1、大连交通大学硕士学位论文基于LabVIEW的锅炉水温控制系统的研究姓名：李慧秀申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：郑士富20091220摘要摘 要综观目前工业控制的各个领域，不难发现，电锅炉控制系统被广泛的应用于其中。然而，我国电锅炉的应用起步较晚，且存在控制水平不高、算法粗糙简单、控制效果不佳、输出易产生振荡且超调量大等缺点。为此，针对电锅炉控制系统的研究具有重要的意义。本文以电锅炉为研究对象，通过实验，寻找一种最佳的控制方案，以达到系统稳定、调节时间短且超调量小的性能指标。为此，本论文设计了基于PLC和LabVIEW的锅炉水温控制系统，该系统的硬件结构从总体上来说包括下位机
2、和上位机两部分。下位机控制系统，是利用PLC作为系统的主控制器，由晶闸管进行加热，温度反馈信号经AD转换后，送入PLC中进行处理，在PLC中将测量元件测得的锅炉水温与设定值进行比较，并采用PID进行调节。若出现测得的水温超过设定水温l以上，下位机通过PLC的PID调节送调节信号给变频器，调节水泵流量，从而实时改变锅炉内水温，实现锅炉水温的控制。在这一部分还着重介绍了MM420变频器与S7200PLC之问的通信问题。上位机监控软件采用图形化语言LabVIEW，设计人机界面，并实现上位机与下位机之间的通信，实现对控制对象信号和设备的集中管理与监控，可显示温度测量值、给定值、输出值以及PID参数值，
3、实现对锅炉系统温度的监控。在这一部分，本文详细介绍了利用LabVIEW中的VISA模块设计串口通信的方法。以PLC为下位机，以LabVIEW为上位机开发平台，利用LabVIEW软件强大的数据运算能力和分析能力，并通过LabVIEW与PLC之间串口通信，组成实时监控的图形显示平台。调试结果表明，该系统具有界面友好、运行可靠、易于操作等特点。关键词：PLC；LabVIEW；变频器；VISA串口通信大连交通人学I：学硕十学位论文AbstractPresent every domain of industrial control shows US that electric boiler contro
4、l systemsare widespread usedHowever,our electric boilers are applied in industry later than othercountries，and exist following problems，such as low control level、algorithm rough simple、the function is not good enough、easy appear vibrations when output、the overshoot is bigSo，research the electric boi
5、ler control system is very importantThe article takes electric boiler as research target，by using experiments，find out a bestcontrol method，and achieving these goals of stable system，short control time and smallovershootAnd designing boiler water temperature control system based on PLC and theLabVIE
6、W，generally speaking，this hardware architecture of system includes two parts，thatSlower position machine and the superior machineThe lower position machine，takes PLC as core，heated by thyristorThe signal oftemperature feedback after transformed by AD，sent into PLC for processing，then comparingthe bo
7、iler water temperature value by measuring equipment and the setting value in PLC，andusing PID module to adjustmentIf the water temperature value by measured surpasses thesetting water temperature over IC，the lower position machine delivers the conditioningsignal to the frequency changer to adjustmen
