論文變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制(PLC控制)

1、目錄第一章 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用1.1變頻調(diào)速基本原理1.2變頻調(diào)速節(jié)能分析第二章 鍋爐控制系統(tǒng)原理2.1偏差控制方式2.2 PID控制方式2.3循環(huán)流量控制2.4燃燒過程控制第三章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計3.1系統(tǒng)功能分析3.2系統(tǒng)方案設(shè)計3.2.1總體設(shè)計思路3.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.3系統(tǒng)硬件配置第四章 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1系統(tǒng)主電路的設(shè)計4.2系統(tǒng)控制電路的設(shè)計4.3系統(tǒng)主要元器件的選擇4.3.1 PLC的選型4.3.2通信網(wǎng)絡(luò)配置4.3.3變頻器的選型4.3.4傳感器的選型4.3.5其他主要元器件的選擇第五章系統(tǒng)軟件的設(shè)計5.1 S7-300系列PLC簡介5.1.1 S7

2、-300編程方式簡介5.1.2 S7-300 PLC的存儲區(qū)5.2PLC控制程序設(shè)計5.2.1 PLC控制流程圖5.2.2 PLC控制程序參考文獻第一章 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用1.1變頻調(diào)速基本原理目前，隨著大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)己經(jīng)發(fā)展為一項成熟的交流調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速器作為該技術(shù)的主要應(yīng)用產(chǎn)品經(jīng)過幾代技術(shù)更新，己日趨完善，能夠適應(yīng)較為惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，且能提供較為完善的控制功能，能滿足各種生產(chǎn)設(shè)備異步電動機調(diào)速的要求。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：其中表示電機轉(zhuǎn)速;為電動機工作電源頻率;為電機轉(zhuǎn)差率;為電機磁極對數(shù)。通

3、過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交一直一交電源變換技術(shù)，集電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。1.2變頻調(diào)速節(jié)能分析變頻調(diào)速應(yīng)用于鍋爐系統(tǒng)的風(fēng)機和水泵等電機的自動控制中，其節(jié)能效果明顯。本節(jié)將以風(fēng)機節(jié)能為例，詳細分析其節(jié)能效果。水泵的節(jié)能分析類似。由流體力學(xué)的基本定律可知:風(fēng)機、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速與流量，壓力以與軸功率具有如下關(guān)系:即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。圖2-1給出了風(fēng)機中風(fēng)門調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速二種控制方式下風(fēng)路的壓力-風(fēng)量關(guān)系與功率-風(fēng)量關(guān)系。其中，曲線1是風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速下的曲線

4、，曲線2是風(fēng)機在某一較低速度下的曲線，曲線3是風(fēng)門開度最大時的曲線，曲線4是風(fēng)機在某一較小開度下的曲線可以看出當實阮工況風(fēng)量由下降到時，如果在風(fēng)機以額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的條件調(diào)節(jié)風(fēng)門開度，則工況點沿曲線1由點移到點;如果在風(fēng)門開度最大的條件下用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，則工況點沿曲線3由點移到點。顯然，點與點的風(fēng)量一樣，但點的壓力要比點壓力小得多。因此，風(fēng)機在變頻調(diào)速運行方式下，風(fēng)機轉(zhuǎn)速可大大降低，節(jié)能效果明顯。圖2-1變頻調(diào)速在風(fēng)機中的節(jié)能分析曲線5為變頻控制方式下的曲線，曲線6為風(fēng)門調(diào)節(jié)方式下的曲線?？梢钥闯觯谝粯拥娘L(fēng)量下，變頻控制方式比風(fēng)門調(diào)節(jié)方式能耗更小，二者之差可由下述經(jīng)驗公式表示:其中為風(fēng)機

5、運行時實際風(fēng)量；為風(fēng)門開度為最大，且電機運行在額定轉(zhuǎn)速時的風(fēng)量；為風(fēng)門開度為最大，且電機運行在額定轉(zhuǎn)速時的功率。假設(shè)有一臺lO的熱水鍋爐:引風(fēng)機:55，鼓風(fēng)機:22，共7則由變頻調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)相比較可知:80%風(fēng)量時每小時節(jié)能=28.36660%風(fēng)量時每小時節(jié)能=41.888如果按全年運行7000小時計算，其中80%風(fēng)量運行5000小時:60%風(fēng)量運行2000小時，則全年節(jié)能由此可見，其節(jié)能效果非常顯著。目前，變頻調(diào)速技術(shù)己逐漸為許多企業(yè)所認識和接受，隨著這項技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，它必將得到更加廣泛的應(yīng)用，也必將為認識和接受它的企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。第二章 鍋爐控制系統(tǒng)原理2.1 偏差控制方

6、式偏差控制是指當熱工參數(shù)實際采集值與用戶設(shè)定值之間存在偏差時，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)某些量來減小偏差，直至實際采集值等于用戶設(shè)定值為止。但這只是一種理想設(shè)計，在實際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)誤差的存在，實際采集值不可能等于用戶設(shè)定值。因此，引入“回差”的概念，即給用戶設(shè)定值一個可以接受的圍，在此圍都可認為達到系統(tǒng)設(shè)定值。例如鍋爐的出水溫度設(shè)定值為，溫控回差為，則當出水溫度滿足式(3-1)時即可。(3-1)2.2 PID控制方式偏差控制只能輸出開關(guān)量信號，對于連續(xù)調(diào)節(jié)的設(shè)備，則需要過程控制系統(tǒng)中最常用的控制規(guī)律-PID控制方式。PID控制，即按偏差的比例(P)、積分(1)、微分(D)控制，是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的

