計算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用第十四章

1、第十四章第十四章 控制系統(tǒng)設(shè)計與工程實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計與工程實(shí)現(xiàn) 本章要點(diǎn)本章要點(diǎn): :1 1學(xué)習(xí)計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計原則。學(xué)習(xí)計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計原則。2 2初步掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟。初步掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟。3 3學(xué)習(xí)實(shí)例，加深認(rèn)識與初步掌握單片機(jī)、儀表、學(xué)習(xí)實(shí)例，加深認(rèn)識與初步掌握單片機(jī)、儀表、 IPC IPC和和PLCPLC控制系統(tǒng)的設(shè)計思路?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計思路。本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容14.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計原則控制系統(tǒng)的設(shè)計原則14.2 控制工程的實(shí)現(xiàn)步驟控制工程的實(shí)現(xiàn)步驟14.3 控制工程的應(yīng)用實(shí)例控制工程的應(yīng)用實(shí)例 14.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計原則控制系統(tǒng)的設(shè)計原則滿

2、足工藝要求滿足工藝要求滿足生產(chǎn)過程提出的要求和性能指標(biāo)滿足生產(chǎn)過程提出的要求和性能指標(biāo)可靠性要高可靠性要高用系統(tǒng)平均無故障和平均維修時間衡量用系統(tǒng)平均無故障和平均維修時間衡量操作性能要好操作性能要好使用方便和維護(hù)容易使用方便和維護(hù)容易實(shí)時性要強(qiáng)實(shí)時性要強(qiáng)對內(nèi)、外部時間及時做出響應(yīng)對內(nèi)、外部時間及時做出響應(yīng)通用性要好通用性要好硬軟件可移植硬軟件可移植經(jīng)濟(jì)效益要高經(jīng)濟(jì)效益要高系統(tǒng)性價比要高，投入產(chǎn)出比要低系統(tǒng)性價比要高，投入產(chǎn)出比要低 14.2控制工程的實(shí)現(xiàn)步驟控制工程的實(shí)現(xiàn)步驟主要知識點(diǎn)主要知識點(diǎn) 14.2.1 準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段 14.2.2 設(shè)計階段設(shè)計階段 14.2.3 仿真及調(diào)試階段仿真及

3、調(diào)試階段 14.2.4 現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行階段現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行階段 14.2.1 14.2.1 準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段14.2.2 14.2.2 設(shè)計階段設(shè)計階段1.1.總體設(shè)計總體設(shè)計 根據(jù)控制對象要求，根據(jù)控制對象要求，確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式及控制確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式及控制 裝置與現(xiàn)場設(shè)備的選擇，以及控制規(guī)律算法和其它特裝置與現(xiàn)場設(shè)備的選擇，以及控制規(guī)律算法和其它特殊功能要求。主要包括以下內(nèi)容：殊功能要求。主要包括以下內(nèi)容：n確定系統(tǒng)的任務(wù)和控制方案確定系統(tǒng)的任務(wù)和控制方案n確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式n選擇現(xiàn)場設(shè)備選擇現(xiàn)場設(shè)備n確定控制算法確定控制算法n硬軟件功能的劃分硬軟件功能的劃分其它方面的考慮其

4、它方面的考慮（1 1）根據(jù)控制任務(wù)的復(fù)雜程度、控制精度以及實(shí)時性要求等選擇）根據(jù)控制任務(wù)的復(fù)雜程度、控制精度以及實(shí)時性要求等選擇主機(jī)板（包括總線類型、主機(jī)機(jī)型等）；主機(jī)板（包括總線類型、主機(jī)機(jī)型等）；（2 2） 根據(jù)根據(jù)AIAI、AOAO點(diǎn)數(shù)、分辨率和精度，以及采集速度等選點(diǎn)數(shù)、分辨率和精度，以及采集速度等選A AD D、D DA A板（包括通道數(shù)量、信號類別、量程范圍等）；板（包括通道數(shù)量、信號類別、量程范圍等）；（3 3）根據(jù)）根據(jù)DIDI、DODO點(diǎn)數(shù)和其它要求，選擇開關(guān)量輸入輸出板（包括點(diǎn)數(shù)和其它要求，選擇開關(guān)量輸入輸出板（包括通道數(shù)量、信號類別、交直流和功率大小等）；通道數(shù)量、信號類