8、t through PID module of PLC，adjusts the waterpump current capacity，to achieve the goal of changing the water temperature value inrealtime boiler,realizes the boiler water temperature contr01In this part also emphaticallyintroduces correspondence between the MM420 frequency changer and S7-200PLCThe s
9、uperior machine takes diagram language of LabVIEW as monitor software，designsman-machine contact surface，and realizes correspondence between the superior machine andthe lower position machine，realizes to the controlled member signal and equipmentScentralized management and the monitoring，which Can d
10、emonstrate the temperature observedvalue，the given value，the value of exports as well as the PID parameter value，realizesmonitor to the boiler system temperatureIn this part，this article introduces correspondencemethod between LabVIEW and VISA serial port module in detailTakes PLC as the lower posit
11、ion machine，and LabVIEW as the superior machinedevelopment platform，uses the LabVIEWS formidable data operation ability and analysisability，and through LabVIEW and PLC serial port correspondence，composition a realtimemonitoring graphical display platformDebugging result indicates that this system ha
12、s thegood contact surface，reliable movement characteristics，simplify operation，and SO onKey Words：PLC：LabVIEW；Frequency changer：Correspondence of VISA serial port大连交通大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得太整銮通太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料
13、。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。学位论文作者签名：参量磊日期： 少，7年 肛月 工f日大连交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解太董塞通太堂有关保护知识产权及保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属太整銮通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使用论文工作成果时署名单位仍然为太蓬銮通太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人授权太整塞通太堂可以将学位论文的全部或部
14、分内容编入中国科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论、又。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)学位论文作者签名：辛要案日期： 弘7年fj月工日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：电子信箱：锄张坳彩魄吖年M 27日电话：邮编：第一章绪论第一章 绪 论11课题来源及意义在工业生产过程中，控制对象各种各样，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。温度
