電廠輸煤及燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE65目錄摘要 IIIAbstract IV第1章系統(tǒng)的介紹、控制要求和總體方案 -1-1.1系統(tǒng)的介紹 -1-1.2系統(tǒng)的控制要求 -3-1.3系統(tǒng)總體控制方案 -4-第2章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) -7-2.1控制系統(tǒng)的組成 -7-2.1.1輸煤系統(tǒng) -7-2.1.2燃燒控制系統(tǒng) -11-2.2變頻器（MICROMASTER440系列變頻器） -12-2.2.1變頻器的工作原理 -13-2.2.2變頻器的構(gòu)成 -13-2.2.3變頻器的參數(shù)設(shè)置 -13-2.3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖 -15-第3章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) -18-3.1PLC控制系統(tǒng) -18-3.1.1PLC控制系統(tǒng)的介紹 -18-3.1.2PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、原則和步驟 -19-3.1.3PLC控制系統(tǒng)的工作原理 -21-3.1.4PLC控制系統(tǒng)的編程語(yǔ)言和基本指令 -22-3.1.5PLC控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn) -23-3.1.6PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍 -24-3.2PID介紹 -25-3.2.1PID過(guò)程控制的基本概念 -25-3.2.2PID的算法 -26-3.2.3相關(guān)系數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響 -27-3.2.4數(shù)字PID控制器 -27-3.2.5主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定 -28-3.2.6采樣周期的選擇 -29-3.2.7PID控制的參數(shù)選擇 -30-3.3模擬擴(kuò)展模塊EM235 -30-3.3.1EM235的介紹 -30-3.3.2EM235的工作單元 -31-3.3.3EM235的工作程序 -32-3.3.4EM235的常用技術(shù)參數(shù) -32-第4章控制系統(tǒng)的程序 -34-4.1輸煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì) -34-4.1.1I/O分配表 -34-4.1.2程序梯形圖 -34-4.2燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) -42-4.2.1I/O分配表 -42-4.2.2程序梯形圖 -42-參考文獻(xiàn) -60-致謝 -61-

電廠輸煤及燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)用于電廠輸煤和燃燒控制系統(tǒng)的硬件及軟件。電廠輸煤系統(tǒng)的任務(wù)是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以達(dá)到按時(shí)保質(zhì)、保量為機(jī)組提供燃煤的目的。整個(gè)輸煤系統(tǒng)是火電廠十分重要的支持系統(tǒng)。燃燒控制系統(tǒng)是電廠另一個(gè)重要系統(tǒng)，分為液位控制和燃燒控制兩大部分。本方案根據(jù)火力發(fā)電廠發(fā)展趨勢(shì)及電廠現(xiàn)有輸煤及燃料設(shè)備工況及程控系統(tǒng)硬件配置條件，提出了具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)方案的重點(diǎn)是通過(guò)采用微機(jī)分級(jí)控制系統(tǒng),充分利用計(jì)算機(jī)、可編程控制器PLC及以太網(wǎng)等先進(jìn)控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)輸煤系統(tǒng)和鍋爐系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、集中操作、實(shí)時(shí)監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障報(bào)警、語(yǔ)音呼叫和電視畫(huà)面切換等功能。該系統(tǒng)具有自動(dòng)化水平高、控制和管理功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便、可靠性高等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：火電廠，輸煤系統(tǒng)，鍋爐系統(tǒng)，PLC，PIDAbstractThisdesignisusedinthehardwareandsoftwareofpowerplant'scoal-conveyingandcombustioncontrolsystem.Thetaskofpowerplants'conveyingsystemsisunloading,pilesofcoal,liftinganddeployingofcoal.Onlybythis,enoughhigh-qualifiedcoalcanbeprovidedforcoal-firedunits.Thewholeconveyingsystemofthepowerplanisquiteimportant,soiscombustioncontrolsystem,whichincludesliquid-levelcontrolandburningcontrol.Specificsystemdesignschemeisputtedforwardaccordingtothedevelopmenttrendofcoal-firedpowerplants,theexistingcoalofplants,fuelworkingconditionofequipmentandthehardwareconfigurationconditionsofcontrolledsystem.Withtheadoptionofthemicrocomputercontrolsystembytheclassification,thefocusofdesignschemeistomakefulluseofthecomputer,programmablecontroller-PLCandEthernet,andotheradvancedcontroltechnologytomaketheconveyingsystemandboilersystemequipmentrealizethedataacquisition,centeredoperations,real-timemonitoring,datastorage,faultalarm,voicecallsandthealternationofTVscreen.etc.Thesystemhasthefollowingcharacteristics:highautomationlevel,thepowerfulcontrolandmanageablefunction,simpleandconvenientoperationandhighreliability.Keywords:thepowerplant;conveyingsystem;theboilersystem;PLC;PID第1章系統(tǒng)的介紹、控制要求和總體方案1.1系統(tǒng)的介紹火力發(fā)電廠簡(jiǎn)稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣作為燃料生產(chǎn)電能的工廠，這里介紹的是山西省神頭第一發(fā)電廠，主要是利用煤進(jìn)行發(fā)電。它的基本生產(chǎn)過(guò)程是：煤通過(guò)輸煤系統(tǒng)皮帶機(jī)運(yùn)輸?shù)藉仩t中燃燒加熱水使成蒸汽，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，蒸汽壓力推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，然后汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能?；鹆Πl(fā)電廠主要分輸煤系統(tǒng)、鍋爐（燃燒）系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等。系統(tǒng)原理圖如下圖1.1所示：圖1.1火力發(fā)電廠系統(tǒng)原理圖輸煤系統(tǒng)，是火力發(fā)電廠最基本的設(shè)備。煤場(chǎng)至主廠房的皮帶機(jī)為雙路布置，一路運(yùn)行，一路備用，也可以雙路同時(shí)運(yùn)行。通過(guò)不同皮帶的組合組成幾十條不同的運(yùn)煤路徑，通過(guò)這些路徑煤流從煤源送至煤倉(cāng)。大型火電廠為提高燃煤效率都是燃燒煤粉。因此，煤斗中的原煤要先從輪斗機(jī)送至碎煤機(jī)內(nèi)粗加工成小煤塊，再經(jīng)過(guò)球磨機(jī)精加工成煤粉。磨碎的煤粉由熱空氣攜帶經(jīng)排風(fēng)機(jī)送入鍋爐的爐膛內(nèi)燃燒。下圖1.2為輸煤系統(tǒng)的原理圖。圖1.2輸煤系統(tǒng)原理圖1、給煤間；2、1＃皮帶；3、轉(zhuǎn)運(yùn)間；4、轉(zhuǎn)運(yùn)間；5、破碎機(jī)；6、除鐵器；7、2＃皮帶；8、受煤坑；9、給煤機(jī)，電磁鐵門(mén)，堵煤振動(dòng)器；10、受煤斗燃燒（鍋爐）系統(tǒng)，是火力發(fā)電廠最重要的動(dòng)力設(shè)備。它的功能是把燃料中的所貯的能量，通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)換成熱能，以蒸汽或汽水的形式輸向各種設(shè)備。燃料和空氣按照一定比例進(jìn)入燃燒室燃燒，產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸汽系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽經(jīng)過(guò)負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供給發(fā)電機(jī)組設(shè)備使用。整個(gè)鍋爐系統(tǒng)主要包括：汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)等。