7、一種控制規(guī)律。實際運行的經(jīng)驗和理論的分析都表明，運用這種控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進行控制時，都能得到滿意的結(jié)果。PID調(diào)節(jié)器既能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性，又能加快過渡過程，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，是一種比較完善的調(diào)節(jié)規(guī)律，主要應(yīng)用于溫度控制和壓力控制等過程控制系統(tǒng)中，以克服時間響應(yīng)滯后，得到較好的控制指標。 PID被控對象 + - 圖3-1 PID控制系統(tǒng)1、 PID控制器的基本形式PID控制分兩種基本形式，即模擬PID控制器和數(shù)字PID控制器。模擬PID控制器如圖3-1所示，理想控制規(guī)律為 （3-2）其中，為比例增益，與比例帶成倒數(shù)關(guān)系，即，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)，為

8、控制量，為偏差。比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除靜態(tài)誤差，過大，可能會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作屏就不斷地積累，輸出控制量以消除靜態(tài)誤差，因而，只要有足夠的時間積分作用將能完全消除誤差，但調(diào)節(jié)動作緩慢；微分控制加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減少調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。在計算機控制系統(tǒng)中減少調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。PID控制規(guī)律的實現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當采樣周期足夠短時，用求和代替積分，使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠?，如式?-3）所示。 （3-3）增量型的控制方程為: （3-4）其中稱為比例增益；稱為積分系數(shù)；稱為

9、微分系數(shù)。以上是PID控制的理論控制方程，但在實際應(yīng)用中，要根據(jù)控制系統(tǒng)的特點，做適當?shù)母倪M。2、 PID控制器的改進計算機控制是一種比較準確的控制方式，只要系統(tǒng)偏差存在且大于傳感器的精度圍，計算機就不斷進行控制量增量的計算，并輸出相應(yīng)的控制信號給執(zhí)行機構(gòu)，改變執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)，這樣容易產(chǎn)生某些動作過于頻繁而引起振蕩。為避免控制動作過于頻繁以消除振蕩，在實際工程應(yīng)用中，通常在PID控制系統(tǒng)中增加一個死區(qū)環(huán)節(jié)，相應(yīng)的算式為 （3-5）其中: 為人為設(shè)定的一個死區(qū)，是一個可調(diào)參數(shù)，其具體數(shù)值可根據(jù)實際控制對象由試驗確定。太小，使調(diào)節(jié)過于頻繁，達不到穩(wěn)定控制量的目的；太大，則系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的滯后。在鍋

10、爐的燃燒控制系統(tǒng)中，為避免風(fēng)機和爐排轉(zhuǎn)速頻繁地改變，可適當?shù)貫槌鏊疁囟仍O(shè)定一個死區(qū)，如，1。在鍋爐控制系統(tǒng)中，當啟動/停止電機或大幅度改變溫度、壓力等設(shè)定值時，由于短時間產(chǎn)生很大的偏差，往往會產(chǎn)生嚴重的積分飽和現(xiàn)象，以致造成很大的超調(diào)和長時間的振蕩。為克服這個缺點，可采用積分分離的方法，即偏差較大時，取消積分作用;當偏差較小時才將積分作用投入。亦即：當時，采用PD控制:當時，采用PID控制。積分分離閥值應(yīng)根據(jù)具體對象與控制要求確定。例如出水溫度的控制，可以選定為5或10等，依據(jù)控制精度要求而定。綜上所述，鍋爐控制系統(tǒng)中燃燒控制和水泵控制所采用的PID控制方式，作出死區(qū)設(shè)定和積分分離兩項改進措施

11、，以達到穩(wěn)定控制溫度和壓力等信號的目的。3、經(jīng)驗湊試法整定P舊參數(shù)PID控制器參數(shù)整定主要整定比例系數(shù)K,、積分時間界和微分時間幾等參數(shù)。增大比例系數(shù)一般會加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于消除靜差。但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變差。增大積分時間常數(shù),相當于減小積分系數(shù)，積分作用減弱，有利于減小超調(diào)，減小振蕩，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之變慢。增大微分時間常數(shù)有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱，對擾動有較敏感的響應(yīng)。在湊試時，可參考3個參數(shù)對控制過程的影響趨勢，對參數(shù)實行先比例，后積分，再微分的整定步驟。(1)首先整定比例卻分。即將比例系數(shù)由小變大，并觀

12、察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有消除靜差或靜差己小到允許圍，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，那么只須用比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)可由此確定。(2)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計要求，則須加入積分環(huán)節(jié)。整定時首先置積分時間T,為一較大值并將經(jīng)第夕步整定得到的比例系數(shù)，略為減小(如縮小為原值的0.8倍)，然后減小積分時間，使在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過程中，可根據(jù)控制效果反復(fù)改變比例系數(shù)與積分時間,，以期得到滿意的控制過程和整定參數(shù)。(3)若使用比例積分調(diào)節(jié)器(PI控制器)消除了靜差，但動態(tài)過程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成完

13、整的PID控制器。在整定時，可先置微分時間為零。在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大，同時相應(yīng)地改變比例系數(shù)和管道，積分時間，逐步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。3.2循環(huán)流量控制鍋爐管網(wǎng)系統(tǒng)的一個任務(wù)是通過循環(huán)泵將出水缸的熱水輸送到用戶供熱并回到回水缸。循環(huán)流量控制同樣采用偏差控制和PID控制相結(jié)合的控制方式。偏差控制設(shè)定出水壓力圍，當出水壓力實際值不在設(shè)定圍時，調(diào)節(jié)流量，直到出水壓力達到要求為止。PID控制在偏差控制的基礎(chǔ)上對出水壓力進行微調(diào)，其原理如圖3-3所示。循環(huán)泵系統(tǒng)根據(jù)出水壓力的設(shè)定值與采集到的出水壓力的實時數(shù)據(jù)，通過PID算法將出水壓力值控制在設(shè)定值附近。其控制采用前述改進PID控