5、別、交直流和功率大小等）；（4 4）根據(jù)人機(jī)聯(lián)系方式選擇相應(yīng)的接口板或顯示操作面板（包括）根據(jù)人機(jī)聯(lián)系方式選擇相應(yīng)的接口板或顯示操作面板（包括參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示、手動自動切換和異常報警等）；參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示、手動自動切換和異常報警等）；（5 5）根據(jù)需要選擇各種外設(shè)接口、通信板塊等；）根據(jù)需要選擇各種外設(shè)接口、通信板塊等；（6 6）根據(jù)工藝流程選擇測量裝置（包括被測參數(shù)種類、量程大）根據(jù)工藝流程選擇測量裝置（包括被測參數(shù)種類、量程大小、信號類別、型號規(guī)格等）；小、信號類別、型號規(guī)格等）；（7 7）根據(jù)工藝流程選擇執(zhí)行裝置（包括能源類型、信號類別、型）根據(jù)工藝流程選擇執(zhí)行裝置（包括能源類型、信

6、號類別、型號規(guī)格等）。號規(guī)格等）。2.2.硬件設(shè)計硬件設(shè)計n編程語言的選擇編程語言的選擇n數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃n資源分配控制軟件的設(shè)計資源分配控制軟件的設(shè)計 1)1)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理程序2)2)控制算法程序控制算法程序3 3）控制量輸出程序）控制量輸出程序4 4）人機(jī)界面程序）人機(jī)界面程序5 5）實(shí)時時鐘和中斷處理程序）實(shí)時時鐘和中斷處理程序6 6）數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)通信程序）數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)通信程序n程序設(shè)計方法程序設(shè)計方法采用模塊化和自頂向下程序設(shè)計方法采用模塊化和自頂向下程序設(shè)計方法3 3軟件設(shè)計軟件設(shè)計 具體步驟具體步驟: :1 1硬件調(diào)試硬件

7、調(diào)試2 2軟件調(diào)試軟件調(diào)試3 3系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真4 4考機(jī)考機(jī)14.2.314.2.3仿真及調(diào)試階段仿真及調(diào)試階段 硬件的調(diào)試主要包括各種標(biāo)準(zhǔn)功能模板、輸入輸出信號、硬件的調(diào)試主要包括各種標(biāo)準(zhǔn)功能模板、輸入輸出信號、 現(xiàn)場儀表和執(zhí)行器及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的調(diào)試?，F(xiàn)場儀表和執(zhí)行器及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的調(diào)試。 2 2軟件調(diào)試軟件調(diào)試 軟件調(diào)試的順序是子程序、功能模塊和主程序。軟件調(diào)試的順序是子程序、功能模塊和主程序。控制模塊控制模塊全局主程全局主程序調(diào)試序調(diào)試開環(huán)開環(huán)閉環(huán)閉環(huán)檢查檢查PIDPID控制模塊的開環(huán)階躍響應(yīng)特性控制模塊的開環(huán)階躍響應(yīng)特性即調(diào)節(jié)并確定較佳即調(diào)節(jié)并確定較佳P P、I I、D D參數(shù)參數(shù)檢

8、查檢查PIDPID控制模塊的反饋控制功能控制模塊的反饋控制功能整體調(diào)試的方法是自底向上逐步擴(kuò)大，整體調(diào)試的方法是自底向上逐步擴(kuò)大，采用子集、局部和全局三步調(diào)試方法進(jìn)行采用子集、局部和全局三步調(diào)試方法進(jìn)行整體調(diào)試整體調(diào)試1 1硬件調(diào)試硬件調(diào)試n系統(tǒng)仿真應(yīng)用相似原理和類比關(guān)系來研究事物，也就是系統(tǒng)仿真應(yīng)用相似原理和類比關(guān)系來研究事物，也就是 用模型來代替實(shí)際被控對象進(jìn)行實(shí)驗和研究，也用模型來代替實(shí)際被控對象進(jìn)行實(shí)驗和研究，也 稱為模擬調(diào)試。稱為模擬調(diào)試。n系統(tǒng)仿真類型：系統(tǒng)仿真類型： 全物理仿真（即在模擬環(huán)境條件下的全實(shí)物仿真）；全物理仿真（即在模擬環(huán)境條件下的全實(shí)物仿真）； 半物理仿真（即硬件閉

