PLC鍋爐減溫水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目錄摘要：2關(guān)鍵詞:21.1電廠減溫水系統(tǒng)介紹41.1.1火力電廠系統(tǒng)簡(jiǎn)介41.1.2電廠汽水控制級(jí)簡(jiǎn)介51.1.3西門(mén)子plc系統(tǒng) 西門(mén)子S7 300H PLC61.1.4電廠輔控網(wǎng)組成61.2火電廠水汽系統(tǒng)71.3減溫水系統(tǒng)原理72.1上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)92.1.1上位機(jī)硬件92.1.2軟件設(shè)計(jì)92.2下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)112.2.1下位機(jī)控制系統(tǒng)硬件配置122.2.2硬件系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)202.3系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)計(jì)252.4電源設(shè)計(jì)263.1現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用及其安全可靠性的提高263.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展與應(yīng)用273.1.2 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議。273.1.3系統(tǒng)實(shí)時(shí)性研究303.1

2、.3.1冗余設(shè)計(jì)303.1.3.2自診斷功能313.1.3.3縮短主站循環(huán)掃描時(shí)間313.1.3.4通信優(yōu)先級(jí)設(shè)置333.2工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性問(wèn)題及解決方案。333.2.1工業(yè)以太網(wǎng)通信原理333.2.2工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性問(wèn)題的研究34總結(jié)和展望36致謝：36參考文獻(xiàn)：37PLC鍋爐減溫水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：要問(wèn)現(xiàn)在是什么時(shí)代，現(xiàn)在既不是蒸汽時(shí)代也不是原子能時(shí)代，而是電氣時(shí)代，也就是說(shuō)絕大多數(shù)的能量是以電能的形式傳輸?shù)接脩舻氖种小ｋ娔苁乔鍧嵞茉?，具有傳輸方便，可控和易于控制的特點(diǎn)。所以發(fā)電廠自然是當(dāng)今社會(huì)不可缺少的一部分，承擔(dān)著供應(yīng)社會(huì)能量的主要責(zé)任。現(xiàn)在主要的發(fā)電廠分為：核能發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、風(fēng)力

3、發(fā)電廠、太陽(yáng)能發(fā)電廠、火力發(fā)電廠等。但是有一個(gè)問(wèn)題不得不提出，水力、風(fēng)力、太陽(yáng)能發(fā)電廠的負(fù)荷受到天氣的制約，近期以來(lái)因?yàn)楦u核電站的事故，國(guó)內(nèi)的核能發(fā)電場(chǎng)紛紛下馬。在現(xiàn)在這個(gè)歷史時(shí)期乃至以后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期內(nèi)，火力發(fā)電廠在承擔(dān)符合的工作中起著相當(dāng)大的作用。在火力發(fā)電廠中，水汽品質(zhì)是一項(xiàng)重要指標(biāo)。好的水汽品質(zhì)可以提高熱力設(shè)備的性能，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，節(jié)約能源，減少事故發(fā)生率。反之水汽品質(zhì)的失調(diào)將會(huì)給電廠的熱工設(shè)備造成不同程度的損傷，給機(jī)組的安全和電廠穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)隱患。所以過(guò)、再熱器減溫水系統(tǒng)是電廠熱工過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。本文根據(jù)水汽采樣的工藝特點(diǎn)，從硬件和控制算法兩方面著手設(shè)計(jì)火力發(fā)電廠過(guò)、

4、再熱器減溫水系統(tǒng)控制系統(tǒng)，采用上位機(jī)和下位機(jī)相結(jié)合的系統(tǒng)。上位機(jī)用工業(yè)計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件構(gòu)成友好的人機(jī)界面，方便了系統(tǒng)的操作；下位機(jī)采用西門(mén)子S7 300H PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和過(guò)、再熱器減溫水系統(tǒng)控制。用工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成管理層，負(fù)責(zé)上位機(jī)和下位機(jī)之間、本系統(tǒng)和電廠其它系統(tǒng)之間的通信。現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制層，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和PLC間的數(shù)據(jù)傳輸。關(guān)鍵詞：PLC 鍋爐減溫水系統(tǒng) 火力發(fā)電廠 西門(mén)子 上位機(jī)Summary:Want to ask now is what ages, now since not is a steam ages also not is an atomic ages, bu

5、t electricity ages, also be say that the energy of great majority delivers the customers hand by the form of electric power.The electric power is to sweep energy, have to deliver convenience, can control and be easy to the characteristics of control.So the power plant nature is one part of social in

6、dispensability nowadays, undertake to supply the main responsibility of social energy.The main power plant is divided into now:Nuclear energy power plant, hydraulic power plant, wind power factory, solar energy power plant, and thermal power plant.etc.But have a problem have to put forward, the burd

7、en of the water power, wind force and solar energy power plant is subjected to check and supervision of the weather, in the near future give or get an electric shock a station because of pit in the blessing island of trouble, the local nuclear energy generates electricity a field to dismount in succ

8、ession.BE going to during this history period of now a later very long inside the history period, thermal power plant at undertake to match of there is very big function in the work.In the thermal power plant, water vapor quality is an important index sign.The good water vapor quality can raise the

9、function of thermodynamic energy equipments and prolong the service life of equipments, economy energy, reduce a trouble incidence rate.Contrarily the maladjustment of water vapor quality will give the hot work equipments of power station result in the harm of different degree, give machine set of s

10、afety and power station the steady economy movement bring concealed suffer from.So lead, again hot machines reducing Waters temps system is a power station hot the important link of the work process.This text begins to design thermal power plant to lead from the hardware and the control calculate wa

11、y 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 machine and next machine to combine together of system.The place of honor machine is constituted with industrial calculator and set Tai s

12、oftware 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, again the hot machine reduce Waters temp system control.Constitute a management layer with the industrial ether net, be responsible for

13、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 the control layer of the equipments, be responsible for the spot equipments and the data of PLC deliver.Keyword:The PLC boiler reduce

14、s waters temp the system thermal power plant Siemens place of honor machine1.1電廠減溫水系統(tǒng)介紹1.1.1火力電廠系統(tǒng)簡(jiǎn)介火電工藝介紹火電廠的三大系統(tǒng) 之一 燃燒系統(tǒng)包括輸煤、磨煤、鍋爐與燃燒、風(fēng)煙系統(tǒng)、灰渣系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。送風(fēng)機(jī)磨煤機(jī)熱空氣空氣預(yù)熱器煤斗煤輸煤皮帶排粉風(fēng)機(jī)煤粉鍋爐爐渣沖灰水除塵器引風(fēng)機(jī)灰渣泵細(xì)灰熱空氣冷空氣煙氣經(jīng)煙囪排向大氣至灰場(chǎng)自輸煤系統(tǒng)火電廠的三大系統(tǒng) 之二 汽水系統(tǒng)由鍋爐, 汽輪機(jī), 凝汽器, 除氧器, 加熱器等構(gòu)成主要包括: 給水系統(tǒng) 冷卻水系統(tǒng) 補(bǔ)水系統(tǒng) 過(guò)熱蒸汽除氧器補(bǔ)給水生水低壓加熱器高壓