14、制算法與參數(shù)整定方法。壓力調(diào)節(jié)PID變頻器管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)定值 出水壓力 圖3-3循環(huán)流量PID控制原理圖3.3燃燒過程控制供暖鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個多變量輸入、多變量輸出、大慣性、大滯后且相互影響的一個復(fù)雜系統(tǒng)。當鍋爐的負荷變化時，所有的被調(diào)量都會發(fā)生變化，而當改變?nèi)我徽{(diào)節(jié)量時，也會影響到其他被調(diào)量。鍋爐燃燒過程自動控制的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)負荷的需要，同時還要保證鍋爐安全經(jīng)濟運行。燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有三點:(1)穩(wěn)定鍋爐的出水溫度，始終保持在設(shè)定值附近。出水溫度的設(shè)定值與室外溫度以與消耗熱量(負荷)的變化相關(guān)，以出水溫度為信號，改變?nèi)济毫亢惋L(fēng)煤比，達到出水溫度與設(shè)定值一致。同時測

15、量系統(tǒng)的回水溫度和爐膛溫度，若回水溫度過低則適當加大給煤量，反之則適當減少給煤量;若爐膛溫度過高則適當減少給煤量，反之則適當加大給煤量。(2)保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟性。對于給定出水溫度的情況下，需要調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與給煤量的比例，使鍋爐運行在最佳燃燒狀態(tài)。開始運行時，可根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定風(fēng)煤比，使耗煤量與鼓風(fēng)量成比例關(guān)系，同時根據(jù)出水溫度的變化對鼓風(fēng)量進行前饋控制，然后通過測量煙氣含氧量，運用偏差控制調(diào)節(jié)風(fēng)煤比，使燃煤充分燃燒。(3)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與引風(fēng)量，保持爐膛壓力在一定的負壓圍。爐膛負壓的變化，反映了引風(fēng)量與鼓風(fēng)量的不相適應(yīng)。如果爐膛負壓太小，爐膛容易想外噴火，危與設(shè)備與工作人員的安全。負壓過大，爐膛的

16、漏風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機的電耗和煙氣帶走的熱量損失。本系統(tǒng)中根據(jù)鼓風(fēng)量的變化，對引風(fēng)量進行前饋控制。根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定爐膛負壓，并測量爐膛負壓，運行PID算法控制爐膛負壓保持在一定的圍，從而調(diào)節(jié)引風(fēng)量，確定引風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。第四章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計4.1系統(tǒng)功能分析本系統(tǒng)供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，主要由進口變頻器、可編程控制器、壓力變送器、溫度變送器和泵房機組以與電氣控制柜等組成。根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)具有以下功能：(1)手動/自動控制電動機起?？刂埔缶哂凶詣雍褪謩觾煞N功能。通過工控機和可編程控制器對鍋爐系統(tǒng)中的鼓風(fēng)機、引風(fēng)機、爐排電機、循環(huán)泵和補水泵實現(xiàn)控制。工作泵出現(xiàn)故障后自動切換到備用泵。(2)過溫超

17、過報警按要求，鍋爐控制系統(tǒng)必須包含超溫超壓報警功能，當系統(tǒng)中的溫度、壓力等信號超過上下限時，必須提示報警信息，對某些重要參數(shù)，還設(shè)置了報警聯(lián)動功能，即超限時停爐或停泵處理。(3)監(jiān)控設(shè)計根據(jù)用戶需求，人機界面與故障報警功能，計算機還可以產(chǎn)生相應(yīng)的各種參數(shù)報表，供隨時查詢和打印參數(shù)變化實時趨勢圖和歷史趨勢圖、報警記錄和數(shù)據(jù)記錄報表等。(4)系統(tǒng)性能指標出水溫度要求80回水溫度要求40出口壓力為50Pa4.2系統(tǒng)方案設(shè)計4.2.1總體設(shè)計思路本文針對供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，設(shè)計一套基于變頻調(diào)速技術(shù)的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。鍋爐供暖系統(tǒng)中的風(fēng)機和水泵通過變頻器來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，通過工控機和可編程控制器對鍋爐系統(tǒng)

18、中的鼓風(fēng)機、引風(fēng)機、爐排電機、循環(huán)水泵實現(xiàn)控制?？刂葡到y(tǒng)以兩臺工業(yè)控制機作為上位機，以西門子S7-300可編程控制器為下位機。上位機采用高可靠性的工業(yè)控制計算機，通過監(jiān)控軟件完成人機界面與故障報警功能，下位機采用西門子公司S7-300可編程控制器，實現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的自動控制，控制水平和硬件可靠性大大提高。4.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)屬于熱水鍋爐供暖系統(tǒng)，主要通過熱水循環(huán)給用戶供暖，一般分為燃燒控制系統(tǒng)、循環(huán)泵控制系統(tǒng)和補水泵控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用集中控制，分為三層，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-l所示:主控機西門子S7-300系列可編程序控制器輔控機變頻器變頻器變頻器電氣控制回路電氣控制回路電氣控制

19、回路傳感器與變送器傳感器與變頻器傳感器與變頻器1#引風(fēng)機2#鼓風(fēng)機3# 、4#循環(huán)泵圖4-1 鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖管理層: 系統(tǒng)采用兩臺工控機作為上位機，其中一臺作為主控機，另一臺為輔控機，構(gòu)成雙機冗余系統(tǒng)。通過MPI多點接口與下位機PLC進行通訊，對現(xiàn)場鍋爐的運行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)對鍋爐的遠程控制。操作人員也隨時可以通過計算機，了解現(xiàn)場每臺鍋爐的運行狀況，并對風(fēng)機、水泵等電機進行啟?？刂坪蛥?shù)設(shè)定。另一方面，關(guān)于鍋爐運行與網(wǎng)管系統(tǒng)的各種歷史數(shù)據(jù)，則存儲在計算機的數(shù)據(jù)庫中。在需要的時候，可以在計算機顯示器上顯示，或由打印機打印出來。現(xiàn)場控制層: 該層以西門子S7-300系列可編程控