9、路動態(tài)試驗）；半物理仿真（即硬件閉路動態(tài)試驗）； 數(shù)字仿真（即計算機(jī)仿真）。數(shù)字仿真（即計算機(jī)仿真）。 4 4考機(jī)考機(jī) 在系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行，即進(jìn)行長時間在系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行，即進(jìn)行長時間的運(yùn)行考驗，有時還要根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行特殊運(yùn)行條的運(yùn)行考驗，有時還要根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行特殊運(yùn)行條件的考驗，如高溫和低溫劇變運(yùn)行試驗、振動和抗電磁干擾試件的考驗，如高溫和低溫劇變運(yùn)行試驗、振動和抗電磁干擾試驗、電源電壓劇變和掉電試驗等。驗、電源電壓劇變和掉電試驗等。 3 3系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真在線調(diào)試前還要進(jìn)行下列檢查：在線調(diào)試前還要進(jìn)行下列檢查：1 1檢測元件、變送器、

10、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須通過校檢測元件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須通過校驗，保證精確度要求。作為檢查，可進(jìn)行一些現(xiàn)場校驗。驗，保證精確度要求。作為檢查，可進(jìn)行一些現(xiàn)場校驗。2 2各種電氣接線和測量導(dǎo)管必須經(jīng)過檢查，保證連接正各種電氣接線和測量導(dǎo)管必須經(jīng)過檢查，保證連接正確。確。3.3.檢查系統(tǒng)干擾情況和接地情況，如果不符合要求，應(yīng)采檢查系統(tǒng)干擾情況和接地情況，如果不符合要求，應(yīng)采取措施。取措施。4 4對安全防護(hù)措施也要檢查。對安全防護(hù)措施也要檢查。14.2.4 14.2.4 現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行階段現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行階段主要內(nèi)容主要內(nèi)容14.3.1 水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)14.3.2

11、 循環(huán)水裝置循環(huán)水裝置IPC系統(tǒng)系統(tǒng)14.3.3 中水回用中水回用PLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)14.3.4 聚合釜溫壓儀表控制系統(tǒng)聚合釜溫壓儀表控制系統(tǒng)14.3.5 基于基于PLC與與IPC的鍋爐綜合控制系統(tǒng)的鍋爐綜合控制系統(tǒng) 14.3 14.3 控制工程的應(yīng)用實(shí)例控制工程的應(yīng)用實(shí)例1 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 2 2硬件電路硬件電路 3 3程序設(shè)計程序設(shè)計14.3.1 14.3.1 水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)5V+12V+5V+330AT89C205112MHXTAL2XTAL1P1.1P1.0P1.3P1.23305V+81k81kKM30PF30PFZbc圖 15-8 水槽水位控制

12、電路ABC220VKA1 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 2 2硬件電路硬件電路 5V+12V+5V+330AT89C205112MHXTAL2XTAL1P1.1P1.0P1.3P1.23305V+81k81kKM30PF30PFZbc圖 15-8 水槽水位控制電路ABC220VKA3 3程序設(shè)計程序設(shè)計C(P1.1) b(P1.0) 水位 操作 00B點(diǎn)以下 水泵啟動 01B、C之間 維持原狀 10系統(tǒng)故障 故障報警 11C點(diǎn)以上 水泵停止 1 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 2 2硬件電路硬件電路 3 3軟件設(shè)計軟件設(shè)計14.3.2 14.3.2 循環(huán)水裝置循環(huán)水裝置IPCIPC系統(tǒng)系統(tǒng)（1）工藝流程）工藝流程1

13、 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 1010點(diǎn)參數(shù)檢測功能點(diǎn)參數(shù)檢測功能 2222個參數(shù)設(shè)定功能個參數(shù)設(shè)定功能 1010個參數(shù)標(biāo)定功能個參數(shù)標(biāo)定功能 PIDPID控制功能控制功能 工藝計算、列表繪圖功能工藝計算、列表繪圖功能 其他功能指標(biāo)其他功能指標(biāo) （2 2）控制要求）控制要求2 2硬件設(shè)計硬件設(shè)計 （1 1）采用中斷方式完成）采用中斷方式完成 3 3 軟件設(shè)計軟件設(shè)計（2 2）在主程序中完成）在主程序中完成1 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 2 2硬件設(shè)計硬件設(shè)計 3 3程序設(shè)計程序設(shè)計14.3.3 14.3.3 中水回用中水回用PLCPLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)格柵機(jī)調(diào)節(jié)池生化池 壓濾罐清水池集水池加藥 加氯 排掉 回

