PLC锅炉系统设计.doc

1、湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计（ 论 文 ）题目PLC 锅炉减温水系统的设计作者 易显维学院 信息与电气工程学院专业 电气工程及其自动化学号 0704010114指导教师 周少武二一一年五月二十日湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书信息学院 院 电气工程及其自动化 系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 易显维 学号: 0704010114 专业: 电气工程及其自动化 1 设计（论文）题目及专题： PLC 锅炉减温水系统设计 2 学生设计（论文）时间：自 2011 年 3 月 1 日开始至 2011 年 5 月 30 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料

2、：4 设计（论文）应完成的主要内容：5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：6 发题时间： 年 月 日指导教师： （签名）学 生： （签名）湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）指导人评语指导人： （签名）年 月 日指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）评阅人评语评阅人： （签名）年 月 日评阅人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）答辩记录日期： 学生： 易显维 学号： 0704010114 班级： 电气一班 题目： 基于 PLC 锅炉减温水系统设计 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书 共 页2 设计（论文）图 纸

3、共 页3 指导人、评阅人评语 共 页毕业设计（论文）答辩委员会评语：答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩： 总评成绩： 摘 要本文根据水汽采样的工艺特点，从硬件和控制算法两方面着手设计火力发电厂过、再热器减温水系统控制系统，采用上位机和下位机相结合的系统。上位机用工业计算机和组态软件构成友好的人机界面，方便了系统的操作；下位机采用西门子 S7 300H PLC 进行数据采集和过、再热器减温水系统控制。用工业以太网构成管理层，负责上位机和下位机之间、本系统和电厂其它系统之间的通信。现场总线构成现场设备的控制层，负责现场设备和 PLC 间的数据传输。关键词：P

4、LC ，锅炉减温水系统，火力发电厂，西门子，上位机ABSTRACTThis text begins to design thermal power plant to lead from the hardware and the control calculate way both side according to the craft characteristics of water vapor sample, again the hot machine reduce Waters temp system control system, adopt the place of honor mac

5、hine and next machine to combine together of system.The place of honor machine is constituted with industrial calculator and set Tai software friendly of man-machine interface, convenience the operation of system;The next machine adopts Siemens S7300 H PLC to carry on a data to collect and leads, ag

6、ain the hot machine reduce Waters temp system control.Constitute a management layer with the industrial ether net, be responsible for the correspondence of of the , this system and power station other systems of place of honor machine and next machine.On the scene the total line constitutes the spot

7、 the control layer of the equipments, be responsible for the spot equipments and the data of PLC deliver.Keyword: The PLC boiler reduces waters temp the system The rmal power plant Siemens place of honor machine湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-i-目 录第一章 前 言 1第二章 火力电厂各系统的介绍 .22.1 电厂生产系统介绍.22.2 电厂控制级功能简介.42.3 西门子 PLC

8、 系统 西门子 S7 300H PLC42.4 电厂辅控网组成.42.5 减温水系统原理.6第三章 软件设计 .93.1 软件设计.93.2 下位机 PLC 控制系统设计 .11第四章 硬件设计 .234.1 上位机系统设计.234.2 冗余系统设计.254.3 系统时钟设计.314.4 电源设计.32第五章 现场总线、冗余设计和工业以太网 335.1 现场总线应用及其安全可靠性的提高.335.1.1 现场总线的发展与应用.335.1.2 Profibus 现场总线通信协议。 345.1.3 系统实时性研究.365.2 冗余设计.365.2.1 自诊断功能.375.2.2 缩短主站循环扫描时间

9、.385.2.3 通信优先级设置.395.3 工业以太网实时性问题及解决方案.395.3.1 工业以太网通信原理.395.3.2 工业以太网实时性问题的研究.40第六章 总结和展望.43湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-ii-参考文献 44致 谢 45湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-1-第一章 前 言现在是电气时代，也就是说绝大多数的能量是以电能的形式传输到用户的手中。电能是清洁能源，具有传输方便，可控和易于控制的特点。所以发电厂自然是当今社会不可缺少的一部分，承担着供应社会能量的主要责任。现在主要的发电厂分为：核能发电厂、水力发电厂、风力发电厂、太阳能发电厂、火力发电厂等。在水力、风力

