基于WinCC的鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于WinCC的鍋爐控制系統(tǒng)界面設(shè)計Interface Design of Boiler Control system based on WinCC目錄摘要IABSTRACTII第一章 緒論11.1 課題的背景與發(fā)展趨勢11.2 課題主要設(shè)計任務(wù)1第二章 鍋爐工藝控制方案設(shè)計32.1 鍋爐簡述32.2 鍋爐控制工藝方案設(shè)計32.3 工藝儀表參數(shù)確定42.4 鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程圖4第三章 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件選型與配置63.1 S7-300 PLC概述及模塊配置63.2 鍋爐控制系統(tǒng)硬件通訊網(wǎng)絡(luò)63.3 鍋爐控制系統(tǒng)I/O分配表73.4 PLC模塊原理接線設(shè)計9第四章 鍋爐控制系統(tǒng)的PLC編程設(shè)

2、計124.1 STEP7編程軟件概述124.2 鍋爐控制系統(tǒng)的STEP7配置過程124.2.1 新建工程項(xiàng)目124.2.2 站點(diǎn)配置組態(tài)134.2.3 模塊參數(shù)設(shè)置144.3 鍋爐控制系統(tǒng)的PLC程序編寫16第五章 鍋爐控制系統(tǒng)的WinCC監(jiān)控界面設(shè)計215.1 WinCC7.3組態(tài)軟件概述215.2 WinCC7.3 項(xiàng)目創(chuàng)建設(shè)置215.2.1 新建工程215.2.2 變量驅(qū)動添加215.2.3 創(chuàng)建變量235.3 系統(tǒng)監(jiān)控界面組態(tài)255.3.1 煙氣脫硫主界面組態(tài)255.3.2 報表界面組態(tài)265.3.3 曲線界面組態(tài)275.3.4 報警記錄界面組態(tài)27第六章 鍋爐控制系統(tǒng)的模擬運(yùn)行測試2

3、96.1 仿真器設(shè)置啟動296.2 鍋爐控制模擬運(yùn)行測試30結(jié)論35參考文獻(xiàn)36附錄37附錄1 鍋爐控制系統(tǒng)PLC程序37致謝45III摘要本設(shè)計主要以小型熱水鍋爐為研究對象，設(shè)計研究鍋爐系統(tǒng)的監(jiān)控界面為目的。在設(shè)計過程中，通過查閱文獻(xiàn)和分析鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程和工作原理要求，設(shè)計出適合本設(shè)計鍋爐控制系統(tǒng)控制內(nèi)容。對鍋爐控制系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，同時對現(xiàn)場控制儀表進(jìn)行選型，配置參數(shù)，利用AutoCAD繪制鍋爐控制系統(tǒng)的PLC模塊電氣原理接線圖。 然后根據(jù)鍋爐控制工藝要求，利用STEP7編程軟件設(shè)置鍋爐控制系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)和通訊網(wǎng)絡(luò)以及編寫PLC控制梯形圖程序。其中硬件網(wǎng)絡(luò)主要配置S7-3

4、00硬件組態(tài)配置選擇，通訊網(wǎng)絡(luò)MPI參數(shù)設(shè)置。在設(shè)計WinCC監(jiān)控界面時，配置WinCC的通訊驅(qū)動，設(shè)置通訊參數(shù)，添加和鏈接變量，制作報警監(jiān)控控件等等。利用仿真軟件進(jìn)行模擬仿真運(yùn)行。關(guān)鍵詞：鍋爐控制；監(jiān)控；WinCC；PLC；通訊IABSTRACTThis design mainly takes the small hot water boiler as the research object, and designs the monitoring program and the interface design of the main control water temperature. I

5、n the process, through consulting literature, the operation process and working procedure requirements of boiler control system are analyzed. The control content of boiler control system suitable for this design is designed. The PLC control system is used to analyze the boiler control system. At the

6、 same time, the field control instruments are selected and the parameters are configured. The electrical principle wiring diagram of PLC module of boiler control system is plotted by AutoCAD.Then according to the boiler control technology requirements, the boiler control system hardware network and

7、communication network are set up by using STEP7 programming software, in which the hardware network is mainly configured with S7-300 hardware configuration. When designing WinCC monitor interface, configure the communication driver of WinCC, set communication parameters, add and link variables, make

8、 alarm monitoring control and so on.The boiler control is simulated by simulation software. Keywords: boiler control; monitoring and control; WinCC-PLC; CommunicationII第一章 緒論1.1 課題的背景與發(fā)展趨勢改革開放以來，中國社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城鎮(zhèn)化規(guī)模不斷擴(kuò)大。進(jìn)入21世紀(jì)，人們的生活水平不斷提高，因此對生活供暖的居民數(shù)量和供暖的質(zhì)量的要求也不斷提高。當(dāng)下，熱水鍋爐以及是人們生活必不可少的部分。熱水鍋爐具有較高的經(jīng)濟(jì)性，安全性