汽水系統(tǒng)，在圖1.1中可見(jiàn)，LT表示流量傳感器，F(xiàn)T表示壓力傳感器，LT1、FT3、FT4、液位檢測(cè)儀、給水調(diào)節(jié)閥3、4（備用）、給水泵M3、M4（備用）一起組成了汽水系統(tǒng)。燃燒系統(tǒng)，在圖1.1中可見(jiàn)，電磁閥1、調(diào)節(jié)閥1、FT1、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)2、進(jìn)煤系統(tǒng)組成了鍋爐的燃燒系統(tǒng)。煤粉經(jīng)過(guò)給煤電機(jī)帶動(dòng)爐排進(jìn)入爐膛，先開(kāi)引風(fēng)機(jī)2，后開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)，以保證爐膛內(nèi)氣壓平衡。鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)至空氣預(yù)熱器預(yù)熱后送入爐膛，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的高溫氣體經(jīng)過(guò)加熱器加熱產(chǎn)生蒸汽，至省煤器加熱鍋爐爐膛汽包給水，經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器預(yù)熱鍋爐送風(fēng)后，最終由引風(fēng)機(jī)引出，排入大氣。除塵系統(tǒng)，煤粉燃燒后形成的熱煙氣沿鍋爐的水平煙道和尾部煙道流動(dòng)，放出熱量，最后進(jìn)入除塵器，將燃燒后的煤灰分離出來(lái)。潔凈的煙氣在引風(fēng)機(jī)的作用下通過(guò)煙囪排入大氣。在圖1.1中可見(jiàn)，由FT2、調(diào)節(jié)閥2、電磁閥2、引風(fēng)機(jī)1、除塵設(shè)備和煙塔組成。1.2系統(tǒng)的控制要求輸煤系統(tǒng),主要任務(wù)就是卸煤、堆煤、上煤、取煤和配煤，以達(dá)到按時(shí)保質(zhì)保量為機(jī)組（原煤倉(cāng)）提供燃煤的目的。整個(gè)輸煤控制系統(tǒng)是火電廠十分重要的支持系統(tǒng)，它是保證機(jī)組穩(wěn)發(fā)滿發(fā)的重要條件。輸煤系統(tǒng)采用自動(dòng)（連鎖）、手動(dòng)（單機(jī)）兩種控制方式，自動(dòng)手動(dòng)方式由開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。輸煤系統(tǒng)還裝有設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、皮帶跑偏檢測(cè)、料流檢測(cè)器、速度檢測(cè)儀和皮帶撕裂檢測(cè)器等。燃燒（鍋爐）系統(tǒng)，為保證提供合格的蒸汽以適應(yīng)負(fù)荷的需要，生產(chǎn)過(guò)程各主要工藝參數(shù)必須加以嚴(yán)格控制。主要調(diào)節(jié)項(xiàng)目有：調(diào)節(jié)閥、鍋爐給水、鼓風(fēng)引風(fēng)、煤粉燃燒等。主要輸出量有：汽包給水、蒸汽壓力、爐膛溫度、鼓風(fēng)引風(fēng)壓力等。這些輸入量與輸出量之間是相互制約的。然而對(duì)于這些復(fù)雜的對(duì)象，將燃燒（鍋爐）系統(tǒng)進(jìn)行工程處理，做了一些簡(jiǎn)化，劃分為若干個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主要系統(tǒng)有汽水調(diào)節(jié)系統(tǒng)和燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)。汽水調(diào)節(jié)系統(tǒng)汽包液位是燃燒（鍋爐）系統(tǒng)正常運(yùn)行中的一個(gè)極其重要的控制參數(shù)，保持液位正常是保證鍋爐和汽輪安全運(yùn)行的必要條件，汽包水位過(guò)高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸氣帶水過(guò)多，使蒸汽溫度降低；汽包水位過(guò)低，負(fù)荷增大時(shí)，水的汽化速度加快，汽包內(nèi)水量迅速減少，如不及時(shí)調(diào)整，會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，破壞水的循環(huán)系統(tǒng)，造成水冷壁管破裂，危及鍋爐安全。汽包液位控制的主要任務(wù)是保持汽包內(nèi)液位的恒定，使鍋爐的給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包液位在工藝允許的范圍內(nèi)。要保證液位的恒定就必須有液位檢測(cè)對(duì)液位信息進(jìn)行監(jiān)控，而通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度可以調(diào)節(jié)給水量，所以在給水過(guò)程中利用水位儀的檢測(cè)反饋信號(hào)不斷調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，來(lái)實(shí)現(xiàn)恒液位控制。但在系統(tǒng)中還必須有一個(gè)應(yīng)急的備用給水泵M4，這是考慮到在特殊情況下，水位儀和調(diào)節(jié)閥的相對(duì)控制。水位一直降低，可能會(huì)使調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度達(dá)到最大，在這種情況下，如果只有一路水泵供水，而且水位繼續(xù)下降，給水量不能增加，液位就會(huì)失去控制，嚴(yán)重危害鍋爐系統(tǒng)，所以在設(shè)計(jì)中加了一個(gè)備用水泵。當(dāng)常用水泵的調(diào)節(jié)閥達(dá)到最大開(kāi)度時(shí)，備用水泵的調(diào)節(jié)閥就會(huì)打開(kāi)，這樣在系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)恒液位控制。由于汽包內(nèi)蒸汽有一定的壓力，要使給水能夠供到汽包，就要使供水壓力跟隨蒸汽壓力變化而變化，我們使用變頻器與PLC結(jié)合調(diào)節(jié)給水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供水壓力。在蒸汽出口和給水進(jìn)口處分別設(shè)有壓力檢測(cè)儀，設(shè)置FT3、FT4不斷向控制模塊PLC和上位機(jī)反饋信號(hào)，再通過(guò)編程控制變頻器輸出信號(hào)來(lái)控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)給水的壓力。最后考慮到汽包氣壓過(guò)高的安全性，于是在汽包的頂端設(shè)置一個(gè)安全閥來(lái)進(jìn)行控制。燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量是使用蒸汽負(fù)荷的需要。燃燒量與空氣量之間保持一定比例，以保證經(jīng)濟(jì)燃燒。引風(fēng)量和送風(fēng)量相適應(yīng)，以保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定。在鼓風(fēng)和引風(fēng)回路中，靠近爐膛進(jìn)、出的位置設(shè)置了FT2、FT1兩個(gè)壓力檢測(cè)儀，這樣可以把鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作壓力反饋回來(lái)，從而調(diào)節(jié)兩個(gè)風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速?？拷鼨z測(cè)儀的外側(cè)兩個(gè)回路上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度控制風(fēng)的流量。最后考慮到工作情況時(shí)的安全性和維護(hù)的方便性，安裝了電磁閥。給煤控制回路，鍋爐運(yùn)行時(shí)蒸汽壓力生產(chǎn)量直接反應(yīng)鍋爐燃燒的發(fā)熱量，在保持最佳燃燒工作情況下，如果煤的進(jìn)給量改變，蒸汽的生產(chǎn)量也相應(yīng)改變，所以改變進(jìn)煤電機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以改變煤的進(jìn)給量，從而達(dá)到蒸汽生產(chǎn)量的目的。所以在爐膛中的汽包壁上安設(shè)了若干個(gè)熱電偶，這樣根據(jù)熱電偶的反饋信息就可以知道爐膛內(nèi)的溫度，進(jìn)而控制進(jìn)煤電機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變進(jìn)煤量。1.3系統(tǒng)總體控制方案輸煤皮帶機(jī)系統(tǒng)，為保證輸煤系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行，該系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下要求：供煤時(shí)，各設(shè)備的啟動(dòng)、停止必須遵循特定的順序，即對(duì)各設(shè)備進(jìn)行連鎖控制。各設(shè)備啟動(dòng)和停止過(guò)程中，要合理設(shè)置時(shí)間間隔（延時(shí)）。啟動(dòng)延時(shí)統(tǒng)一設(shè)定為12s，停車延時(shí)按設(shè)備的不同要求而設(shè)定，分為10s、20s、30s、40s、60s幾種，以保證停車時(shí)破碎機(jī)為空載狀態(tài)，各輸煤皮帶機(jī)上無(wú)剩余煤；運(yùn)行過(guò)程中，某一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)立即發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)停車，其前方（指供料方向）設(shè)備也立即停車。其后方的設(shè)備按一定順序延時(shí)連鎖停車；各輸煤皮帶設(shè)有雙向跑偏開(kāi)關(guān)，跑偏15度時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，跑偏30度時(shí)告警并自動(dòng)停車；可在線選擇啟動(dòng)備用設(shè)備，在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關(guān)設(shè)備組成交叉供煤方式?？娠@示各電機(jī)運(yùn)行狀況，并對(duì)輸煤過(guò)程有關(guān)情況（報(bào)警、自動(dòng)停機(jī)等）作出實(shí)時(shí)記錄。