基于PLC的鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄摘要關(guān)鍵詞AbstractKeyword引言1 電熱鍋爐1.1 電熱鍋爐簡(jiǎn)介1.2 電熱鍋爐爆管原因及防范1.3 電壓功率設(shè)定2 PLC2.1 PLC簡(jiǎn)介2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)2.3 PLC的工作方式2.4 PLC掃描周期2.5 PLC的特點(diǎn)2.6 SIEMENS S7-2002.7 程序設(shè)計(jì)2.8 程序模擬調(diào)試2.9 西門子PLC硬件實(shí)施2.10 西門子PLC聯(lián)機(jī)調(diào)試3 電熱鍋爐供熱系統(tǒng)3.1 系統(tǒng)控制要求3.2 水壓調(diào)節(jié)循環(huán)系統(tǒng)3.3 加熱管控制系統(tǒng)3.4 報(bào)警系統(tǒng)4 總結(jié)參考文獻(xiàn)附錄A附錄B附錄C致謝基于PLC的電熱鍋爐供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本篇論文主要介紹了一種基于PLC

2、技術(shù)的電熱鍋爐供熱系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，該電熱鍋爐由補(bǔ)水泵、循環(huán)泵、電加熱管和傳感器等元件組成，程序部分用STEP7軟件調(diào)試運(yùn)行。本產(chǎn)品通過(guò)自動(dòng)、手動(dòng)、定時(shí)控制三種方式控制鍋爐加熱，給予用戶更多的選擇，并具有缺相、超溫、超壓等全面保護(hù)措施。該電熱鍋爐可實(shí)時(shí)采集出水溫度、回水溫度以及壓力大小，并進(jìn)行智能控制。實(shí)驗(yàn)證明，本論文所設(shè)計(jì)的電熱鍋爐系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，智能化程度較高，自主性強(qiáng)，對(duì)各種要求適應(yīng)能力強(qiáng)，是一種實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，可滿足一般用戶的要求，具有較高的推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞：PLC；電熱鍋爐；實(shí)時(shí)監(jiān)控Design of Electric boiler heating system based on P

3、LCAbstract:This paper mainly introduced an electric boiler heating system software design based on the PLC technology, this electric heating boiler was consisted by a water pump, a circulating pump, electric heating tubes and sensors, the program part was debugged and ran by STEP7 software. To give

4、users more choices this product has three ways to control the heating boiler: automatic, manual and timing control, and have comprehensive protection measures as lack phases, over-temperature, over-pressure and so on. The electric boiler can collect real-time water temperature, return-water temperat

5、ure and the amount of water pressure, by an intelligent-control way. Experimental results shows that this electric boiler system design is stable and reliable, highly intelligence, independent and strong, adaptable to a variety of requirements, this is a practical design approach, will satisfies the

6、 general requirements of the users, and has a highly promotional value.Keyword: PLC; Electric Boiler; Real-time monitoring引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市生活供暖的用戶數(shù)量和供暖質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。在當(dāng)今社會(huì)，電加熱鍋爐的使用領(lǐng)域已經(jīng)越來(lái)越廣泛了。它的經(jīng)濟(jì)性，安全性和較高的自動(dòng)化程度越來(lái)越受到人們的認(rèn)同?？墒请娂訜徨仩t的性能優(yōu)劣充分的反映了電熱鍋爐的質(zhì)量好壞。電加熱鍋爐已逐漸進(jìn)入人民的生活，成為洗浴，供熱等場(chǎng)所的首

7、選設(shè)備。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)多采用以微處理器為核心的PLC控制技術(shù)，既提高產(chǎn)品的自動(dòng)化程度又增加了鍋爐的控制精度。現(xiàn)在使用的大部分電加熱鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還不完善，因此需要設(shè)計(jì)一種全新的、自動(dòng)化程度較高的電加熱鍋爐控制系統(tǒng)來(lái)代替和完善以前的控制系統(tǒng)。現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)所使用的控制器大多數(shù)是用繼電器、接觸器為主的控制裝置。使用繼電器電路組成的控制系統(tǒng)出現(xiàn)的誤操作較多，其可靠性不好。結(jié)合現(xiàn)狀,本論文供暖鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一套基于PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng)，以PLC來(lái)取代原有的控制系統(tǒng)。 該控制系統(tǒng)采用西門子公司的STEP7編程軟件設(shè)計(jì)，主要完成模擬量信號(hào)的處理，溫度和壓力信號(hào)的

8、PID控制等功能，完成風(fēng)機(jī)啟/停控制、參數(shù)設(shè)定、循環(huán)泵控制和其余電動(dòng)機(jī)的控制，系統(tǒng)通過(guò)變頻器控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行和調(diào)速。本文設(shè)計(jì)的變頻控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鍋爐燃燒過(guò)程的自動(dòng)控制，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。采用鍋爐的計(jì)算機(jī)控制和變頻控制不僅可大大節(jié)約能源，促進(jìn)環(huán)保，而且可以提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1 電熱鍋爐1.1 電熱鍋爐簡(jiǎn)介電熱鍋爐也稱電加熱鍋爐、電鍋爐，電熱鍋爐是將電能轉(zhuǎn)化為熱能，利用電阻發(fā)熱或電磁感應(yīng)發(fā)熱，通過(guò)鍋爐的換熱部位把熱媒水或有機(jī)熱載體（導(dǎo)熱油）加熱到一定參數(shù)（溫度、壓力）時(shí)，向外輸出具有額定工質(zhì)的一種熱能機(jī)械設(shè)備。它無(wú)需爐膛、煙道和煙囪，也無(wú)需儲(chǔ)存燃料的場(chǎng)地，極