9、，而越來越完善的自動化程度也受到居民們的認(rèn)同。其中反映熱水鍋爐質(zhì)量好壞的是熱水鍋爐的性能優(yōu)劣。而這性能優(yōu)劣也體現(xiàn)在人們的生活之中。如今，洗浴，供熱等場所的大多數(shù)設(shè)備都是鍋爐。 鍋爐有蒸汽和熱水兩種供熱方式，蒸汽在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中常用于發(fā)電、生產(chǎn)以及間接供熱，熱水主要用生活熱水和生活供暖。由此可見，合理并高效的使用鍋爐，讓其作為供熱源的功效發(fā)揮到最大，是工業(yè)生產(chǎn)以及生活的一個重要環(huán)節(jié)。 以微處理器為核心的PLC控制技術(shù)是當(dāng)下鍋爐控制系統(tǒng)的首選，無論是在鍋爐的控制精度和自動化程度上都非?？捎^，但大部分鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計還不完善，因此需要設(shè)計一種全新的，自動化程度高，精度達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)要求的加熱鍋

10、爐控制系統(tǒng)。以繼電器。接觸器為主的大部分工業(yè)生產(chǎn)控制裝置，在使用繼電器組成的控制系統(tǒng)出現(xiàn)的操作失誤較多，可靠性不好。1.2 課題主要設(shè)計任務(wù)本設(shè)計任務(wù)要求是研究熱水鍋爐使用情況，鍋爐控制工藝環(huán)節(jié)流程和原理，為之后研發(fā)鍋爐使用效率研發(fā)奠定基礎(chǔ)。所以本設(shè)計主要設(shè)計任務(wù)如下所示：（1） 學(xué)習(xí)鍋爐控制系統(tǒng)的工藝流程和控制要求，了解鍋爐控制系統(tǒng)現(xiàn)場儀表的工作原理和通訊方式。（2） 了解S7-300PLC控制系統(tǒng)的原理和系統(tǒng)組成部分，S7-300與WinCC監(jiān)控站的通訊方式和通訊地址參數(shù)設(shè)置。（3） 掌握STEP7V5.5編程軟件的使用方法，熟練運(yùn)用STEP7編程軟件對鍋爐控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，并且編寫鍋爐

11、控制系統(tǒng)的梯形圖程序，并且利用仿真軟件進(jìn)行程序驗(yàn)證。（4） 掌握WinCC7.3組態(tài)軟件的使用方法，熟練運(yùn)用WinCC組態(tài)軟件對鍋爐控制系統(tǒng)的界面組態(tài)設(shè)計，界面控件使用和通訊驅(qū)動設(shè)置，并且運(yùn)行監(jiān)控界面進(jìn)行驗(yàn)證。（5） 能夠獨(dú)立完成鍋爐控制的論文設(shè)計，總結(jié)設(shè)計的優(yōu)勢和不足之處，以及設(shè)計帶來的心得。 第二章 鍋爐工藝控制方案設(shè)計2.1 鍋爐簡述鍋爐主要包括加熱爐和汽包鍋組成，熱水鍋爐主要將燃料燃燒的熱能對汽包鍋內(nèi)的水加熱成蒸汽或沸水，鍋爐內(nèi)是熱水可以供給居民生活供熱，也可以為工業(yè)設(shè)備供熱驅(qū)動設(shè)備，也可以為蒸汽動力推動裝置提供推動動力，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后通過蒸汽發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能供電。熱水鍋爐

12、在工業(yè)生產(chǎn)中主要動力推動和供熱。2.2 鍋爐控制工藝方案設(shè)計本設(shè)計熱水鍋爐工藝組成主要有汽包鍋爐、給水設(shè)備、送風(fēng)設(shè)備、燃料供應(yīng)設(shè)備、安全排水設(shè)備和熱交換設(shè)備，具體組成如下圖2-1所示。圖2-1 鍋爐設(shè)備組成圖汽包鍋爐：上為汽包鍋，下為加熱爐。汽包存儲水以及加熱存儲設(shè)備。加熱爐主要為燃料燃燒室為汽包加熱。熱交換設(shè)備：主體為板式熱交換，將汽包輸送來的熱水與設(shè)備輸送來的冷水進(jìn)行熱交換。給水設(shè)備：主要由給水泵、給水閥、供水管道、電磁流量計等組成。給水泵抽取原水，經(jīng)過給水閥和電磁流量計為鍋爐供水，保證鍋爐正常用水。送風(fēng)設(shè)備：主要由供氧閥門和鼓風(fēng)機(jī)組成，主要目的為加熱爐提供充足的燃燒氧氣。燃料供應(yīng)設(shè)備：包

13、括加熱爐燃燒所需要的燃料以及油路管道。安全排水設(shè)備：主要由排水閥和污水池組成，當(dāng)汽包運(yùn)行異常時，為汽包泄壓泄水。2.3 工藝儀表參數(shù)確定在鍋爐控制系統(tǒng)中，WinCC監(jiān)控系統(tǒng)主要采集顯示整個循環(huán)水系統(tǒng)的各個儀表數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)儀表選型時，需要對選擇的儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)篩選，如汽包水位采集使用液位計采集，采集范圍為0到3m。循環(huán)水溫度和鍋爐溫度采集采用熱電偶采集，溫度采集范圍為0到150。管道內(nèi)流量采用電磁流量采集，鍋爐汽包壓強(qiáng)采用壓力變送器采集。根據(jù)鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程，配置現(xiàn)場信號采集工藝儀表選型清單表，儀表選型配置具體參數(shù)如下表2-1所示。表2-1 鍋爐控制系統(tǒng)儀表選型參數(shù)序號儀表工位號儀表測量內(nèi)

