【畢業(yè)論文】淺談PLC的發(fā)展和應(yīng)用

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙1緒 論1.1 plc的狀況和前景1.1.1 plc的定義及其特點(diǎn)plc即可編程控制器（programmable logic controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（international electrical committee）頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)plc做了如下定義：plc英文全稱(chēng)programmable logic controller ,中文全稱(chēng)為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)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)

2、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(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程.plc是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語(yǔ)言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說(shuō)有半導(dǎo)體的地方就有plc。plc的特點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)靈活，不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)可以靈活擴(kuò)展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率，在移動(dòng)性方面可與wlan媲美。（2）傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定，可以很平順的在線觀賞dvd影片，它所提供的14mbps帶寬可以為很多應(yīng)用平臺(tái)提供保證。最新的電力線標(biāo)準(zhǔn)homeplug av傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了200mbps；為了確保qos，homeplug av采用了時(shí)分多路

3、訪問(wèn)（tdma）與帶有沖突檢測(cè)機(jī)能的載體偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（csma）協(xié)議，兩者結(jié)合，能夠很好地傳輸流媒體。（3）范圍廣，無(wú)所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。雖然無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以做到不破墻，但對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，其必需布設(shè)n多個(gè)ap才能滿足需求，而且同樣不能避免信號(hào)盲區(qū)的存在。而電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的。由此，運(yùn)營(yíng)商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一處有電力線的地方。這一技術(shù)一旦全面進(jìn)入商業(yè)化階段，將給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來(lái)極大的發(fā)展空間。終端用戶只需要插上電力貓，就可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視頻道接收節(jié)目，打電話或者是可視電話。（4）低成本。充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基

4、礎(chǔ)設(shè)施，無(wú)需任何布線，節(jié)約了資源。無(wú)需挖溝和穿墻打洞，避免了對(duì)建筑物、公用設(shè)施、家庭裝潢的破壞，同時(shí)也節(jié)省了人力。相對(duì)傳統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)，plc成本更低，工期短，可擴(kuò)展性和可管理性更強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費(fèi)用一般為50-80元/月左右，這樣的價(jià)格和很多地方的adsl包月相持平。（5）適用面廣。plc作為利用電力線組網(wǎng)的一種接入技術(shù)，提供寬帶網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”的解決方案，廣泛適用于居民小區(qū)，酒店，辦公區(qū)，監(jiān)控安防等領(lǐng)域。它是利用電力線作為通信載體，使得plc具有極大的便捷性，只要在房間任何有電源插座的地方，不用撥號(hào)，就立即可享受4.545mbps的高速網(wǎng)絡(luò)接入，來(lái)瀏覽網(wǎng)頁(yè)撥

5、打電話，和觀看在線電影，從而實(shí)現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻，以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”。 1.1.2 plc的生產(chǎn)廠家及其類(lèi)型n 美國(guó): ab公司、ge-fanuc公司n 德國(guó): siemens公司n 法國(guó): schneider公司n 日本: mitsubishi公司、omron公司、toshiba公司n 中國(guó): 上海香島、和利時(shí)現(xiàn)有的類(lèi)型：（1）s7200 針對(duì)低性能要求的整體式小控制系統(tǒng)；使用24vdc，也可使用120v230vac；可擴(kuò)展7個(gè)模塊（除cpu210、cpu221）cpu和模塊通過(guò)扁平電纜連接；網(wǎng)絡(luò)連接：rs-485通訊接口（除cpu210 ） profibus從站（215、222

6、以上）無(wú)插槽限制；使用s7 micro/win32軟件。（2）s7-300 針對(duì)低性能要求的模塊式中小控制系統(tǒng)；可以擴(kuò)展多達(dá)32個(gè)模塊；模塊內(nèi)集成背板總線；網(wǎng)絡(luò)連接：mpi、profibus、industrial ethernet無(wú)插槽限制（3）s7-400 用于中等到高級(jí)性能要求的強(qiáng)大plc；可以擴(kuò)展多達(dá)300個(gè)模塊；背板總線集成在機(jī)架內(nèi)；可以聯(lián)網(wǎng)：mpi，profibus，ethernet沒(méi)有插槽限制；多處理器計(jì)算（cr上可多達(dá)4個(gè)cpu）。1.1.3 plc的國(guó)內(nèi)外狀況在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的

