 鍋爐啟動(dòng)過(guò)程是這樣的： 首先、判斷是自動(dòng)啟動(dòng)還是手動(dòng)啟動(dòng)； 第二、判斷