15、加熱器排氣凝結(jié)水凝結(jié)水泵汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)過(guò)熱器鍋爐省煤器鍋爐給水給水泵水處理設(shè)備循環(huán)水泵冷卻水凝汽器(軟化)火電廠的三大系統(tǒng)之三 電氣系統(tǒng)1.1.2電廠控制級(jí)功能簡(jiǎn)介：廠級(jí)管理工作站的功能：管理全廠的運(yùn)行自動(dòng)化。即全廠經(jīng)濟(jì)管理(EDC)；自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)；自動(dòng)電壓控制(AVC)；事故分析及事故處理；歷史數(shù)據(jù)保存及檢索管理；系統(tǒng)授權(quán)管理；運(yùn)行報(bào)表打印等。操作員工作站 操作員工作站是全廠集中監(jiān)視和控制的中心及人機(jī)接口，用來(lái)實(shí)現(xiàn)火力電廠的實(shí)時(shí)圖形顯示、各種事件的發(fā)布、各種報(bào)表顯示、報(bào)警和復(fù)歸的顯示、系統(tǒng)自診斷信息的顯示、設(shè)備的實(shí)時(shí)控制操作和調(diào)節(jié)、系統(tǒng)配置等各種操作處理。操作員工作站還作為廠級(jí)管理工

16、作站部分功能的備用。工程師工作站 工程師站除具有程序開(kāi)發(fā)、調(diào)試以及培訓(xùn)仿真等功能外，并兼有操作員工作站的全部功能，還作為操作員工作站的冷備用。通訊處理站的 通信處理機(jī)站是電廠監(jiān)控系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的輸入/輸出接口 ，可與廣域網(wǎng)連接，僅允許電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)向生產(chǎn)管理系統(tǒng)單向傳輸數(shù)據(jù)和信息，通信介質(zhì)為屏蔽電纜。電話語(yǔ)音報(bào)警處理站 電話語(yǔ)音報(bào)警處理站主要負(fù)責(zé)語(yǔ)音、電話報(bào)警。打印處理站 處理電廠控制級(jí)的文件打印任務(wù)。1.1.3西門(mén)子PLC系統(tǒng) 西門(mén)子S7 300H PLC德國(guó)西門(mén)子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門(mén)子（SIEME

17、NS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-300，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。 西門(mén)子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-300）等。1.1.4電廠輔控網(wǎng)組成電廠水汽采樣和鍋爐減溫水包含在電廠輔控網(wǎng)系統(tǒng)之中。所以下面介紹一下電廠的輔控網(wǎng)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)和工程輔助車間集中監(jiān)控網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱輔控網(wǎng)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及PLC控制技術(shù)的日益成熟，所有輔控系統(tǒng)均可進(jìn)入全廠輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在集

18、控室內(nèi)完全監(jiān)控操作，大大提高了自動(dòng)化水平，更好的提高了全廠的效率。全廠輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將電廠的全部輔機(jī)控制系統(tǒng)，包括輸煤程控系統(tǒng)、化學(xué)水程控系統(tǒng)、除灰除渣程控系統(tǒng)、凈水站程控系統(tǒng)、循環(huán)水減溫水控制系統(tǒng)、制氫站程控系統(tǒng)、空壓機(jī)程控系統(tǒng)、燃油泵房程控系統(tǒng)、污水程控系統(tǒng)等等集成為一體化的控制網(wǎng)絡(luò)，在一個(gè)控制室進(jìn)行集中監(jiān)視與控制，形成與DCS并列的第二個(gè)綜合控制系統(tǒng)。輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一套由PLC組成的分散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用國(guó)際先進(jìn)、安全可靠、廣泛采用的西門(mén)子PCS7網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用優(yōu)質(zhì)、靈活的控制軟件，系統(tǒng)基于WINDOWS操作平臺(tái)，強(qiáng)化了實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性。網(wǎng)絡(luò)方案如下：1、采用多模光纜冗余通訊解

19、決電廠各輔控系統(tǒng)距離遠(yuǎn)的問(wèn)題；2、采用冗余千兆核心交換機(jī)中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，組建冗余網(wǎng)絡(luò)； 3、采用專用服務(wù)器，冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器以及專業(yè)歷史服務(wù)器，保證輔網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速度，保證歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全。圖1-2為全廠輔控網(wǎng)系統(tǒng)圖。圖1-2 全廠輔控網(wǎng)系統(tǒng)圖1.2火電廠水汽系統(tǒng)汽水系統(tǒng)的示意圖如下過(guò)熱蒸汽除氧器補(bǔ)給水生水低壓加熱器高壓加熱器排氣凝結(jié)水凝結(jié)水泵汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)過(guò)熱器鍋爐省煤器鍋爐給水給水泵水處理設(shè)備循環(huán)水泵冷卻水凝汽器(軟化)用文字?jǐn)⑹鋈缦氯剂辖?jīng)制粉系統(tǒng)送入爐膛中燃燒，使燃料的化學(xué)能變?yōu)闊崮堋?高溫?zé)煔庥蔂t膛經(jīng)水平煙道進(jìn)入尾部煙道，最后從鍋爐中排出。鍋爐排煙再經(jīng)過(guò)煙氣凈化 系統(tǒng)處理，由引風(fēng)機(jī)送入煙囪排入大氣

20、。煙氣在鍋爐內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中，熱量傳遞方式為：在爐膛中以輻射方式將熱量傳給水冷壁； 在爐膛煙氣出口處，以半輻射、半對(duì)流方式將熱量傳給屏式過(guò)熱器；在水平煙道和尾部 煙道以對(duì)流方式傳給過(guò)熱器、再熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器。 鍋爐給水便經(jīng)過(guò)省煤器、水冷壁、過(guò)熱器變成過(guò)熱蒸汽；并把汽輪機(jī)高壓汽缸做功后抽回 的蒸汽變成再熱蒸汽。減溫水系統(tǒng)都在上圖這個(gè)鍋爐中。1.3減溫水系統(tǒng)原理我在集控室中所觀察到的火電廠DCS系統(tǒng)中的汽水系統(tǒng)中的減溫水系統(tǒng)屏幕截圖如下。注意圖中紅色的水管表示是汽水系統(tǒng)里面的水，綠色的水管里面是經(jīng)過(guò)凈化用來(lái)噴水降溫的減溫水。此圖拍攝時(shí)間為下午八點(diǎn)鐘的時(shí)候，正值用電高峰期，電廠接到調(diào)令開(kāi)1#單