10、、太阳能发电厂的负荷受到天气的制约，近期以来因为福岛核电站的事故国内的核能发电场纷纷下马的大背景下，在现在这个历史时期乃至以后一个相当长的历史时期内，火力发电厂在承担负荷的工作中起着相当大的作用。火力发电厂所生产的电能要求频率功率稳定。因为发电机组中的同步发电机轴承和汽轮机相连，所以要固定同步发电机的转速就必须先固定汽轮机的转速。要让电能有稳定的频率和功率就必须要稳定汽包中所产生的蒸汽的温度和压强。所以在火力发电厂中，水汽品质是一项重要指标。好的水汽品质可以提高热力设备的性能，延长设备的使用寿命，节约能源，减少事故发生率。反之水汽品质的失调将会给电厂的热工设备造成不同程度的损伤，给机组的安全和

11、电厂稳经济运行带来隐患。所以过、再热器减温水系统是电厂热工过程的重要环节。同时由于火电厂的设备都比较昂贵，而且中途事故停机对国民经济的危害特别大，所以在本文中特别增加了冗余系统的设计。以防在事故突然发生，或者继电保护不当的前提下持续保证电力生产系统的正常运行。在论文的最后特别添加了工业以太网的内容实现对整个厂区各项指标的监控。做到事故及时发现及时处理。湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-2-第二章 火力电厂各系统的介绍2.1 电厂生产系统介绍图 2.1 火电厂工艺流程示意图火电工艺介绍火电厂的三大系统 之一 燃烧系统包括输煤、磨煤、锅炉与燃烧、风烟系统、灰渣系统等环节。送风机磨煤机热空气空气预

12、热器煤斗煤输煤皮带排粉风机煤粉锅炉炉渣冲灰水除尘器 引风机灰渣泵细灰热空气冷空气烟气经烟囱排向大气至灰场自输煤系统图 2.2 燃烧系统示意图 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-3-火电厂的三大系统 之二 汽水系统由锅炉, 汽轮机, 凝汽器, 除氧器, 加热器等构成主要包括: 给水系统 冷却水系统 补水系统 过热蒸汽除氧器补给水生水低压加热器高压加热器排气凝结水凝结水泵汽轮机 发电机过热器锅炉省煤器锅炉给水给水泵水处理设备循环水泵冷却水凝汽器(软化)图 2.3 汽水系统示意图火电厂的三大系统之三 电气系统图 2.4 火电厂电气系统示意图湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-4-2.2 电厂控制级

13、功能简介厂级管理工作站的功能：管理全厂的运行自动化。即全厂经济管理(EDC)；自动发电控制(AGC) ；自动电压控制(AVC)；事故分析及事故处理；历史数据保存及检索管理；系统授权管理；运行报表打印等。操作员工作站 操作员工作站是全厂集中监视和控制的中心及人机接口，用来实现火力电厂的实时图形显示、各种事件的发布、各种报表显示、报警和复归的显示、系统自诊断信息的显示、设备的实时控制操作和调节、系统配置等各种操作处理。操作员工作站还作为厂级管理工作站部分功能的备用。工程师工作站 工程师站除具有程序开发、调试以及培训仿真等功能外，并兼有操作员工作站的全部功能，还作为操作员工作站的冷备用。通讯处理站的

14、 通信处理机站是电厂监控系统与其他系统的输入/输出接口 ，可与广域网连接，仅允许电厂计算机监控系统向生产管理系统单向传输数据和信息，通信介质为屏蔽电缆。电话语音报警处理站 电话语音报警处理站主要负责语音、电话报警。打印处理站 处理电厂控制级的文件打印任务。2.3 西门子 PLC 系统 西门子 S7 300H PLC德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的 PLC 产品包括LOGO，S7-200 ，S7-300，S7-300，工业网络，HMI 人机界面，工业软件等。 西门子S7 系列 PLC