在液位控制系統(tǒng)運(yùn)行中，水位儀不斷的將汽包液位的信號(hào)反饋到控制模塊PLC中和上位機(jī)中，利用模糊PID控制原理，不斷根據(jù)反饋信息來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。（假設(shè)恒液位控制要求液位為50%）當(dāng)水位儀檢測(cè)到汽包液位低于50%時(shí)，控制模塊就會(huì)根據(jù)反饋信息向調(diào)節(jié)閥發(fā)出增大開(kāi)度的命令，從而增加給水的流量。在特殊情況下，當(dāng)液位一直下降，調(diào)節(jié)閥在跟隨調(diào)節(jié)下可能會(huì)達(dá)到開(kāi)度最大，這時(shí)就會(huì)開(kāi)啟備用水泵的調(diào)節(jié)閥，來(lái)滿足水位調(diào)節(jié)的要求；當(dāng)水位儀檢測(cè)到汽包液位等于50%時(shí)，控制模塊就會(huì)根據(jù)反饋信息不向調(diào)節(jié)閥發(fā)出命令，調(diào)節(jié)閥就會(huì)保持原有的開(kāi)度，流量不變；當(dāng)水位儀檢測(cè)到汽包液位高于50%時(shí)，控制模塊就會(huì)根據(jù)反饋信息向調(diào)節(jié)閥發(fā)出減小開(kāi)度的命令，從而減小給水的流量。這樣調(diào)節(jié)閥根據(jù)水位檢測(cè)儀反饋信息不斷調(diào)節(jié)開(kāi)度，使汽包液位達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即恒液位控制，原理框圖如圖1.3所示。圖1.3恒液位控制原理框圖在水位儀和調(diào)節(jié)閥共同控制的同時(shí)，壓力檢測(cè)儀FT3、FT4也不斷的向控制模塊PLC和上位機(jī)反饋檢測(cè)信息，PLC編程處理數(shù)據(jù)，根據(jù)處理結(jié)果控制變頻器輸出從而控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水泵的給水壓力與汽包內(nèi)的壓力相等，確保原水進(jìn)入汽包中。在燃燒控制系統(tǒng)運(yùn)行中爐膛負(fù)壓的大小對(duì)于節(jié)能影響很大。負(fù)壓大，被煙氣帶走的熱量大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)在微負(fù)壓狀態(tài)。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內(nèi)的滯留時(shí)間，增加沉降，減少飛灰，使煤充分燃燒提高熱效率。在運(yùn)行中，由于外界的原因（如煤的進(jìn)給速度、環(huán)境溫度、進(jìn)風(fēng)量、配方等），使得爐膛中的溫度不恒定，爐膛中的熱電偶將檢測(cè)到的信息經(jīng)溫度變送器處理后送到控制模塊PLC和上位機(jī)中，控制模塊進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)煤機(jī)的轉(zhuǎn)速和進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，鼓風(fēng)機(jī)變頻閉環(huán)控制原理框圖如圖1.4所示。圖1.4鼓風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制原理框圖當(dāng)爐膛的溫度降低時(shí)，控制器控制進(jìn)煤機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度也增大，進(jìn)風(fēng)量增大；當(dāng)爐膛的溫度升高時(shí)，控制器控制進(jìn)煤機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度減小，進(jìn)風(fēng)量減??；當(dāng)溫度不變時(shí)，進(jìn)煤機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，風(fēng)量也保持不變。同時(shí)FT2、FT1也在不斷向控制模塊和上位機(jī)反饋信息，當(dāng)用于某種原因使得爐膛內(nèi)的負(fù)壓改變時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)命令引風(fēng)機(jī)加速或減速。引風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制原理框圖如圖1.5所示，采用壓差變送器、變頻器、控制器、引風(fēng)機(jī)組成的壓力閉環(huán)回路自動(dòng)控制引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使?fàn)t膛保持穩(wěn)定的微負(fù)壓，這樣提高了控制精度，又節(jié)約了能源，使引風(fēng)機(jī)控制具有一定的合理性。圖1.5引風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制原理框圖就這樣系統(tǒng)處于不斷的動(dòng)態(tài)變換之中，最終在設(shè)定的值附近達(dá)到平衡，處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

第2章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1控制系統(tǒng)的組成2.1.1輸煤系統(tǒng)輪斗機(jī)又稱“輪斗鏟”，全稱“輪式多斗挖掘機(jī)”。用于大規(guī)模挖掘和開(kāi)采松軟礦巖的露天開(kāi)采礦用機(jī)械。由帶勺斗的斗輪、懸臂架和帶式輸送機(jī)組成。勺斗前裝有刨片，斗輪邊破碎邊裝載礦巖，并經(jīng)輸送機(jī)運(yùn)走?？蛇B續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)能力大。而現(xiàn)在介紹的輪斗機(jī)是參考山西省神頭第一發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)1#輪斗機(jī)。1#輪斗機(jī)由行走電機(jī)、斗輪電機(jī)、回轉(zhuǎn)電機(jī)、皮帶電機(jī)、變幅電機(jī)和油泵電機(jī)六個(gè)電機(jī)組成。行走電機(jī)型號(hào)JZ2-51-16/4，功率16/4KW；斗輪電機(jī)型號(hào)Y280M-6，功率55KW，采用△接法；回轉(zhuǎn)電機(jī)型號(hào)JO2-72-6,功率22KW，采用△接法；皮帶電機(jī)型號(hào)JO3-225M-4，功率55KW，采用△接法；變幅電機(jī)型號(hào)JZ2-22-6，功率7.5KW，采用△接法；油泵電機(jī)型號(hào)Y802-4，功率0.75KW，采用△接法。下圖2.1為1#輪斗機(jī)的電氣控制圖。圖2.11#輪斗機(jī)的電氣控制圖下表2.1為1#輪斗機(jī)的設(shè)備材料表。表2.11#輪斗機(jī)的設(shè)備材料表序號(hào)代號(hào)元件名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量備注1QF1斷路器NS400N1400A21QF斷路器NS80H180A32QF斷路器NS80H150A43、4QF斷路器NS160N2150A55QF斷路器NS80H125A69QF斷路器C65N-3P110A71、3、4、5、6FU熔斷器RT14-20/6A58RTO熔斷器RT0-50A291KM交流接觸器LC1-D15000Q5C1150AAC220V102KM交流接觸器LC1-D11511Q5C1115AAC220V115KM1、2交流接觸器LC1-D6511Q5C265AAC220V123、4KM交流接觸器LC1-D300Q7C2300AAC220V136、7KM交流接觸器LC1-D5011Q5C250AAC220V141、2、5KH交流接觸器DWT-Y-50310-50A153、4KH電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)DWT-Y-50250-200A16TC端子TC-1503117TC端子TC-2003218TC端子TC-1003119TC端子TC-6033201KA中間繼電器CA2-DN31Q5C1AC220V212、3、4、5KA中間繼電器CA2-DN31M5C4AC220V22XT端子JF5-2.5/57皮帶機(jī)系統(tǒng)在輸煤系統(tǒng)中的作用是電廠工程輸煤燃料。在這介紹的是山西省神頭第一發(fā)電廠的2#皮帶機(jī)，型號(hào)為Y315M-4，功率132KW。在皮帶機(jī)系統(tǒng)中還裝有一次元件，有拉繩開(kāi)關(guān)、跑偏開(kāi)關(guān)、料流檢測(cè)器、速度檢測(cè)儀和撕裂檢測(cè)器。拉繩開(kāi)關(guān)，安裝在皮帶機(jī)兩側(cè)，成對(duì)出現(xiàn)。該開(kāi)關(guān)有運(yùn)行人員拉動(dòng)，當(dāng)該開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，停止皮帶電機(jī)。型號(hào)為L(zhǎng)XA-35T1KS-8，U：90-380VAC。跑偏開(kāi)關(guān)，安裝在皮帶機(jī)兩側(cè)，成對(duì)出現(xiàn)。當(dāng)皮帶位置偏離時(shí)，皮帶會(huì)撞到跑偏開(kāi)關(guān)的托輥，使托輥轉(zhuǎn)動(dòng)，從而觸發(fā)報(bào)警。輕偏信號(hào)只做報(bào)警，重偏信號(hào)在報(bào)警同時(shí)，停止皮帶電機(jī)。下圖2.2為跑偏開(kāi)關(guān)安裝圖。圖2.2跑偏開(kāi)關(guān)安裝圖料流檢測(cè)器，用于檢測(cè)帶式輸送機(jī)在工作過(guò)程中膠帶上是否有物料。料流檢測(cè)器用安裝在上行膠帶的下面。當(dāng)皮帶運(yùn)送物料時(shí)，皮帶下沉，使料流的托輥動(dòng)作，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。下圖2.3為料流檢測(cè)器安裝圖。圖2.3料流檢測(cè)器安裝圖速度檢測(cè)儀，用于帶式輸送機(jī)在工作過(guò)程中速度的實(shí)時(shí)檢測(cè)。測(cè)速傳感器安裝在下行皮帶上。傳感器的圓輪隨著皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。撕裂檢測(cè)器，用于皮帶縱向撕裂的保護(hù)。感知器采用攔索式結(jié)構(gòu)，安裝在膠帶的下面，當(dāng)膠帶被異物劃漏，下落的物料或異物使鋼索受力，使鋼球脫離開(kāi)關(guān)體，開(kāi)關(guān)送出報(bào)警信號(hào)。下圖2.4為撕裂檢測(cè)器安裝圖。圖2.4撕裂檢測(cè)器安裝圖碎煤機(jī)，也稱球磨機(jī)。