9、大地減少了常規(guī)燃煤鍋爐帶來(lái)的污染。電熱鍋爐具有無(wú)污染、無(wú)噪聲、占地面積小、安裝使用方便、全自動(dòng)、安全可靠、熱效率高達(dá)98%以上等特點(diǎn)，是一種環(huán)保產(chǎn)品。電熱鍋爐的主要部件有：控制器、水泵、加熱管等。電熱鍋爐分為兩大類：LDR(WDR)電熱蒸汽鍋爐和CLDZ(CWDZ)電熱熱水鍋爐及KS-D電開(kāi)水鍋爐。其中電開(kāi)水鍋爐又分為KS-D電開(kāi)水鍋爐和XKS-D電蓄熱開(kāi)水鍋爐。電熱蒸汽鍋爐廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及企事業(yè)單位以滿足生產(chǎn)、生活所需蒸汽。電熱熱水鍋爐廣泛應(yīng)用于化工、煉油廠輔助熱源及高級(jí)賓館飯店、寫字樓、學(xué)校、科研樓、醫(yī)院門診病房等建筑的采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)及生活熱水1。1.2 電熱鍋爐爆管原因及防范電

10、熱鍋爐爆管容易造成人員傷害甚至火災(zāi)，因此其安全性必須放在首位，了解爆管原因，防范于未然，是設(shè)計(jì)電熱鍋爐控制系統(tǒng)的必要步驟。在加熱管使用過(guò)程中，電壓不穩(wěn)定，如電壓增高同時(shí)電流會(huì)增大導(dǎo)致加熱管擊穿，因此，控制系統(tǒng)應(yīng)含有超壓保護(hù)功能。溫度過(guò)高，加熱管表面結(jié)垢，達(dá)到一定的承受，散熱不好，也會(huì)造成加熱管擊穿,因此，控制系統(tǒng)還需含有超溫保護(hù)功能。而加熱管使用過(guò)程中脫水也會(huì)造成加熱管擊穿，所以要設(shè)計(jì)水箱壓力下限保護(hù)。1.3 電壓功率設(shè)定為使電爐工作更加穩(wěn)定，應(yīng)嚴(yán)格按照J(rèn)B/T2379-93 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)電加熱管、電加熱器。額定電壓±5%公差，極限電壓+10%，超過(guò)極限電壓運(yùn)行會(huì)大大降低加熱管使用壽命甚

11、至擊穿電加熱管；額定功率+5%-10%.，所以應(yīng)將供電電壓控制在400V以內(nèi)，以提高加熱管壽命，防止擊穿。2 PLC2.1 PLC簡(jiǎn)介PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。IEC于1987年對(duì)可編程控制器下的定義是：PLC( Programmable Logic Controller)，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字

12、運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)；它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令；并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程2。PLC的通信鏈路可分為有線和無(wú)線兩種，有線的數(shù)據(jù)鏈路有RS-485等，無(wú)線的數(shù)據(jù)鏈路有MDS數(shù)傳電臺(tái)等。2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)上是一種專門用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：（1）電源PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著一個(gè)非常重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的，電力系統(tǒng)不能可靠地正常工作，所以廠家對(duì)PLC的電源設(shè)計(jì)和制造非常重視。一般交流電壓波動(dòng)在

13、+10%(+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其他措施，將PLC直接連接到AC線上去。（2）中央處理單元（CPU)中央處理單元（CPU）是PLC的中央控制，一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成。其主要任務(wù)是控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收和儲(chǔ)存；用掃描的方式通過(guò)I / O接口來(lái)接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等；PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過(guò)命令解釋后安指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。為了進(jìn)一步提高

14、PLC的可靠性，對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。（3） 存儲(chǔ)器 PLC使用的存儲(chǔ)器類型有三種：ROM、RAM、EEPROM。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。（4） 輸入/輸出接口電路。 輸入/輸出接口單元包含兩部分：一部分是與被控設(shè)備連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道?，F(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成， PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路

15、向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。（5）功能模塊如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。（6）通信模塊為了實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)”或“機(jī)-機(jī)”之間的對(duì)話，有些PLC配有一定的通信接口。2.3 PLC的工作方式 PLC工作的整個(gè)過(guò)程可分為三部分。第一部分是上電處理。機(jī)器上電后對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定，系統(tǒng)通信參數(shù)配置及其他出初始化處理等。第二部分是掃描過(guò)程。其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。（1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段，

16、PLC首先以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)，此時(shí)輸入映像寄存器被刷新。接著系統(tǒng)進(jìn)入用戶程序執(zhí)行階段。在此階段和輸出刷新階段中，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。所以，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序執(zhí)行用戶程序（梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行

17、邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使

18、用立即I/O指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟普通輸入有些區(qū)別。（3）輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)一起轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過(guò)一定方式集中輸出，最后經(jīng)過(guò)輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。在下一個(gè)輸出刷新階段開(kāi)始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會(huì)改變，相應(yīng)輸出端子的狀態(tài)也不會(huì)改變。第三部分是出錯(cuò)處理。PLC每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查。概括而言，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4。2.4 PLC掃描周期掃描周

19、期T=（輸入一點(diǎn)的時(shí)間*輸入端子數(shù)）+（指令執(zhí)行速度*指令的條數(shù)）+（輸出一點(diǎn)的時(shí)間*輸出端子書）+故障診斷時(shí)間+通訊時(shí)間從上式可看出，掃描周期已經(jīng)決定了CPU執(zhí)行的速度、執(zhí)行每條指令所占用的時(shí)間以及程序中指令條數(shù)的多少。指令執(zhí)行所需的時(shí)間和用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU執(zhí)行速度是有很大關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)掃描的過(guò)程中，故障診斷時(shí)間，通信時(shí)間，輸入采樣和輸出刷新所占的時(shí)間較少，執(zhí)行的時(shí)間占了絕大部分。2.5 PLC的特點(diǎn)PLC具有以下鮮明的特點(diǎn)。（1）可靠性高?？煽啃允怯脩舻氖滓螅蚨鳳LC的生產(chǎn)廠家都著力于提高可靠性的指標(biāo)。目前各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，其平均無(wú)故障時(shí)間都大大超過(guò)IEC