15、 体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7 系列 PLC 产品可分为微型 PLC（如 S7-200） ，小规模性能要求的 PLC（如 S7-300）和中、高性能要求的 PLC（如 S7-300）等。2.4 电厂辅控网组成电厂水汽采样和锅炉减温水包含在电厂辅控网系统之中。所以下面介绍一下电厂的辅控网系统。控制系统和工程辅助车间集中监控网系统简称辅控网。随着网络技术、计算机技术及 PLC 控制技术的日益成熟，所有辅控系统均可进入全厂辅助网络控制系统，实现在集控室内完全监控操作，大大提高了自动化水平，更好的提高了全厂的效率。全厂辅助网络控制系统将电厂的全部辅机控制系统，包

16、括输煤程控系统、化学水程控系统、除灰除渣程控系统、净水站程控系统、循环水减温水控制系统、制氢站程控系统、空压机程控系统、燃油泵房程控系统、污水程控系统等等集成为一体化的控湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-5-制网络，在一个控制室进行集中监视与控制，形成与 DCS 并列的第二个综合控制系统。辅助网络控制系统是一套由 PLC 组成的分散型计算机控制系统，采用国际先进、安全可靠、广泛采用的西门子 PCS7 网络结构，采用优质、灵活的控制软件，系统基于WINDOWS 操作平台，强化了实时性和可扩展性。网络方案如下：1、采用多模光缆冗余通讯解决电厂各辅控系统距离远的问题；2、采用冗余千兆核心交换机中转

17、数据，组建冗余网络； 3、采用专用服务器，冗余数据服务器以及专业历史服务器，保证辅网数据传输速度，保证历史数据存储安全。图 2.5 为全厂辅控网系统图。图 2.5 全厂辅控网系统图火电厂水汽系统汽水系统的示意图如图 2.6：湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-6-过热蒸汽除氧器补给水生水低压加热器高压加热器排气凝结水凝结水泵汽轮机 发电机过热器锅炉省煤器锅炉给水给水泵水处理设备循环水泵冷却水凝汽器(软化)图 2.6 汽水系统示意图用文字叙述如下：燃料经制粉系统送入炉膛中燃烧，使燃料的化学能变为热能。高温烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟道，最后从锅炉中排出。锅炉排烟再经过烟气净化系统处理，由引风机

18、送入烟囱排入大气。烟气在锅炉内流动的过程中，热量传递方式为：在炉膛中以辐射方式将热量传给水冷壁；在炉膛烟气出口处，以半辐射、半对流方式将热量传给屏式过热器； 在水平烟道和尾部烟道以对流方式传给过热器、再热器、省煤器和空气预热器。锅炉给水便经过省煤器、水冷壁、过热器变成过热蒸汽；并把汽轮机高压汽缸做功后抽回的蒸汽变成再热蒸汽。减温水系统都在上图这个锅炉中。2.5 减温水系统原理我在集控室中所观察到的火电厂 DCS 系统中的汽水系统中的减温水系统屏幕截图如图 2.7。注意图中红色的水管表示是汽水系统里面的水，绿色的水管里面是经过净化用来喷水降温的减温水。此图拍摄时间为下午八点钟的时候，正值用电高峰

19、期，电厂接到调令开 1#单元机组满负荷运行。图上所有数据经过多方论证如下，汽包压强 18.63Mpa，高压缸排气来水 329.7 ，壁式再热器进水口一根管道 325.9另一根管道 324.2这里要提到一个问题：就是高压缸排气来水连接壁式再热器，经过喷水降温从 329.7降到 325.9，所以设定值 327，中压汽缸进气口温度 537.4，从汽包进入分隔屏温度湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-7-380 后屏温度 480，进高压缸 917。图 2.7 过再热汽水及减温水系统 DCS 屏幕照片图中（除去炉膛吹灰本文不予讨论）共有 6 个阀门分别是高压缸排气降温阀门（上） 在高压缸排气温度大于 3

20、27 打开高压缸排气降温阀门（下） 在高压缸排气温度大于 327 打开分隔屏前阀门 1 个 进分隔屏温度大于 380 打开分隔屏后阀门（左） （右）分隔屏出水大于 480 打开事故放水阀门 手动打开图中要显示数据温度 20 个 显示压强 10 个维持稳定的气温是保证机组安全和经济运行所必需的。气温过高会使机组金属许用盈利下降将影响机组的安全运行；气温降低将会影响机组的热循环效率。据计算，过热器在超温 10 到 20 下长期运行，其寿命会缩短一半以上；而气温每降低 10会使循环热效率降低 0.5%。运行中一般规定气温偏离额定值的波动不能超过-10到+5这里采取事故喷水的方法降温，因为在锅炉管道里