14、容參數(shù)范圍儀表類型1LT100汽包水位03m液位計2PT200汽包水壓05MPa壓力變送器3PT201熱水管道水壓05MPa壓力變送器4PT202加熱爐壓力05MPa壓力變送器5FT400給水流量02000 m3/h電磁流量計6FT401供氧流量02000 m3/h電磁流量計7FT402循環(huán)水流量02000 m3/h電磁流量計8TT300汽包水溫0150熱電偶9TT301加熱爐溫0150熱電偶10TT302循環(huán)水熱交換前溫度0150熱電偶11TT303循環(huán)水熱交換后溫度0150熱電偶12TT304供熱管道交換前溫度0150熱電偶13TT305供熱管道交換后溫度0150熱電偶2.4 鍋爐控制系統(tǒng)

15、工藝流程圖 鍋爐控制系統(tǒng)運(yùn)行模式可分為手動控制和自動控制，具體工藝流程如下圖2-2所示。手動模式：首先將系統(tǒng)切換到手動模式下，然后可以打開相對應(yīng)的水泵電機(jī)啟動信號和閥門打開信號，也可以停止某個閥門或電機(jī)運(yùn)行。自動模式：首先將鍋爐控制系統(tǒng)的模式由手動模式切換到自動模式后，然后按下鍋爐控制系統(tǒng)的啟動按鈕，鍋爐控制系統(tǒng)的系統(tǒng)運(yùn)行燈亮起，系統(tǒng)進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)，汽包內(nèi)的液位計實(shí)時采集汽包水位，如果汽包此時水位低于2.5米時，然后按下啟動按鈕，運(yùn)行指示燈亮起，汽包水位計檢測汽包水位，汽包水那么汽包給水閥關(guān)閉，同時水位低于1.5米時，給水泵啟動為鍋爐汽包補(bǔ)水；否則給水閥門和給水泵自動關(guān)閉。當(dāng)汽包內(nèi)壓力變送器檢

16、測到爐壓低于4MPa時，供氧閥門打開，加熱爐內(nèi)壓強(qiáng)低于3MPa時，并且汽包水位低于120時，鼓風(fēng)機(jī)立即啟動。否則供氧閥關(guān)閉，鼓風(fēng)機(jī)停止。當(dāng)鍋爐熱水加熱到90以上后，循環(huán)熱水閥打開，循環(huán)熱水泵啟動向板式熱交換器供應(yīng)熱水，當(dāng)汽包內(nèi)壓強(qiáng)大于3.5MPa時，汽包壓強(qiáng)過大，排水閥打開泄壓保護(hù)，系統(tǒng)停止。圖2-2 系統(tǒng)控制流程圖第三章 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件選型與配置3.1 S7-300 PLC概述及模塊配置由德國西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器（PLC)衍生出了一系列產(chǎn)品，S7-300就是其中之一。S7-300PLC控制系統(tǒng)硬件主要由信號模塊（SM）、通訊處理器（CP）、導(dǎo)軌、CPU模塊、電源模塊（PS）、借

17、口模塊（IM）和功能模塊（FM）組成。集成了PROFIBUS-DP接口和MPI點(diǎn)對點(diǎn)通訊端口CPU 317-2，可以使用以下PROFIBUS通訊協(xié)議，也可以使用MPI點(diǎn)對點(diǎn)通訊協(xié)議。數(shù)字量輸入SM321模板用于外部數(shù)字量信號輸入。使用于連接標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)和兩線制接近開關(guān)。使用于小功率電機(jī)、交流接觸器等等。模擬量輸入SM331模塊主要用于采集外部模擬量輸入，主要采集信號為0到10V電壓或4到20mA電流，并且經(jīng)過轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)數(shù)據(jù)。而模擬量輸出SM332模塊主要輸出0到10V電壓或4到20mA電流控制模擬量設(shè)備。根據(jù)熱水鍋爐控制系統(tǒng)的控制內(nèi)容，統(tǒng)計出PLC模塊配置表，如下表3-1所示。表3-1 鍋爐控

18、制系統(tǒng)PLC 選型與配置表名稱型號訂貨號數(shù)量插槽號基架Rail6ES7 300-1TA01-0A01個0電源模塊PS307 10A6ES7 307-1KA01-0AA01 塊1CPU模塊CPU317-26ES7 317-2AJ10-0AB01 塊2DI模塊SM 3216ES7 321-1BH00-0AA01 塊4DO模塊SM 3226ES7 322-1BH00-0AA01 塊5AI模塊SM 3316ES7 331-7KF00-0AB02 塊67AO模塊SM 332SM 3326ES7 332-5HB01-0AB01 塊83.2 鍋爐控制系統(tǒng)硬件通訊網(wǎng)絡(luò)在整個鍋爐控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)中，主要分上位