14、用 風(fēng)機(jī) 反沖洗 污水 （1 1）工藝流程）工藝流程 1 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述（2 2）控制要求）控制要求構(gòu)成構(gòu)成1414臺泵和電機(jī)，臺泵和電機(jī)，4 4個池的水位檢測。個池的水位檢測。水位計的作用水位計的作用使用時聲光報警；在全自動、分組自動、半自使用時聲光報警；在全自動、分組自動、半自動控制方式下，水位計的上限、下限分別作為該池排水泵自動控制方式下，水位計的上限、下限分別作為該池排水泵自 動開、動開、停的停的PLCPLC輸入信號。輸入信號。手動控制方式手動控制方式手動操作按鈕開停手動操作按鈕開停1414個負(fù)荷，不受水位影響。個負(fù)荷，不受水位影響。生化半自動控制方式生化半自動控制方式由生化池水位

15、的上限與下限自動控制生由生化池水位的上限與下限自動控制生化泵的開、停，而加藥計量泵、化泵的開、停，而加藥計量泵、CLO2CLO2發(fā)生器的開、停由手動操作。發(fā)生器的開、停由手動操作。分組自動控制方式分組自動控制方式整個系統(tǒng)分調(diào)節(jié)池水位、生化池水位、清整個系統(tǒng)分調(diào)節(jié)池水位、生化池水位、清水池水位、集水池水位、溢流泵、羅茨風(fēng)機(jī)自動機(jī)組。水池水位、集水池水位、溢流泵、羅茨風(fēng)機(jī)自動機(jī)組?？刂埔螅寒?dāng)按下分組自動按鈕時，被按下按鈕的燈閃亮，控制要求：當(dāng)按下分組自動按鈕時，被按下按鈕的燈閃亮，當(dāng)選當(dāng)選定定 主、備電機(jī)按鈕后，分組自動按鈕指示燈長亮；當(dāng)主、備電機(jī)按鈕后，分組自動按鈕指示燈長亮；當(dāng) 水位達(dá)到上水

16、位達(dá)到上限時，限時， 電機(jī)停止而按鈕指示燈轉(zhuǎn)為閃亮。電機(jī)停止而按鈕指示燈轉(zhuǎn)為閃亮。全自動方式控制要求全自動方式控制要求即全自動準(zhǔn)備按鈕啟動后系統(tǒng)進(jìn)入全自即全自動準(zhǔn)備按鈕啟動后系統(tǒng)進(jìn)入全自動運(yùn)行狀態(tài)動運(yùn)行狀態(tài)硬件設(shè)計包括：硬件設(shè)計包括：PLC PLC 系統(tǒng)配置、系統(tǒng)配置、 PLC PLC 接線圖、中文顯示器接線圖、中文顯示器（1 1）PLC PLC 系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置 工藝要求：工藝要求： 1414臺被控設(shè)備開、啟、臺被控設(shè)備開、啟、4 4種控制方式種控制方式 運(yùn)行、停止、故障狀態(tài)的燈指示運(yùn)行、停止、故障狀態(tài)的燈指示PLCPLC配置：采用軟件編程方法配置：采用軟件編程方法 1 1個帶燈按鈕表示個帶

17、燈按鈕表示1 1臺設(shè)備的全部控制與狀態(tài)指臺設(shè)備的全部控制與狀態(tài)指 示功能，加上示功能，加上4 4種控制方式及其切換種控制方式及其切換 需配置需配置2424個帶燈按鈕個帶燈按鈕 整個系統(tǒng)需要開關(guān)量輸入整個系統(tǒng)需要開關(guān)量輸入4040點(diǎn)與開關(guān)量輸出點(diǎn)與開關(guān)量輸出3232點(diǎn)點(diǎn) 選用德國選用德國SIEMENSSIEMENS的的S7-200S7-200主機(jī)主機(jī)CPU226CPU226， 有開關(guān)量有開關(guān)量2424輸入輸入1616輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)， 數(shù)字量擴(kuò)展模塊數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223EM223， 提供開關(guān)量提供開關(guān)量1616輸入輸入/16/16輸出點(diǎn)輸出點(diǎn)2 2硬件設(shè)計硬件設(shè)計1 K A2 K A3 K A