21、不存在可控升温，只能通过控制燃煤的火力大小，这篇文章中不讨论，每个环节的流程图如图 2.8：湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-8-测试温度和压强与设定值相比较 温度压强过高 电动阀门打开喷水温度压强在要求范围内 进入下一环节图 2.8 控制环节流程图湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-9-第三章 软件设计3.1 软件设计软件设计包括：界面编辑，工业组态，数据库设计三部分。控制系统采用正版组态王软件包进行监控组态，以满足全厂辅控网的要求。组态王软件，可用于可视化和工业过程控制，它提供了无比的易用性和易于配置的图形。同以往的版本相比，6.5 版本功能显著的增强，可以大大地提高运行和工作的效率。通

22、过使用其强大的向导和新的智能符号使用户可以快速创建并部署客户化的应用程序，连接并传递实时信息。组态王应用灵活，可以确保应用程序满足客户目前的需求，并可根据将来的需求进行扩展，同时还能保留原来的工程投资和成果 19。软件对系统的硬件要求为：最低：P3-300MHZ/ 256MB RAM/ 2G 可用硬盘空间；推荐：1.2GP3 或更高主频，512 内存。对操作系统的要求是： Win2000SP3/WinXP SP1上位机界面由多个画面组成，分别实现不同功能。主要分以下几部分。系统设置，减温水系统流程图，报表，曲线和报警等。下面介绍几个主要画面的功能。1、系统设置在系统配置选项下有注销、系统登陆、

23、密码修改等功能。点击“系统设置 ”选项，出现下拉菜单如图 3.1 所示：即可点出各画面。图 3.1 系统设置图工控机启动时自动进入组态运行画面，如果没有登陆操作人员不可以更改参数和随意退出，系统设有不同的使用权限，只有上级权限允许后，下级操作员才可以登陆。在系统配置中还有“原始参数设置” 和“报警设置”选项，由于下位机传送上来的数据是连续的机器数，不能直观的反映测量的参数是工作状态，所以要设定变量的原始值，将其转换成标准的信号（一般为 0-5V 或 4-20mA） 。工程值为监测仪表的仪表量程，工作人员可以直观查看各测试点仪表显示情况。参数设置完成后要设置各变量的报警限。报警限要根据工艺要求进

24、行设置，其数量级为工程值。原始参数设置和报警设置通常是在程序开发建立历史数据库时配置的，运行时就不能湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-10-随时改变参数的设置，要想改变参数，需要停止程序的运行重新进入开发状态。设计在线参数设置可以使参数修改方便简洁，可以在系统运行时即可设置参数，有修改权限要求，必须是专业管理者。报警查询画面可以显示报警的时间、变量和报警的性质。既可以实时显示报警情况也可以查询历史记录。报警查询有助于查找故障发生点和分析故障发生原因，总结故障易发生处，做好防范工作。本系统还有实时曲线和历史曲线画面，实时曲线实时地显示变量值的变化情况，历史曲线可以查询不同时间的参数轨迹。可以随

25、时查询曲线，设置显示的时间范围和数值的分辨率，分析各参数工作情况。并可以定时或手动打印曲线。在线数据分实时显示报表和历史报表查询，实时显示报表可以实时显示现场采集的工作参数，并显示各参数是否工作在指标范围内，历史报表查询可以查询任意时刻的历史数据，还具有定时和手动打印报表的功能。在系统运行时应注意以下几个方面：(1) 为了确保数据传输的正常进行，维护人员应尽量保证工控机的开机率，如发生故障，应尽量避免人为的关机和复位。(2) 历史数据丢失出现这种故障一般是由于操作员不小心更改了主机的系统时钟导致。(3) 历史数据不记录磁盘空间满，历史数据停止记录。当用户清理磁盘后，重新启动数据采集系统，此时历