7、數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)gm（通用汽車(chē)）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱(chēng)programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)plc。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的plc主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。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控制器，使plc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。為了

8、方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類(lèi)似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的plc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)（簡(jiǎn)稱(chēng)pc）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為programmable logic controller（plc）。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(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

9、的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(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。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是plc發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。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，plc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。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展

10、了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車(chē)、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了plc的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的cf系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的dkk及d系列、大連組

11、合機(jī)床研究所生產(chǎn)的s系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的yz系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的plc生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，plc在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。1.1.4 plc的發(fā)展前景21世紀(jì)，plc會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制

12、場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)dcs（distributed control system）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。1.2 本課題的研究現(xiàn)狀自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出plc取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)，plc得到了快速發(fā)

13、展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)，plc的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，國(guó)內(nèi)外對(duì)鍋爐的監(jiān)控也逐漸從傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到以plc為核心的控制系統(tǒng)上來(lái)。特別是近些年來(lái)，隨著信息技術(shù)在全球范圍內(nèi)的研究與普及，工業(yè)信息化在自動(dòng)化方面也得到了廣泛的應(yīng)用，要求在工業(yè)的生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，通過(guò)信息基礎(chǔ)設(shè)施，在集成平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)信息的采集(傳感器及儀器儀表)、信息的傳輸(通信)、信息的處理(計(jì)算機(jī))以及信息的綜合應(yīng)用(自動(dòng)化、管理、經(jīng)營(yíng)等功能)等，這也對(duì)鍋爐的監(jiān)控提出了新的要求。國(guó)內(nèi)對(duì)鍋爐控制的研究始于80年代初期。最初，大多數(shù)系統(tǒng)是

14、在引進(jìn)國(guó)外成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多年的研究與應(yīng)用，目前，我國(guó)在鍋爐監(jiān)控方面的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，而且正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化和集成化方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)研究鍋爐控制比較成熟的企業(yè)有上海杜比公司、南京仁泰公司，廣州迪森公司等。此外，還有一些科研院校聯(lián)合企業(yè)也開(kāi)發(fā)各種智能鍋爐控制系統(tǒng)。當(dāng)前，節(jié)能與環(huán)保己成為人類(lèi)社會(huì)面臨的兩大課題。我國(guó)的鍋爐目前以煤為主要燃料，耗煤量接近全國(guó)煤產(chǎn)量的三分之一，燃用的主要是中、低質(zhì)煤，工業(yè)污染十分嚴(yán)重，而且鍋爐設(shè)備陳舊，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度低，嚴(yán)重降低了能源利用率，同時(shí)進(jìn)一步加重了環(huán)境污染的程度。像鍋爐設(shè)備這樣的高耗能、高

15、污染的設(shè)備長(zhǎng)期工作在非經(jīng)濟(jì)工況狀態(tài)是造成我國(guó)能源消耗居高不下和環(huán)境污染的重要原因降，而在歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，石油和天然氣己成為第一能源，占能源消費(fèi)60%左右，燃油和燃?xì)忮仩t的已逐步取代燃煤鍋爐。2 西門(mén)子plc的結(jié)構(gòu)2.1 西門(mén)子plc的結(jié)構(gòu)圖2.1 西門(mén)子plc的結(jié)構(gòu)2.2 cpu模塊 cpu 315s7-300有cpu312 ifm、cpu313、cpu314、cpu314 ifm、cpu315/315-2dp、cpu316-2dp、cpu318-2dp等8種不同的中央處理單元可供選擇。cpu315-2dp、cpu316-2dp、cpu318-2dp都具有現(xiàn)場(chǎng)總線擴(kuò)展功能。cpu以梯形圖

16、lad、功能塊fbd或語(yǔ)句表stl進(jìn)行編程。表2.1列出了部分中央處理單元cpu的主要特性，包括存儲(chǔ)器容量、指令執(zhí)行時(shí)間、最大i/o點(diǎn)數(shù)等。cpu315/cpu315-2dp：cpu315是具有中到大容量程序存儲(chǔ)器和大規(guī)模i/o配置的cpu,有中到大容量程序存儲(chǔ)器和profibus-dp主/從接口的cpu，它用于包括分布式及集中式i/o的任務(wù)中。cpu315/cpu315-2dp具有48 kb/64 kb，內(nèi)置80/96 kb的裝載存儲(chǔ)器(ram)，可用存儲(chǔ)卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器，最大容量為512 kb，指令執(zhí)行速度為300 ns/二進(jìn)制指令，最大可擴(kuò)展1024/2048點(diǎn)數(shù)字量或128/256個(gè)模