15、测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题。近年来，我国经济建设快速发展，同时也面临诸多问题，其中最为迫切的是能源和环境问题，能源紧张和环境污染状况日益严重，已经引起了人们的高度重视。现阶段我国城市采暖形式以区域锅炉房和热电厂为热源的集中供热为主，燃料主要为煤，燃煤所造成的粉尘和有害气体排放是造成我国北方城市冬季污染的主要来源。大气污染严重，不仅关系到群众的生活环境和身体健康，而且影响城市形象和可持续战略的发展。随着能源结构的调整，电力、天然气、煤气等清洁能源
16、的生产与应用有了快速发展，大中城市中也开始使用电力、天然气等清洁能源来进行采暖。为此，本文主要研究电锅炉温度控制的方法。电锅炉是将电能转换为热能的能量转换装置。具有结构简单、无污染、自动化程度高等特点。与传统的以煤和石化产品为燃料的锅炉相比还具有基本投资少、占地面积小、操作方便、热效率高、能量转化率高等优点。近年来，电锅炉已成为供热采暖的主要设备。锅炉控制作为过程控制的一个典型，动态特性具有大惯性大延迟的特点，而且伴有非线性。目前国内电热锅炉控制大都采用的是开关式控制，甚至是人工控制方法。采用这些控制方法的系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差。另外，频繁的开关切换对电网
17、产生很大的冲击，降低了系统的经济效益，减少了锅炉的使用年限。因此，研究一种最佳的电锅炉控制方法，对提高系统的经济性，稳定性具有重要的意义l。12电锅炉国内外发展现状、水平及需要解决的关键技术121国内外电锅炉发展现状从世界各国的供热方式来看，从20世纪50、60年代开始，发达国家开始普遍应用电采暖技术。有充沛的电力作为基础，电采暖技术具有其他热能设备无法比拟的优点，大连交通大学1i学硕十学位论文从而得以迅速发展。目前国外产品技术相当成熟，其电采暖(主要是电锅炉)产品具有以下主要特点：1、没有任何污染排放由于采用电热管与水直接接触的加热方式，电能直接转换为热能，不会有有害气体和污染物，也无噪声，
18、完全符合环保的要求，称得上是绿色环保。2、能量转化率高电加热锅炉由于采用电加热元件直接插入锅内与水接触换热系数很高，热效率可达97以上，有着其它任何类型的锅炉都难以达到的转换效率。3、可以完全实现智能化无人值守由于电加热元件的工作，可以通过外部的电气开关控制，所以对锅炉运停负荷的大小及水温、水位、工作压力、工作时间等可以实现快速和可靠的自动化控制，且负荷调节范围大，有利于减少无效的工作负荷。4、占地面积及空间小锅炉房造价低由于加热方式简单，使得锅炉体积可以做得很小，重量轻且不需要任库存废料场等，附属用地占地面积及空间都小因此土地使用费和锅炉，都很低地处闹市区的使用单位易于布置。5、可以免除能源
19、的运输和仓储费用由于电能的输送只需一根电缆，完全不需要固体或液体能源燃料的仓储费用。6、安全性能好由于电加热的过程全部在锅内完成且易于实现对负荷温度水位指标可靠的电气化控制，不易造成安全事故。7、可以对电力供应的峰谷起有效的调节作用总之，国外电锅炉产品具有高热效率、高可靠性、高自动化程度和低故障率等特性，有着较广阔的应用前景。二十世纪70-80年代我国电力供应紧张，电锅炉被视为电老虎而被禁止使用。在我国，电锅炉的快速发展是从90年代开始的，国家政策扶持，人们对电锅炉的认识也开始有了根本性的转变。我国加热锅炉的开发与国外比起步较晚，无论是在新的加热方式的应用水平上，还是控制技术上都有一定的差距，
20、还处于发展期有很多的课题要解决，只有随时跟踪国外电热锅炉的发展新方向，不断完善和创新，我国的电热锅炉才能有比较大的发展I引。2第一章绪论122本系统的关键技术1、现有电锅炉的控制方式主要有以下四种：(1)手动+温度显示控制仪表控制并温度显示；(2)顺序控制器或PLC控制+温度显示控制仪表控制并温度显示；(3)完全用PLC控制，包括温度输入模块和显示单元(液晶显示或触摸屏显示)；(4)专用电锅炉电脑控制器控制并温度显示。2、因PLC有以下优点，所以在系统中得到了广泛应用：(1)PLC运行可靠、编程简单，一套PLC即可实现电锅炉加热、储能、取热的控制，并且对炉温和出口水温进行实时监控。(2)温度采
21、集模块直接采集工业现场的温度信号，不需要把温度接进PLC进行处理，精确度高，使用方便。(3)适应现代工厂自动化对系统开放性和互联性的需要，PLC具通信功能，可以通过DP网络或者Modem进行远程监控，具备可升级性电锅炉控制系统以PLC为核心、变频器调速技术、计算机和智能控制来实现系统的管理、控制和保护。3、电锅炉控制系统以PLC为核心、与变频器调速技术相结合实现系统的管理、控制。本电锅炉控制系统的关键技术如下：(1)PLC系统设计。本系统选用西门子S7200的高性能PLC，需要对系统的硬件和软件进行精心的设计。(2)PLC控制变频调速技术。变频器速度控制精度高，调速范围大，具有较好的静态特性及