21、元機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行。圖上所有數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)多方論證如下，汽包壓強(qiáng) 18.63Mpa，高壓缸排氣來(lái)水329.7 ，壁式再熱器進(jìn)水口一根管道325.9另一根管道324.2這里要提到一個(gè)問(wèn)題：就是高壓缸排氣來(lái)水連接壁式再熱器，經(jīng)過(guò)噴水降溫從329.7降到325.9，所以設(shè)定值327，中壓汽缸進(jìn)氣口溫度537.4，從汽包進(jìn)入分隔屏溫度380 后屏溫度480，進(jìn)高壓缸917。圖中（除去爐膛吹灰本文不予討論）共有6個(gè)閥門(mén)分別是高壓缸排氣降溫閥門(mén)（上） 在高壓缸排氣溫度大于327打開(kāi)高壓缸排氣降溫閥門(mén)（下） 在高壓缸排氣溫度大于327打開(kāi)分隔屏前閥門(mén)1個(gè) 進(jìn)分隔屏溫度大于380打開(kāi)分隔屏后閥門(mén)（左）（右）分隔屏出水

22、大于480打開(kāi)事故放水閥門(mén) 手動(dòng)打開(kāi)圖中要顯示數(shù)據(jù)溫度20個(gè) 顯示壓強(qiáng)10個(gè)維持穩(wěn)定的氣溫是保證機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所必需的。氣溫過(guò)高會(huì)使機(jī)組金屬許用盈利下降將影響機(jī)組的安全運(yùn)行；氣溫降低將會(huì)影響機(jī)組的熱循環(huán)效率。據(jù)計(jì)算，過(guò)熱器在超溫10到20 下長(zhǎng)期運(yùn)行，其壽命會(huì)縮短一半以上；而氣溫每降低10會(huì)使循環(huán)熱效率降低0.5%。運(yùn)行中一般規(guī)定氣溫偏離額定值的波動(dòng)不能超過(guò)-10到+5這里采取事故噴水的方法降溫，因?yàn)樵阱仩t管道里不存在可控升溫，只能通過(guò)控制燃煤的火力大小，這篇文章中不討論，每個(gè)環(huán)節(jié)的流程圖如下2.1上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)運(yùn)行操作和監(jiān)視全部在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。在上位機(jī)LCD上不僅能顯示閥門(mén)等系

23、統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、過(guò)程參數(shù)、報(bào)警等，還可以進(jìn)行各運(yùn)行方式的選擇和切換，進(jìn)行自動(dòng)程控操作，同時(shí)還具有模擬量參數(shù)顯示、棒狀圖顯示、聲光報(bào)警、打印制表等功能。2.1.1上位機(jī)硬件工控機(jī)：與其他類型的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主計(jì)算機(jī)相比較，它構(gòu)成簡(jiǎn)單、開(kāi)放性好、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。由于工控機(jī)自身的這些特點(diǎn)，在過(guò)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集中得到了廣泛應(yīng)用。本套系統(tǒng)就地上位機(jī)硬件構(gòu)成如下：上位機(jī)選用工控機(jī)（日本CONTEC）：CPU： P4/2.4G硬盤(pán)：160G內(nèi)存：512M顯卡：獨(dú)立網(wǎng)卡：10/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡光驅(qū)：DVD ROM顯示器選用LCD（韓國(guó)三星） 21英寸；打印機(jī)選用HP A3 黑白激光打印機(jī)。2.

24、1.2軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)包括：界面編輯，工業(yè)組態(tài)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)三部分?？刂葡到y(tǒng)采用正版組態(tài)王軟件包進(jìn)行監(jiān)控組態(tài)，以滿足全廠輔控網(wǎng)的要求。組態(tài)王軟件，可用于可視化和工業(yè)過(guò)程控制，它提供了無(wú)比的易用性和易于配置的圖形。同以往的版本相比，6.5版本功能顯著的增強(qiáng)，可以大大地提高運(yùn)行和工作的效率。通過(guò)使用其強(qiáng)大的向?qū)Ш托碌闹悄芊?hào)使用戶可以快速創(chuàng)建并部署客戶化的應(yīng)用程序，連接并傳遞實(shí)時(shí)信息。組態(tài)王應(yīng)用靈活，可以確保應(yīng)用程序滿足客戶目前的需求，并可根據(jù)將來(lái)的需求進(jìn)行擴(kuò)展，同時(shí)還能保留原來(lái)的工程投資和成果19。軟件對(duì)系統(tǒng)的硬件要求為：最低：P3-300MHZ/ 256MB RAM/ 2G 可用硬盤(pán)空間；推薦：

25、1.2GP3或更高主頻，512內(nèi)存。對(duì)操作系統(tǒng)的要求是： Win2000SP3/WinXP SP1上位機(jī)界面由多個(gè)畫(huà)面組成，分別實(shí)現(xiàn)不同功能。主要分以下幾部分。系統(tǒng)設(shè)置，減溫水系統(tǒng)流程圖，報(bào)表，曲線和報(bào)警等。下面介紹幾個(gè)主要畫(huà)面的功能。1、系統(tǒng)設(shè)置在系統(tǒng)配置選項(xiàng)下有注銷、系統(tǒng)登陸、密碼修改等功能。點(diǎn)擊“系統(tǒng)設(shè)置”選項(xiàng)，出現(xiàn)下拉菜單如圖21所示：即可點(diǎn)出各畫(huà)面。圖21 系統(tǒng)設(shè)置菜單工控機(jī)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)進(jìn)入組態(tài)運(yùn)行畫(huà)面，如果沒(méi)有登陸操作人員不可以更改參數(shù)和隨意退出，系統(tǒng)設(shè)有不同的使用權(quán)限，只有上級(jí)權(quán)限允許后，下級(jí)操作員才可以登陸。 在系統(tǒng)配置中還有“原始參數(shù)設(shè)置”和“報(bào)警設(shè)置”選項(xiàng)，由于下位機(jī)傳送上來(lái)