19、機(jī)管理層和下位機(jī)操作層。其中下位機(jī)PLC中的CPU317-2模塊配置MPI和DP通訊端口，MPI主要用于WinCC通訊，DP用于PLC與遠(yuǎn)程站通訊。在主站S7-300中主要配置了如下圖3-1所示的模塊，這些模塊都用于熱水鍋爐控制系統(tǒng)，并且在配置過程中需要考慮備用通道。 圖3-1 鍋爐控制系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)配置圖3.3 鍋爐控制系統(tǒng)I/O分配表 根據(jù)鍋爐控制系統(tǒng)的工藝要求設(shè)計，整個PLC控制系統(tǒng)主要的信號采集為現(xiàn)場工藝儀表數(shù)據(jù)輸入輸出信號、各個閥門開閉信號、電機(jī)啟停信號、按鈕開關(guān)信號和報警輸入信號等等，具體I/O地址分配如下表所示。 1、下表如3-2所示為熱水鍋爐的模擬量AI/AO點(diǎn)分配清單地址。 表

20、3-2 鍋爐控制系統(tǒng)AI/AO點(diǎn)分配清單序號儀表位號變量名稱信號類型I/O變量地址1LT100汽包水位AIPIW2562PT200汽包水壓AIPIW2583PT201熱水管道水壓AIPIW2604PT202加熱爐壓力AIPIW2625FT400給水流量AIPIW2646FT401供氧流量AIPIW2667FT402循環(huán)水流量AIPIW2688備用備用AIPIW2709TT300汽包水溫AIPIW27210TT301加熱爐溫AIPIW27411TT302循環(huán)水熱交換前溫度AIPIW27612TT303循環(huán)水熱交換后溫度AIPIW27813TT304供熱管道交換前溫度AIPIW28014TT305

21、供熱管道交換后溫度AIPIW28215備用備用AIPIW28416備用備用AIPIW28617FV500供氧風(fēng)機(jī)頻率AOPQW25618備用備用AOPQW25819備用備用AOPQW26020備用備用AOPQW2622、鍋爐控制系統(tǒng)的DI/DO點(diǎn)分配清單地址表如3-3所示。 表3-3 鍋爐控制系統(tǒng)DI/DO點(diǎn)分配清單序號儀表位號變量名稱信號類型I/O變量地址1SA1手自動切換DII0.02SB1急停按鈕DII0.13SB2啟動按鈕DII0.24SA2鼓風(fēng)機(jī)啟動開關(guān)DII0.35SA3給水泵啟動開關(guān)DII0.46SA4循環(huán)熱水泵啟動開關(guān)DII0.57SA5供氧閥啟動開關(guān)DII0.68SA6給水閥

22、啟動開關(guān)DII0.79SA7熱水閥啟動開關(guān)DII1.010SA8排水閥啟動開關(guān)DII1.111Alarm1鼓風(fēng)機(jī)報警信號DII1.212Alarm2給水泵報警信號DII1.313Alarm3循環(huán)熱水泵報警信號DII1.414SA9備用DII1.515SA10備用DII1.616SA11備用DII1.717M1鼓風(fēng)機(jī)DOQ0.018M2給水泵DOQ0.119M3循環(huán)熱水泵DOQ0.220KA1供氧閥DOQ0.321KA2給水閥DOQ0.422KA3熱水閥DOQ0.523KA4排水閥DOQ0.624備用備用DOQ0.725HL1運(yùn)行指示燈DOQ1.026HL2系統(tǒng)報警燈DOQ1.127HL3鼓風(fēng)機(jī)

23、指示燈DOQ1.228HL4鼓風(fēng)機(jī)報警燈DOQ1.329HL5給水泵指示燈DOQ1.430HL6給水泵報警燈DOQ1.531HL7循環(huán)熱水泵指示燈DOQ1.632HL8循環(huán)熱水泵報警燈DOQ1.7經(jīng)過以上I/O數(shù)量統(tǒng)計和分配，所得到鍋爐控制系統(tǒng)需要52個I/O點(diǎn)數(shù)，其中分別為DI共有13點(diǎn)，DO共有15點(diǎn)，AI共13點(diǎn), AO共1點(diǎn)。3.4 PLC模塊原理接線設(shè)計在繪制PLC模塊輸入輸出接線圖時，首先需要對鍋爐控制系統(tǒng)各個變量進(jìn)行地址分配以及位號定義，然后根據(jù)PLC硬件分配圖的模塊配置位置，繪制設(shè)計PLC模塊的原理接線圖。其中SM321為數(shù)字量輸入模塊，該模塊的I/O輸入通道有16點(diǎn)，工作電壓

24、為直流24V電壓，而鍋爐控制系統(tǒng)DI需要13點(diǎn)，而SM321模塊主要輸入信號主要有按鈕開關(guān)、報警檢測信號、設(shè)備手動控制開關(guān)等，具體原理接線圖如下圖3-2所示。圖3-2 數(shù)字量輸入SM321模塊原理接線圖圖3-3所示為 SM322數(shù)字量輸出模塊的原理接線圖，該模塊工作電壓為直流24V，I/O輸出通道有16點(diǎn)，而熱水鍋爐控制系統(tǒng)輸出點(diǎn)有15個，該模塊主要輸出控制水閥、報警指示燈以及中間繼電器控制水泵電機(jī)。圖3-3 數(shù)字量輸出SM322(2#)模塊原理接線圖而SM331模擬量模塊主要采集鍋爐控制系統(tǒng)的模擬量輸入信號，該模塊輸入通道有8通道，工作電壓為直流24V，而鍋爐控制系統(tǒng)所需要的AI共有13點(diǎn)，