22、动态特性，可以方便组成比较复杂的闭环控制系统，完成现场流量、压力、转速等量的控制。(3)LabVIEW监控界面的设计。锅炉监控系统的软件采用图形化语言LabVIEW来编写，可以直观的显示锅炉运行状态。(4)LabVIEW与PLC的通信设计。上微机监控软件采用LabVIEW，并与PLC进行通讯，实现对控制对象信号和设备的集中管理与监控，可显示并修改温度测量值、给定值、输出值以及PID参数值，实现对锅炉系统温度的监控。13本论文完成的主要工作本课题的具体研究内容如下：1、结合电锅炉水温上升过程的特点，对被控对象进行理论分析，设计系统整体设计方案。3大连交通人学I：学硕十学何论文2、对变频调速技术及
23、可编程序控制器(PLC)进行简单介绍，对锅炉水温控制系统硬件和软件部分进行设计。3、以图形化语言LabVIEW设计监控界面，实现上位机与下位机之间的通信，也实现了对控制对象信号和设备的集中管理与监控，可显示并修改温度测量值、给定值、输出值以及PID参数值，实现对锅炉系统温度的监控。4、完成电锅炉系统的实验调试，通过实验寻找最佳控制方法。4第一章锅炉水温控制系统的总体设计第二章锅炉水温控制系统的总体设计21锅炉水温控制系统简介锅炉水温控制系统是在实验室原有ACSK型自动化综合实验系统的基础上改造的。ACSK系统是基于工业过程对象的物理模拟对象，它集成自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制
24、技术为一体的多功能实验装置。该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，比值控制等多种控制形式。因此对此系统进行一些改进，就可以很好的实现锅炉水温的控制唧。211 ACSK系统组成及改进ACSK系统由“对象系统、控制系统、监控系统及通讯系统”等组成。对象系统由铁质亚光喷塑框架、不锈钢管路、透明双容水槽、加温锅炉、储水槽、进口水泵、流量变送器、压力变送器、液位变送器、温度变送器、进口电动执行机构与调节阀等组成，整个系统采用透明敞开式设计方案。如图21所示。图2,1过程对象系统结构图Fig21 Stmtureofprocesscontrol system本
25、设计是由PLC作为主控制器，通过PLC来控制晶闸管加热，下位机采用PLC的PID调节，给信号变频器和电磁阀，通过调节变频器控制水泵加水和控制电磁阀放水来调节锅炉水温。上位机采用软件LabVIEW编制监控程序，并与PLC进行通讯，实现对控制对象信号和设备的集中管理与监控，可显示并修改温度测量值、给定值、输出值以大连交通人学l：学硕十。浮何论文及PID参数值，实现对锅炉系统的水温控。因此本设计在ACSK系统中加入PLC和变频器，使原有ACSK系统中的锅炉水温控制系统的功能更加完善，更接近于实际现场。改进后的系统总体框图如图22所示。图22系统总体框图Fig22 Overall diagram of
26、 system212主控制器PLC的介绍1、PLC的特点可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Contr011er)，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出PLC概念的是美国通用汽车公司。当时，根据汽车制造生产线的需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制柜，以减少汽车改型时，重新设计制造继电器控制盘的成本和时间。PLC的基本设计思想是把计算机的功能完善，灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象、将控制内容编
27、成软件写入控制器的用户程序存储器内。随着半导体技术、尤其是微处理技术和微型计算机技术的发展，至0 70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC己不再仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控
28、制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。可编程控制器6第二章锅炉水温控制系统的总体设计对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器己成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点
29、14J。(1)可靠性高、抗干扰能力强。可靠性是用户的首要要求，因而PLC的生产厂家都着力于提高可靠性的指标。目前各生产厂家生产的PLC的平均无故障时间都大大超过IEC(Intemational Electrotechnical Commission)规定的10万小时。而且规模较大、要求较高的系统还可以采用多机冗余系统或表决系统，进一步提高系统的可靠性。PLC的加接口电路均采用光电隔离，可以有效地抑制外部干扰。(2)编程简单、使用方便。PLC的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。(3)功能完善、通用性强。PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等