18、7 K A1 0 K A9 K A4 K A5 K A6 K A1 1 K A1 2 K A8 K A1 3 K A1 4 K A1 A N2 A N3 A N1 8 A N1 9 A N2 0 A N4 A N9 A N8 A N1 6 A N1 2 A N1 5 A N1 3 A N1 7 A N2 1 A N2 2 A N2 3 A N2 4 A N1 號 風(fēng) 機(jī)2 號 風(fēng) 機(jī)2 號 生 化 泵1 號 生 化 泵集 水 池 泵反 洗 水 泵C L O 2 發(fā) 生 器1 號 調(diào) 節(jié) 泵2 號 調(diào) 節(jié) 泵柵 格 機(jī)計 量 泵2 號 溢 流 泵熱 風(fēng) 幕1 號 溢 流 泵1 號 風(fēng) 機(jī) 燈2

19、號 風(fēng) 機(jī) 燈1 號 生 化 泵 燈2 號 生 化 泵 燈1 號 調(diào) 節(jié) 泵 燈2 號 調(diào) 節(jié) 泵 燈1 號 溢 流 泵 燈2 號 溢 流 泵 燈全 自 動 準(zhǔn) 備 燈全 自 動 啟 動 燈調(diào) 節(jié) 池 自 動 燈生 化 池 自 動 燈清 水 動 啟 動 燈集 水 池 自 動 燈溢 流 泵 自 動 燈風(fēng) 機(jī) 自 動 燈生 化 半 自 動 燈報 警 燈蜂 鳴 器 1 號 風(fēng) 機(jī) 2 號 風(fēng) 機(jī) 1 號 生 化 泵 2 號 生 化 泵集 水 池 泵反 洗 水 泵 C L O 2 發(fā) 生 器 1 號 調(diào) 節(jié) 泵 2 號 調(diào) 節(jié) 泵柵 格 機(jī) 計 量 泵 1 號 溢 流 泵 2 號 溢 流 泵熱 風(fēng) 幕

20、全 自 動 準(zhǔn) 備全 自 動 開 停 調(diào) 節(jié) 池 上 上 限調(diào) 節(jié) 池 上 限調(diào) 節(jié) 池 下 限 調(diào) 節(jié) 池 下 下 限生 化 池 上 上 限生 化 池 上 限生 化 池 下 限 生 化 池 下 下 限 集 水 池 上 上 限集 水 池 上 限集 水 池 下 限 集 水 池 下 下 限 清 水 池 上 上 限清 水 池 上 限清 水 池 下 限 清 水 池 下 下 限調(diào) 節(jié) 池 自 動生 化 池 自 動清 水 池 自 動 集 水 池 自 動溢 流 泵 自 動 風(fēng) 機(jī) 自 動 生 化 半 自 動 消 除 警 報圖 1 5 - 1 5 P L C 輸 入 輸 出 接 線 圖I 0 .0I 0 .1

21、I 0 .2I 0 .6I 0 .5I 0 .4I 0 .3I 0 .7I 1 .0I 1 .1I 1 .2I 1 .6I 1 .5I 1 .4I 1 .3I 1 .7I 2 .0I 2 .1I 2 .2I 2 .6I 2 .5I 2 .4I 2 .3I 2 .7I 3 .0I 3 .1I 3 .2I 3 .6I 3 .5I 3 .4I 3 .3I 3 .7I 4 .0I 4 .1I 4 .2I 4 .6I 4 .5I 4 .4I 4 .3I 4 .71 7 A N1 8 A N1 9 A N2 3 A N2 2 A N2 1 A N2 0 A N2 4 A N1 A N2 A N3 A N7

22、 A N6 A N5 A N4 A N8 A N9 A N1 0 A N1 1 A N1 5 A N1 4 A N1 3 A N1 2 A N1 6 A NQ 0 .0Q 0 .1Q 0 .2Q 0 .6Q 0 .5Q 0 .4Q 0 .3Q 0 .7Q 1 . 0Q 1 .1Q 1 .2Q 1 .6Q 1 .5Q 1 .4Q 1 .3Q 1 .7Q 2 .0Q 2 .1Q 2 .2Q 2 .6Q 2 .5Q 2 .4Q 2 .3Q 2 .7Q 3 .0Q 3 .1Q 3 .2Q 3 .6Q 3 .5Q 3 .4Q 3 .3Q 3 .7 S 7 - 2 0 0 C P U 2 2 6E M 2