20、制器為核心，一方面通過MPI多點接口與上位機通訊，接收上位機管理層的控制命令。另一方面運用RS-485總線與各變頻器進行通信，分別對鼓、引風(fēng)機、爐排電機、循環(huán)泵和補水泵等進行啟?？刂坪碗姍C的轉(zhuǎn)速設(shè)定，一旦電機啟動完畢，即使PLC與上位機通訊故障，系統(tǒng)仍能正常運行?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與變送層: 這一層是集散控制系統(tǒng)的最底層，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理和變送等工作。這些數(shù)據(jù)主要包括鍋爐的出水溫度、出水壓力、鍋筒壓力、爐膛溫度、爐膛壓力以與總出水溫度、總出水壓力、總回水壓力等。變送器將采集的溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號并傳送給可編程控制器進行數(shù)據(jù)處理。4.3系統(tǒng)硬件配置(1)主機系統(tǒng)采用兩臺

21、工業(yè)控制計算機，其中一臺為主控機，另一臺為輔控機，分別安裝于主控室和輔控室，構(gòu)成雙機冗余系統(tǒng)。監(jiān)控組態(tài)用三維力控組態(tài)軟PCAuto3.6，力控是運行在Windows98/NT/2000/XP操作系統(tǒng)上的一種監(jiān)控組態(tài)軟件。使用力控用戶可以方便、快速地構(gòu)造不同需求的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。(2)可編程控制器本系統(tǒng)選用西門子公司S7-300系列可編程控制器，S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。模塊化，無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等控制要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟的解決方案。多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能I/O擴

22、展模塊(包括信號模塊SM、通信處理器CP、接口模塊IM等)，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊。(3)儀表設(shè)備為了提高儀表的抗干擾能力，選用DDZ-III型儀表，儀表輸出為4-20mA電流，保證系統(tǒng)的可靠性。儀表主要包括:溫度變送器、流量變送器、壓力變送器、液位變送器、微壓變送器、含氧量變送器等。 (4)變頻控制室包括電源控制柜、鍋爐變頻控制柜、循環(huán)泵變頻控制柜。變頻器全部采用日本三菱公司FR系列低噪聲、高性能、多功能變頻器，根據(jù)電機功率選擇不同的型號?？刂乒衽渲酶鞣N型號大小的斷路器、接觸器(施耐德)、繼電器等低壓電器設(shè)備，以完成電機的啟、?？刂?。第五章 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計5.1系統(tǒng)

23、主電路的設(shè)計根據(jù)本設(shè)計的要求，本系統(tǒng)風(fēng)機和循環(huán)泵采用變頻啟動和調(diào)速。變頻器輸入電源前面接入一個自動空氣開關(guān)，來實現(xiàn)電機、變頻器的過流過載保護接通，雖然變頻器本身就有欠壓、過壓，過流、過載等保護功能，但是對于有工頻運行的水泵電動機，還需要在工頻電源下面接入相應(yīng)的熱繼電器，來實現(xiàn)電機的過流過載保護。圖5-1控制系統(tǒng)的主回路本系統(tǒng)采用4臺變頻器連接4臺電動機，其中1號變頻器控制引風(fēng)電機，功率為90KW，變頻工作方式，電機通過一個接觸器和變頻器輸出電源相聯(lián)，2號變頻器控制鼓風(fēng)機，功率為37KW，變頻工作方式，電機通過一個接觸器與變頻輸出電源連接。3號變頻器控制一臺循環(huán)泵，4號變頻器控制一臺循環(huán)泵，功率

24、都為75KW，一臺作為備用，均采用變頻工作方式。補水泵，爐排電機等采用工頻運行方式，功率為5KW。變頻器主電路電源輸入端子(R, S, T)經(jīng)過隔離開關(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機上，如圖5-1所示。按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，使接觸器線圈KM1、KM2、KM3帶電并保持，從而使接觸器KM1、KM2、KM3動作，1#變頻器、3#變頻器接通電源，電動機變頻運行。5.2系統(tǒng)控制電路的設(shè)計在控制電路的設(shè)計中，首先要考慮弱電和強電之間的隔離的問題。在整個控制系統(tǒng)中，所有控制電機、接觸器的動作，都是按照PLC的程序邏輯來完成的。為了保護PLC設(shè)備，PLC輸

25、出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機動作。在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實現(xiàn)系統(tǒng)中的強電和弱電之間的隔離，保護系統(tǒng)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強系統(tǒng)工作的可靠性。系統(tǒng)要實現(xiàn)手動自動、欠壓、過壓保護，電機的故障指示，變頻器的故障指示以與報警輸出，模擬量的輸入、輸出模塊。 控制電路中還必須考慮系統(tǒng)電機的當前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計，為了節(jié)省PLC的輸出端口，在電路中可以采用PLC輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機指示燈的亮和熄滅，指示當前系統(tǒng)電機的工作狀態(tài)。其控制電路圖如圖5-2所示。引風(fēng)機變頻調(diào)速控制電路如圖2-1所示。手

26、動控制時，首先扳動轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1,使電動機啟動時，按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1吸合并自保，電動機啟動,運行指示燈HL1亮。當接觸器KM1吸合時，中間繼電器KA1接通，變頻器STF接通，變頻器啟動。當變頻器故障輸出時，開始報警HA1鈴響，報警指示燈亮。按下復(fù)位按鈕SB3，中間繼電器KA2接通，常閉觸頭KA2打開，解除報警，變頻器停止運行。使電動機停止時，按下按鈕SB2，接觸器線圈失電，主觸頭KM1打開，電動機停止。自動控制時，扳動轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1，通過PLC編程控制，來完成電動機的自動控制。圖5-2 控制系統(tǒng)的控制回路5.3系統(tǒng)主要元器件的選擇5.3.1 PLC的選型一、PLC系統(tǒng)配置根據(jù)系統(tǒng)