30、功能，而且还具有AD，DA转换，数值运算和数据处理，通信和联网，对模拟量进行闭环PID(Proportion Integration Differentiation)控制等功能。设计、安装容易，调试周期短，维护简单。PLC已实现产品的系列化、标准化，设计者可在规格繁多、品种齐全的PLC产品中选用高性价比的产品。PLC用软件功能取代了继电器控制系统大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，从而使控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。用户程序大部分可以在实验室模拟进行，调试好后再将PLC控制系统放到生产现场联机调试，这样既快速又安全方便，从而可以大大缩短设计和调试周期。在维修方面，由于PLC本身
31、故障率极低，而且各种模块上均有运行和故障显示，便于用户了解运行情况和查找故障。又由于大部分PLC采用模块式结构，一旦某模块发生故障，用户可通过更换模块的办法，使系统迅速恢复运行15J。(5)体积小、能耗低、性能价格比高。2、PLC的主要功能PLC其主要功能如下：(1)数据采集与输出可实现在线的数据(包括模拟量和数字量)采集和输出。(2)控制功能包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数。(3)数据处理功能7大连交通人学T浮硕十学位论文能进行基本数学运算、逻辑运算、PID运算、比较、滤波等，还可用高级语言编程实现复杂的控制算法。(4)输入输出信号调制功能具有AD、DA转换功能，通过IO模块(可远程进行)
32、完成对模拟量的控制和调节，具有温度、位置等测量接口。(5)通信、联网功能现代PLG大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程加控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的根据国内外兴起的计算机集成生产系统CIMS先进思想，形成新一代SCADA系统(Supervisory Control And Data Acquisition)最P数据采集与监视
33、控制系统，其现场和远程也可以采用PLC作现场机。(6)支持人机界面功能通过友好的人机界面向操作者提供监视机器和过程工作必需的信息。允许操作者通过人机界面与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业的分散控制和集中监视管理。(7)编程、调试等大部分PLC支持在线编程和调试，便于发现错误，优化程序。可以预见，未来PLC仍将朝着以下方向发展：功能化随着新技术的采用，功能将进一步强化。模块化将专用功能集成于一个模块。集成化实现与IPC、DCS、CNC等的集成。智能化各模块均带有自己的CPU，有独立的处理能力。标准化各公司产品(硬件和软件)标准化，实现互相兼容。开放化系统体系结构完全开放，实现集散分
34、布式控制。8第二章锅炉水温控制系统的总体设计3、PLC的组成可编程控制器PC或PLC是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机。它的软、硬件配置与计算机极为类似，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。PLC机硬件主要由中央处理单元(CPU)、存贮器、输入输出单元以及编程器、电源和智能输入输出单元等构成。如图23所示。图23 PLC的组成Fig23 Structure of PLC213控制对象由不锈钢储水箱、上、下两个串接有机玻璃长方体水箱、25千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢
35、冷却锅炉夹套构成)、不锈钢管道组成。214压力变送器变送器是将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。ACSK型过程试验系统采用的是上海天沐自动化仪表有限公司生产的NSI型指针显示系列压力变送器。本压力变送器是电容式压力变送器。被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在d元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。9大连交通大学1：学硕十学位论
36、文技术参数：工作温度范围：4085量程：25KPa过载能力：2倍工作电压：24VDC输出信号：420mA电气连接：接线端子215电磁阀在控制水箱流量时选用的是霍尼韦尔公司研制的ML7420A型电磁阀。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强大、可靠性高、操作方便等优点。技术参数：电源：24Vac(iE负15)50Hz60Hz功耗：7VA最大(24Vac)输入信号：010Vdc或210Vdc信号源输出阻抗：1千欧姆负载：最大lmA轴杆推力：600牛顿执行器行程：20mm环境温度：10至50最大阀介质温度：150“(2，若介质温度超过150，需用高温组件4319600000I002，