17、擬量通道。cpu315-2dp是帶現(xiàn)場(chǎng)總線(profibus)sinec l2-dp接口的cpu模塊，其他特性與cpu315模塊相同。表2.1 部分中央處理單元cpu的主要特性2.3 ps 307電源模塊(5a)訂貨號(hào)：標(biāo)準(zhǔn)模板：6es7307-1ea00-0aa0戶外模板：6es7307-1ea80-0aa0ps 307電源模塊(5a)具有以下顯著特性：l 輸出電流5al 輸出電壓24vdc；防短路和開(kāi)路保護(hù)l 連接單相交流系統(tǒng)(輸入電壓120/230 vac，50/60hz)l 可靠的隔離特性，符合en 60 950l 可用作負(fù)載電源圖2.2 ps 307電源模塊(5a)的接線圖圖2.3

18、ps 307電源模塊(5a)的基本電路圖2.4數(shù)字量輸入模塊sm321訂貨號(hào)：標(biāo)準(zhǔn)型：6es7321-1bh02-0aa0siplus s7-300模板：6ag1321-1bh02-2aa0sm 321 di 1624 vdc數(shù)字量輸入模板具有以下顯著特性：l 16個(gè)輸入點(diǎn)，帶隔離，16點(diǎn)為一組l 額定輸入電壓24 vdcl 適用于開(kāi)關(guān)和2/3/4線bero(接近開(kāi)關(guān))圖2.4 sm 321；di 1624 vdc數(shù)字量輸入模板的端子接線圖和框圖技術(shù)規(guī)范2.5數(shù)字量輸出模塊sm322訂貨號(hào)：標(biāo)準(zhǔn)型：6es7322-1bh01-0aa0siplus s7-300模板：6ag1322-1bh01-

19、2aa0sm 322 do 1624 vdc/0.5a數(shù)字量輸出模板具有以下顯著特性：l 16個(gè)輸出點(diǎn)，帶隔離，8點(diǎn)為一組l 0.5a輸出電流l 24 vdc額定負(fù)載電壓l 適用于電磁閥、直流接觸器和指示燈模板同高速計(jì)數(shù)器一起使用時(shí)注意：當(dāng)通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)接通24v電源時(shí)，數(shù)字量輸出模板sm322；do 16x24 vdc/0.5a將輸出一個(gè)約50s的“1”信號(hào)。圖2.5 sm 322；do 1624 vdc/0.5a數(shù)字量輸出模板的端子接線圖和框圖sm 322；do 16x24vdc/0.5a的技術(shù)規(guī)范2.6模擬量輸入模塊sm331訂貨號(hào)：6es7331-7kf02-0ab0模擬量輸入模板sm

20、331；ai 812位具有以下特性和特點(diǎn)：l 8通道；4個(gè)通道組l 被測(cè)值精度；每組可設(shè)定（取決于所設(shè)定的積分時(shí)間）-9位+符號(hào)-12位+符號(hào)-14位+符號(hào)l 每個(gè)通道組的可選測(cè)量方法：-電壓-電流-電阻-溫度l 可編程診斷l(xiāng) 可編程診斷中斷l(xiāng) 帶有極限監(jiān)控功能的兩個(gè)通道l 當(dāng)超過(guò)極限值時(shí)可編程硬件中斷l(xiāng) 與背板總線接口隔離l 與負(fù)載電壓隔離（當(dāng)至少一個(gè)編碼鍵插在d位置時(shí)出外）圖2.6 模擬量輸入模板sm 331；ai 812位的模板視圖和框圖sm 331；ai 812位的技術(shù)規(guī)范2.7模擬量輸出模塊sm332訂貨號(hào)：6es7332-5hf00-0ab0模擬量輸出模板sm 332；ao 812