25、所以需要2塊SM331輸入模塊，主要檢測信號有汽包鍋爐水位信號、溫度信號、流量信號和壓力信號。并且所有儀表輸入信號采用兩線制輸入控制，其中一模塊檢測水位、壓力和流量信號采集0-10V電壓輸入模式，如果沒有使用到的通道用2K電阻連接，具體原理接線圖如下圖3-4所示。圖3-4 模擬量輸入SM331(3#)模塊原理接線圖最后SM332模擬量輸出模塊的I/O輸出通道有4點(diǎn)，工作電壓為直流24V，鍋爐控制系統(tǒng)主要輸出控制供氧風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，該模塊輸出信號為4-20mA電流信號，具體原理接線圖如下圖3-5所示。 圖3-5 模擬量輸出SM332(5#)模塊原理接線圖第四章 鍋爐控制系統(tǒng)的PLC編程設(shè)計4.1

26、STEP7編程軟件概述專門為西門子PLC編程而開發(fā)的STEP7編程軟件中文版，可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、診斷或遠(yuǎn)程編程。Profibus DP Master/Slave, ProfibusFmS和LONWoRks在控制器功能中集成。其中SIMATIC Manager目前版本為V5.5,如下圖4-1所示。圖4-1 西門子S7-300編程界面4.2 鍋爐控制系統(tǒng)的STEP7配置過程4.2.1 新建工程項(xiàng)目打開STEP7 V5.5編程軟件后，新建項(xiàng)目名為“鍋爐控制”，在鍋爐控制項(xiàng)目文件下插入新對象， 選擇添加SIMATIC 300，如下圖4-2所示。圖4-2 鍋爐控制系統(tǒng)項(xiàng)目創(chuàng)建4.2.2 站點(diǎn)配置組態(tài)在鍋爐

27、控制系統(tǒng)的項(xiàng)目瀏覽器硬件配置組態(tài)中，硬件添加了SIMATTC 300站點(diǎn)，然后雙擊硬件，進(jìn)入站點(diǎn)配置組態(tài)窗口。在HW config組態(tài)界面內(nèi)，在SIMATTC 300目錄欄內(nèi)，添加一條導(dǎo)軌Rail，然后添加S7-300的第一個卡槽內(nèi)電源模塊，選擇PS 307 10A的電源模塊。在選擇CPU模塊時，由于鍋爐控制系統(tǒng)S7-300與WinCC采用MPI點(diǎn)對點(diǎn)通訊協(xié)議，所以該CPU模塊需要配置MPI借口，而CPU 317-2 符合鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計要求，將CPU 317-2添加到導(dǎo)軌的第二個卡槽內(nèi)，然后根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖配置熱水鍋爐控制系統(tǒng)的硬件模塊，根據(jù)以上硬件組態(tài)設(shè)置內(nèi)容添加模塊站點(diǎn)如下圖4-3所示

28、。圖4-3 鍋爐控制系統(tǒng)PLC站點(diǎn)配置圖當(dāng)鍋爐控制系統(tǒng)的硬件站點(diǎn)配置完成后，首先需要對S7-300 CPU 317-2 的MPI端口進(jìn)行通訊參數(shù)設(shè)置，通訊地址為2，波特率為187.5Kbps，并且將PLC掛到MPI網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，設(shè)置過程如下圖4-4所示。圖4-4 MPI通訊參數(shù)設(shè)置圖4.2.3 模塊參數(shù)設(shè)置在模擬量模塊中主要設(shè)置量程卡設(shè)置和模擬量信號類型，對鍋爐控制系統(tǒng)信號采集主要有壓力采集信號、流量采集信號和液位采集，并且這三類信號都采用0-10V電壓模式，且測量型號為E，故量程卡選擇B，并且對各個通道進(jìn)線診斷設(shè)置，而溫度采集信號采用4到20mA電流信號，且輸入信號為兩線制，故量程卡選擇為D，測量

29、類型為2DMU，如下圖4-5所示。圖4-5 SM331模塊屬性設(shè)置圖而SM332模塊主要輸出信號鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，輸出類型選擇I為電流輸出，輸出范圍選擇4-20mA，故將未使用的通道取消激活，并且啟動診斷中斷，具體設(shè)置如下4-6所示。圖4-6 SM332模塊屬性設(shè)置圖4.3 鍋爐控制系統(tǒng)的PLC程序編寫鍋爐系統(tǒng)的PLC控制程序主要編寫了鍋爐系統(tǒng)現(xiàn)場儀表信號轉(zhuǎn)化程序、系統(tǒng)手自動切換程序、報警信號采集程序、模擬量輸出控制調(diào)節(jié)程序等等。鍋爐控制系統(tǒng)完整PLC程序件附錄1，以下取部分程序進(jìn)行解析。（1）模擬量采集程序在編寫鍋爐現(xiàn)場各個儀表采集程序時，主程序OB1內(nèi)調(diào)用鍋爐熱水控制系統(tǒng)模擬量采集程序FC1