37、温度范围扩展到220216水泵本设计采用UPA泵，封闭转子式，即泵和电动机形成一个整体，没有轴封，仅有二个密封垫圈。结构特点：陶瓷轴和径向轴承；碳质推力轴承；不锈钢转子罩和轴承挡板；叶轮用耐腐蚀材料制成；泵壳用铸铁制造并经环氧树脂处理。技术参数：液体温度：+2+60系统压力：PN 6(6 bar)功率范围：120W连接方式：6分转4分接头接口两端距离：160mm10第：章锅炉水温控制系统的总体设计泵体：铸铁+环氧树脂电泳最高扬程：9M最大流量：2TH额定扬程：75M额定流量：05TH217变频器本设计采用MICROMASTER 420变频器，该变频器适合用于各种变速驱动装置，尤其适合用于水泵，
38、风机和传送带系统的驱动装置。它的特点是设备性能面向用户的需求，并且使用方便。技术参数：电源电压和功率范围：单相交流200V至240V10012KW至3KW输入频率：47Hz至63Hz输出频率：0 Hz至650 Hz功率因数：=o95变频器效率：96至97过载能力：15倍额定输出电流，60秒(重复周期每300秒一次)合闸冲击电流：小于额定输入电流控制方式：线性vf，平方vf多点vf特性(可编程v压)磁通电流控制(FCC)PWM频率：16KHz(230V，单项三项交流变频器的标准配置)2KHz(400V，三项交流变频器的标准配置)4KHz至16KHz(每级调整2KHz)制动：直流制动，复合制动防护
39、等级：IP20工作温度范围：10至+50存放温度：40至+70湿度：相对湿度95，无结露海拔高度：海拔1000米以下使用时不降低额定参数16l218监控界面的介绍上位机(PC)对温度进行实时监控，不仅要求上位机要具有良好的监控界面，而且要解决与下位机(PLC)的通讯问题。有许多软件能编辑优秀的监控画面，如Visual Basic，Visual C+，King Views(组态王)等，但是由于VB，VC对开发人员的编程要求太高，大连交通大学?f：学硕十学位论文开发时问太长，King Views(组态王)软件成本高，不能打包发布等缺点，而且传统PLC的人机界面不太友好，一般的非专业人士根本看不懂。
40、而LabVIEW是美国Nl公司开发的一个虚拟仪器平台，提供了丰富的数据采集、分析和处理的函数以及RS232等多种通信总线接口标准。所以本系统运用图形化编程语言LabVIEW作为开发平台设计监控界面，在与可编程控制器PLC相结合，具有工作可靠性高，灵活性和通用性高，编程简单，抗干扰能力强等优点。22系统总体方案设计本水温系统由主控制器PLC、上位机PC、变频器，电锅炉，锅炉内有晶闸管，温度传感器，两个液位开关，电磁阀等部件组成。晶闸管主要是对锅炉进行加热，由于给晶闸管两端的电压和电流是不变的，所以加热的温度就不会改变，当温度需要改变时，就需要另一控制电路来完成。另一控制电路是由铂电阻(PT-10
41、0)测量电锅炉内的水温后经变送器转换成相应的电信号，该电信号经山，D转换成相应的标准数字量信号输入PLC进行数据处理运算。PLC根据已设计好的控制算法，得到相应的控制数据，通过Io口输出信号给变频器，控制水泵向锅炉中加冷水，可以调节锅炉内水温。本系统的两个液位开关为开关量传感器，测量水位的高低，反映有无水和水溢状态，当水位低于下限值或高于上限值时均停止加热，内部重新调节，并通过监控界面实时显示报警信号。锅炉内的水是通过水泵将贮水箱中的水抽入，通过电磁阀将水放到贮水箱中，使水形成循环。参见图24，控制系统控制过程为：当设定某一温度后，启动水泵向电锅炉内进水，水位上升到下限液位后，启动晶闸管对锅炉
42、中的冷水进行加热，同时启动PID调节。若出现测得的水温超过设定水温1以上，PLC控制电磁阀放热水，同时会给变频器控制信号，来控制水泵进冷水以进行自动调节。本系统的输入和输出信号集中处理选用西门子S7200的PLC，集中显示和控制借助LabVIEW在上位机上实现。需控制的炉温规律，即炉温按要求的温度一时问关系的变化规律变化，在设计控制程序时确定。；兰p删圈州恼y圃：给定量+u u：u。；眦t pv固?围图24锅炉水温闭环控制系统图Fi924The figure of Boiler water temperature closed-loop control system12啪-锅炉温度第二章锅炉水
43、溺控制系统的总体设计本章小结本章具体介绍了微机过程控制系统的硬件组成与软件编程语言的选择和应用。通过对系统硬件与软件的解析来阐述系统总体方案设计。总体方案设计思想始终围绕着稳定性、通用性、经济性的原则。选用PLC为核心控制器，MM420变频器控制水流速度来达到改变温度的目的，简化系统设计，提高了系统的智能性。大连交通大学T学硕学位论文第三章控制系统下位机的设计控制系统核心是PLC拧制部分，包括PLC与上位机PC的通信，传送数据对变频器和电磁阀实现控制。该控制系统结合了Siemens公司提供的s7200的控制方案和以往项目的控制系统设计方案而设计的，下面将在本章和下一章详细介绍该系统卜位机的硬件