20、規(guī)定的10萬(wàn)小時(shí)。而且規(guī)模較大、要求較高的系統(tǒng)還可以采用表決系統(tǒng)，再進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。（2）編程方便，易學(xué)易用。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。PLC編程大多采用類似繼電器控制電路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣技術(shù)人員的歡迎。近年來(lái)又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樋亓鞒虉D語(yǔ)言（Sequential Function Chart），使編程更簡(jiǎn)單方便。（3）控制功能極強(qiáng)。除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，配合特殊功能模塊還可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PID運(yùn)算、過(guò)程控制、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上

21、位機(jī)通信，通過(guò)遠(yuǎn)程模塊可以控制遠(yuǎn)方設(shè)備。因此，PLC幾乎是全能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。（4）功能完善，組合靈活，擴(kuò)展方便，實(shí)用性強(qiáng)。現(xiàn)代PLC所具有的功能及其各種擴(kuò)展單元、智能單元和特殊功能模塊，可以方便、靈活地組成不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。以開(kāi)關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過(guò)程的PID回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的綜合自動(dòng)化。（5）安裝簡(jiǎn)單，容易維修，擴(kuò)展及與外部聯(lián)接極為方便。PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，寫入程序即可運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)

22、行情況和查找故障。PLC還有強(qiáng)大的自檢功能，這為它的維修提供了方便。（6）抗干擾能力和可靠性能力都強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型，環(huán)境要求低。隔離和濾波，是抗干擾的兩大主要措施。對(duì)PLC的內(nèi)部電源還采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保證供電質(zhì)量。另外使輸入/輸出接口電路的電源彼此獨(dú)立，以免電源之間的干擾。正確的選擇接地地點(diǎn)和完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。為適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，還采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)。通過(guò)以上措施，保證了PLC能在惡劣環(huán)境中可靠工作，使平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)，故障修復(fù)時(shí)間短。這是PLC產(chǎn)品的市場(chǎng)生存價(jià)值3。2.6 SIEMENS

23、0;S7-200SIEMENS S7-200是西門子公司生產(chǎn)的具有很高的性能價(jià)格比的微型可編程序控制器（PLC）。由于它具有結(jié)構(gòu)小巧、運(yùn)行速度高、價(jià)格低廉以及多功能和多用途等特點(diǎn)，在專用機(jī)械設(shè)備（包裝機(jī)、打包機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)）、食品加工工業(yè)（攪拌機(jī)、切割機(jī)、軋碎混合器）、農(nóng)業(yè)（擠奶和飼養(yǎng)機(jī)械設(shè)備、牛奶冷卻罐）、電子裝配線、木工機(jī)械等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。 S7-200 PLC在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面有以下特點(diǎn)：（1）它的塑料外殼既緊湊又堅(jiān)固；（2）易于接線和操作方便，在接線端前帶有面罩保護(hù)；（3）PLC上設(shè)計(jì)有專用的DIN導(dǎo)軌安裝機(jī)構(gòu)和安裝孔，可以垂直方向或水平方向安裝在標(biāo)準(zhǔn)的DIN導(dǎo)軌

24、上或直接安裝在控制柜底板上；（4）備有專用的接線端子排供用戶選擇。S7-200 PLC電氣結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)：（1）電氣安全標(biāo)準(zhǔn)：S7-200 PLC在電氣上符合VDE、VL、CSA和ISO 9001中有關(guān)安全方面的標(biāo)準(zhǔn)；（2）可維護(hù)性：在S7-200的CPU中配有EEPROM，可永久性地存儲(chǔ)用戶程序和其它重要的系統(tǒng)參數(shù)。此外它還安有大容量的電容器，供長(zhǎng)時(shí)間地存儲(chǔ)所有的數(shù)據(jù)使用，而不再需要另外安裝需要維護(hù)的后備電池；（3）內(nèi)置可直接與傳感器/負(fù)載相連的直流24V驅(qū)動(dòng)電源，輸出電流可達(dá)180mA或400mA。如果輸出電流大于這個(gè)范圍，可選購(gòu)其它電源模塊（選件）；（4）為適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，每種CPU有

25、三種使用不同電源和電壓的類型，相應(yīng)的輸入和輸出的結(jié)構(gòu)和電壓也可以是不同的；（5）本機(jī)上帶有輸入輸出點(diǎn)：CPU 212具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 214和CPU 215具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 216具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)；（6）靈活的中斷輸入：S7-200的CPU可以極快的速度來(lái)響應(yīng)中斷請(qǐng)求信號(hào)的上升沿或下降沿；（7）機(jī)內(nèi)配有高速計(jì)數(shù)器，以適應(yīng)對(duì)機(jī)外高速信號(hào)的計(jì)數(shù)要求。其中CPU 212帶有一個(gè)計(jì)數(shù)頻率最高可達(dá)2KHz的加或減的計(jì)數(shù)器，而CPU 214216還帶有兩個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)頻率最高可達(dá)7KHz的高速計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器可用程序復(fù)位或使能，并可設(shè)置成加法或減法計(jì)數(shù)