21、位具有以下特性和特點(diǎn)：l 8通道8輸出l 每個(gè)輸出通道可以編程為-電壓輸出-電流輸出l 精度12位l 可編程診斷l(xiāng) 可編程診斷中斷l(xiāng) 隔離背板總線接口和負(fù)載電壓圖2.7 模擬量輸出模板sm 332；ao812位的模板視圖和框圖sm 332；ao 812位的技術(shù)規(guī)范3 鍋爐的硬件部分及部分原理圖該套系統(tǒng)的要求：a、 要求該套系統(tǒng)有鼓風(fēng)設(shè)備，引風(fēng)設(shè)備，以及鍋爐內(nèi)部支撐架的降溫裝置；b、 當(dāng)鍋爐溫度過(guò)低的時(shí)候能夠自動(dòng)加大鼓風(fēng)力度以及加大煤氣引動(dòng)閥門(mén)；c、 有溫度采集、檢測(cè)壓力及顯示功能；d、 組網(wǎng)，建立一個(gè)et200，用profibus 來(lái)連接。3.1硬件部分下圖是本次改造的三號(hào)鍋爐的模型圖，在這里

22、只寫(xiě)有關(guān)溫控方面的設(shè)備安裝設(shè)計(jì)。如下圖，分別有一個(gè)鼓風(fēng)通道，一個(gè)引風(fēng)通道，都分別由一個(gè)高壓風(fēng)機(jī)帶動(dòng)，這里的燃料為煤氣。但是它只是由高壓而來(lái)的，不必過(guò)多的考慮。這里調(diào)節(jié)溫度的就是這里的鼓風(fēng)風(fēng)機(jī)和引風(fēng)風(fēng)機(jī)，控制它們，就等于控制了鍋爐內(nèi)氧氣量，從而控制了鍋爐的溫度。在這里在進(jìn)爐處安裝了一個(gè)激光測(cè)溫儀，出爐安裝了一個(gè)激光測(cè)溫儀，引風(fēng)管道和鼓風(fēng)管道各裝了一個(gè)pt100這是用來(lái)測(cè)煅燒過(guò)后的鋼坯的溫度。由于是高壓風(fēng)機(jī)，在兩個(gè)風(fēng)機(jī)上的轉(zhuǎn)子上都加了一個(gè)pt100，來(lái)測(cè)電機(jī)的溫度，還有在鼓風(fēng)機(jī)與鍋爐連接的管道中間加上一個(gè)閥，閥上有限位開(kāi)關(guān)。這些信號(hào)都作為反饋信號(hào)。圖3.1 三號(hào)鍋爐的模型圖鍋爐內(nèi)部由于靠鋼板支撐起

23、來(lái)，但是卻和鋼坯一樣面臨著煅燒。所以為了保護(hù)支撐的鋼架不會(huì)被燒壞，在它的周?chē)h(huán)圍了一個(gè)循環(huán)水的管道。由于有四個(gè)鋼架，所以加了四個(gè)起降溫作用的管道。每一個(gè)管道，都對(duì)應(yīng)了六個(gè)電機(jī)，三個(gè)抽水，三個(gè)出水。每一個(gè)管道都對(duì)應(yīng)四個(gè)熱電偶，用來(lái)檢測(cè)四個(gè)鋼架的上下左右的溫度。這四個(gè)熱電偶的量程為01600度，材料是鉑銠鉑。由這四點(diǎn)采集出的溫度取最大值，來(lái)和水部循環(huán)的設(shè)定值進(jìn)行比較，從而得出電機(jī)投入的數(shù)量。（在這里設(shè)計(jì)的級(jí)數(shù)為三級(jí)，一級(jí)為800度以下，投入兩臺(tái)電機(jī)；二級(jí)為大于800度卻在1100度以下投入四臺(tái)電機(jī)；三級(jí)為1100度以上六臺(tái)電機(jī)全部投入。）該套系統(tǒng)可分三個(gè)部分：即鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、反饋部分（溫度和閥

24、門(mén)控制）還有鍋爐內(nèi)部鋼筋保護(hù)三部分。a、 鼓風(fēng)機(jī) 下圖即鼓風(fēng)電機(jī)的工作原理圖。其中黑色部分為電機(jī)的主回路，紅線虛線部分是過(guò)電流保護(hù)和電流反饋部分。圖3.2 鼓風(fēng)機(jī)工作原理圖b、 引風(fēng)機(jī) 和鼓風(fēng)機(jī)一樣，他們的圖形基本一樣。圖3.3 引風(fēng)機(jī)工作原理圖風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)控制圖： 圖3.4兩個(gè)風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)控制圖c、 反饋電路這里的反饋分別為取自鍋爐兩端的溫度，信號(hào)來(lái)于測(cè)溫槍?zhuān)灰L(fēng)和鼓風(fēng)通道中的溫度，信號(hào)來(lái)自pt100；以及兩高壓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的溫度，信號(hào)來(lái)自pt100（電機(jī)出廠已備）。以上的這些信號(hào)都傳到鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的et200。至于電機(jī)編碼器的信號(hào)，空氣管道的閥的限位信號(hào)都直接由現(xiàn)場(chǎng)送到plc。d、 鍋爐保護(hù)電路它也