27、控制要求，統(tǒng)計出本系統(tǒng)對主PLC的I/O總能力要求為:開關(guān)量輸入64點，開關(guān)量輸出32點，模擬量輸入8通道。綜合考慮系統(tǒng)對PLC運算能力的要求等因素，選用西門子的S7-300系列PLC，CPU模塊選用CPU315-2DP。具體配置如圖5-4所示: 圖5-4 配置圖PSCPU IMDI（1）DI（2）DO（1）DO（2）AI AO6ES7 307-1KA00-0AA06ES7 315-3AF00-0AB06ES7 360-3AA01-0AA06ES7 321-1BL00-0AA06ES7 321-1BL00-0AA06ES7 322-1HH01-0AA06ES7 322-1HH01-0AA06E

28、S7 331-7KF02-0AB06ES7 332-5HD01-0AB0S7- 300系列可編程控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各個單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。系統(tǒng)組成:(l)電源負載模塊(PS307)：用于將SIMATIC S7-300連接到120/230VAC電源，輸出24VD，它與CPU模塊和其他信號模塊之間通過電纜連接，而不是通過背板總線誰接。(2)中央處理單元(CPU315-2DP)：集成128KRAM，用MMC存儲卡最大可擴展到8MB；對二進制何浮點運算具有較高的處理性能；可用于大規(guī)模的I/O配置；集成有PROFIBUS-DP接口；CPU模塊除完成執(zhí)行用戶程序的主要任務(wù)外，還為

29、S7-300背板總線提供5V直流電源，并通過MPI多點接口與其他中央處理器或編程裝置通信。(3)接口模塊(IM360)：用于多機架配置時連接主機架(CR)和擴展機架(ER)。如果用戶的自控系統(tǒng)任務(wù)需要多于8個信號模塊或通信處理器時，可通過IM360擴展1個機架，最長1米，每個機架上可以插入8個模塊，電源也是由此擴展提供。(4)信號模塊(SM)：使不同的過程信號電平和57-300的部信號電平相匹配，主要數(shù)字量輸入模塊SM321、數(shù)字量輸出模塊SM322、模擬量輸入模塊SM331、模擬量輸出模塊SM332等。每個信號模塊都配有自編碼的螺緊型前連接器，外部過程信號可方便地連在信號模塊的前連接器上。特

30、別指出的是模擬量輸入模塊獨具特色，它可以接入熱電偶、熱電阻、4-20mA電流、0-10V電壓等18種不同的信號，輸入量程圍很寬。(5)通訊處理器(CP340)：西門子公司實現(xiàn)點到點串口通信的低成本解決方案口：RS232C(V24)；20mA(TTY)；RS422/485(X.27)。固化有3964(R)協(xié)議和ACSII協(xié)議兩個標準通信協(xié)議。二、PLC的I/O分配表PLC輸入、輸出點數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計要求和所需控制的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以確定。（1）PLC的開關(guān)輸入端口包括系統(tǒng)的啟動、停止按鈕，電機啟動、停止按鈕，手動/自動按鈕、變頻器故障與檢修復(fù)位、以與變頻器工頻、變頻運行信號，另外PLC輸入

31、端口還包括電動機的熱保護繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開觸點。其開關(guān)輸入端口的分配如表5-5所示。表5-5 開關(guān)量輸入分配表序號 名稱文字符號端口地址 11#引風(fēng)機手動/自動SA1I0.0 21#引風(fēng)機停止SB1I0.1 31#引風(fēng)機啟動SB2I0.2 41#引風(fēng)機故障KH1I0.3 52#鼓風(fēng)機手動/自動SA2I0.4 62#鼓風(fēng)機停止SB3I0.5 72#鼓風(fēng)機啟動SB4I0.6 82#鼓風(fēng)機故障KH2I0.7 93#循環(huán)泵手動/自動SA3I1.0 103#循環(huán)泵停止SB5I1.1 113#循環(huán)泵啟動SB6I1.2 123#循環(huán)泵故障KH3I1.3 134#循環(huán)泵手動/自動SA4I1.

32、4 144#循環(huán)泵停止SB7I1.5 154#循環(huán)泵啟動SB8I1.6 164#循環(huán)泵故障KH4I1.7 171#變頻器故障KA2I2.0 182#變頻器故障KA3I2.1 193#變頻器故障KA5I2.2 204#變頻器故障KA6I2.3 211#變頻器報警控制KA7I2.4 222#變頻器報警控制KA8I2.5 233#變頻器報警控制KA9I2.6 244#變頻器報警控制KA10I2.7251#工頻電動機手動/自動SA5I3.0 261#工頻電動機停止SB9I3.1 271#工頻電動機啟動SB10I3.2 281#工頻電動機故障KH5I3.3 292#工頻電動機手動/自動SA6I3.4 3

33、02#工頻電動機停止SB11I3.5 312#工頻電動機啟動SB12I3.6 322#工頻電動機故障KH6I3.7 333#工頻電動機手動/自動SA7I4.0 343#工頻電動機停止SB13I4.1 353#工頻電動機啟動SB14I4.2 363#工頻電動機故障KH7I4.3 374#工頻電動機手動/自動SA8I4.4 384#工頻電動機停止SB15I4.5 394#工頻電動機啟動SB16I4.6 404#工頻電動機故障KH8I4.7 415#工頻電動機手動/自動SA9I5.0 425#工頻電動機停止SB17I5.1 435#工頻電動機啟動SB18I5.2 445#工頻電動機故障KH9I5.3

34、 456#工頻電動機手動/自動SA10I5.4 466#工頻電動機停止SB19I5.5 476#工頻電動機啟動SB20I5.6 486#引風(fēng)機手動/自動KH10I5.7 497#工頻電動機手動/自動SA11I6.0 507#工頻電動機停止SB21I6.1 517#工頻電動機啟動SB22I6.2 527#工頻電動機故障KH11I6.3 538#工頻電動機手動/自動SA12I6.4 548#工頻電動機停止SB23I6.5 558#工頻電動機啟動SB24I6.6 568#工頻電動機故障KH12I6.7 579#工頻電動機手動/自動SA13I7.0 589#工頻電動機停止SB25I7.1599#工頻電