23、 2 32 4 V D C2 2 0 V A C（2 2） PLCPLC 輸輸 入入 輸輸 出出 接接 線線 圖圖 （3 3）中文顯示器）中文顯示器 操作界面選用操作界面選用TD200TD200中文文本顯示器。中文文本顯示器。 特點(diǎn)：簡潔、價格低、操作界面連接簡單不需要獨(dú)立電特點(diǎn)：簡潔、價格低、操作界面連接簡單不需要獨(dú)立電 源，用電纜連接到源，用電纜連接到S7-200CPUS7-200CPU的的PPI PPI 接口上接口上 3 3程序設(shè)程序設(shè) 計計14.3.4 14.3.4 聚合釜溫壓儀表控制系統(tǒng)聚合釜溫壓儀表控制系統(tǒng)1 1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述2 2 總體方案總體方案3 3 硬件設(shè)計硬件設(shè)計4

24、4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計1 1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述n1）工藝流程）工藝流程當(dāng)反應(yīng)物流入聚合釜中，開當(dāng)反應(yīng)物流入聚合釜中，開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生氣體，排出口引到氣相始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生氣體，排出口引到氣相色譜儀進(jìn)行在線檢測氣體的成分和含量。釜內(nèi)色譜儀進(jìn)行在線檢測氣體的成分和含量。釜內(nèi)的反應(yīng)物介質(zhì)為酸性腐蝕性氣體，且產(chǎn)生很高的反應(yīng)物介質(zhì)為酸性腐蝕性氣體，且產(chǎn)生很高的壓力。的壓力。n2）測控要求）測控要求溫度常態(tài)溫度常態(tài)200oC5oC，壓力，壓力最高最高10Mpa。要求計算機(jī)顯示屏上能實(shí)時顯要求計算機(jī)顯示屏上能實(shí)時顯示、記錄示、記錄4個釜中的個釜中的4點(diǎn)溫度與壓力的數(shù)據(jù)變化點(diǎn)溫度與壓力的數(shù)據(jù)變化，而且顯

25、示記錄參數(shù)的時間周期可以在秒、分，而且顯示記錄參數(shù)的時間周期可以在秒、分、時之間任意調(diào)整。電加熱器的功率為、時之間任意調(diào)整。電加熱器的功率為1000W、220VAC。2 2 總體方案總體方案 該例采用底層測控、上層監(jiān)視的上、該例采用底層測控、上層監(jiān)視的上、下兩層控制方案。因為整個系統(tǒng)只有下兩層控制方案。因為整個系統(tǒng)只有4個個溫度控制回路和溫度控制回路和4個壓力檢測參數(shù)，且溫個壓力檢測參數(shù)，且溫度、壓力傳感器的輸出信號均是模擬量度、壓力傳感器的輸出信號均是模擬量信號，所以底層測控裝置采用智能型數(shù)信號，所以底層測控裝置采用智能型數(shù)字儀表，同時通過字儀表，同時通過RS485現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場總線連接到

26、上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集、到上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集、信號處理、數(shù)據(jù)列表、操作顯示，以及信號處理、數(shù)據(jù)列表、操作顯示，以及人機(jī)對話等多個任務(wù)。人機(jī)對話等多個任務(wù)。3 3 硬件設(shè)計硬件設(shè)計1）工藝控制流程圖設(shè)計）工藝控制流程圖設(shè)計 （1）溫度傳感器）溫度傳感器 WREK-191E型鎧裝熱電型鎧裝熱電偶，規(guī)格偶，規(guī)格1.51003000mm。 （2）壓力傳感器）壓力傳感器 離子束薄膜壓力傳感器，離子束薄膜壓力傳感器，型號型號TQ-551，量程，量程016MPa，工作電壓，工作電壓24V，輸出電流，輸出電流420mA，精度為，精度為0.1 ，適應(yīng)，適應(yīng)于于-40+400的溫度環(huán)境，而且具

27、有高穩(wěn)定的溫度環(huán)境，而且具有高穩(wěn)定性、抗震動沖擊、耐腐蝕的全不銹鋼結(jié)構(gòu)。性、抗震動沖擊、耐腐蝕的全不銹鋼結(jié)構(gòu)。 2）測量傳感器選型）測量傳感器選型 3）溫度顯示控制儀選型）溫度顯示控制儀選型 選用選用4臺廈門宇光電子公司的臺廈門宇光電子公司的AI人工人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器智能工業(yè)調(diào)節(jié)器/溫度控制器，型號為溫度控制器，型號為AI708/A/G/S。4）壓力巡回檢測儀表選型）壓力巡回檢測儀表選型 選用廈門宇光電子公司的選用廈門宇光電子公司的AI系列儀系列儀表，型號為表，型號為AI704M/A/J5/J5/S4 。5）測控系統(tǒng)及儀表盤設(shè)計）測控系統(tǒng)及儀表盤設(shè)計 4 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計采用亞控公司的組態(tài)