26、或相位差90°的兩個(gè)脈沖序列；（8）便于擴(kuò)展：為系統(tǒng)備有專用的數(shù)字?jǐn)U展模板（EM），可以很方便地對(duì)系統(tǒng)的輸入和輸出點(diǎn)作擴(kuò)展；（9）備有專用的仿真器（選件），以便用戶在現(xiàn)場(chǎng)輸入用戶程序，并對(duì)用戶程序作調(diào)試和仿真；（10）模擬電位器外部設(shè)定：S7-200的面板上有一個(gè)（CPU 212）或二個(gè)（CPU 214CPU 216）模擬型電位器，用戶可利用它們作連續(xù)型的定時(shí)時(shí)間設(shè)定等工作；圖2-1是說(shuō)明S7-200系統(tǒng)基本工作原理的結(jié)構(gòu)框圖。S7-200的CPU從整體上看有下述四部分：（1）輸入部分：主要用于接收現(xiàn)場(chǎng)的控制信號(hào)。（2）輸出部分：主要用于向現(xiàn)場(chǎng)輸出具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力的控制信號(hào)。（3）

27、程序存儲(chǔ)器：用于存放用戶程序。（4）處理器：它是S7-200系統(tǒng)中的核心，它控制著整個(gè)S7-200系統(tǒng)作有序的工作。處理器周期性地執(zhí)行掃描程序：首先它讀入所有輸入端上各控制信號(hào)的狀態(tài)，并把讀入的狀態(tài)存入過(guò)程輸入映象區(qū)（PII）。然后，處理器在內(nèi)部計(jì)數(shù)器、位存儲(chǔ)器和定時(shí)器的控制下逐行掃描用戶程度，并執(zhí)行有關(guān)的運(yùn)算或操作，得到當(dāng)時(shí)應(yīng)有的控制信號(hào)（狀態(tài)）；最后處理器將處理所得到的結(jié)果（控制信號(hào)）輸出到過(guò)程輸出映象區(qū)（PIQ）中，并在周期的末尾，將輸出映象區(qū)中的信號(hào)同時(shí)輸出到它們的輸出端。如此周而復(fù)始，S7-200實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程的控制。 輸入0 1 PII 0位存儲(chǔ)器計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)器 循環(huán)執(zhí)行 用戶程序

28、讀輸入 程序處理 寫輸出計(jì)數(shù)器中斷處理程序時(shí)間或過(guò)程中斷 處理器 程序存儲(chǔ)器0 1 PIQ 0 輸出圖2-1 S7-200系統(tǒng)基本工作原理2.7 程序設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)西門子PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。除此之外，程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容：（1）初始化程序。在西門子PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。初始化程序的主要內(nèi)容有：對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。（

29、2）檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序。這些程序相對(duì)獨(dú)立，一般在程序設(shè)計(jì)基本完成時(shí)再添加。（3）保護(hù)和連鎖程序。保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認(rèn)真加以考慮。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。2.8 程序模擬調(diào)試程序模擬調(diào)試的基本思想是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。（1）硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺(tái)PLC或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并將這些信號(hào)以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)；（2）軟件模擬法是在西門子PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供

30、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，其簡(jiǎn)單易行，但時(shí)效性不易保證。模擬調(diào)試過(guò)程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。2.9 西門子PLC硬件實(shí)施硬件實(shí)施方面主要是進(jìn)行控制柜等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工，主要內(nèi)容有：設(shè)計(jì)控制柜和操作臺(tái)等部分的電器布置圖及安裝接線圖；設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖；根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。由于程序設(shè)計(jì)與硬件實(shí)施可同時(shí)進(jìn)行，因此西門子PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短。2.10 西門子PLC聯(lián)機(jī)調(diào)試聯(lián)機(jī)調(diào)試是將通過(guò)模擬調(diào)試的程序進(jìn)一步進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機(jī)調(diào)試過(guò)程應(yīng)循序漸進(jìn)，從西門子PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實(shí)際負(fù)載等逐步進(jìn)行調(diào)試。如不符合要求，則對(duì)硬件

31、和程序作調(diào)整。通常只需修改部分程序即可。全部調(diào)試完畢后，交付試運(yùn)行。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，如果工作正常、程序不需要修改，應(yīng)將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。3 電熱鍋爐供熱系統(tǒng)圖3-1所示為一臺(tái)電鍋爐供熱系統(tǒng)工作原理圖。鍋爐首次使用時(shí)，通過(guò)補(bǔ)水泵往鍋爐內(nèi)注水，自來(lái)水管接有軟水裝置，將自來(lái)水軟化成鍋爐內(nèi)使用熱量傳遞的軟水。當(dāng)鍋爐內(nèi)液位符合使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，由液壓傳感器發(fā)出信號(hào)到PLC控制器，開(kāi)始進(jìn)行加熱。同時(shí)，PLC根據(jù)傳感器傳送來(lái)的數(shù)據(jù)，確定電加熱管投入的數(shù)量。而鍋爐提供的熱量，通過(guò)循環(huán)泵傳送到供熱系統(tǒng)。不經(jīng)過(guò)軟化的水，易于結(jié)垢。由于蒸汽不斷蒸發(fā)，鍋爐內(nèi)水的鈣、鎂、雜質(zhì)濃度非常高是自然水的 30

32、50 倍，其結(jié)垢的速度超出了我們的想象，只需半年至一年，就可結(jié)垢 1 2mm 。水垢的危害極大，嚴(yán)重時(shí)，可引起鍋爐爆裂。水垢導(dǎo)熱性能只有金屬的 0.5% 左右，在鍋爐結(jié)垢后，要想達(dá)到無(wú)水垢時(shí)的熱效，就要提高受熱面的溫度，如：爐壁溫為 250 ， 當(dāng)結(jié)垢 1mm 時(shí)，要達(dá)到同樣的熱效，壁溫要提高到 650 ，此時(shí)熱吸收率極低，能耗增加。 水垢主要有三大危害：減少熱吸收，降低鍋爐熱效率，浪費(fèi)燃料，從而增加鍋爐運(yùn)行成本；結(jié)垢導(dǎo)致?tīng)t壁溫度成倍升高，鋼材應(yīng)力破壞，強(qiáng)度降低，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)爆裂，降低了使用壽命；影響蒸汽品質(zhì)，使蒸汽中含鈣、鎂離子、易使鍋爐配件（安全閥、壓力表、壓力控制器等）、蒸汽器械（如熨斗等