碎煤機(jī)是一種帶有破碎環(huán)的沖擊轉(zhuǎn)子式破碎機(jī)，磨煤機(jī)的破碎吊帶在隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的懸軸上，破碎環(huán)隨轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)沖擊運(yùn)動(dòng)，而且還有繞懸軸自旋運(yùn)動(dòng)；碎煤機(jī)破碎過(guò)程是通過(guò)破碎環(huán)的兩段工作來(lái)完成。當(dāng)物料進(jìn)入碎煤機(jī)破碎腔后，在第一段旋轉(zhuǎn)的破碎環(huán)沖擊破碎。第二段，落在篩板上的初碎顆粒，受破碎環(huán)擠壓進(jìn)一步破碎，同時(shí)通過(guò)篩孔排出。少量不能被破碎的物料則進(jìn)入廢料室，而后定期從廢料室清除。出料粒度的調(diào)節(jié)是通過(guò)更換不同規(guī)格的篩板來(lái)實(shí)現(xiàn)的，轉(zhuǎn)子與篩板之間的間隙，可根據(jù)需要通過(guò)調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。碎煤機(jī)的主要用途：碎煤機(jī)主要適用于燃煤電廠，因鍋爐用煤通常是未經(jīng)過(guò)分級(jí)的原煤，原煤粒度大多不符合鍋爐用煤要求，需要進(jìn)行破碎，因此燃煤電廠輸煤系統(tǒng)中都要設(shè)置磨煤機(jī)，把煤破碎成一定的粒度，以滿足過(guò)路的要求。在這里我們參考的碎煤機(jī)是山西省神頭第一發(fā)電廠1#碎煤機(jī)和2#碎煤機(jī)。1#碎煤機(jī)的型號(hào)為JS1-510-10，功率310KW；2#碎煤機(jī)的型號(hào)為JS1-510-10，功率為400KW。1#、2#碎煤機(jī)均采用Y連接法連接。進(jìn)煤電機(jī)，我選擇YCT系列的電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它不需要變頻器控制，本身具有調(diào)速系統(tǒng)。YCT系列的電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)是一種簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)的交流無(wú)級(jí)調(diào)速裝置。它由三相異步電動(dòng)機(jī)、電磁滑差離合器、測(cè)速電動(dòng)機(jī)和控制器配合后，組成一套交流無(wú)級(jí)調(diào)速裝置。該系列電機(jī)有以下特點(diǎn)：①條速范圍廣、調(diào)速調(diào)節(jié)平滑、無(wú)失控區(qū)；②起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)平滑；③具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的速度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、調(diào)速精度高、轉(zhuǎn)速變化率低；④控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，可手控、自控、遙控，適應(yīng)范圍廣；⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉。2.1.2燃燒控制系統(tǒng)風(fēng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速控制采用了變頻器控制，使用變頻器控制的目的有節(jié)能、提高生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量提高、設(shè)備合理化（少維護(hù)、低成本、機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)單化、全自動(dòng)化）、改善和適應(yīng)環(huán)境。而技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)有：①原有恒速運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制；②實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停車，實(shí)現(xiàn)頻繁啟動(dòng)和停車；③不用主電路接觸器即可實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)；④可方便的實(shí)現(xiàn)電氣控制；⑤可實(shí)現(xiàn)惡劣環(huán)境下電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行；⑥實(shí)現(xiàn)高頻電動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)行；⑦高頻啟動(dòng)時(shí)，電源的容量可以減少；⑧在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)電網(wǎng)功率可以保持較高值。實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒，當(dāng)燃料量改變時(shí)，必須相應(yīng)改變送風(fēng)量，使送風(fēng)量與燃料量相適應(yīng)。下圖2.5為送風(fēng)量與燃料量的關(guān)系圖。圖2.5送風(fēng)量與燃料量的關(guān)系圖水泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來(lái)輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。而這里的水泵的控制與風(fēng)機(jī)的控制一樣，也采用變頻器控制，只是在設(shè)置變頻器接線時(shí)，沒(méi)有反轉(zhuǎn)控制信號(hào)端，因?yàn)樗檬遣辉试S反轉(zhuǎn)的，其他的保護(hù)和控制接線與風(fēng)機(jī)的一樣。調(diào)節(jié)閥屬于自動(dòng)化熱工儀表類執(zhí)行其專業(yè)設(shè)備，它與調(diào)節(jié)器、檢儀表等設(shè)備共同構(gòu)成流體調(diào)節(jié)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的自動(dòng)化過(guò)程控制系統(tǒng)中，控制各種流體的壓力、流量、溫度及體積等參數(shù)以滿足不同的生產(chǎn)工藝需要。電磁閥由兩個(gè)基本功能單元組成：電磁線圈和磁芯。包含一個(gè)或幾個(gè)孔的閥體。當(dāng)電線圈通電或斷電時(shí)，磁芯的運(yùn)轉(zhuǎn)將導(dǎo)致流體通過(guò)閥體或被切斷。電磁線圈被直接安裝在閥體上，磁芯被封閉在密封管中，構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)潔緊湊的組合。電磁閥是用來(lái)控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。電磁閥的特點(diǎn)是流體壓力范圍上限較高，可任意安裝(需定制)但必須滿足流體壓差條件。水位儀又稱液位儀，使用電子或其它技術(shù)用于檢測(cè)液體表面、流量、流速的儀器，適用多種環(huán)境監(jiān)測(cè)。水位儀用來(lái)檢測(cè)液體表面高度的儀表，具有很強(qiáng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。流量計(jì)選擇節(jié)流式傳感器，可以用來(lái)測(cè)量液體、氣體和蒸汽的流量。斷路器在電器保護(hù)方面是很好的保護(hù)措施。斷路器主要用于低電壓配電系統(tǒng)中，作不頻繁操作。它可供電路過(guò)載、短路、失壓、電壓降低等故障時(shí)，能自動(dòng)分?jǐn)喙收想娐?，是低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種保護(hù)電器。2.2變頻器（MICROMASTER440系列變頻器）2.2.1變頻器的工作原理MICROMASTER440是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的變頻器，本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙機(jī)型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。2.2.2變頻器的構(gòu)成變頻器通常由整流單元、高容量電容、逆變器和控制器組成。整流單元是將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電；高容量電容是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的電能；逆變器是由大功率開(kāi)關(guān)晶體管陣列組成電子開(kāi)關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)換成不同頻率、寬度、幅度的方波；控制器是按設(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。2.2.3變頻器的參數(shù)設(shè)置對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)講尚沒(méi)有合適的參數(shù)設(shè)定，則對(duì)于閉環(huán)矢量控制和包括電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)程序的V/f控制的快速調(diào)試必須執(zhí)行，下面的操作裝置可用于執(zhí)行快速調(diào)試：P0003：用戶訪問(wèn)級(jí)1：標(biāo)準(zhǔn)（基本應(yīng)用）；2：擴(kuò)展（標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用）；3：專家（用于復(fù)雜應(yīng)用）P0004：參數(shù)過(guò)濾0：所有參數(shù)；2：變頻器；3：電動(dòng)機(jī)；4：速度傳感器P0010：調(diào)試參數(shù)過(guò)濾0：準(zhǔn)備好；1：快速調(diào)試(為了參數(shù)設(shè)置電機(jī)銘牌，P0010應(yīng)設(shè)定為1）P0100：歐洲/北美(輸入電源頻率)0：亞、歐洲（KW），頻率缺省，50Hz;1:北美（hp），頻率缺省，60Hz；2：北美（KW），頻率缺省，60HzP0205：變頻器應(yīng)用0：恒定轉(zhuǎn)矩；1可變轉(zhuǎn)矩（如水甭、風(fēng)機(jī)）P0300：選擇點(diǎn)擊類型1：異步電機(jī)（感應(yīng)電機(jī)）；2：同步電機(jī)P0304：電動(dòng)機(jī)額定電壓在銘牌上的電機(jī)電壓必須檢查，有關(guān)Y/△接法要保證同電機(jī)端子板上的線路接法相匹配。