28、王軟件進(jìn)行編程采用亞控公司的組態(tài)王軟件進(jìn)行編程 。14.3.5 14.3.5 基于基于PLCPLC與與IPCIPC的鍋爐的鍋爐 綜合控制系統(tǒng)綜合控制系統(tǒng) 1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述2 總體方案總體方案3 硬件構(gòu)成硬件構(gòu)成4 控制策略控制策略5 PLC軟件設(shè)計軟件設(shè)計6 操作站軟件設(shè)計操作站軟件設(shè)計1 1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 鍋爐房配備鍋爐房配備2臺臺10t/h熱水鍋爐、熱水鍋爐、1臺臺20t/h熱水鍋熱水鍋爐和爐和1臺臺6t/h蒸汽鍋爐，均為鏈條爐。其中蒸汽鍋爐蒸汽鍋爐，均為鏈條爐。其中蒸汽鍋爐用于為浴池、食堂、中央空調(diào)等提供蒸汽，必要時增用于為浴池、食堂、中央空調(diào)等提供蒸汽，必要時增加汽水換熱裝置用

29、于補(bǔ)充供熱。加汽水換熱裝置用于補(bǔ)充供熱。3臺熱水鍋爐用于全院臺熱水鍋爐用于全院教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)和家屬區(qū)的供暖。在設(shè)計中將全部供教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)和家屬區(qū)的供暖。在設(shè)計中將全部供暖面積按地勢及所處地理位置劃分成暖面積按地勢及所處地理位置劃分成5個獨(dú)立的供熱區(qū)個獨(dú)立的供熱區(qū)域，分別為高區(qū)教學(xué)區(qū)、低區(qū)教學(xué)區(qū)、高區(qū)生活區(qū)、域，分別為高區(qū)教學(xué)區(qū)、低區(qū)教學(xué)區(qū)、高區(qū)生活區(qū)、低區(qū)生活區(qū)和綜合實(shí)驗區(qū)，每個區(qū)域設(shè)置一個換熱站低區(qū)生活區(qū)和綜合實(shí)驗區(qū)，每個區(qū)域設(shè)置一個換熱站，配兩臺板式水，配兩臺板式水-水換熱器實(shí)現(xiàn)各個區(qū)域的獨(dú)立供熱。水換熱器實(shí)現(xiàn)各個區(qū)域的獨(dú)立供熱。這樣，這樣，3臺熱水鍋爐作為供熱系統(tǒng)的一次網(wǎng)循環(huán)，臺熱水鍋

30、爐作為供熱系統(tǒng)的一次網(wǎng)循環(huán)，5個個換熱站作為二次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)整個校園的供熱任務(wù)。換熱站作為二次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)整個校園的供熱任務(wù)。4臺臺鍋爐的鼓風(fēng)、引風(fēng)以及一次、二次網(wǎng)循環(huán)泵均采用變鍋爐的鼓風(fēng)、引風(fēng)以及一次、二次網(wǎng)循環(huán)泵均采用變頻調(diào)速器進(jìn)行控制。頻調(diào)速器進(jìn)行控制。 1）對象簡介）對象簡介 計算機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)1臺蒸汽鍋爐、臺蒸汽鍋爐、3臺臺熱水鍋爐和熱水鍋爐和5個換熱站的監(jiān)視和控制，具體如下。個換熱站的監(jiān)視和控制，具體如下。（1）蒸汽鍋爐的控制回路包括：蒸汽鍋爐的控制回路包括：汽包水位控制、蒸汽壓汽包水位控制、蒸汽壓力控制、鼓風(fēng)控制、爐膛負(fù)壓控制。力控制、鼓風(fēng)控制、爐膛