26、的數(shù)據(jù)是連續(xù)的機(jī)器數(shù)，不能直觀的反映測(cè)量的參數(shù)是工作狀態(tài)，所以要設(shè)定變量的原始值，將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)（一般為0-5V或4-20mA）。工程值為監(jiān)測(cè)儀表的儀表量程，工作人員可以直觀查看各測(cè)試點(diǎn)儀表顯示情況。參數(shù)設(shè)置完成后要設(shè)置各變量的報(bào)警限。報(bào)警限要根據(jù)工藝要求進(jìn)行設(shè)置，其數(shù)量級(jí)為工程值。原始參數(shù)設(shè)置和報(bào)警設(shè)置通常是在程序開(kāi)發(fā)建立歷史數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)配置的，運(yùn)行時(shí)就不能隨時(shí)改變參數(shù)的設(shè)置，要想改變參數(shù)，需要停止程序的運(yùn)行重新進(jìn)入開(kāi)發(fā)狀態(tài)。設(shè)計(jì)在線參數(shù)設(shè)置可以使參數(shù)修改方便簡(jiǎn)潔，可以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)即可設(shè)置參數(shù)，有修改權(quán)限要求，必須是專業(yè)管理者。報(bào)警查詢畫(huà)面可以顯示報(bào)警的時(shí)間、變量和報(bào)警的性質(zhì)。既可以實(shí)時(shí)顯

27、示報(bào)警情況也可以查詢歷史記錄。報(bào)警查詢有助于查找故障發(fā)生點(diǎn)和分析故障發(fā)生原因，總結(jié)故障易發(fā)生處，做好防范工作。本系統(tǒng)還有實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線畫(huà)面，實(shí)時(shí)曲線實(shí)時(shí)地顯示變量值的變化情況，歷史曲線可以查詢不同時(shí)間的參數(shù)軌跡?？梢噪S時(shí)查詢曲線，設(shè)置顯示的時(shí)間范圍和數(shù)值的分辨率，分析各參數(shù)工作情況。并可以定時(shí)或手動(dòng)打印曲線。在線數(shù)據(jù)分實(shí)時(shí)顯示報(bào)表和歷史報(bào)表查詢，實(shí)時(shí)顯示報(bào)表可以實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)采集的工作參數(shù)，并顯示各參數(shù)是否工作在指標(biāo)范圍內(nèi)，歷史報(bào)表查詢可以查詢?nèi)我鈺r(shí)刻的歷史數(shù)據(jù)，還具有定時(shí)和手動(dòng)打印報(bào)表的功能。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：(1) 為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼＿M(jìn)行，維護(hù)人員應(yīng)盡量保證工控機(jī)的開(kāi)機(jī)

28、率，如發(fā)生故障，應(yīng)盡量避免人為的關(guān)機(jī)和復(fù)位。(2) 歷史數(shù)據(jù)丟失出現(xiàn)這種故障一般是由于操作員不小心更改了主機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘導(dǎo)致。(3) 歷史數(shù)據(jù)不記錄磁盤(pán)空間滿，歷史數(shù)據(jù)停止記錄。當(dāng)用戶清理磁盤(pán)后，重新啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，此時(shí)歷史數(shù)據(jù)開(kāi)始記錄。(4) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不刷新由于采集器死機(jī)，關(guān)閉采集器電源，重新啟動(dòng)即可。設(shè)計(jì)出來(lái)的操作界面圖如下：2.2下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC怎么通過(guò)溫度來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)：這里以一個(gè)閥門(mén)為例,其他同理.現(xiàn)設(shè)定閥門(mén)開(kāi)為電機(jī)正轉(zhuǎn),關(guān)為電機(jī)反轉(zhuǎn)鍋爐溫度是一個(gè)大慣性系統(tǒng)，一般采用PID調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。本章首先介紹溫度傳感器的使用和S7-300 PLC中塊的基本概念，然后對(duì)PID控制

29、器的基本概念進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。溫度傳感器的選型：這里參考機(jī)械工業(yè)出版社的 傳感器原理及應(yīng)用一書(shū)的103頁(yè)開(kāi)始的第三章節(jié) 溫度采集和壓力、流量等一樣，是一種工業(yè)控制中最普及的應(yīng)用，它可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中液體、蒸汽、氣體介質(zhì)和固體表面的溫度。常用的有熱電阻、熱電偶兩種方式，此外還有非接觸型的紅外測(cè)溫等產(chǎn)品，一個(gè)典型的應(yīng)用例子是鋼鐵廠中的紅外測(cè)溫設(shè)備。這里我們主要介紹熱電阻和熱電偶。 工業(yè)熱電偶作為測(cè)量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用，它可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中不同范圍的溫度。若配接輸出4-20mA、0-10V等標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號(hào)的溫度變送器，使用更加方便、可靠。對(duì)于實(shí)

30、驗(yàn)室等短距離的應(yīng)用場(chǎng)合，可以直接把熱電偶信號(hào)引入PLC進(jìn)行測(cè)量。熱電偶的工作原理是,兩種不同成份的導(dǎo)體,兩端經(jīng)焊接，形成回路，直接測(cè)量端叫工作端（熱端），接線端子端叫冷端，當(dāng)熱端和冷端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路里產(chǎn)生熱電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)；接上顯示儀表，儀表上就會(huì)指示所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)的對(duì)應(yīng)溫度值，電動(dòng)勢(shì)隨溫度升高而增長(zhǎng)。熱電動(dòng)勢(shì)的大小只和熱電偶的材質(zhì)以及兩端的溫度有關(guān)，而和熱電偶的長(zhǎng)短粗細(xì)無(wú)關(guān)。根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，熱電偶有鎧裝式熱電偶、裝配式熱電偶、隔爆式熱電偶等種類。裝配式熱電偶由感溫元件（熱電偶芯）、不銹鋼保護(hù)管、接線盒以及各種用途的固定裝置組成。鎧裝式熱電偶比裝配式熱電偶具有外徑小、可

31、任意彎曲、抗震性強(qiáng)等特點(diǎn)，適宜安裝在裝配式熱電偶無(wú)法安裝的場(chǎng)合，它的外保護(hù)管采用不同材料的不銹鋼管，可適合不同使用溫度的需要，內(nèi)部充滿高密度氧化絕緣體物質(zhì)，非常適合于環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。隔爆式熱電偶通常應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體的場(chǎng)合，如果使用普通熱電偶極易引起氣體爆炸，則在這種場(chǎng)合必須使用隔爆熱電偶。 熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度測(cè)量元件。熱電阻是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。當(dāng)電阻值變化時(shí)，二次儀表便顯示出電阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精度是最高的。鉑熱電阻根據(jù)使用場(chǎng)合的不同與使用溫度的不同，有