26、史数据开始记录。(4) 实时数据不刷新由于采集器死机，关闭采集器电源，重新启动即可。设计出来的操作界面图如 3.2：湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-11-图 3.2 组态王操作画面3.2 下位机 PLC 控制系统设计PLC 怎么通过温度来控制阀门的开关：这里以一个阀门为例,其他同理.现设定阀门开为电机正转,关为电机反转锅炉温度是一个大惯性系统，一般采用 PID 调节进行控制。本章首先介绍温度传感器的使用和 S7-300 PLC 中块的基本概念，然后对 PID 控制器的基本概念进行简单介绍。温度传感器的选型：这里参考机械工业出版社的 传感器原理及应用一书的 103 页开始的第三章节 温度采集

27、和压力、流量等一样，是一种工业控制中最普及的应用，它可以直接测量各种生产过程中液体、蒸汽、气体介质和固体表面的温度。常用的有热电阻、热电偶两种方式，此外还有非接触型的红外测温等产品，一个典型的应用例子是钢铁厂中的红外测温设备。这里我们主要介绍热电阻和热电偶。 工业热电偶作为测量温度的传感器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用，它可以直接测量各种生产过程中不同范围的温度。若配接输出 4-20mA、0-10V 等标准电流、电压信号的温度变送器，使用更加方便、可靠。对于实验室等短距离的应用场合，可以直接把热电偶信号引入 PLC 进行测量。热电偶的工作原理是,两种不同成份的导体,两端经焊接，

28、形成回路，直接测量端叫工作端（热端） ，接线端子端叫冷端，当热端和冷端存在温差时，就会在回路里产生热电流，这种现象称为热电效应；接上显示仪表，仪表上就会指示所产生的热电动势的对应温湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-12-度值，电动势随温度升高而增长。热电动势的大小只和热电偶的材质以及两端的温度有关，而和热电偶的长短粗细无关。根据使用场合的不同，热电偶有铠装式热电偶、装配式热电偶、隔爆式热电偶等种类。装配式热电偶由感温元件（热电偶芯） 、不锈钢保护管、接线盒以及各种用途的固定装置组成。铠装式热电偶比装配式热电偶具有外径小、可任意弯曲、抗震性强等特点，适宜安装在装配式热电偶无法安装的场合，它的外

29、保护管采用不同材料的不锈钢管，可适合不同使用温度的需要，内部充满高密度氧化绝缘体物质，非常适合于环境恶劣的场合。隔爆式热电偶通常应用于生产现场伴有各种易燃、易爆等化学气体的场合，如果使用普通热电偶极易引起气体爆炸，则在这种场合必须使用隔爆热电偶。 热电阻是中低温区最常用的一种温度测量元件。热电阻是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。当电阻值变化时，二次仪表便显示出电阻值所对应的温度值。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的。铂热电阻根据使用场合的不同与使用温度的不同，有云母、陶瓷、簿膜等元件。作为测温元件，它具有良好的传感输出特性，通常和

30、显示仪、记录仪、调节仪以及其它智能模块或仪表配套使用，为它们提供精确的输入值。若做成一体化温度变送器，可输出 4-20mA 标准电流信号或 0-10V 标准电压信号，使用起来更为方便。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。根据使用场合的不同，热电阻也有铠装式热电阻、装配式热电阻、隔爆式热电阻等种类，与热电偶类似。铂电阻的工作原理是，在温度作用下，铂热电阻丝的电阻值随温度变化而变化，且电阻与温度的关系即分度特性符合 IEC 标准。分度号 Pt100 的含义为在 0时的名义电阻值为 100，目前使用的一般都是这种铂热电阻。此外还有

31、Pt10、Pt200、Pt500 和Pt1000 等铂热电阻， Cu50、Cu100 的铜热电阻等。综合考虑 热电阻生产厂家：天津市亿环自动化仪表技术有限公司的铂热电阻WZP（P）PT100 可测-200 500 摄氏度 精确等级选择 B 有 0.3 摄氏度就可以了同时有一个问题就是 考虑到厂里面那个磨煤机实在是太响了 噪音很大 还有就是锅里面的压强非常大 之所以密封性能好 是因为有密封油的存在 把所有的活动处都封死了 这里必须考虑它 有 下 列 优 点 ： 体 积 小 ， 内 部 无 空 气 隙 ， 热 惯 性 上 ， 测 量 滞 后 小 ； 机 械 性 能 好 、 耐 振 ， 抗 冲 击