P0305：電動(dòng)機(jī)額定電流P0307：電動(dòng)機(jī)額定功率對(duì)于P0100=0或2，輸入KW；對(duì)于P0100=1，輸入hp。P0308：電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)如果設(shè)定為0，該值自動(dòng)計(jì)算。P0309：電動(dòng)機(jī)額定效率如果設(shè)定為0，該值自動(dòng)計(jì)算。P0310：電動(dòng)機(jī)額定頻率極對(duì)數(shù)被自動(dòng)計(jì)算。P0311：電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速如果設(shè)定為0，該值自動(dòng)計(jì)算。P0335：點(diǎn)擊冷卻(輸入點(diǎn)擊冷卻系統(tǒng))0：使用電機(jī)軸上安裝風(fēng)扇的自冷；1：強(qiáng)迫風(fēng)冷(裝有一個(gè)獨(dú)立電源的冷卻風(fēng)扇)；2：自冷和內(nèi)部風(fēng)扇；3：強(qiáng)迫風(fēng)冷和內(nèi)部風(fēng)扇P0640：電動(dòng)機(jī)過(guò)載系數(shù)再次確定最大輸出電流極限，用電機(jī)額定電流(P0305)的%表示。用P0205設(shè)定是恒轉(zhuǎn)矩還是可變轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。在恒轉(zhuǎn)矩時(shí)過(guò)載150%，在可變轉(zhuǎn)矩時(shí)過(guò)載110%。P0700：選擇命令源0：回復(fù)數(shù)字I/O到工廠缺省設(shè)定；1：BOP（傳動(dòng)變頻器鍵盤(pán)）；2：端子排（工廠缺省設(shè)定）P1000：選擇頻率給定值1：電動(dòng)電位計(jì)給定值（MOP給定值）；2：模擬輸入（工廠缺省設(shè)定）；3：固定頻率給定值；4：USS在BOP鏈路上P1080：最小頻率輸入惦記最低頻率，電機(jī)用此頻率運(yùn)行時(shí)間頻率給定值無(wú)關(guān)，在此設(shè)定的值用于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。P1082：最大頻率輸入電機(jī)最大頻率，在此設(shè)定的值用于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。P1120：斜坡上升時(shí)間(輸入斜坡上升時(shí)間s)P1121：斜坡下降時(shí)間(輸入減速時(shí)間s)P1135：OFF3斜坡下降時(shí)間(輸入快停斜坡下降時(shí)間s)P1300：控制方式(輸入所需的控制方式)0：帶線性特性的V/f；2：帶拋物線特性的V/f；3：帶可編程特性的V/f；20：無(wú)傳感器的矢量控制；21：有傳感器的質(zhì)量控制；22：無(wú)傳感器的矢量轉(zhuǎn)矩控制；23：有傳感器的適量轉(zhuǎn)矩控制。P1500：選擇轉(zhuǎn)矩給定值0：無(wú)主給定值；2：模擬給定值；4：USS在BOP鏈路上；7：模擬給定值2。P1910：選擇電機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)0：封鎖；1：用參數(shù)變更辨識(shí)所有參數(shù)，它們被認(rèn)可并應(yīng)用于調(diào)節(jié)器；2：沒(méi)有參數(shù)變更辨識(shí)所有參數(shù)，它們被顯示但不應(yīng)用于調(diào)節(jié)器；3：用參數(shù)變更來(lái)辨識(shí)飽和曲線。P3900：快速調(diào)試結(jié)束(啟動(dòng)點(diǎn)擊計(jì)算)0：沒(méi)有快速調(diào)試（沒(méi)有電機(jī)計(jì)算）；1：電機(jī)計(jì)算和不包括在快速調(diào)試中的所有其他參數(shù)的復(fù)位到工廠設(shè)定；2：電機(jī)計(jì)算和I/O設(shè)定到工廠設(shè)定；3：僅電機(jī)計(jì)算，其他參數(shù)不復(fù)位。busy：這意味著控制數(shù)據(jù)正在計(jì)算然后復(fù)制，和參數(shù)一起從RAM送入ROM，在快速調(diào)速完成以后，再顯示P3900。ON命令：?jiǎn)?dòng)電機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)用ON命令啟動(dòng)電機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)程序（工廠設(shè)定DIN1）END：結(jié)束快速調(diào)速/傳動(dòng)設(shè)定。2.3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖總設(shè)計(jì)圖如下：圖2.6系統(tǒng)配電圖圖2.7輸煤系統(tǒng)原理圖圖2.8燃燒控制系統(tǒng)原理圖1圖2.9燃燒控制系統(tǒng)原理圖2圖2.10PLC配置圖第3章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1PLC控制系統(tǒng)3.1.1PLC控制系統(tǒng)的介紹在本系統(tǒng)中我們用可編程控制器（PLC）為控制器，執(zhí)行元件為調(diào)節(jié)閥、變頻運(yùn)行的鼓風(fēng)、引風(fēng)電機(jī)和水泵，主控參數(shù)為蒸汽壓力，送、引風(fēng)流量壓力，供水壓力、供水流量等。當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，裝置通過(guò)檢測(cè)單元（壓力/壓差傳感器等）將測(cè)出的壓力、流量等信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)4-20mA，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，送到PLC進(jìn)行數(shù)字濾波、比較、判斷并進(jìn)行PID運(yùn)算后，由D/A單元輸出模擬量信號(hào)給變頻器，變頻器輸出不同的電壓及頻率來(lái)控制各電機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)電機(jī)既是動(dòng)力源又是調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變水泵的供水量，送、引風(fēng)流量，實(shí)現(xiàn)供水壓力、汽包液位、爐膛負(fù)壓等自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制功能，使各種控制量基本保持在給定值。PLC的定義：國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1987年對(duì)可編程序控制器下的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(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)和算術(shù)操作等面向用戶的指令；并通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破鞯陌l(fā)展：可編程控制器是60年代的末在美國(guó)首先出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController）,目的是用來(lái)取代繼電器，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；20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)；20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位；20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。3.1.2PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、原則和步驟PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：電源：可編程邏輯控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的。可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的。一般交流電壓波動(dòng)在+10%—+15%范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。中央處理單元（CPU）：是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型可編程邏輯控制器還采用雙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。存儲(chǔ)器（RAM、ROM）：主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。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；存放工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。常用的存儲(chǔ)器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一種可進(jìn)行讀寫(xiě)的隨機(jī)存儲(chǔ)器存放用戶程序，生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在RAM中的用戶程序可方便地修改。RAM存儲(chǔ)器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池做備用電源。掉電時(shí)，可有效的保持存儲(chǔ)的信息。EPROM、EEPROM都是只讀存儲(chǔ)器，用這些類型存儲(chǔ)器固話系統(tǒng)管理程序和應(yīng)用程序。輸入輸出接口電路（I/O單元）：I/O單元實(shí)際上是PLC與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC輸入接口的輸入器件是各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等。