32、云母、陶瓷、簿膜等元件。作為測(cè)溫元件，它具有良好的傳感輸出特性，通常和顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)儀以及其它智能模塊或儀表配套使用，為它們提供精確的輸入值。若做成一體化溫度變送器，可輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)或0-10V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，使用起來(lái)更為方便。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅。此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，熱電阻也有鎧裝式熱電阻、裝配式熱電阻、隔爆式熱電阻等種類，與熱電偶類似。鉑電阻的工作原理是，在溫度作用下，鉑熱電阻絲的電阻值隨溫度變化而變化，且電阻與溫度的關(guān)系即分度特性符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。分度號(hào)Pt100的含義為在0時(shí)的名義電阻值為

33、100，目前使用的一般都是這種鉑熱電阻。此外還有Pt10、Pt200、Pt500和Pt1000等鉑熱電阻，Cu50、Cu100的銅熱電阻等。綜合考慮 熱電阻生產(chǎn)廠家：天津市億環(huán)自動(dòng)化儀表技術(shù)有限公司的鉑熱電阻WZP（P）PT100 可測(cè)-200 500攝氏度 精確等級(jí)選擇B 有0.3攝氏度就可以了同時(shí)有一個(gè)問(wèn)題就是 考慮到廠里面那個(gè)磨煤機(jī)實(shí)在是太響了 噪音很大 還有就是鍋里面的壓強(qiáng)非常大 之所以密封性能好 是因?yàn)橛忻芊庥偷拇嬖?把所有的活動(dòng)處都封死了 這里必須考慮它有下列優(yōu)點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后?。粰C(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝使用壽命長(zhǎng)。要用碰底型因?yàn)槟蛪嚎?/p>

34、達(dá)3.4*10MPa 而且反應(yīng)速度快 鍋爐內(nèi)并無(wú)電磁干擾 模擬量模塊的選型：模擬量模塊包括模擬量輸入模塊SM331、模擬量輸出模塊SM332和模擬量輸入/輸出混合模塊SM334。對(duì)模擬量輸入模塊SM331，可選擇的輸入信號(hào)類型有電壓型、電流型、電阻型、熱電阻型、熱電偶型，而模擬量輸出模塊SM332提供有電壓和電流兩種類型的信號(hào)輸出。有的CPU模塊集成了這些信號(hào)輸入輸出功能，如S7-300的CPU313C模塊（訂貨號(hào)6ES7 313-5BE01-0AB0），不僅提供24路的DI輸入和16路的DO輸出，而且配置了5路模擬量輸入和2路模擬量信號(hào)輸出。然后有一個(gè)表格 名稱輸入數(shù)量精度測(cè)量信號(hào)類型測(cè)量范

35、圍的選擇AI8*12位（-7KF02-）4通道組8輸入每個(gè)通道可調(diào)9位+符號(hào)12位+符號(hào)14位+符號(hào)電壓電流電阻溫度每個(gè)通道任意表格完了之后模擬量模塊的測(cè)量信號(hào)類型及測(cè)量范圍設(shè)定由于模擬量輸入或輸出模塊提供有不止一種類型信號(hào)的輸入或輸出，每種信號(hào)的測(cè)量范圍又有多種選擇，因此必須對(duì)模塊信號(hào)類型和測(cè)量范圍進(jìn)行設(shè)定。一般采用STEP7軟件設(shè)定和量程卡設(shè)定兩種方法。（1）通過(guò)STEP7軟件設(shè)定以CPU313C模塊為例進(jìn)行設(shè)置。如上所述，CPU313C不僅是CPU模塊，而且提供了功能豐富的輸入輸出信號(hào)，其中模擬量輸入第0-3通道為電壓/電流信號(hào)輸入，第4通道為電阻/鉑電阻輸入，其設(shè)置在STEP7軟件中進(jìn)

36、行，方法為：在圖4-1所示的“HW Config”對(duì)話框中，雙擊“AI5/AO2”項(xiàng)，打開(kāi)圖4-2的“Properties”屬性對(duì)話框，該對(duì)話框有“General”、“Addresses”、“Inputs”、“Outputs”四個(gè)選項(xiàng),選中“Inputs”項(xiàng)，畫(huà)面如圖4-2所示。對(duì)于第0-3通道，可在“Measurement type”中選擇電壓或電流輸入，在“Measuring range”中根據(jù)需要選擇測(cè)量范圍，對(duì)于電壓輸入有0-10V、10V兩種選擇，對(duì)于電流輸入有0-20mA、4-20mA、20mA三種選擇。第4通道為電阻/鉑電阻測(cè)量通道，有R-2L、RTD-2L兩種選擇，圖中測(cè)量類型

37、已選為RTD-2L，PT 100，用于測(cè)量傳感器為PT 100鉑熱電阻的溫度值。 用同樣的方法可對(duì)CPU313C模擬量輸出通道進(jìn)行設(shè)置，可以設(shè)置為電壓輸出或電流輸出，對(duì)于電壓輸出有0-10V、10V兩種選擇，對(duì)于電流輸出有0-20mA、4-20mA、20mA三種選擇，圖4-3中第0通道設(shè)置為電壓型，范圍+/-10V，第1通道設(shè)置為電流型，范圍4-20mA。 對(duì)于其它類型的模擬量輸入/輸出模塊，根據(jù)模塊的不同特性，其具體設(shè)置會(huì)各有特點(diǎn)，但其基本方法是一樣的。配有量程卡的模擬量模塊的測(cè)量信號(hào)類型和測(cè)量范圍的設(shè)定配有量程卡的模擬量模塊，其量程卡在供貨時(shí)已插入模塊一側(cè)，如果需要更改量程，必須重新調(diào)整量

38、程卡，以更改測(cè)量信號(hào)的類型和測(cè)量范圍。量程卡可以設(shè)定為“A”、“B”、“C”、“D”四個(gè)位置，各種測(cè)量信號(hào)類型和測(cè)量范圍的設(shè)定在模擬量模塊上有相應(yīng)的標(biāo)記指示，可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整。調(diào)整量程卡的步驟為：用鑼絲刀將量程卡從模擬量模塊中松開(kāi)；將量程卡按測(cè)量要求和范圍正確定位，然后插入模擬量模塊中。 模擬值用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示，寬度為16位，符號(hào)總在最高位。模擬量模塊的精度最高為15位，如果少于15位，則模擬值左移調(diào)整，然后才保存到模塊中。未用的低位填入“0”，表中標(biāo)有“x”的位為“0”或“1”。另外 因?yàn)樗鶞y(cè)溫度都在正常范圍內(nèi) 而且精度要求不是很高（因?yàn)槿萜鞅旧淼脑O(shè)計(jì)可以承受超出精度的變動(dòng)）所以不