35、動機啟動SB26I7.2 609#工頻電動機故障KH13I7.3 6110#工頻電動機手動/自動SA14I7.4 6210#工頻電動機停止SB27I7.5 6310#工頻電動機啟動SB28I7.6 6410#工頻電動機故障KH14I7.7（2）PLC的輸出端口包括各種故障指示以與變頻器故障給PLC的信號，PLC與這些交流接觸器的連接是通過中間繼電器來實現(xiàn)的，可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強電和弱電之間的隔離，保護PLC設(shè)備，增強系統(tǒng)工作的可靠性。以上的配置都留有余量，為以后的系統(tǒng)擴展提供方便。開關(guān)輸出端口的分配表如5-6所示。表5-6 開關(guān)量輸出分配表序號 名稱文字符號端口地址 11#引風(fēng)機控制KM1Q

36、8.0 2 2#鼓風(fēng)機控制KM2Q8.1 3 3#循環(huán)泵控制KM3Q8.2 4 4#循環(huán)泵控制KM4Q8.3 5 1#變頻器啟動/停止KA1Q8.4 6 2#變頻器啟動/停止KA11Q8.5 7 3#變頻器啟動/停止KA12Q8.6 8 4#變頻器啟動/停止KA13Q8.7 91#工頻電動機控制KM5Q9.0 10 2#工頻電動機控制KM6Q9.1 11 3#工頻電動機控制KM7Q9.2 12 4#工頻電動機控制KM8Q9.3 13 5#工頻電動機控制KM9Q9.4 14 6#工頻電動機控制KM10Q9.5 15 7#工頻電動機控制KM11Q9.6 16 8#工頻電動機控制KM12Q9.7 1

37、7 9#工頻電動機控制KM13Q10.0 18 10#工頻電動機控制KM14Q10.1 19 1#引風(fēng)機機啟動指示HL1Q10.220 1#引風(fēng)機機停止指示HL2Q10.3 21 2#鼓風(fēng)機機啟動指示HL3Q10.4 22 2#鼓風(fēng)機機停止指示HL4Q10.5 23 3#循環(huán)泵機啟動指示HL5Q10.6 24 3#循環(huán)泵機停止指示HL6Q10.7 254#循環(huán)泵機啟動指示HL7Q11.0 26 4#循環(huán)泵機停止指示HL8Q11.1 27 1#變頻器報警指示HL9Q11.2 28 2#變頻器報警指示HL10Q11.3 293#變頻器報警指示HL11Q11.4 304#變頻器報警指示HL12Q11

38、.5 31備用-Q11.6 32備用-Q11.7(3)模擬量輸入輸出點的分配表表5-7 模擬量輸入分配表序號 名稱文字符號端口地址 1 溫度模擬量采集 -CH0 2 水位模擬量采集 -CH1 3 壓力模擬量采集 -CH2表5-8 模擬量輸出分配表序號 名稱文字符號端口地址 11#變頻器頻率調(diào)節(jié)-QI0 22#變頻器頻率調(diào)節(jié) -QI1 33#變頻器頻率調(diào)節(jié) -QI2 44#變頻器頻率調(diào)節(jié) -QI35.3.2通信網(wǎng)絡(luò)配置在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置中，圖中上位機采用兩臺研華工控機IPC610，構(gòu)成雙機冗余系統(tǒng)，每臺工控機配置一塊西門子CP5611MPI多點接口通訊卡，通過MPI接口與下位機S7-300進行通訊

39、。下位機采用S7-300系列PLC，CPU315一2DP，部集成有MPI接口，用于與上位機全局通訊、PLC在線編程。配置CP340RS一422/485通訊模塊，通過RS一485總線傳輸接口與4臺三菱變頻器進行通訊。 本系統(tǒng)中S7-300通過CP340與1-4#變頻器之間的通信，設(shè)置CP340參數(shù)，通信協(xié)議設(shè)置為ASCll協(xié)議，選擇自由信息報文格式，波特率9.6bps。然后按照變頻器通信協(xié)議在PLC程序中組建發(fā)送數(shù)據(jù)報文，設(shè)定變頻器頻率，讀取變頻器頻率、電流、電壓、功率等參數(shù)。5.3.3變頻器的選型變頻器是把電壓，頻率固定的交流電變換成電壓，頻率分別可調(diào)的交流電的變換器。變頻調(diào)速器與外界的聯(lián)系點

40、基本上分三部分：一是主電路接線端，包括工頻電網(wǎng)的輸入端（R，S，T），接電機的頻率，電壓連續(xù)可調(diào)的輸出端（U，V，W）。二是控制端子，包括外部信號控制變頻調(diào)速器工作的端子，變頻帶調(diào)速器工作狀態(tài)指示端子，變頻器與微機或其他變頻的通訊接口。三是操作面板包括液晶顯示屏和鍵盤。一、變頻器頻率圍的設(shè)定1、基本頻率與最高頻率電動機的額定頻率稱為變頻器的基本頻率，當頻率給定信號為最大值時，變頻器的給定頻率，稱為最高頻率，在上升時間一定的情況下，最高頻率決定了變頻器輸出頻率的變化速度。2、上限頻率與下限頻率上限頻率與下限頻率是調(diào)速控制系統(tǒng)所要求變頻器的工作圍，它們的大小應(yīng)根據(jù)實際工作情況設(shè)定。二、變頻器與其型