PLC的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流型和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型?，F(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，作用是可編程邏輯控制器與現(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，作用可編程邏輯控制器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。PLC控制系統(tǒng)的基本原則：(1)最大限度地滿足被控對(duì)象提出的各項(xiàng)性能指標(biāo)為明確控制任務(wù)和控制系統(tǒng)應(yīng)有的功能，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，就應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，以便協(xié)同解決在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。(2)確保控制系統(tǒng)的安全可靠在以提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，保證生產(chǎn)安全為目標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)合，必須要求電氣控制系統(tǒng)的可靠性。(3)力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單在能夠滿足控制要求和保證可靠工作的前提下，力求控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性的特點(diǎn)，才能做到使用方便和維護(hù)容易。(4)留有適當(dāng)?shù)挠嗔靠紤]到生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，控制任務(wù)的增加，以及維護(hù)方便的需要，要充分利用PLC易于擴(kuò)充的特點(diǎn)，在選擇PLC的容量（包括存儲(chǔ)器的容量、機(jī)架插槽數(shù)、I/O點(diǎn)的數(shù)量等）時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。PLC控制系統(tǒng)的基本步驟：設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對(duì)象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過(guò)分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號(hào)的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行：1．熟悉被控對(duì)象，制定控制方案分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求。2．確定I/O設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入(如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等)由此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。3．選擇PLC選擇時(shí)主要包括PLC機(jī)型、容量、I/O模塊、電源的選擇。4．分配PLC的I/O地址根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要，確定控制按鈕，選擇開(kāi)關(guān)、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號(hào)列出輸入/輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對(duì)照表，以便繪制PLC外部I/O接線圖和編制程序。5．設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。由于程序與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短，而對(duì)于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電氣控制線路后才能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。6．聯(lián)機(jī)調(diào)試聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過(guò)的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。3.1.3PLC控制系統(tǒng)的工作原理當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，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，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器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)的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，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。因此，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；在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（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，并按先做后右、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。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)。即使用I/O指令的話嗎，輸入過(guò)程影響寄存器的值不會(huì)被刷新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影響寄存器會(huì)被立即更新，這根立即輸入有些區(qū)別；在輸出刷新階段，當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)過(guò)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。3.1.4PLC控制系統(tǒng)的編程語(yǔ)言和基本指令PLC控制系統(tǒng)的編程語(yǔ)言：(1)順序功能圖（SFC）是一種位于其他編程語(yǔ)言之上的圖形語(yǔ)言，用來(lái)編制順序控制程序。順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，在順序功能圖中可以用別的語(yǔ)言嵌套編程。步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作是順序功能圖的三種主要元件?？梢杂庙樞蚬δ軋D來(lái)描述系統(tǒng)的功能，根據(jù)它可以很容易地畫(huà)出梯形圖程序。(2)梯形圖（LAD）是在繼電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的一種圖形編程語(yǔ)言，因此梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣人員掌握，它特別適用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的功能塊組成。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，如外部的開(kāi)關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等。線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果，用來(lái)控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部的輸出條件等。功能塊用來(lái)表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或者數(shù)學(xué)運(yùn)算等附加指令。梯形圖的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①梯形圖按從左到右、從上到下的順序排列。每一邏輯行起始于左母線，然后是觸電的串、并連接，最后是線圈與右母線相聯(lián)。②梯形圖中每個(gè)梯級(jí)流過(guò)的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒(méi)有電源。這個(gè)“概念電流”只是形象地描述用戶程序執(zhí)行中應(yīng)滿足線圈接通的條件。③輸入繼電器用于接收外部輸入信號(hào)，而不能由PLC內(nèi)部其他繼電器的觸電來(lái)驅(qū)動(dòng)。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)，而不出現(xiàn)其線圈。輸出繼電器輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設(shè)備，當(dāng)梯形圖中的輸出繼電器線圈得電時(shí)，就有信號(hào)輸出，但不是直接驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，而要通過(guò)輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實(shí)現(xiàn)。輸出繼電器的觸點(diǎn)可供內(nèi)部編程使用。(3)功能塊圖（FED）是一種類似于數(shù)字邏輯門(mén)電路的編程語(yǔ)言。該編程語(yǔ)言用類似與門(mén)、或門(mén)的方框來(lái)表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號(hào)自左向右流動(dòng)。(4)語(yǔ)句表（STL）S7系列PLC將指令表成為語(yǔ)句表。PLC的指令是一種與危機(jī)的匯編語(yǔ)言中的指令相似的助記符表達(dá)式，由指令組成的程序叫做指令表或語(yǔ)句表程序。