39、考慮模擬值上溢下溢如何安裝sm331模塊我查閱相關(guān)文檔后如下電氣連接請(qǐng)查閱相關(guān)技術(shù)文檔 這里不再贅述至此 采集模塊已經(jīng)安裝好了 這里其實(shí)還有一個(gè)輸入數(shù)值和實(shí)際模擬量的計(jì)算問(wèn)題：以檢測(cè)壓力為例，一個(gè)壓力檢測(cè)系統(tǒng)，壓力傳感器的量程是015MPa，輸出信號(hào)位420mA。使用S7300的模擬量輸入模塊，輸入模塊的兩成設(shè)置為420mA，轉(zhuǎn)換后的模擬值為027648。那么在027648內(nèi)的任意一個(gè)模擬值代表的壓力值為多少呢？在實(shí)際工程中，常常遇到這樣的比例計(jì)算，可以先使用數(shù)學(xué)表達(dá)式把比例關(guān)系羅列出來(lái)，然后使用PLC的程序?qū)崿F(xiàn)這些運(yùn)算即可。從數(shù)學(xué)角度找規(guī)律：壓力傳感器每1mA對(duì)應(yīng)的壓力值=（15-0）*10

40、00/（20-4）kPa輸入模塊每1mA對(duì)應(yīng)的模擬值=（27648-0）/（20-4）由于線性比例關(guān)系，依據(jù)上面兩式可以得到：輸入模塊每一個(gè)模擬值的壓力=(15-0)*1000/(27648)kPa因此每一個(gè)模擬值X對(duì)應(yīng)的壓力值Y的關(guān)系：Y=1500/27648X高壓缸排氣降溫閥門(mén)（上）在高壓缸排氣溫度大于327打開(kāi)高壓缸排氣降溫閥門(mén)（下） 在高壓缸排氣溫度大于327打開(kāi)分隔屏前閥門(mén)1個(gè) 進(jìn)分隔屏溫度大于380打開(kāi)分隔屏后閥門(mén)（左）（右）分隔屏出水大于480打開(kāi)減溫水系統(tǒng)的I/O資源配置表序號(hào)名稱地址注釋1高壓缸排氣降溫閥門(mén)（上）Q0.1閥門(mén)打開(kāi)，KM12高壓缸排氣降溫閥門(mén)（上）Q0.2閥門(mén)關(guān)

41、上，KM23高壓缸排氣降溫閥門(mén)（下）Q0.3閥門(mén)打開(kāi)，KM34高壓缸排氣降溫閥門(mén)（下）Q0.4閥門(mén)關(guān)上，KM45分隔屏前閥門(mén)Q0.5閥門(mén)打開(kāi)，KM56分隔屏前閥門(mén)Q0.6閥門(mén)關(guān)上，KM67分隔屏后閥門(mén)（左）Q0.7閥門(mén)打開(kāi)，KM78分隔屏后閥門(mén)（左）Q1.0閥門(mén)關(guān)上，KM89分隔屏后閥門(mén)（右）Q1.1閥門(mén)打開(kāi)，KM910分隔屏后閥門(mén)（右）Q1.2閥門(mén)關(guān)上，KM1011高壓缸排氣溫度I0.1輸入12進(jìn)分隔屏溫度I0.2輸入13分隔屏出水溫度I0.3輸入14壓強(qiáng)1I0.4輸入15壓強(qiáng)2I0.5輸入16壓強(qiáng)3I0.6輸入17壓強(qiáng)4I0.7輸入18壓強(qiáng)5I1.0輸入19壓強(qiáng)6I1.1輸入20汽包壓強(qiáng)I

42、1.2輸入21溫度1I1.3輸入22溫度2I1.4輸入23溫度3I1.5輸入24溫度4I1.6輸入25爐膛吹灰壓強(qiáng)I1.7輸入所有溫度，壓強(qiáng)測(cè)量值I/O格式轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)格式，其中IW11為鉑電阻采集的模擬值，DB2.DBD10為SFB41背景數(shù)據(jù)塊DB2的數(shù)據(jù)單元，對(duì)應(yīng)PID的輸入PV_IN。在組織塊OB35中SFB41系統(tǒng)功能塊的輸出LMN_PER（DB2.DBD76）為I/O格式的輸出，數(shù)值范圍為0-27648，可以直接賦值給模擬量輸出模塊（地址QW3）,對(duì)應(yīng)電壓輸出范圍為0-10V，OB1中的程序?yàn)椋阂陨鲜腔镜腖AD程序，可根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，在此基礎(chǔ)上對(duì)程序進(jìn)行擴(kuò)展。至此 已經(jīng)把溫度

43、傳感器在PLC和step7里面連上了組態(tài)王程序首先是定義完所有的數(shù)據(jù)之后，這個(gè)在上一部里面已經(jīng)完成。這里討論的是用組態(tài)王定義變量后連接PLC控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)。所以開(kāi)關(guān)之間的邏輯關(guān)系，只體現(xiàn)在組態(tài)王的程序里面，通過(guò)上文中所說(shuō)的PLC的模擬量輸入模塊將數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)，作為判斷的依據(jù)，然后通過(guò)組態(tài)王和PLC的通信控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)/* 進(jìn)分隔屏溫度控制 */if( 進(jìn)分隔屏溫度380&分隔屏前閥門(mén)=0 ) 分隔屏前閥門(mén)=1;然后打開(kāi)將圖中的3000毫秒改為5000毫秒if( 進(jìn)分隔屏溫度480&分隔屏后閥門(mén)（左）=0 ) 分隔屏后閥門(mén)（左）=1;if( 分隔屏出水溫度480&分隔屏后閥門(mén)（右）=0 ) 分隔

44、屏后閥門(mén)（右）=1;if( 分隔屏出水溫度480&高壓缸排氣降溫閥門(mén)（上） =0 ) 高壓缸排氣降溫閥門(mén)（上） =1;if( 高壓缸排氣溫度480&高壓缸排氣降溫閥門(mén)（下） =0 ) 高壓缸排氣降溫閥門(mén)（下） =1;if( 高壓缸排氣溫度480&高壓缸排氣降溫閥門(mén)（下）=1 ) 高壓缸排氣降溫閥門(mén)（下）=0;從性價(jià)比和技術(shù)成熟的角度考慮，本文設(shè)計(jì)下位機(jī)控制系統(tǒng)可編程序控制器（PLC）所有硬件選用SIEMENS公司標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。系統(tǒng)中所有模件均為接插式的，便于更換。機(jī)柜內(nèi)提供I/O總量的15做備用，同時(shí)在插槽上還留有擴(kuò)充20I/O的余地。這樣方便擴(kuò)展功能，對(duì)于損壞的端子能及時(shí)更換。控制系統(tǒng)采用PLC