30、，如下圖4-7子程序調(diào)用所示。圖4-7 模擬量采集子程序調(diào)用在采集模擬量輸入信號數(shù)據(jù)時，主要調(diào)用FC105功能指令，F(xiàn)C105主要將模擬量輸入信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量數(shù)據(jù)。LT100汽包水位采集鍋爐汽包內(nèi)水位值后轉(zhuǎn)化為0到10V電壓輸入到SM331模擬量輸入端內(nèi)，對應(yīng)PLC內(nèi)地址為PIW256，在FC105指令內(nèi)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化上限為27648，下限為0，轉(zhuǎn)化過程為單極性，所以BIPOLAR輸入端始終為0，指令轉(zhuǎn)化錯誤代碼存儲位置為MW100,轉(zhuǎn)化后實(shí)際鍋爐水位值存儲位置為MD104,具體轉(zhuǎn)化程序如下圖4-8所示。圖4-8 LT100鍋爐汽包水位采集程序（2）啟動系統(tǒng)運(yùn)行在鍋爐控制系統(tǒng)切換到自動運(yùn)行時，設(shè)

31、置啟動和急停按鈕，分別為I0.2和I0.1,當(dāng)啟動按鈕I0.2按下后，運(yùn)行指示燈Q1.0亮起，并且進(jìn)行自鎖，直到急停按鈕I0.1按下，系統(tǒng)才停止運(yùn)行，指示燈Q1.0熄滅，具體如下圖4-9所示。圖4-9 啟動運(yùn)行系統(tǒng)程序（3）鍋爐汽包自動補(bǔ)水當(dāng)鍋爐系統(tǒng)自動運(yùn)行啟動后，系統(tǒng)運(yùn)行指示燈Q1.0亮起后，當(dāng)汽包內(nèi)液位計檢測到水位MD104低于2.5米時，給水閥門M6.4自動打開，等待給水泵加水，同時汽包水位MD104再次低于1.5米，汽包水位不再安全范圍內(nèi)，給水泵M6.1啟動加水,具體如下圖4-10所示。圖4-10 汽包自動補(bǔ)水程序（4）鼓風(fēng)機(jī)啟動供氧當(dāng)汽包水位MD104低于2.2米，高于1.5米處在安

32、全運(yùn)行范圍內(nèi)，并且加熱爐氣壓力MD104低于4.0MPa時，供氧閥門M6.3自動打開，當(dāng)供氧閥打開后，汽包水壓力MD114小于3.0MPa，并且汽包溫度MD184小于120攝氏度，整個汽包鍋爐都處在安全運(yùn)行范圍內(nèi)，鼓風(fēng)機(jī)M6.0立即啟動運(yùn)行，具體控制程序如下圖4-11所示。圖4-11 鼓風(fēng)機(jī)啟動供氧程序（5）循環(huán)熱水自動循環(huán)使用當(dāng)汽包內(nèi)水溫MD184大于90攝氏度后，并且無報警情況下，熱水閥M6.5自動打開，同時循環(huán)熱水泵M6.2自動啟動運(yùn)行，為需熱動力設(shè)備提供熱水，具體要求程序如下圖4-12所示。圖4-12 循環(huán)熱水自動循環(huán)使用程序（6）報警檢測當(dāng)PLC控制系統(tǒng)檢測到汽包水位MD104大于4

33、米時、汽包水壓大于3.5Mpa時、熱水管道水壓大于2.5Mpa時、加熱爐燃燒氣壓大于4.0Mpa時或者排水閥打開排水時，報警指示燈提示報警，具體控制程序如下圖4-13所示。圖4-13報警指示燈報警程序第五章 鍋爐控制系統(tǒng)的WinCC監(jiān)控界面設(shè)計5.1 WinCC7.3組態(tài)軟件概述WinCC是專業(yè)操作和控制軟件，通過該軟件可以實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)監(jiān)視和控制。它提供了一個易于操作的Windows 2000/XP系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的圖形用戶界面。是世界上第一個集成的人機(jī)界面(HMI)軟件系統(tǒng)，由德國西門子公司與微軟共同開發(fā)的軟件系統(tǒng),。5.2 WinCC7.3 項(xiàng)目創(chuàng)建設(shè)置5.2.1 新建工程打開WinCC7.3

34、組態(tài)軟件后，右鍵新建項(xiàng)目，選擇單用戶項(xiàng)目，點(diǎn)擊確認(rèn)，進(jìn)入命名項(xiàng)目名稱為“鍋爐控制”，項(xiàng)目生產(chǎn)完成，當(dāng)新建鍋爐控制系統(tǒng)項(xiàng)目后，在項(xiàng)目菜單欄下，自動生成了計算機(jī)、圖形編輯器、變量管理、報警記錄、全局變量、報表等等如下圖5-1所示。圖5-1 項(xiàng)目創(chuàng)建5.2.2 變量驅(qū)動添加當(dāng)在WinCC7.3 資源管理器瀏覽窗口內(nèi)，點(diǎn)擊變量管理，進(jìn)入到變量管理界面內(nèi)，在變量管理的瀏覽框內(nèi)，選中變量管理，右鍵添加新驅(qū)動程序，從目錄內(nèi)選擇SIMATIC S7 Protocol Suite，添加后就完成驅(qū)動選取，如下圖5-2所示。圖5-2 SIMATIC S7 Protocol Suite驅(qū)動添加當(dāng)SIMATIC S7