(5)結(jié)構(gòu)文本（ST）是為IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的一種專用的高級(jí)編程語(yǔ)言，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，編寫(xiě)的程序非常簡(jiǎn)捷和緊湊。PLC控制系統(tǒng)的基本指令：S7-200系列PLC的指令豐富，一般分為基本指令和功能指令?；具壿嬛噶睿篠7-200系列PLC共有27條邏輯指令。邏輯指令是指構(gòu)成邏輯運(yùn)算功能指令，包括位操作指令、置位/復(fù)位指令、立即指令、邊沿脈沖指令、邏輯堆棧指令、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、比較指令、取反和空操作指令。程序控制類指令：大部分屬于無(wú)條件執(zhí)行指令，用于控制程序的走向。合理使用該指令可以使程序結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，增強(qiáng)程序的功能及靈活性。程序控制類指令主要包括：結(jié)束指令、暫停指令、看門(mén)狗指令、跳轉(zhuǎn)指令、循環(huán)指令、子程序調(diào)用指令、順序控制指令等。功能指令：又稱為應(yīng)用指令，它是指令系統(tǒng)中應(yīng)用于復(fù)雜控制的指令。功能指令包括：數(shù)據(jù)處理指令、算術(shù)邏輯指令、表功能指令、轉(zhuǎn)換指令、中斷指令、高速處理指令等。3.1.5PLC控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)在惡劣的工作環(huán)境下工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制設(shè)備的可靠性提出很高的要求。PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，由于采用一系列措施，使PLC控制系統(tǒng)的平均無(wú)故障間隔時(shí)間的一般能達(dá)到四五萬(wàn)時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?？梢哉f(shuō)，到目前為止尚無(wú)任何一種工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性能達(dá)到和超過(guò)PLC。保證PLC工作可靠性高、抗干擾能力的主要措施是：采用循環(huán)掃描、集中采樣，集中輸出的工作方式；硬件設(shè)計(jì)采用模塊式結(jié)構(gòu)并采取屏蔽、濾波、隔離、聯(lián)鎖等一系列抗干擾技術(shù)，同時(shí)增加輸出聯(lián)鎖、環(huán)境檢測(cè)與故障診斷等提高可靠性電路；軟件設(shè)計(jì)中設(shè)置事時(shí)監(jiān)控、自診斷、信息保護(hù)與恢復(fù)等程序與硬件電路配合實(shí)現(xiàn)各種故障診斷、處理、報(bào)警顯示及保護(hù)功能。因此PLC優(yōu)于微機(jī)控制的首要特點(diǎn)是它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。(2)編程簡(jiǎn)單、直觀，易于掌握這是PLC優(yōu)于微機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)。梯形圖編程方式是PLC最常用的編程語(yǔ)言，它與繼電器控制原理圖類似，具有直觀、清晰、修改方便、易掌握等優(yōu)點(diǎn)，即使未掌握專門(mén)計(jì)算機(jī)知識(shí)的人也能很快熟悉掌握，因而受到廣大現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和操作者的歡迎。這種面向問(wèn)題、面向控制過(guò)程的編程語(yǔ)言，即使PLC內(nèi)部增加了解釋程序，延長(zhǎng)執(zhí)行時(shí)間，但對(duì)大多數(shù)機(jī)電設(shè)備而言是無(wú)關(guān)緊要的。(3)組合靈活使用方便盡管PLC內(nèi)部是一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)，但由于它采用標(biāo)準(zhǔn)化的通用模塊結(jié)構(gòu)，其I/O電路設(shè)計(jì)又采用一系列抗干擾措施，因而用戶無(wú)需進(jìn)行硬件的二次開(kāi)發(fā)，能靈活方便地組合成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)接線簡(jiǎn)單，工作量小，使用、維護(hù)方便。(4)功能強(qiáng)，通用性好現(xiàn)代PLC運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)和集成工藝的最新技術(shù)，在硬件和軟件上兩方面不斷發(fā)展，使其具備很強(qiáng)的信息處理能力和輸出控制能力。適應(yīng)各種控制需要的智能I/O功能模塊，如溫度控制、位置控制模塊，高速計(jì)數(shù)、高速模擬量轉(zhuǎn)換，遠(yuǎn)程I/O及各種通信模塊等不斷涌現(xiàn)，PLC與PLC，PLC與上位機(jī)的通信與聯(lián)網(wǎng)功能不斷提高，是現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等功能，而且還能完成A/D、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等。因此，它即可以對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制又可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制；即可以控制一臺(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線，又可以控制一個(gè)機(jī)群，多條生產(chǎn)線；即可以現(xiàn)場(chǎng)控制，又可遠(yuǎn)距離控制；即可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)，其控制規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。(5)開(kāi)發(fā)周期短，成功率高大多數(shù)工業(yè)控制裝置的開(kāi)發(fā)研制包括機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、電氣控制等部分，需要一定的研制時(shí)間，也包含著各種困難與風(fēng)險(xiǎn)。大量實(shí)踐證明采用以PLC為核心的控制方式，控制方式具有開(kāi)發(fā)周期短、風(fēng)險(xiǎn)小和成功率高的優(yōu)點(diǎn)。其主要原因之一是只要正確、合理選用各種各樣模塊組成系統(tǒng)無(wú)需大量硬件配置和管理軟件二次開(kāi)發(fā)，其二是PLC采用軟件控制方式，控制系統(tǒng)一旦構(gòu)成便可在機(jī)械裝置研制之前根據(jù)技術(shù)要求獨(dú)立進(jìn)行應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)并可以方便地通過(guò)模擬調(diào)試反復(fù)修改直至達(dá)到系統(tǒng)要求，從而保證最終配套聯(lián)試的一次成功。(6)體積小、重量輕、功耗低由于PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低，因而是機(jī)電一體化的理想控制器。3.1.6PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石化、機(jī)械制造、汽車裝配、電力等各行各業(yè)，特別在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，PLC已廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門(mén)。隨著其性能價(jià)格比的提高，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。目前典型PLC應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。(1)順序邏輯控制是PLC最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制。(2)閉環(huán)控制過(guò)程是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過(guò)模擬量I/O模塊，是想模擬量和數(shù)字量之間的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量實(shí)行閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制。(3)數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可以采集、分析和處理數(shù)據(jù)。(4)通信和聯(lián)網(wǎng)PLC的通信包括主機(jī)和遠(yuǎn)程I/O間的通信、多臺(tái)PLC之間的通信、PLC與其他智能設(shè)備之間的通信。3.2PID介紹3.2.1PID過(guò)程控制的基本概念過(guò)程控制是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的某一或某些物理參數(shù)進(jìn)行的自動(dòng)控制。模擬控制系統(tǒng)圖3.1基本模擬反饋控制回路被控量的值由傳感器或變送器來(lái)檢測(cè)，這個(gè)值與給定值進(jìn)行比較，得到偏差，模擬調(diào)節(jié)器依一定控制規(guī)律使操作變量變化，以使偏差趨近于零，其輸出通過(guò)執(zhí)行器作用于過(guò)程?？刂埔?guī)律用對(duì)應(yīng)的模擬硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制規(guī)律的修改需要更換模擬硬件。微機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)圖3.2微機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)基本框圖以微型計(jì)算機(jī)作為控制器?？刂埔?guī)律的實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)軟件來(lái)完成的。改變控制規(guī)律，只要改變相應(yīng)的程序即可。