33、）結(jié)水垢、堵塞。 使用軟化水的三大理由：蒸汽（熱水）鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定所必須；保持熱效、節(jié)約燃料、提高蒸汽品質(zhì)、延長(zhǎng)壽命；經(jīng)濟(jì)劃算，就整個(gè)鍋爐使用期來(lái)核算，軟化水帶來(lái)的燃料節(jié)約費(fèi)用遠(yuǎn)大于投資軟化水的費(fèi)用。因此，要在自來(lái)水入口端設(shè)置軟水箱，將自來(lái)水軟化后方可注入鍋爐內(nèi)。 BP1 BT BTO 鍋爐 EW 供熱系統(tǒng) 循環(huán)泵 BTB 落地膨脹水箱 BP2 自來(lái)水 軟水箱 補(bǔ)水泵 水處理圖3-1 電熱鍋爐供熱系統(tǒng)工作原理圖本系統(tǒng)中采用三個(gè)傳感器，分別是溫度傳感器BTB、溫度傳感器BTO和液壓傳感器BP。溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種

34、繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。熱電偶由兩個(gè)不同材料的金屬線組成，在末端焊接在一起，是把冷端(與儀表相接的兩端)，與熱端(要求測(cè)量的溫度端)之間的溫度差異轉(zhuǎn)化為電動(dòng)勢(shì)(電壓)的溫度傳感器。例如，溫度傳感器兩端均處于20度環(huán)境溫度下，現(xiàn)在熱端加熱，要求儀表測(cè)量出加熱端的溫度。顯然，這時(shí)熱端(加熱處)和冷端(接二次儀表的兩端)有溫度差，此溫度差就會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)(電壓)，相應(yīng)的也會(huì)產(chǎn)生電流，因所產(chǎn)生的熱電勢(shì)(電壓)大小與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系，儀表將溫度差產(chǎn)生的電壓大小轉(zhuǎn)化為溫度，假設(shè)轉(zhuǎn)化后為70度，此溫度值就會(huì)出現(xiàn)在儀表上，即

35、由溫度差轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)(電壓)溫度的過(guò)程。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果精確測(cè)量這個(gè)電位差，再測(cè)出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為熱電偶。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1時(shí)，輸出電位差的變化量。對(duì)于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)數(shù)值大約在540微伏/之間。熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無(wú)關(guān)，用非常細(xì)的材料

36、也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過(guò)程。由于溫度傳感器傳感器的冷端溫度經(jīng)常發(fā)生變化，而溫度傳感器測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端溫度保持不變，其熱電勢(shì)(電壓)大小才能與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系，如果冷端的環(huán)境溫度變化，將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。所以二次儀表應(yīng)對(duì)溫度傳感器的這種誤差作自動(dòng)補(bǔ)償。 若熱端要測(cè)量的溫度環(huán)境和二次儀表距離很遠(yuǎn)，那溫度傳感器跟二次儀表之間的連接線則必須使用溫度傳感器專用補(bǔ)償導(dǎo)線，補(bǔ)償導(dǎo)線是具有與所匹配的溫度傳感器的熱電勢(shì)(電壓)的標(biāo)稱值(直接標(biāo)明的國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值)相同的一對(duì)帶有絕緣層的導(dǎo)線

37、，用它們連接溫度傳感器與測(cè)量裝置。補(bǔ)償導(dǎo)線又分延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型。  應(yīng)注意的是：使用溫度傳感器補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，溫度傳感器的正極連接補(bǔ)償導(dǎo)線的紅色線，而負(fù)極則連接其它顏色的線。補(bǔ)償導(dǎo)線與溫度傳感器連接端的溫度不能超過(guò)100。溫度傳感器的補(bǔ)償導(dǎo)線只能起延伸熱電極的作用，使熱電極的冷端移動(dòng)至儀表端子上，并沒(méi)有補(bǔ)償冷端的作用。補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償?shù)氖撬鼈兣c溫度傳感器連接處的溫度變化所產(chǎn)生的誤差。由于電熱鍋爐不需要十分精準(zhǔn)的設(shè)定溫度值，所以選用熱電偶式溫度傳感器。溫度傳感器BTB為入水口溫度傳感器，裝在鍋爐進(jìn)水口，用以觀測(cè)進(jìn)水口溫度，與溫度傳感器BTO所觀測(cè)溫度相對(duì)比

38、，反映供熱系統(tǒng)的狀況，及時(shí)調(diào)整鍋爐功率，保證供熱循環(huán)系統(tǒng)正常有效的工作。感應(yīng)信號(hào)通過(guò)線路傳送給PLC進(jìn)行控制動(dòng)作。 溫度傳感器BTO為出水口溫度傳感器，裝在鍋爐出水口，用以檢測(cè)出水口溫度。溫度傳感器BTO檢測(cè)的溫度直接傳送給PLC進(jìn)行處理，防止出水溫度過(guò)高或者過(guò)低。當(dāng)出水口溫度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)減少加熱管使用數(shù)量，以降低出水溫度，反之則增加加熱管數(shù)量，使之保持恒定。液壓傳感器的工作原理是壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化，和用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這個(gè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。液體介質(zhì)流過(guò)一體化傳感器時(shí)，流體壓力作用到安裝在傳