35、Protocol Suite驅(qū)動添加完畢后，由于鍋爐控制系統(tǒng)通訊方式采用MPI點(diǎn)對點(diǎn)通訊方式，在SIMATIC S7 Protocol Suite驅(qū)動目錄下，選擇MPI通訊端口新建組。對MPI端口進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，選擇MPI右鍵，選中系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，需要選擇周期管理需要通過PLC并且更改驅(qū)動的傳輸，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控選擇激活，并且以60間隙I，30超時間隙T，CPU停止監(jiān)控激活。邏輯名稱選擇CP類型/總線配置為MPI,名稱選擇PLCSIM(MPI)，自動設(shè)置打勾，MPI通訊參數(shù)設(shè)置基本成功，如下圖5-3所示。圖5-3 MPI通訊參數(shù)設(shè)置當(dāng)選擇MPI通訊協(xié)議的連接參數(shù)，設(shè)置站地址為2,段ID為0,機(jī)架號為0

36、，插槽號為0，連接資源為02設(shè)置完畢后就可以添加變量了，如下圖5-4所示。圖5-4 MPI連接參數(shù)設(shè)置5.2.3 創(chuàng)建變量當(dāng)MPI通訊參數(shù)設(shè)置完成后，并且添加好驅(qū)動連接后，就可以在MPI驅(qū)動下添加變量組，在變量組內(nèi)可以創(chuàng)建與S7-300所通訊用的變量，如儀表采集數(shù)據(jù)、水閥水泵變量和指示燈變量等等。模擬量輸入采集有溫度、流量、水位和壓力，如鍋爐汽包水位模擬量采集變量創(chuàng)建，由于鍋爐汽包水位值屬于浮點(diǎn)數(shù)類型，那么選擇數(shù)據(jù)類型為32位浮點(diǎn)數(shù)IEEE754，其地址在PLC內(nèi)對應(yīng)選擇為MD104，其占地址長度為4個字，格式調(diào)整為Float To Float，上汽包水位限為3米，汽包水位下限為0米，然后完成

37、鍋爐汽包水位變量創(chuàng)建，如下圖5-5所示。圖5-5 鍋爐汽包水位變量創(chuàng)建數(shù)字量輸入變量有水閥、水泵、指示燈等等，如創(chuàng)建給水泵變量屬于PLC的輸出Q,那么其數(shù)據(jù)類型選擇二進(jìn)制變量，其地址在PLC內(nèi)對應(yīng)選擇為Q0.1，其占地址長度為1個字，確定后自動生成變量，如下圖5-6所示。圖5-6 給水泵變量創(chuàng)建5.3 系統(tǒng)監(jiān)控界面組態(tài)根據(jù)鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計要求和工藝流程，設(shè)計出了5個監(jiān)控畫面，分別為初始界面、鍋爐主界面、曲線界面、報表界面和報警界面。5.3.1 煙氣脫硫主界面組態(tài)根據(jù)鍋爐控制系統(tǒng)的工藝圖繪制鍋爐監(jiān)控界面，在監(jiān)控界面主要繪制了鍋爐給水控制部分，熱水供應(yīng)熱交換部分、加熱爐供氧部分和汽包排水部分，具體

38、如如下圖5-7所示。圖5-7 鍋爐監(jiān)控界面圖5.3.2 報表界面組態(tài)在鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)中，需要制作報表來統(tǒng)計鍋爐用水流量、鼓風(fēng)氧氣流量等等。首先在控件中選擇WinCC OnlineTableControl控件，然后在控件屬性卡內(nèi)選擇數(shù)值列，將需要監(jiān)控量添加到數(shù)值列，在數(shù)據(jù)連接中，數(shù)據(jù)源選擇在線變量，小數(shù)點(diǎn)2位，并且添加對應(yīng)的變量名稱，添加所有需要記錄的變量后，點(diǎn)擊完成如下圖5-8所示。圖5-8 流量報表界面制作5.3.3 曲線界面組態(tài)在鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)中，所有溫度變化都需要制作數(shù)據(jù)曲線，首先在控件中選擇WinCC在線趨勢控件，在趨勢控件內(nèi)添加各個溫度變量，周期更新為250毫秒，點(diǎn)擊完成如下圖5-9所示

39、。圖5-9 溫度曲線界面制作5.3.4 報警記錄界面組態(tài)在鍋爐控制系統(tǒng)中，報警類型有很多種，有水位過高過低報警、溫度過高過低報警、壓力過高報警、水泵故障報警等等。在PLC控制系統(tǒng)中，需要對這樣報警信息進(jìn)行記錄以便瀏覽，在制作報警組件中，首先在報警記錄中對所需要報警的變量進(jìn)行連接，并且設(shè)置上下限值后，在監(jiān)控界面內(nèi)添加報警控件，這樣簡單的歷史報警記錄制作完成，如下圖5-10所示。圖5-10 歷史報警記錄界面制作45第六章 鍋爐控制系統(tǒng)的模擬運(yùn)行測試6.1 仿真器設(shè)置啟動在對程序進(jìn)行模擬運(yùn)行測試前，首先要對STEP7通訊借口進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)設(shè)計要求，通訊下載程序采用MPI通訊協(xié)議，故將PG/PC借口參