45、加就地上位機(jī)并接入電廠輔控網(wǎng)的分級(jí)控制結(jié)構(gòu)方式。兩臺(tái)機(jī)組取樣系統(tǒng)和兩臺(tái)機(jī)組減溫水系統(tǒng)采用一套冗余的PLC。可在就地控制室內(nèi)通過(guò)上位機(jī)對(duì)減溫水取樣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也可在集中控制室內(nèi)通過(guò)電廠輔控網(wǎng)操作員站對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。該控制系統(tǒng)上位機(jī)和PLC之間通過(guò)以太網(wǎng)接口進(jìn)行通訊。PLC通過(guò)I/O模件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。S7-300自動(dòng)化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。它所具有的模板的擴(kuò)展和配置功能使其能夠按照每個(gè)不同的需求靈活組合。一個(gè)系統(tǒng)包括：電源模板，中央處理單元（CPU），各種信號(hào)模板（SM）、通訊模板（CP）、功能模板（FM）、接口模板(IM)。 SIMATIC S7-300最多有21個(gè)擴(kuò)展單元（EU）都

46、可以連接到中央控制器（CC），擴(kuò)展方式主要有以下幾種：通過(guò)接口模板連接（IM）；集中式擴(kuò)展；用EU進(jìn)行分布式擴(kuò)展；用ET 200進(jìn)行遠(yuǎn)程擴(kuò)展。主要功能有：高速指令處理 、用戶友好的參數(shù)設(shè)置、口令保護(hù)、系統(tǒng)功能、控制方式及硬件配置。同時(shí)為了增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，保護(hù)PLC系統(tǒng)硬件。所有模擬量和開(kāi)關(guān)量的I/O模件裝有隔離裝置，通道之間提供1500V以上的有效隔離值。為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，應(yīng)該設(shè)置足夠容量的存儲(chǔ)器，本套裝置存儲(chǔ)器有40的備用量。另外所有通信線，信號(hào)線和電源和PLC模塊均接地線，這樣既提高了保護(hù)作用又增加了抗干擾能力。保證PLC系統(tǒng)能在高的電氣噪聲，無(wú)線電波干擾和振動(dòng)環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行。

47、并所有在可編程控制器系統(tǒng)中的硬件能夠在環(huán)境溫度2060，相對(duì)濕度為595（不結(jié)露）的范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)行。2.2.2硬件系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)一、冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)所有設(shè)備都采用冗余結(jié)構(gòu)是不必要也是不經(jīng)濟(jì)的，為了提高系統(tǒng)的可靠性，集散控制系統(tǒng)在重要設(shè)備及對(duì)全系統(tǒng)有影響的公共設(shè)備上常采用冗余結(jié)構(gòu)。冗余結(jié)構(gòu)常采用同步運(yùn)轉(zhuǎn)、待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、后退運(yùn)轉(zhuǎn)及多級(jí)操作等冗余方式。同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式：它是讓兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的裝置以相同的方式同步運(yùn)轉(zhuǎn)，輸入相同的信號(hào)，進(jìn)行相同的處理，然后對(duì)輸出進(jìn)行比較，如果輸出保持一致則系統(tǒng)正常運(yùn)行。兩臺(tái)運(yùn)行系統(tǒng)稱為雙重系統(tǒng)，成本較高，適應(yīng)用于要求可靠性極高的場(chǎng)合。待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式：它是采用后備設(shè)備組成1：1或N：1

48、備用系統(tǒng)。平時(shí)后備設(shè)備處于準(zhǔn)備狀態(tài)，一旦運(yùn)行中設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，能立即啟動(dòng)后備使其運(yùn)轉(zhuǎn)。由于后備設(shè)備處于待機(jī)工作狀態(tài)故又稱熱后備系統(tǒng)。這種冗余方式中需要有一個(gè)監(jiān)視器和指揮裝置，處在故障發(fā)生狀態(tài)時(shí)，處理軟件和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移等操作，還需相應(yīng)程序自動(dòng)切入備用設(shè)備，使其運(yùn)轉(zhuǎn)。集散控制系統(tǒng)中通信常采用1：1備用待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式。而多路控制器等過(guò)程控制裝置常采用N:1備用方式，N的數(shù)值與制造廠產(chǎn)品特性有關(guān)24。在集散控制系統(tǒng)中，同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式和待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式用的較多，而后退運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)方式和多級(jí)操作方式用的較少。本套系統(tǒng)采用待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式即雙機(jī)熱備冗余。使用高可靠性的可編程控制器的目的是為了減少生產(chǎn)損失，不管是故障帶來(lái)的損失還

49、是維修工作引起的損失，停工的成本越高越需要容錯(cuò)系統(tǒng)。系統(tǒng)的高投入會(huì)很快被避免的生產(chǎn)損失所補(bǔ)償。西門(mén)子PCS7冗余系統(tǒng)分軟冗余和硬冗余，軟冗余和硬冗余所要求的軟件和硬件類型都不同，性能也不相同。從實(shí)現(xiàn)的方式上對(duì)比：1）軟冗余是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，也就是是西門(mén)子的SWR軟件包；硬冗余，則是使用CPU417H；414H；412H來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于PLC本身的操作系統(tǒng)及硬件設(shè)置上均不同，硬冗余的同步機(jī)理為事件同步。2）硬冗余的兩個(gè)熱備系統(tǒng)必須使用相同的PLC；軟冗余的兩個(gè)暖被系統(tǒng)可以使用不同的PLC。3）硬冗余的同步鏈路采用同步模塊和光纖，有長(zhǎng)距，短距兩種；軟冗余則使用MPI，DP（CP343-5,CP443-5