39、感器殼體上的不銹鋼上，再經(jīng)密封硅油傳輸?shù)綌U(kuò)散硅膜片上，同時(shí)參考端的壓力作用于膜片的另一側(cè)。這樣在膜片的兩側(cè)加上的壓差產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力，使膜片的一側(cè)受壓，另一側(cè)受拉，一對(duì)應(yīng)變片位于壓縮區(qū)內(nèi)，另一對(duì)應(yīng)變片位于拉伸區(qū)內(nèi)，將兩對(duì)應(yīng)變片接成一個(gè)全動(dòng)態(tài)電橋，以增大輸出信號(hào)。該電橋采用恒流源供電，以減小環(huán)境溫度的影響。當(dāng)壓力改變時(shí)，橋臂阻值發(fā)生變化引起輸出電壓變化，經(jīng)過(guò)差分歸一化放大器放大轉(zhuǎn)換后，再變換成相應(yīng)的電流信號(hào)，該電流經(jīng)非線性矯正環(huán)路補(bǔ)償后，即產(chǎn)生輸入壓力信號(hào)成近似線性關(guān)系的直流420mA的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。液壓傳感器BP置于鍋爐內(nèi)側(cè)，用來(lái)測(cè)量鍋爐爐體內(nèi)的水位位置。當(dāng)鍋爐內(nèi)水位低于正常工作水位時(shí)，傳遞數(shù)據(jù)發(fā)

40、送給PLC控制補(bǔ)水泵進(jìn)行補(bǔ)水，以防止出現(xiàn)燒干現(xiàn)象。當(dāng)鍋爐內(nèi)水位過(guò)高時(shí)發(fā)出信號(hào)PLC自動(dòng)排放多于水量，直到滿足正常工作水位。三個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成PLC可用的數(shù)字信號(hào)。變送器是把傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀豢刂破髯R(shí)別的信號(hào)（或?qū)鞲衅鬏斎氲姆请娏哭D(zhuǎn)換成電信號(hào)同時(shí)放大以便供遠(yuǎn)方測(cè)量和控制的信號(hào)源）的轉(zhuǎn)換器。傳感器和變送器一同構(gòu)成自動(dòng)控制的監(jiān)測(cè)信號(hào)源。不同的物理量需要不同的傳感器和相應(yīng)的變送器。熱電偶溫度變送器一般由基準(zhǔn)源、冷端補(bǔ)償、放大單元、線性化處理、V/I轉(zhuǎn)換、斷偶處理、反接保護(hù)、限流保護(hù)等電路單元組成。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)經(jīng)冷端補(bǔ)償放大后，再帽由線性電路消除熱電勢(shì)與溫度的非

41、線性誤差，最后放大轉(zhuǎn)換為420mA電流輸出信號(hào)。為防止熱電偶測(cè)量中由于電偶斷絲而使控溫失效造成事故，變送器中還設(shè)有斷電保護(hù)電路。當(dāng)熱電偶斷絲或接解不良時(shí)，變送器會(huì)輸出最大值（28mA）以使儀表切斷電源。一體化溫度變送器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)省引線、輸出信號(hào)大、抗干擾能力強(qiáng)、線性好、顯示儀表簡(jiǎn)單、固體模塊抗震防潮、有反接保護(hù)和限流保護(hù)、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。一體化溫度變送器的輸出為統(tǒng)一的420mA信號(hào)；可與微機(jī)系統(tǒng)或其它常規(guī)儀表匹配使用。也可用戶要求做成防爆型或防火型測(cè)量?jī)x表。壓力變送器也稱差變送器，主要由測(cè)壓元件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過(guò)程連接件等組成。它能將接收的氣體、液體等壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)

42、的電流電壓信號(hào)，以供給指示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測(cè)量、指示和過(guò)程調(diào)節(jié)。壓力變送器測(cè)量原理是：流程壓力和參考?jí)毫Ψ謩e作用于集成硅壓力敏感元件的兩端，其差壓使硅片變形（位移很小，僅m級(jí)），以使硅片上用半導(dǎo)體技術(shù)制成的全動(dòng)態(tài)惠斯登電橋在外部電流源驅(qū)動(dòng)下輸出正比于壓力的mV級(jí)電壓信號(hào)。由于硅材料的強(qiáng)性極佳，所以輸出信號(hào)的線性度及變差指標(biāo)均很高。工作時(shí)，壓力變送器將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成mV級(jí)的電壓信號(hào)，并送往放大倍數(shù)很高而又可以互相抵消溫度漂移的差動(dòng)式放大器。放大后的信號(hào)經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換變換成相應(yīng)的電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)非線性校正，最后產(chǎn)生與輸入壓力成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電流電壓信號(hào)。3.1 系統(tǒng)控制要

43、求對(duì)鍋爐控制的基本要求：（1） 電加熱管“梯式”加（減）載，循環(huán)投切；（2） 具有缺相、超溫、超壓保護(hù)功能；（3） 具有手動(dòng)、自動(dòng)、定時(shí)控制選擇功能；（4） 缺相報(bào)警，電熱管停止加熱。系統(tǒng)控制要求：（1） 補(bǔ)水泵（循環(huán)泵）交替運(yùn)行，互為備用；（2） 所有水泵均具有缺相保護(hù)功能；（3） 缺相報(bào)警，水泵停止運(yùn)行?，F(xiàn)設(shè)定各I/O地址如表3-1。表3-1 輸入/輸出點(diǎn)代號(hào)及地址編號(hào)名稱代號(hào)地址名稱代號(hào)地址系統(tǒng)啟動(dòng)I0.0電加熱管接觸器1QA1Q0.0系統(tǒng)停止I0.1電加熱管接觸器2QA2Q0.1鍋爐自動(dòng)I0.2電加熱管接觸器3QA3Q0.2鍋爐手動(dòng)I0.3電加熱管接觸器4QA4Q0.3鍋爐定時(shí)I0.4