40、數(shù)進(jìn)行選擇為PLCSIM（MPI），并且確認(rèn)選擇,如下圖6-1所示。圖6-1 PG/PC接口參數(shù)設(shè)置啟動STEP7軟件后，通訊模式選擇PLCSIM（MPI），地址設(shè)置為2，如下圖6-2所示。圖6-2 S7-PLCSIM模擬器6.2 鍋爐控制模擬運(yùn)行測試當(dāng)PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行后，將將系統(tǒng)切換到自動模式下I0.0接通，啟動按鈕I0.2接通，運(yùn)行指示燈Q1.0接通，此時系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài),汽包水位MD104低于2.5米時，給水閥門自動打開M6.4,如下圖6-3所示。圖6-3 系統(tǒng)啟動給水閥打開在仿真器內(nèi)，可以模擬輸入模擬量采集數(shù)據(jù)，每一個模擬量輸入都有對應(yīng)的PIW地址，如PIW2560為LT100鍋爐汽

41、包水位，在模擬器S7-PLCSIM內(nèi)添加PIW256模擬量輸入框，然后進(jìn)入到FC1內(nèi)的程序段1，點(diǎn)擊監(jiān)控PLC程序，然后拖動變量PIW256，在LT100鍋爐汽包水位采集程序內(nèi)，可以觀察到FC105模擬量采集轉(zhuǎn)化程序，將PIW256內(nèi)的整數(shù)轉(zhuǎn)化為0到3米之間的水位，如下圖6-4所示為PIW256采集數(shù)據(jù)16165對應(yīng)實(shí)時采集水位為1.75米。圖6-4 鍋爐汽包水位采集當(dāng)系統(tǒng)啟動后，并且切換到自動模式下后，給水閥自動打開，給水泵自動啟動，汽包水位到達(dá)1.8米，如下圖6-5所示。圖6-5 汽包加水過程監(jiān)控當(dāng)汽包水位MD104在2米左右時，處在汽包安全水位運(yùn)行范圍內(nèi)，并且加熱爐氣壓力MD104為0.

42、9Mpa，供氧閥門M6.3自動打開，當(dāng)供氧閥打開后，汽包水壓力MD114為2.1MPa，并且汽包溫度MD184只有66攝氏度，整個汽包鍋爐都處在安全運(yùn)行范圍內(nèi)，鼓風(fēng)機(jī)M6.0立即啟動運(yùn)行，如下圖6-6所示。圖6-6 鼓風(fēng)機(jī)自動運(yùn)行當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行中，鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速隨著加熱爐內(nèi)的氣壓隨之變化，可以在模擬量內(nèi)調(diào)節(jié)PIW262,可以觀察到供氧鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速變化，如下圖6-7所示。圖6-7 鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速檢測當(dāng)鍋爐汽包內(nèi)水溫達(dá)到90攝氏度以上后，熱水閥自動打開，循環(huán)熱水泵自動啟動，將熱水輸送到板式熱交換器內(nèi)進(jìn)行熱交換，如下圖6-8所示。圖6-8 冷熱水熱交換過程在鍋爐給水控制系統(tǒng)中，按下曲線按鈕，進(jìn)

43、入到曲線監(jiān)控界面，在曲線監(jiān)控界面內(nèi)可以實(shí)時觀察到鍋爐控制系統(tǒng)內(nèi)所有溫度計所檢測到實(shí)際溫度值，如下圖6-9所示。圖6-9 溫度曲線檢測表當(dāng)進(jìn)入到鍋爐控制系統(tǒng)歷史報表數(shù)據(jù)界面內(nèi)，可以實(shí)時觀察到汽包水位變化值、給水流量數(shù)據(jù)報表值等等，如下圖6-10所示。圖6-10 水流量報表進(jìn)入到歷史報警記錄內(nèi)，可以觀察到之前鍋爐的報警信息，如汽包水位過低、加熱爐壓力過低和汽包水位過低的報警信息，如下圖6-11所示。圖6-11 歷史報警記錄結(jié)論本設(shè)計主要以汽包過流為研究對象，研究控制鍋爐為目的。本設(shè)計主要通過分析鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程和原理，設(shè)計出適合本設(shè)計鍋爐控制系統(tǒng)的控制要求和控制內(nèi)容，并且對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，采用西門子S7-300為主控器所帶來的優(yōu)勢，對整個PLC系統(tǒng)進(jìn)行硬件配置，程序編寫驗(yàn)證。最終整個系統(tǒng)完成運(yùn)行測試，所得到的成果如下4點(diǎn)所示。（1） 根據(jù)查閱的的鍋爐控制系統(tǒng)的資料和期刊，繪制了鍋爐系統(tǒng)帶檢測與控制的工藝流程圖，統(tǒng)計了