41、號根據(jù)設(shè)計題目要求，按照電動機的額定功率，最大使用電機容量，本設(shè)計選用三菱FR-F540(L)-SFR-F540L-S系列變頻器節(jié)能型、一般負載適用FRF500（L）1.功率圍：75900KW（3相380V，F(xiàn)RF540（L）系列）2采用最佳勵磁控制方式，實現(xiàn)更高節(jié)能運行。3置PID，變頻器/工頻切換和可以實現(xiàn)多泵循環(huán)運行功能。4柔性PWM，實現(xiàn)更低噪音運行。5置RS485通信口。675KW以上隨機帶DC電抗器技術(shù)規(guī)格：FR-F540L-S系列型號FR-F540L-CH400VS75KS90KS110KS132KS160KS185KS220KS250KS315KS400K適用電機容量（KW)(

42、注1）輕載變轉(zhuǎn)矩7590110132160185220250315400可變轉(zhuǎn)矩7590110110132160185220280375輸出額定電流（A）輕載變轉(zhuǎn)矩144180216260302360432477610750可變轉(zhuǎn)矩144180214216260302360432547722過載能力（注3）輕載變轉(zhuǎn)矩110% 60s秒 (反時限特性)可變轉(zhuǎn)矩120% 60秒 ,150% 0.5秒 (反時限特性)電壓（注4）三相，380V至480V 電源額定輸入交流電壓/頻率三相，380V至480V 50Hz/60Hz交流電壓允許波動圍323至528V 50Hz/60Hz頻率允許波動圍±

43、;5%電源容（KVA)(注5）輕載變轉(zhuǎn)矩110137165198230274329363464571變轉(zhuǎn)矩110137165165198230274329417550保護結(jié)構(gòu)開放型（IP00）冷卻方式強制風(fēng)冷大約重量（kg)415766666668120120 220235(注)：1.表示適用電機容量是以使用三菱標準4極電機時的最大適用容量。2.額定輸出容量是指,輸出電壓為200V級時，220V時的容量；輸出電壓為400V級時，440V時的容量。 3.過載能力是以過電流與變頻器的額定電流之比的百分數(shù)(%)表示的。反復(fù)使用時，必須等待變頻器和電機降到100%負荷時的溫度以下。 4.最大輸出電壓不

44、能大于電源電壓，在電源電壓以下可以任意設(shè)定最大輸出電壓。 5.電源容量隨著電源側(cè)的阻抗(包括輸入電抗器和電線)的值而變化。 本設(shè)計所所選變頻器的型號：基本型號最大使用電機容量（KW ）輸出額定電流（A）電壓等級（v）FR-F540L-90K-CH90180400FR-F540-37K-CH3770400FR-F540L-75K-CH75144400FR-F540L-75K-CH751444005.3.4傳感器的選型一、壓力傳感器的選型本設(shè)計中采用CYB-20S普通型壓力傳感器。CYB-20S系列壓力變送器使用CYB-10S壓力傳感器為敏感元件,和電子線路做成一體化結(jié)構(gòu)，輸出為420mA、05V

45、標準信號, 適合工業(yè)自動化系統(tǒng)配套。CYB-20S為圓柱型全不銹鋼結(jié)構(gòu)，體積小，零點和靈敏度可從外部直接調(diào)整，使用方便。二、液位傳感器的選型本設(shè)計采用光電傳感器OPG-01，該光電傳感器包含一個紅外LED和光接收器。從LED的光直接到達傳感器頂端的棱鏡，當沒有液體存在時，LED中的光在棱鏡中被反射到接受器。當上升的液體侵入棱鏡時，光被折射到液體中，只有少許或無光到達接受器。感應(yīng)這個變化，接受器開動了單元中的電動開關(guān)，外部報警或控制電路從而工作。5.3.5其他主要元器件的選擇1、根據(jù)題目設(shè)計依據(jù)，主要參數(shù)計算。額定電流的計算：90KW引風(fēng)機的額定電流：(A)37KW鼓風(fēng)機的額定電流：(A)75K

46、W循環(huán)泵的額定電流：(A)5KW工頻電動機的額定電流：(A)2、選擇電器元件，編制電器原理圖元件明細表，見表附錄1。第六章系統(tǒng)軟件的設(shè)計6.1 S7-300系列PLC簡介6.1.1S7-300編程方式簡介S7-300的編程語言是STEP7，STEP7繼承了STEPS語言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的優(yōu)點，用文件塊的形式管理用戶程序與程序運行所需的數(shù)據(jù)。如果這些文件塊是子程序，可以通過調(diào)用語句，將他們組成結(jié)構(gòu)化用戶程序。這樣，PLC的程序組織明確，結(jié)構(gòu)清晰，易于修改。STEP7支持的編程語言非常豐富，有LAD(梯形圖)、STL以語句表)、SCL(標準控制語言)、FBD(功能塊圖)、GRAPH(順序控制)、Hi

47、Graph(狀態(tài)圖)、CFC(連續(xù)功能圖)等，用戶可以選擇一種編程，如果需要，也可以混合幾種語言編程。這些編程語言都是面向用戶的，它使控制程序的編程大大簡化，對用戶來說，開發(fā)、輸入、調(diào)試和修改程序極為方便。本系統(tǒng)中主要采用LAD(梯形圖)和STL(語句表)兩種語言編程。LAD(梯形圖)語言最接近于繼電器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計算機語言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計和運行維護人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。STL(語句表)語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領(lǐng)域

48、的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言。通常，用戶程序由組織塊(OB)、功能塊(FB，F(xiàn)C)、數(shù)據(jù)塊(DB)構(gòu)成。其中OB是系統(tǒng)操作程序與用戶應(yīng)用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。OB塊根據(jù)操作系統(tǒng)調(diào)用的條件(如時間中斷、報警中斷等)分成幾種類型，這些類型有不同的優(yōu)先級，高優(yōu)先級的OB可以中斷低優(yōu)先級的OB。每個S7 CPU包含一套可編程OB塊(隨CPU而不同)，不同的OB塊執(zhí)行特定的功能。OBI是主程序循環(huán)塊，在任何情況下，它都是需要的。根據(jù)過程控制的復(fù)雜程度，可將所有程序放入OB1中進行線性編程，或?qū)⒊绦蛴貌煌倪壿媺K加以結(jié)構(gòu)化，通過OBI調(diào)用這些邏