44、1#循環(huán)泵接觸器QA5Q0.4手選電熱管1I1.12#循環(huán)泵接觸器QA6Q0.5手選電熱管2I1.21#補(bǔ)水泵接觸器QA7Q0.6手選電熱管3I1.32#補(bǔ)水泵接觸器QA8Q0.7手選電熱管5I1.4報(bào)警電鈴PBQ1.0鍋爐超溫保護(hù)BTI2.0啟動(dòng)指示燈PG0Q1.1鍋爐超壓保護(hù)BP1I2.1出水溫度模擬量BTOAIW0系統(tǒng)定壓壓力上限BP2UI2.2回水溫度模擬量BTBAIW2系統(tǒng)定壓壓力下限BP2LI2.3出水溫度I2.5缺相保護(hù)KFI2.4為保證設(shè)備運(yùn)行安全，滿足用戶的供熱要求。要對(duì)補(bǔ)水泵流量、循環(huán)泵流量、加熱管等進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。因此，鍋爐控制系統(tǒng)包括以下幾個(gè)控制子系統(tǒng)：水壓調(diào)節(jié)循環(huán)系統(tǒng)、

45、加熱管控制系統(tǒng)以及報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，信號(hào)燈亮，同時(shí)開(kāi)始采集出水回水溫度，并初始切換信號(hào)。主程序圖見(jiàn)附錄A。3.2 水壓調(diào)節(jié)循環(huán)系統(tǒng)工業(yè)鍋爐屬于高溫、高壓設(shè)備。在鍋爐運(yùn)行時(shí)，必須保證補(bǔ)水壓力保持在給定恒壓點(diǎn)附近，為確保設(shè)備安全，提高控制精度。本系統(tǒng)中可編程控制器根據(jù)采集到的補(bǔ)水壓力實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，改變補(bǔ)水泵運(yùn)行方式，將補(bǔ)水壓力值控制在設(shè)定值附近。水泵是輸送液體或使其增壓的主要機(jī)械。它將機(jī)械能或其他能量傳送給液體，使其增加能量，主要輸送液體包括酸堿液、水、油、懸乳液、乳化液和液態(tài)金屬等，也可輸送氣液混合物以及含懸浮固體物的液體。衡量水泵的技術(shù)參數(shù)有吸程、流量、水功率、軸功率、揚(yáng)程、效率等；根據(jù)他們不

46、同的工作原理可分為容積水泵和葉片泵等類型。容積泵是利用工作室容積的變化來(lái)傳送能量；葉片泵則是依靠回轉(zhuǎn)葉片和水互相之間的作用來(lái)傳送能量，有離心泵、軸流泵和混流泵等類型。 水泵開(kāi)動(dòng)前，先將泵和進(jìn)水管灌滿水，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)后，在葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力的作用下，葉輪流道里的水被甩相四周，壓入蝸殼，葉輪入口形成真空，水池的水在外界大氣壓力下沿吸水管被吸入補(bǔ)充了這個(gè)空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經(jīng)蝸殼而進(jìn)入出水管。由此可見(jiàn)，若離心泵葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，則可連續(xù)吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚(yáng)到高處或遠(yuǎn)方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用下將水提向高處的，故稱離心泵。本系統(tǒng)共

47、有兩臺(tái)補(bǔ)水泵電動(dòng)機(jī)，控制水箱鍋爐水壓，其控制原理如下：根據(jù)系統(tǒng)水壓的變化，控制系統(tǒng)工作不同狀態(tài)下。開(kāi)始工作時(shí)，系統(tǒng)水壓過(guò)低， 兩臺(tái)補(bǔ)水泵同時(shí)運(yùn)行；當(dāng)水壓升高，使補(bǔ)水量緩慢增加，兩臺(tái)補(bǔ)水泵僅一臺(tái)運(yùn)行；當(dāng)水壓過(guò)高，兩臺(tái)補(bǔ)水泵全部停止。此外，本系統(tǒng)中還有兩臺(tái)循環(huán)泵。可編程控制器S7200根據(jù)采集到的出水壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)字PID算法計(jì)算出循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。作為變頻器的頻率給定，由變頻器改變輸出給循環(huán)泵電機(jī)的同步頻率，從而調(diào)節(jié)了循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，將出水壓力控制在設(shè)定值附近。兩臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)均由工作變頻器啟動(dòng)，工作變頻器控制一臺(tái)循環(huán)泵，另一個(gè)泵工作在工頻狀態(tài)或處于備用狀態(tài)。該泵也是循環(huán)選擇，以保證兩臺(tái)泵利用率

48、均等。當(dāng)系統(tǒng)用水量增加時(shí)，變頻器輸出頻率也相應(yīng)增加以增加循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速當(dāng)變頻器增加到最高頻率時(shí)，表示當(dāng)前工作的兩臺(tái)循環(huán)泵已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)可以通過(guò)PLC控制系統(tǒng)。將該臺(tái)循環(huán)泵切換到工頻運(yùn)行，而另一臺(tái)循環(huán)泵則接上變頻器啟動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)用水量再度增加，這一過(guò)程還可以重復(fù)進(jìn)行。當(dāng)系統(tǒng)用水量減少時(shí)，變頻器輸出頻率減少，若減到設(shè)定的頻率下限時(shí)，表示可以有一臺(tái)水泵電機(jī)退出運(yùn)行。這時(shí)，可以通過(guò)控制系統(tǒng)停止該臺(tái)循環(huán)泵的運(yùn)行，并將另一臺(tái)正在工頻運(yùn)行的循環(huán)泵切換到變頻運(yùn)行，擔(dān)負(fù)起調(diào)節(jié)水壓的工作。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交

49、流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。變頻調(diào)速器與外界的聯(lián)系點(diǎn)基本分三部分：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(jī)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(hào)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(jī)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。電動(dòng)機(jī)的額定頻率稱為變頻器的基本頻率，當(dāng)