31、負(fù)壓控制。（2）熱水鍋爐的控制回路包括：熱水鍋爐的控制回路包括：出水溫度控制、鼓風(fēng)（出水溫度控制、鼓風(fēng)（控制、爐膛負(fù)壓控制?？刂?、爐膛負(fù)壓控制。（3）一次循環(huán)系統(tǒng)的控制回路包括：一次循環(huán)系統(tǒng)的控制回路包括：循環(huán)壓力控制、補(bǔ)循環(huán)壓力控制、補(bǔ)水壓力控制。水壓力控制。（4）二次換熱站的控制回路包括：二次換熱站的控制回路包括：循環(huán)壓力（控制、二循環(huán)壓力（控制、二次網(wǎng)出水溫度控制、補(bǔ)水壓力控制。次網(wǎng)出水溫度控制、補(bǔ)水壓力控制。 其中，蒸汽鍋爐測量點(diǎn)有汽包水位等其中，蒸汽鍋爐測量點(diǎn)有汽包水位等20個、熱水個、熱水鍋爐測量點(diǎn)鍋爐測量點(diǎn)19個、換熱站及公共部分測量點(diǎn)個、換熱站及公共部分測量點(diǎn)40個。個。 2）

32、控制任務(wù)）控制任務(wù)2 2 總體方案總體方案吸收了吸收了DCS、PLC與與FCS的各方優(yōu)的各方優(yōu)點(diǎn)，采用點(diǎn)，采用IPC+組態(tài)組態(tài)軟件軟件+PLC構(gòu)成的分構(gòu)成的分散型控制系統(tǒng)方案，散型控制系統(tǒng)方案，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由管理其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由管理層、監(jiān)控層和現(xiàn)場層、監(jiān)控層和現(xiàn)場控制層三個層次構(gòu)控制層三個層次構(gòu)成成 。3 3 硬件構(gòu)成硬件構(gòu)成1）操作站）操作站選用研華公司生產(chǎn)的選用研華公司生產(chǎn)的Pentium 4工控機(jī)，并配置工控機(jī)，并配置10/100MHz以太網(wǎng)卡和支持以太網(wǎng)卡和支持Profibus、MPI、PPI等總線方式的等總線方式的5611通通訊卡。訊卡。2）現(xiàn)場控制站）現(xiàn)場控制站 （1）1#控制站?？刂普?/p>

33、。即即PLC1控制控制1#、2#和和3#熱熱水鍋爐水鍋爐 。（2）2#控制站。控制站。即即PLC2負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)4#蒸汽鍋爐、公蒸汽鍋爐、公共部分和五個換熱站的控制與監(jiān)測任務(wù)共部分和五個換熱站的控制與監(jiān)測任務(wù) 。（3）操作臺與儀表。）操作臺與儀表。操作臺上安裝有計算機(jī)操作臺上安裝有計算機(jī)、顯示儀表、手操器及變頻器的啟動停、顯示儀表、手操器及變頻器的啟動停止按鈕等。止按鈕等。（4）變頻器。）變頻器。整個系統(tǒng)共有整個系統(tǒng)共有22臺變頻器，全臺變頻器，全部選用美國羅克韋爾公司（原美國部選用美國羅克韋爾公司（原美國AB公司）公司）的風(fēng)機(jī)、泵類專用變頻器的風(fēng)機(jī)、泵類專用變頻器PowerFlex400系系列。列

34、。4 4 控制策略控制策略1）數(shù)據(jù)采集與處理）數(shù)據(jù)采集與處理 PLC負(fù)責(zé)，采集并進(jìn)行數(shù)字濾波、負(fù)責(zé)，采集并進(jìn)行數(shù)字濾波、量綱標(biāo)度變換、熱電阻、熱電偶的線性化等處理工作。量綱標(biāo)度變換、熱電阻、熱電偶的線性化等處理工作。2）汽包水位控制）汽包水位控制采用串級加前饋構(gòu)成的三沖量控制策略采用串級加前饋構(gòu)成的三沖量控制策略 。3）蒸汽壓力控制）蒸汽壓力控制采用智能采用智能PID算法控制汽壓回路，引入算法控制汽壓回路，引入蒸汽流量做為前饋量以快速消除負(fù)荷擾動蒸汽流量做為前饋量以快速消除負(fù)荷擾動 。4）鍋爐鼓風(fēng)控制）鍋爐鼓風(fēng)控制 自動尋優(yōu)算法自動尋優(yōu)算法 。5）爐膛負(fù)壓控制）爐膛負(fù)壓控制取鼓風(fēng)量作為負(fù)壓控制回路的前饋量消取鼓風(fēng)量作為負(fù)壓控制回路的前饋量消除擾動。除擾動。6）出水溫度控制）出水溫度控制 鍋爐出水溫度