44、和软件的设计。31电锅炉PLC控制系统由于工厂现场的环境比较恶劣，温度、扶尘、屯磁干扰对控制系统都会产生极大的影响，选用西门子PLC能很好的解决这些问题，在环境适应性、运行速度和实用性上都有根好的效果。经过对系统要完成的任务进行分析，选用西门子s7200PLC作为主控制器。3 11 S7200PLC的基本结构西门子公司的SIMATIC s7200系列属于小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。s7。200的实物图如图31所示。整体式PLC将CPU模块、IO模块和电源装在一个箱型机壳内，s7-200称为CPU模块。s7200系列PLC提供多种具有不同I
45、O点数的CPU模块和数字量、模拟量IO扩展模块供用户选用CPU模块和扩展模块用扁平电缆连接。|兰I 31 s7200实物刳Fig31Real photo ofS7200第章控制系统下位机的设计整体式PLC还配备有许多的特殊功能模块，例如模拟量输入输出模块、热电偶、热电阻模块、通信模块等，使PLC功能得到扩展。S7200可以选用梯形图、语句表(即指令表)和功能块图形语言来编程。它的指令丰富，指令功能强，易于掌握，操作方便，内置有高速计数器、高速输出、PID控制器、RS485通信编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信功能。最多可以扩展到248点数字量IO或35路模拟量IO，最多有2
46、6KB程序和数据存储空间IJ”。312 S7200的CPU模块S7200系列PLC共有5种基本型号的CPU模块，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM，控制点数可以从10点扩展到248点。其中，CPU221无扩展功能，适于用做小点数的微型控制器，CPU222有扩展功能，CPU224是具有较强控制功能的控制器，CPU226和CPU226XM适用于复杂的中小型控制系统。其中CPU226模块的Io总数为40点，输入点24点，输出点16点。可带7个扩展模块。用户程序存储器容量为66K字。内置高速计数器，具有PID控制器的功能。有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通
47、信口。具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。运行速度快、功能强，适用于要求较高的中小型控制系统。313 S7200的通信能力S7200的CPU模块自带RS485串行通信口支持PPI、DPT、自由通信口协议和PROFIBUS点对点协议。每个网络最多126个站，最多32个主站。通信接口可以实现与下列设备的通信：运行编程软件的计算机、文本显示器TD200、OP(操作员面板)，以及S7200CPU之间的通信；通过自由通信口协议，可以与其他厂商的设备进行串行通信。EM277PROFIBUSDP从站模块用于将S7200CPU连接到PROFIBUSDP网络。通信速率为9600-12Mbits
48、。工业以太网通信模块CP2431的通信速率为10Mbits或100Mbits，半双工全双工通信，砌45接口，使用TCPIP协议。可用STEP7MicroWIN软件实现通过工业以太网配置系统和远程编程服务(上载、下载程序，监视状态)，通过工业以太网连接其他的CPU，通过S7OPC在计算机上处理数据。EM241Modem(调制解调器)模块支持远程维护或远程诊断、PLC之间的通信、PLC与PC的通信、给手机或寻呼机发送短消息等，EM241参数化向导集成在Micm侧INV32中。15大连交通人学T学硕十学位论文通过CP 2432 ASi通信处理器，S7200CPU可以作ASi的主站，最多可以连接62个
49、ASi从站，接入496个远程数字量输入输出剧8。鲫。314 S7200编程软件STEP7Micfo胱IN 32编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专门为STMATIC S7200系列PLC设计开发。该软件功能强大，界面友好，并有方便的联机帮助功能。用户可利用该软件开发PLC应用程序，同时也可实时监控用户程序的执行状态。该软件是STMATIC S7200用户不可缺少的开发工具。STEP7Micr0wIN 32的基本功能是协助用户完成应用软件的开发任务，例如，创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。利用软件可设罨PLC的工作方式和参数，上载和下载用户程序，进行程序的运行监控。它还具有简单语法的检查、对用户程序的文档管理和加密等功能，并提供在线帮助。 上载和下载用户程序指的是用STEP7Mi洲lN32编程软件进行编程时，PLC主机和