50、頻率給定信號(hào)為最大值時(shí)，變頻器的給定頻率，稱為最高頻率，在上升時(shí)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。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范圍，它們的大小應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作情況設(shè)定。本系統(tǒng)中S7-200通過(guò)CP340與變頻器進(jìn)行通信，設(shè)置CP340參數(shù)，通信協(xié)議設(shè)置為 ASCII協(xié)議，選擇自由信息報(bào)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(bào)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)。程序圖見(jiàn)附錄B。3.3 加熱管控制系統(tǒng)在此控制系統(tǒng)中，電加熱管“梯式”加（減）載。為使電熱鍋爐更加人性化，本系統(tǒng)有自動(dòng)、手動(dòng)、定時(shí)三種

51、模式，可通過(guò)按鍵自行選擇。在有模擬量的控制系統(tǒng)中，經(jīng)常用到PID運(yùn)算來(lái)執(zhí)行PID回路功能。在自動(dòng)模式和定時(shí)模式中，由于硬件條件的限制無(wú)法對(duì)回路表的主要參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置，其中的參數(shù)是暫時(shí)設(shè)定的，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)可用STEP7Micro/WIN中的PID自整定功能為過(guò)程控制回路提供一套最優(yōu)化的整定參數(shù)。設(shè)置時(shí)基中斷，并進(jìn)行中斷事件連接。在各模擬輸入接口采集數(shù)據(jù)，并在歸一化處理后送入回路表，經(jīng)PID處理，以輸出值的大小決定電熱管的投入方案，循環(huán)投切。另外，在定時(shí)模式時(shí)，以半小時(shí)為基數(shù)，根據(jù)按定時(shí)按鈕的次數(shù)增加定時(shí)時(shí)間，時(shí)間到了自動(dòng)停止加熱。而手動(dòng)模式則由操作者自行選擇投入的加熱管管號(hào)及根數(shù)。在S7-2

52、00 PLC中，設(shè)定值為SP，過(guò)程值為PV，系統(tǒng)增益只使用KC，積分時(shí)間控制積分項(xiàng)在整個(gè)輸出結(jié)果中影響的大小，微分時(shí)間控制微分項(xiàng)在整個(gè)輸出結(jié)果中影響的大小。具體計(jì)算公式為Mn=KC*(SPn-PVn)+KC*(TS/TI)·（SPn-PVn)+MX+KC*(TD/TS)*(SPn-PVn)-(SPn-1-PVn-1)其中MX為積分項(xiàng)前值，TD為微分項(xiàng)的比例常數(shù)（微分時(shí)間），TI為積分項(xiàng)的比例常數(shù)（積分時(shí)間），TS為采樣周期。因設(shè)定值一般來(lái)說(shuō)不常變化，所以對(duì)上式進(jìn)行簡(jiǎn)化后，得出Mn=KC*(SPn-PVn)+KC*(TS/TI)·（SPn-PVn)+MX+KC*(TD/TS)

53、*(PVn-1-PVn)在本系統(tǒng)中，采用下列控制參數(shù)，SP為0.5，Kc為0.4，Ts為0.2s，Ti為30min，Td為15min。對(duì)工業(yè)過(guò)程控制中的連續(xù)變化參數(shù)，如溫度、壓力，其物理量綱不同。但不管是什么，通過(guò)相應(yīng)傳感器和變送器后，給最終的用戶提供的都是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，即420mA或15V。這些標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的上限對(duì)應(yīng)的是測(cè)量物理量的上限，同樣，這些標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的下限對(duì)應(yīng)的是測(cè)量物理量的下限。同樣對(duì)模擬量輸出信號(hào)的控制，我們對(duì)控制對(duì)象（比如閥門開(kāi)度）提供的也是一個(gè)420mA或15V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，當(dāng)閥門的定位器接收到PLC模擬量信號(hào)輸出提供的12mA的信號(hào)時(shí)，它自然會(huì)把閥門開(kāi)度調(diào)節(jié)到50%的開(kāi)度。當(dāng)溫度傳感器

54、BTB（入水口水溫）和溫度傳感器BTO（出水口水溫）偏差較大（出水口水溫要求85°C）時(shí)，同時(shí)使用四根加熱管進(jìn)行迅速加熱。當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到供熱要求后自動(dòng)減少加熱管，以做到低能耗運(yùn)行。例如：當(dāng)春秋季供熱需求低時(shí)，出水溫度與入水口溫度偏差量小，基本值為65°C（BTB）和85°C（BTO），為避免電能浪費(fèi)，只需使用一根加熱管進(jìn)行加熱。而冬天出水溫度與入水溫度偏差量大，基本值為85°C（BTO）和50°C（BTB），正常工作為兩根加熱管，入水口溫度低于50°C時(shí)使用第三根加熱管進(jìn)行加熱，以確保供熱效果最佳。程序圖見(jiàn)附錄C。3.4 報(bào)警系統(tǒng)溫度/壓力安全閥是一個(gè)安全裝置，當(dāng)系統(tǒng)的壓力超過(guò)設(shè)定壓力（3-10bar可調(diào)）和溫度時(shí)，通過(guò)排水降溫減壓來(lái)保護(hù)熱水系統(tǒng)。保持因冷水進(jìn)入熱水容器被加熱產(chǎn)生膨脹的安全工作壓力。若水溫加熱到93-99度時(shí)，感溫儀將頂開(kāi)閥門排出熱水進(jìn)入冷水，降溫減壓。管道在運(yùn)行過(guò)程中，水中的氣體將會(huì)逸出在管道高起部位積累起來(lái)，甚至形成氣阻，當(dāng)管中水流發(fā)生波動(dòng)時(shí)，隆起的部位形成的氣囊，將不斷被壓縮、擴(kuò)張，氣體壓縮后所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，要比水被壓縮