數(shù)字控制系統(tǒng)DDC圖3.3DDC系統(tǒng)構(gòu)成框圖DDC(DirectDigitalControl)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用于過(guò)程控制的最典型的一種系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)通過(guò)過(guò)程輸入通道對(duì)一個(gè)或多個(gè)物理量進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)確定的控制規(guī)律(算法)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)輸出通道直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使各被控量達(dá)到預(yù)定的要求。由于計(jì)算機(jī)的決策直接作用于過(guò)程，故稱為直接數(shù)字控制。3.2.2PID的算法S7-200CPU提供PID回路指令（比例、積分、微分回路），執(zhí)行PID計(jì)算。PID回路操作取決于存儲(chǔ)在36個(gè)字節(jié)回路表中的9個(gè)參數(shù)。PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，它將給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)的偏差比例(P)、積分(I)、微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。1、PID調(diào)節(jié)器的微分方程式中2、PID調(diào)節(jié)器的傳輸函數(shù)3、PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用(1)比例環(huán)節(jié)：即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。(2)積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。(3)微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。3.2.3相關(guān)系數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響(1)比例系數(shù)KC對(duì)系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。Ｋc偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。Ｋc太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。Ｋc太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。Ｋc可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果Ｋc的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài)(pv值)就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)(sv值)越來(lái)越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況Ｋc的符號(hào)就一定要取反。(2)積分控制Ｔi對(duì)系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，Ｔi小（積分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。(3)微分控制Ｔd對(duì)系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，Ｔd偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。Ｔd偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。只有Ｔd合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。3.2.4數(shù)字PID控制器模擬PID控制規(guī)律的離散化模擬形式離散化形式數(shù)字PID控制器的差分方程式中稱為比例項(xiàng)稱為積分項(xiàng)稱為微分項(xiàng)常用的控制方式1、P控制2、PI控制3、PD控制4、PID控制PID算法的兩種類型1、位置型控制2、增量型控制3.2.5主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定主調(diào)節(jié)器作用方式的確定：爐膛水溫度升高，出口水溫度也升高，主被控過(guò)程K01>0。為保證主回路為負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為負(fù)，所以主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K1<0，主調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。副調(diào)節(jié)器作用方式的確定：首先確定調(diào)節(jié)閥，出于生產(chǎn)工藝安全考慮，可控硅輸出電壓應(yīng)選用氣開(kāi)式，這樣保證當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障使調(diào)節(jié)閥損壞而處于全關(guān)狀態(tài)，防止燃料進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全，調(diào)節(jié)閥的Kv>0。然后確定副被控過(guò)程的K02，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大，電壓增大，爐膛水溫度上升，所以K02>0。最后確定副調(diào)節(jié)器，為保證副回路是負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)(即增益)乘積必須為負(fù)，所以副調(diào)節(jié)器K2<0，副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。3.2.6采樣周期的選擇采樣周期的重要性：采樣周期越小，數(shù)字模擬越精確，控制效果越接近連續(xù)控制。對(duì)大多數(shù)算法，縮短采樣周期可使控制回路性能改善，但采樣周期縮短時(shí)，頻繁的采樣必然會(huì)占用較多的計(jì)算工作時(shí)間，同時(shí)也會(huì)增加計(jì)算機(jī)的計(jì)算負(fù)擔(dān)，而對(duì)有些變化緩慢的受控對(duì)象無(wú)需很高的采樣頻率即可滿意地進(jìn)行跟蹤，過(guò)多的采樣反而沒(méi)有多少實(shí)際意義。采樣周期的原則――采樣定理最大采樣周期：，式中為信號(hào)頻率組分中最高頻率分量。采樣周期應(yīng)綜合考慮的因素：1、給定值的變化頻率加到被控對(duì)象上的給定值變化頻率越高，采樣頻率應(yīng)越高，以使給定值的改變通過(guò)采樣迅速得到反映，而不致在隨動(dòng)控制中產(chǎn)生大的時(shí)延。2、被控對(duì)象的特性考慮對(duì)象變化的緩急，若對(duì)象是慢速的熱工或化工對(duì)象時(shí)，T一般取得較大。在對(duì)象變化較快的場(chǎng)合，T應(yīng)取得較小；考慮干擾的情況，從系統(tǒng)抗干擾的性能要求來(lái)看，要求采樣周期短，使擾動(dòng)能迅速得到校正。3、使用的算式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型采樣周期太小，會(huì)使積分作用、微分作用不明顯。同時(shí)，因受微機(jī)計(jì)算精度的影響，當(dāng)采樣周期小到一定程度時(shí)，前后兩次采樣的差別反映不出來(lái)，使調(diào)節(jié)作用因此而減弱；執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作慣性大，采樣周期的選擇要與之適應(yīng)，否則執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)不及反應(yīng)數(shù)字控制器輸出值的變化。4、控制的回路數(shù)要求控制的回路較多時(shí)，相應(yīng)的采樣周期越長(zhǎng)，以使每個(gè)回路的調(diào)節(jié)算法都有足夠的時(shí)間來(lái)完成。控制的回路數(shù)n與采樣周期T有如下關(guān)系：，式中Tj是第j個(gè)回路控制程序的執(zhí)行時(shí)間。3.2.7PID控制的參數(shù)選擇PID參數(shù)的原則要求：被控過(guò)程是穩(wěn)定的，能迅速和準(zhǔn)確地跟蹤給定值的變化，超調(diào)量小，在不同干擾下，系統(tǒng)輸出應(yīng)能保持在給定值，操作變量不宜過(guò)大，在系統(tǒng)與環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)控制應(yīng)保持穩(wěn)定。顯然，要同時(shí)滿足上述各項(xiàng)要求是困難的，必須根據(jù)具體過(guò)程的要求，滿足主要方面，并兼顧其它方面。PID參數(shù)整定方法：理論計(jì)算法――依賴被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型；工程整定法――不依賴被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，直接在控制系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整定；擴(kuò)充臨界比例度法――適用于有自平衡特性的被控對(duì)象擴(kuò)充響應(yīng)曲線法――適用于多容量自平衡系統(tǒng)參數(shù)整定步驟：(1)讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀態(tài)，將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近，并使之穩(wěn)定下來(lái)，然后突然改變給定值，給對(duì)象一個(gè)階躍輸入信號(hào)；(2)用記錄儀表記錄被調(diào)量在階躍輸入下的整個(gè)變化過(guò)程曲線；(3)在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時(shí)間τ，被控對(duì)象時(shí)間常數(shù)Tτ以及它們的比值Tτ/τ。(4)由求得的τ、Tτ，即可求得數(shù)字調(diào)