32、； 能 弯 曲 ， 便 于 安 装 使 用 寿 命 长 。 要 用 碰 底 型因 为 耐 压 可 达 3.4*10MPa 而 且 反 应 速 度 快 锅 炉 内 并 无 电 磁 干 扰 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-13-模 拟 量 模 块 的 选 型 ： 模 拟 量 模 块 包 括 模 拟 量 输 入 模 块 SM331、 模 拟 量 输 出 模块 SM332 和 模 拟 量 输 入 /输 出 混 合 模 块 SM334。 对 模 拟 量 输 入 模 块 SM331， 可 选择 的 输 入 信 号 类 型 有 电 压 型 、 电 流 型 、 电 阻 型 、 热 电 阻 型 、 热 电

33、偶 型 ， 而 模 拟 量 输出 模 块 SM332 提 供 有 电 压 和 电 流 两 种 类 型 的 信 号 输 出 。 有 的 CPU 模 块 集 成 了 这些 信 号 输 入 输 出 功 能 ， 如 S7-300 的 CPU313C 模 块 （ 订 货 号 6ES7 313-5BE01-0AB0） ， 不 仅 提 供 24 路 的 DI 输 入 和 16 路 的 DO 输 出 ， 而 且 配 置 了 5 路 模 拟 量 输入 和 2 路 模 拟 量 信 号 输 出 。表 3.3 SM331 模块数据表名 称 输 入 数 量 精 度 测 量 信 号 类 型 测 量 范 围 的 选择AI8

34、*12 位 （ -7KF02-）4 通 道 组 8 输入每 个 通 道 可 调9 位 +符 号 12位 +符 号 14位 +符 号电 压 电 流 电 阻温 度每 个 通 道 任 意表 格 完 了 之 后 模 拟 量 模 块 的 测 量 信 号 类 型 及 测 量 范 围 设 定 由 于 模 拟 量 输 入 或 输出 模 块 提 供 有 不 止 一 种 类 型 信 号 的 输 入 或 输 出 ， 每 种 信 号 的 测 量 范 围 又 有 多 种 选 择 ，因 此 必 须 对 模 块 信 号 类 型 和 测 量 范 围 进 行 设 定 。 一 般 采 用 STEP7 软 件 设 定 和 量 程卡

35、 设 定 两 种 方 法 。（ 1） 通 过 STEP7 软 件 设 定以 CPU313C 模 块 为 例 进 行 设 置 。 如 上 所 述 ， CPU313C 不 仅 是 CPU 模 块 ， 而且 提 供 了 功 能 丰 富 的 输 入 输 出 信 号 ， 其 中 模 拟 量 输 入 第 0-3 通 道 为 电 压 /电 流 信 号输 入 ， 第 4 通 道 为 电 阻 /铂 电 阻 输 入 ， 其 设 置 在 STEP7 软 件 中 进 行 ， 方 法 为 ：在 下 图 所 示 的 “HW Config”对 话 框 中 ， 双 击 “AI5/AO2”项 ， 打 开 下 图 的“Prope

36、rties”属 性 对 话 框 ， 该 对 话 框 有 “General”、 “Addresses”、 “Inputs”、 “Outputs”四个 选 项 ,选 中 “Inputs”项 ， 画 面 如 图 所 示 。湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-14-图 3.4 硬件对话框对 于 第 0-3 通 道 ， 可 在 “Measurement type”中 选 择 电 压 或 电 流 输 入 ， 在“Measuring range”中 根 据 需 要 选 择 测 量 范 围 ， 对 于 电 压 输 入 有 0-10V、 10V 两 种选 择 ， 对 于 电 流 输 入 有 0-20mA、 4-