25、是反饋電路的一塊，之所以把它單獨(dú)拿開(kāi)，主要是它的信號(hào)和上述的信號(hào)不一樣。它是用來(lái)保護(hù)鍋爐的。免得被燒壞或者是壓力過(guò)大造成鍋爐泄露。它的信號(hào)有多位點(diǎn)，視鍋爐的長(zhǎng)度和年齡而定，壓力采樣和溫度采樣各六個(gè)。這些信號(hào)由鍋爐廠商在鍋爐出廠時(shí)已經(jīng)備留。它的表面有一層水包，用水的循環(huán)來(lái)給鍋爐降溫，免得鍋爐由于溫度過(guò)高被燒破，而控制水循環(huán)的就是兩個(gè)電機(jī)和兩個(gè)備用電機(jī)。當(dāng)鍋爐的表皮溫度高于它的報(bào)警溫度時(shí)候，備用電機(jī)將會(huì)投入使用。e、 硬件原理本套設(shè)備主要是由兩個(gè)電機(jī)和一個(gè)閥來(lái)控制鍋爐中的溫度?；诙鷱S的鍋爐是用來(lái)對(duì)鋼坯煅燒，那么一般而言，溫度越高越好（因?yàn)殄仩t的保護(hù)在早期是不投用的）。不過(guò)還是余留了上限位。當(dāng)溫

26、度低于下限位，風(fēng)機(jī)的電流給定就要加大，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速將會(huì)提高，則氣流量加大，煤氣燃燒指數(shù)增大，則溫度升高。當(dāng)鍋爐的溫度過(guò)高時(shí)，把煤氣的閥的閉合度適當(dāng)調(diào)節(jié)。當(dāng)溫度太高，由于降溫是一個(gè)過(guò)程，要加大鍋爐表面降溫水包的水流量，即起用備用水循環(huán)電機(jī)，并用手動(dòng)關(guān)小鼓風(fēng)機(jī)到鍋爐管道的閥門(mén)。這里必須要求幾處連鎖:一是鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)之間，用來(lái)保持空氣流暢；二是鼓風(fēng)機(jī)和閥門(mén)之間，免得在鍋爐沒(méi)有工作下（閥手動(dòng)關(guān)死），風(fēng)機(jī)還在工作，或者是閥沒(méi)有開(kāi)啟鼓風(fēng)機(jī)工作導(dǎo)致管道漲破或燒壞電機(jī)。3.2 系統(tǒng)的硬件配制圖a、首先把plc的硬件配置圖列出來(lái)，以便好去購(gòu)買(mǎi)各個(gè)模塊。其中各模塊的選定是由現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)來(lái)定的。根據(jù)所反饋的量和所

27、要控制的開(kāi)關(guān)量，得出模擬量輸入模塊要多少，輸出模塊要多少，以及數(shù)字量的輸入輸出的模塊數(shù)量，以及它們的所控制信號(hào)的大小，來(lái)決定模塊的i/o口的外部電源大小，從而最終得出我們需要的i/o模塊。根據(jù)選定的模塊來(lái)和是否聯(lián)網(wǎng)來(lái)知道cpu的信號(hào)，再根據(jù)cpu 得出需要的plc電源。圖3.5 plc的硬件配置選定b、系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源圖示 圖3.6 該套系統(tǒng)控制電源圖圖3.6所示的（1）-（12）電源端子分別接的是plc的模塊i/o口的外部電源（后圖詳列）。3.3 系統(tǒng)的部分模塊接線圖把模塊1作為備用a、第二塊開(kāi)關(guān)輸出模塊連接圖作為開(kāi)關(guān)輸出量的模塊二，它是控制著各個(gè)接觸器的通斷，起著最終控制的作用。其接線圖如下：