49、輯塊。除了OB1，操作系統(tǒng)可以調(diào)用其它的OB塊以響應(yīng)確定事件。其他的OB塊隨所用的CPU性能和控制過程的要求而定。功能塊(FB，F(xiàn)C)實際上是用戶子程序，分為帶“記憶”功能塊FB和不帶“記憶”功能塊FC。前者有一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與該功能塊的參數(shù)表完全一樣的數(shù)據(jù)塊(DB)附屬于該功能塊，并隨功能塊的調(diào)用而打開，隨功能塊的結(jié)束而關(guān)閉。該附屬數(shù)據(jù)塊叫做背景數(shù)據(jù)塊(Instance Data Block)，存放在背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)在FB塊結(jié)束時繼續(xù)保持，即被“記憶”。功能塊FC沒有背景數(shù)據(jù)塊，當FC完成操作后數(shù)據(jù)不能保持。數(shù)據(jù)塊(DB)是用戶定義的用于存儲數(shù)據(jù)的存儲區(qū)，也可以被打開或關(guān)閉。DB可以是屬于某個

50、FB的背景數(shù)據(jù)塊，也可以是通用的全局數(shù)據(jù)塊，用于FB或FC。S7 CPU還提供標準系統(tǒng)功能塊(SFB，SFC)，它們是預(yù)先編好的，經(jīng)過測試集成在S7 CPU中的功能數(shù)據(jù)庫。用戶可以直接調(diào)用它們，高效地編寫自己的程序。由于它們是操作系統(tǒng)的一部分，不須將其作為用戶程序下載到PLC。與FB塊相似，SFB需要一個背景數(shù)據(jù)塊，并將此DB塊作為程序的一部分安裝到CPU中。不同的CPU提供不同的SFB、SFC功能。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊(SDB)是為存放PLC參數(shù)所建立的系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲區(qū)。用STEP7組態(tài)軟件可以將PLC組態(tài)數(shù)據(jù)和其它操作參數(shù)存放于SDB中。6.1.2 S7-300 PLC的存儲區(qū)S7-300CPU有三

51、個基本存儲區(qū)，其中:(1)系統(tǒng)存儲區(qū)；RAM類型，用于存放操作數(shù)據(jù)(I/O、位存儲、定時器、計數(shù)器等)。(2)裝載存儲區(qū)；物理上是CPU模塊的部分RAM，加上置的EEPROM或選用可拆卸FEPROM卡，用于存放用戶程序。(3)工作存儲區(qū):物理上占用cPu模塊中的部分RAM，其存儲容是CPU運行時所執(zhí)行的用戶程序單元(邏輯塊和數(shù)據(jù)塊)的復(fù)制件。CPU工作存儲區(qū)也為程序塊的調(diào)用安排了一定數(shù)量的臨時本地數(shù)據(jù)存儲區(qū)或稱L堆棧。L堆棧中的數(shù)據(jù)在程序塊工作時有效，并一直保持，當新的塊被調(diào)用時，L堆棧重新分配。此外，S7 CPU還有兩個累加器、兩個地址寄存器、兩個數(shù)據(jù)塊地址寄存器和一個狀態(tài)字寄存器。CPU程

52、序所能訪問的存儲區(qū)為系統(tǒng)存儲區(qū)的全部、工作存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)塊DB、暫時局部數(shù)據(jù)存儲區(qū)、外設(shè)I/O存儲區(qū)(P)等。6.2 PLC控制程序設(shè)計PLC控制程序采用西門子編程軟件STEP7V5.3設(shè)計，STEP7V5.3是專門用于SIMATIC S7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標準軟件包，支持梯形圖(LAD)語言、語句表(sTL)語言和功能塊圖(FBD)語一言。PLC控制程序由一個主程序和若干子程序構(gòu)成，編程、調(diào)試等全部在計算機上完成，編譯后通過MPI接口下載到PLC。整個編程的步驟如圖6-1所示:開始設(shè)計系統(tǒng)控制方案生成一個項目組態(tài)硬件編寫程序塊編寫程序塊組態(tài)硬件傳送程序到CPU并在線調(diào)

53、試下載程序到CPU完成圖6-1 PLC控制程序設(shè)計流程圖由圖中可看出，程序的設(shè)計步驟有兩種途徑，一種是先組態(tài)硬件再編寫程序塊，另一種是先編寫程序塊再組態(tài)硬件。如果要生成一個多點輸入輸出的綜合系統(tǒng)，應(yīng)先組態(tài)硬件，這樣STEP7自動根據(jù)硬件的位置確定好I/O點地址，有利于編程。本系統(tǒng)是一個輸入輸出點數(shù)多而煩雜的綜合系統(tǒng)，故先組態(tài)硬件。6.2.1 PLC控制流程圖在所設(shè)計的系統(tǒng)中，要實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)的要求而進行程序的編制，在程序編制之前的工作是繪制流程圖，流程圖的編寫將決定所設(shè)計的程序的性能和完成設(shè)計任務(wù)要求。下面是本控制系統(tǒng)程序的基礎(chǔ)功能塊說明，通過調(diào)用這些基礎(chǔ)功能塊就構(gòu)成了系統(tǒng)控制程序。這些基礎(chǔ)功能塊有STEP7標準庫自帶的，包括CP340專用通信功能塊FB2和FB3；連續(xù)PID控制功能塊FB41；ASCII轉(zhuǎn)換為16進制功能塊FC94和16進制轉(zhuǎn)換為ASCll碼功能塊FC95。