37、20mA、 20mA 三 种 选 择 。 第 4 通 道 为 电 阻 /铂 电 阻 测 量 通 道 ， 有 R-2L、 RTD-2L 两 种 选 择 ， 图 中 测 量 类 型 已 选 为 RTD-2L， PT 100， 用 于 测 量 传 感 器 为 PT 100 铂 热 电 阻 的 温 度 值 。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-15-图 3.5 模拟量输入对话框图 3.6 模拟量输出对话框湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-16-用 同 样 的 方 法 可 对 CPU313C 模 拟 量 输 出 通 道 进 行 设 置 ， 可 以 设 置 为 电 压 输 出或 电 流 输 出 ， 对

38、 于 电 压 输 出 有 0-10V、 10V 两 种 选 择 ， 对 于 电 流 输 出 有 0-20mA、 4-20mA、 20mA 三 种 选 择 ， 图 4-3 中 第 0 通 道 设 置 为 电 压 型 ， 范 围 +/-10V， 第 1 通 道 设 置 为 电 流 型 ， 范 围 4-20mA。对 于 其 它 类 型 的 模 拟 量 输 入 /输 出 模 块 ， 根 据 模 块 的 不 同 特 性 ， 其 具 体 设 置 会各 有 特 点 ， 但 其 基 本 方 法 是 一 样 的 。 配 有 量 程 卡 的 模 拟 量 模 块 的 测 量 信 号 类 型 和 测量 范 围 的 设

39、 定 配 有 量 程 卡 的 模 拟 量 模 块 ， 其 量 程 卡 在 供 货 时 已 插 入 模 块 一 侧 ， 如 果需 要 更 改 量 程 ， 必 须 重 新 调 整 量 程 卡 ， 以 更 改 测 量 信 号 的 类 型 和 测 量 范 围 。量 程 卡 可 以 设 定 为 “A”、 “B”、 “C”、 “D”四 个 位 置 ， 各 种 测 量 信 号 类 型 和 测 量 范 围 的 设定 在 模 拟 量 模 块 上 有 相 应 的 标 记 指 示 ， 可 以 根 据 需 要 进 行 设 定 和 调 整 。调 整 量 程 卡 的 步 骤 为 ： 用 锣 丝 刀 将 量 程 卡 从 模

40、 拟 量 模 块 中 松 开 ； 将 量 程 卡 按 测 量 要 求 和 范 围 正 确 定 位 ， 然 后 插 入 模 拟 量 模 块 中 。 模 拟 值 用 二 进 制 补 码 表 示 ， 宽 度 为 16 位 ， 符 号 总 在 最 高 位 。 模 拟 量 模 块 的 精 度 最高 为 15 位 ， 如 果 少 于 15 位 ， 则 模 拟 值 左 移 调 整 ， 然 后 才 保 存 到 模 块 中 。 未 用 的 低位 填 入 “0”， 表 中 标 有 “x”的 位 为 “0”或 “1”。另 外 因 为 所 测 温 度 都 在 正 常 范 围 内 而 且 精 度 要 求 不 是 很 高

41、 （ 因 为 容 器 本 身 的 设计 可 以 承 受 超 出 精 度 的 变 动 ） 所 以 不 考 虑 模 拟 值 上 溢 下 溢这 里 其 实 还 有 一 个 输 入 数 值 和 实 际 模 拟 量 的 计 算 问 题 ：以 检 测 压 力 为 例 ， 一 个 压 力 检 测 系 统 ， 压 力 传 感 器 的 量 程 是 015MPa， 输 出信 号 位 420mA。 使 用 S7300 的 模 拟 量 输 入 模 块 ， 输 入 模 块 的 两 成 设 置 为420mA， 转 换 后 的 模 拟 值 为 027648。 那 么 在 027648 内 的 任 意 一 个 模 拟 值 代

42、 表的 压 力 值 为 多 少 呢 ？在 实 际 工 程 中 ， 常 常 遇 到 这 样 的 比 例 计 算 ， 可 以 先 使 用 数 学 表 达 式 把 比 例 关 系 罗列 出 来 ， 然 后 使 用 PLC 的 程 序 实 现 这 些 运 算 即 可 。从 数 学 角 度 找 规 律 ：压 力 传 感 器 每 1mA 对 应 的 压 力 值 =（ 15-0） *1000/（ 20-4） kPa输 入 模 块 每 1mA 对 应 的 模 拟 值 =（ 27648-0） /（ 20-4）由 于 线 性 比 例 关 系 ， 依 据 上 面 两 式 可 以 得 到 ：输 入 模 块 每 一 个