28、圖3.7 plc的數(shù)字輸出模塊i/o接線圖b、第一、二塊模擬量輸入模塊它在這里的作用是把鍋爐內(nèi)的鋼架的熱電偶鉑銠鉑采集的溫度信號(hào)接收進(jìn)來(lái)。這個(gè)模塊引進(jìn)了兩個(gè)鋼架的熱電偶信號(hào)，即八個(gè)信號(hào)。圖如下：圖3.8 鍋爐中一二兩個(gè)鋼架的8個(gè)熱電的反饋圖圖3.9 鍋爐中三四兩個(gè)鋼架的8個(gè)熱電偶的反饋圖在這里要詳細(xì)說(shuō)明一下所采用的熱電偶，它的材料是用白金制造，靈敏度很高，它的頂端是用兩種不同的貴重金屬構(gòu)成。由于在化學(xué)中知道，金屬的不同會(huì)造成在相同的溫度下各個(gè)離子的流動(dòng)不是一樣的，這樣在兩中材料的連接處就會(huì)產(chǎn)生勢(shì)，既一個(gè)很微弱的毫伏電壓信號(hào)，再由一個(gè)專(zhuān)門(mén)的反饋線路反饋到放大器，傳給plc。由于該設(shè)計(jì)只是考慮溫度

29、控制這一部分，plc的其他的幾個(gè)模擬塊是用來(lái)接受鍋爐里面其他要求保護(hù)的參數(shù)。如壓力等。c、et200的連接圖在這里之所以要用et200的原因是，由于傳輸?shù)哪M信號(hào)過(guò)小，而傳輸?shù)木嚯x太遠(yuǎn)，則會(huì)受到這段傳輸路段中的其他電磁設(shè)備的干擾。如變頻器，交直流電機(jī)等等。所以利用光纖不受干擾的優(yōu)點(diǎn)，和profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)做一個(gè)從站，即et200。這里在et200中反饋的是各種閥的工作狀態(tài)，以及風(fēng)溫，和電機(jī)轉(zhuǎn)子的溫度（由于使用的是高壓風(fēng)機(jī)，所以不可避免的要檢查轉(zhuǎn)子溫度）。圖3.10 空氣閥和煤氣閥的工作狀態(tài)圖3.11 其它溫度反饋4 硬件和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)4.1硬件組態(tài)a 、首先必須打開(kāi)step 7，

30、在里面建立一個(gè)項(xiàng)目，如下：在這里以“聶婷的畢業(yè)設(shè)計(jì)”命名，圖4.1 項(xiàng)目建立在這里選的對(duì)象是300系列，所以要插入的是三百系列的站，并把它的名字稱(chēng)為“二扎廠三號(hào)鍋爐改造”。如下圖所示：圖4.2 插入step7-300系列插入的模塊參數(shù)是根據(jù)前面所說(shuō)的硬件系統(tǒng)配置圖3.5的設(shè)定來(lái)選擇的。具體如下：在硬件中，插入機(jī)架。圖4.3 插入機(jī)架由在硬件配置的第一個(gè)圖所提供的參數(shù)，來(lái)在機(jī)架里插入所需要的電源， cpu ，串口，以及輸入輸出模塊。可得出下圖：圖4.4 plc硬件的組態(tài)建立在插入模塊的過(guò)程中要注意地址的分配。在這里第一個(gè)數(shù)字量的輸入模塊的地址為0.03.7，其他的依此類(lèi)推。而對(duì)于模擬量模塊，每一

31、塊的通道只有8道。只有這樣弄清楚了地址分配，才好建立網(wǎng)絡(luò)，好給et200分配對(duì)應(yīng)的地址。免得重復(fù)。4.2網(wǎng)絡(luò)組態(tài)由于加入了et200，所以要配置網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，采用的是profibus現(xiàn)場(chǎng)總線。以下是對(duì)profibus現(xiàn)場(chǎng)的建立：第一步，在把cpu的屬性改成聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)之前，先在cpu的dp頭中設(shè)成聯(lián)網(wǎng)。如下圖在機(jī)架的第二個(gè)模塊中雙擊dp，選定屬性，如下圖：圖4.5 選定屬性圖4.6 選擇新建在這里設(shè)定的新成的profibus的現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸率為187.5kbps。如下圖：圖4.7 設(shè)定新成的profibus的參數(shù)點(diǎn)擊確定，機(jī)架就生成下圖所示：掛上et200，其參數(shù)和后接模塊由硬件配置圖所示，在這里掛上