50、）和IE（CP3431，CP4431），程序內(nèi)部調(diào)用的是xsend/xrcv、AGsend/rcv以及Bsend/rcv。從性能上來(lái)對(duì)比：1）冗余的層級(jí)：軟冗余無(wú)法進(jìn)行IO冗余；IO冗余僅能在硬冗余里實(shí)現(xiàn)。此外，Ylink僅能在硬冗余中實(shí)現(xiàn)。2）系統(tǒng)切換的時(shí)間：硬冗余PLC無(wú)切換時(shí)間，因?yàn)槌绦蛲瑫r(shí)在兩個(gè)CPU里運(yùn)行，硬冗余里成為主動(dòng)切換；被動(dòng)切換，也就是從站切換的時(shí)間100ms；對(duì)于軟冗余，冗余程序僅在主CPU內(nèi)執(zhí)行，備用CPU僅執(zhí)行非冗余段程序，切換時(shí)為整個(gè)系統(tǒng)的切換。切換時(shí)間取決于同步鏈路的類型，速率和同步數(shù)據(jù)量的大小，DP從站的多少，多為秒級(jí)。切換時(shí)，軟冗余系統(tǒng)中DP從站的接口模板或DP

51、鏈路故障均會(huì)造成主備CPU的切換，而引起整個(gè)系統(tǒng)的切換；而在硬冗余中，從站的故障不會(huì)造成主備CPU的切換。3）信息的丟失：CPU間的切換可能導(dǎo)致部分信息，如報(bào)警信息的丟失，因?yàn)閳?bào)警在當(dāng)前激活的主CPU中進(jìn)行處理。所以，軟冗余系統(tǒng)中會(huì)存在信息的丟失；而硬冗余系統(tǒng)中，由于CPU間為事件同步的方式，且切換無(wú)時(shí)間，保證了信息不會(huì)丟失，也就是硬冗余中所說(shuō)的平滑切換。從上面的分析可知，西門(mén)子硬冗余與軟冗余相比，硬冗余的操作更方便，功能更強(qiáng)大，所以本套系統(tǒng)采用西門(mén)子硬冗余組件20。S7-300 H是典型的西門(mén)子PCS7硬冗余。硬冗余軟件要求: 1套STEP7編程軟件（V5.2或更高），硬件要求：S7-300

52、 H系列的CPU。相對(duì)于軟冗余，硬件冗余系統(tǒng)切換速度快，主備CPU中的數(shù)據(jù)和事件保證完全一致，適于高可靠性應(yīng)用場(chǎng)合，成本較高。本套系統(tǒng)采用硬冗余結(jié)構(gòu)。根據(jù)本系統(tǒng)系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)有以太網(wǎng)冗余、電源冗余、CPU冗余，總線冗余， 而I/O單元使用單通道切換式I/O，故硬件冗余系統(tǒng)所需器件如下:1個(gè)安裝機(jī)架UR2-H2個(gè)電源模板PS 407 10A2個(gè)容錯(cuò) CPU CPU 414-4H 和 CPU 417-4H4個(gè)同步化子模板2根光纜2個(gè)以太網(wǎng)模塊一個(gè)ET 200M 分布式I/O 設(shè)備的底板總線上插有2個(gè)IM 153-2必備的附件如PROFIBUS 屏蔽電纜等。本文設(shè)計(jì)的冗余系統(tǒng)原理圖如圖2-6所示。

53、圖2-6 冗余系統(tǒng)圖S7-300 H冗余的開(kāi)發(fā)分為硬件安裝、配置硬件、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置三個(gè)步驟。1、硬件安裝步驟如下：1）首先要設(shè)置機(jī)架號(hào)，通過(guò)同步子模板上的開(kāi)關(guān)設(shè)置CPU通電后此機(jī)架號(hào)生效。將同步子模板插到CPU板中。2）連接同步光纜，將兩個(gè)位于上部的或位于下部同的同步子模板相連，在打開(kāi)電源或啟動(dòng)系統(tǒng)之前要確保CPU的同步光纜已經(jīng)連接。同步光纖的連接如圖310所示：3）組態(tài)分布式I/O站ET200M ，使其作為具有切換功能的DP從站。4）將編程器連到第一個(gè)容錯(cuò)CPU（CPU0）上，此CPU 為S7-300H 的主CPU。5）通電后CPU自檢查：CPU第一次通電時(shí)，將執(zhí)行一次RAM 檢測(cè)工作，約需

54、3分鐘。6）啟動(dòng)CPU：裝入程序后執(zhí)行一個(gè)熱啟動(dòng)操作：首先啟動(dòng)主CPU ，然后啟動(dòng)熱備CPU。圖2-7 S7-300H 同步光纖的連接2、配置硬件即為硬件組態(tài)；硬件組態(tài)包括添加UR2 H機(jī)架配置電源和CPU，并設(shè)定CPU上PROFIBUS DP主站的地址，添加同步子模板到IF1和IF2槽位上，添加以太網(wǎng)網(wǎng)卡并配置MAC網(wǎng)絡(luò)地址。設(shè)置主CPU,如圖所示：圖2-8 S7-300H的硬件配置圖3、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置對(duì)于中央處理器單元只需對(duì)CPU0（機(jī)架0上的CPU）設(shè)定CPU參數(shù)，所設(shè)定的數(shù)值將自動(dòng)分配給CPU1（機(jī)架1 上的CPU）。參數(shù)設(shè)置包括：設(shè)置CPU循環(huán)處理參數(shù)；設(shè)置診斷緩沖區(qū)中的報(bào)文數(shù)量；模塊

55、的監(jiān)控時(shí)間； CPU自檢周期。二、冗余系統(tǒng)工作原理在冗余系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，兩套控制系統(tǒng)（處理器、通訊、I/O）獨(dú)立運(yùn)行，先起動(dòng)的系統(tǒng)為主系統(tǒng)，后起動(dòng)的系統(tǒng)是備用系統(tǒng)。 主控PLC和備用PLC之間自動(dòng)同步實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，由主系統(tǒng)的PLC掌握對(duì)ET200M從站中的I/O控制權(quán)。當(dāng)主控PLC發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)將數(shù)據(jù)流程序邏輯切換到冗余的PLC。將所用故障信息記錄到備用PLC。這種實(shí)時(shí)更新以掃描周期為基準(zhǔn)，在每個(gè)掃描周期后，主控PLC會(huì)向備用PLC發(fā)送一下信息。這時(shí)，備用PLC系統(tǒng)為主，原來(lái)的主系統(tǒng)為備用，這種切換過(guò)程是包括電源、CPU、通訊電纜和IM153接口模塊的整體切換。當(dāng)主控PLC從故障中恢復(fù)后，自動(dòng)解決PLC間的狀態(tài)沖突。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，即使沒(méi)有任何組件出錯(cuò)，操作人員也可以通過(guò)設(shè)定控制字，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)的主備系統(tǒng)切換，這種手動(dòng)切換過(guò)程，對(duì)于控制系統(tǒng)的軟硬件調(diào)整，更