43、 模 拟 值 的 压 力 =(15-0)*1000/(27648)kPa因 此 每 一 个 模 拟 值 X 对 应 的 压 力 值 Y 的 关 系 ：Y=1500/27648X高压缸排气降温阀门（上）在高压缸排气温度大于 327 打开高压缸排气降温阀门（下） 在高压缸排气温度大于 327 打开分隔屏前阀门 1 个 进分隔屏温度大于 380 打开湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-17-分隔屏后阀门（左） （右）分隔屏出水大于 480 打开减 温 水 系 统 的 I/O 资 源 配 置 表表格 3.7 IO 分配表序 号 名 称 地 址 注 释1 高压缸排气降温阀门（上） Q0.1 阀 门 打

44、开 ， KM12 高压缸排气降温阀门（上） Q0.2 阀 门 关 上 ， KM23 高压缸排气降温阀门（下） Q0.3 阀 门 打 开 ， KM34 高压缸排气降温阀门（下） Q0.4 阀 门 关 上 ， KM45 分隔屏前阀门 Q0.5 阀 门 打 开 ， KM56 分隔屏前阀门 Q0.6 阀 门 关 上 ， KM67 分隔屏后阀门（左） Q0.7 阀 门 打 开 ， KM78 分隔屏后阀门（左） Q1.0 阀 门 关 上 ， KM89 分隔屏后阀门（右） Q1.1 阀 门 打 开 ， KM910 分隔屏后阀门（右） Q1.2 阀 门 关 上 ，KM1011 高压缸排气温度 AIW0 输 入

45、12 进分隔屏温度 AIW2 输 入13 分隔屏出水温度 AIW4 输 入14 压 强 1 AIW6 输 入15 压 强 2 AIW8 输 入16 压 强 3 AIW10 输 入17 压 强 4 AIW12 输 入18 压 强 5 AIW14 输 入湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-18-表 3.7 IO 分配表续表19 压 强 6 AIW16 输 入20 汽 包 压 强 AIW18 输 入21 温 度 1 AIW20 输 入22 温 度 2 AIW22 输 入23 温 度 3 AIW24 输 入24 温 度 4 AIW26 输 入25 炉 膛 吹 灰 压 强 AIW28 输 入所有温度，压

46、强测量值 I/O 格式转换为浮点数格式，其中 AIW 为铂电阻采集的模拟值，DB2.DBD10 为 SFB41 背景数据块 DB2 的数据单元，对应 PID 的输入 PV_IN。图 3.8 模拟量输入数据块图在组织块 OB35 中 SFB41 系统功能块的输出 LMN_PER（DB2.DBD76 ）为 I/O 格式的输出，数值范围为 0-27648，可以直接赋值给模拟量输出模块（地址 QW3）,对应电压输出范围为 0-10V，OB1 中的程序为：湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-19-图 3.9 模拟量赋值图以上是基本的 LAD 程序，可根据系统功能的要求，在此基础上对程序进行扩展。至此 已

47、经把温度传感器在 PLC 和 step7 里面连上了2.2.1PID 控制阀门的 PLC 程序以高压缸排气降温阀门（上）为例，说明 PID 控制。对温度值调节 PID 运算结果去控制打开阀门关闭阀门，但是阀门的状态只能是 on 或者 off，不接收模拟量调节，故采用占空比的调节方法，温度传感器所测值传送到 PLC 后，若经 PID 指令运算得到一个01 之间的实数，然后换算成一个 0100 的整数，再换算成时间 t，改为周期为 10s 的脉冲去控制阀门的开关，就可以实现温度压强控制了。选择 CPU313C表格 3.10 信号范围表Q0.1 控制阀门打开，Q0.2 控制阀门关闭，AIW0 测量温度值。表格 3.11 PID 参数地址表名称 地址 名称 地址设定值 VD204 微分时间 VD224回路增益 VD212 控制量输出 VD208采样时间 VD216 检测值 VD220积分时间 VD220PLC 程序如下信号类型输入输出电压信号 电流信号模拟量输入 010V 无模拟量输出 010V 020mA