32、的是im15系列，在旁邊的工具中選定profibus-dp，然后選擇它內(nèi)部的et200m，在它里面找到im153：圖4.8 選im153在下圖中要重點(diǎn)注意的是，這里的地址選定一定要選擇好。以后在實(shí)際連接的線路中， et200模塊中的地址必須挑到這個(gè)數(shù)值，以便通訊。圖4.9 選定現(xiàn)場(chǎng)總線還要在et200中插入三個(gè)模擬量輸入模塊。選定im153，在下面機(jī)架中插入所需要的三個(gè)模塊，這三個(gè)模塊，在im153中選定。如下圖：圖4.10 im153的機(jī)架如下圖所示，在et200m的im153中選擇需要的三個(gè)模擬量輸入的模塊。 圖4.11 將這些選定的模塊拖入機(jī)架當(dāng)然這里的傳輸速率是可以調(diào)節(jié)的，只要把上面的

33、profibus總線的屬性中的傳輸率設(shè)置成為其他的幾個(gè)就行了。最后點(diǎn)編譯并保存。5 對(duì)應(yīng)部分軟件編程在plc中，軟件是在它的塊中實(shí)現(xiàn)的。這其中包含fb，fc塊，但最終的程序的運(yùn)行是在ob1塊中。編好各個(gè)部分的程序后，就在ob1中調(diào)用這些模塊。下面，以這次設(shè)計(jì)的部分程序來(lái)說(shuō)明。5.1對(duì)應(yīng)軟件在功能fc1中的實(shí)現(xiàn)打開(kāi)塊圖5.1 打開(kāi)項(xiàng)目中的塊由于控制的參數(shù)過(guò)多，梯形圖過(guò)于復(fù)雜，所以在這里只編寫(xiě)風(fēng)機(jī)控制的梯形圖，以及它在ob1中的調(diào)用。由于在這套系統(tǒng)中運(yùn)用了大量的風(fēng)機(jī)，所以在這里建立一個(gè)功能fc來(lái)實(shí)現(xiàn)反復(fù)的調(diào)用，以免過(guò)多的浪費(fèi)。圖5.2 建立功能塊fc1如上圖插入一個(gè)功能塊fc1。建立后，雙擊打開(kāi)f

34、c1，如下：在fc1中實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)和停止。由于是要建立一個(gè)能夠反復(fù)被其他電機(jī)調(diào)用的塊，所以要建立它的局域變量。如下圖，定義它的輸入，輸出，以及輸出/輸入以及它的暫態(tài)。如下圖：圖5.3 局域變量的定義圖5.4 電機(jī)的星形啟動(dòng)圖5.5 電機(jī)星形啟動(dòng)延時(shí)5秒圖5.6 電機(jī)啟動(dòng)5s后開(kāi)始三角形運(yùn)行圖5.7 電機(jī)的停止運(yùn)行點(diǎn)擊編譯并保存，關(guān)閉fc1塊5.2 對(duì)應(yīng)軟件在ob1中運(yùn)行程序在主程序ob1塊中調(diào)用fc1，如下圖所示。只要把ob1塊中的fc1拖到編程就行了。 調(diào)用fc1后，得出下圖所示的模塊“高壓風(fēng)機(jī)控制”。要重新在這里插入一個(gè)功能塊fb，在這里插入的是fb100，它作為被控的“溫度過(guò)程對(duì)象”并插入對(duì)應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊，db100，以及中斷塊ob35,在這里需要說(shuō)的是，可以在硬件組態(tài)中，將cpu中的屬性中的循環(huán)中斷的時(shí)間間隔調(diào)成需要的值。比如300ms，也就是程序在下載后，每隔300ms就會(huì)自動(dòng)調(diào)動(dòng)ob35，還插入了一個(gè)ob100并調(diào)用了sfb41（對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模塊為db41）連續(xù)控制器。圖5.8 符號(hào)表這里有一個(gè)溫度報(bào)警，一個(gè)是跳閘的溫度。當(dāng)實(shí)際大于跳閘溫度的時(shí)間長(zhǎng)于五分鐘，則鼓風(fēng)機(jī)跳閘。添加一個(gè)功能fc2，在它里面做過(guò)溫保護(hù)運(yùn)算。然后在ob1塊中實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。