畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng) 摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及人們生活水平的不斷提高對(duì)城市生活供暖的用戶數(shù)量和供暖質(zhì)量提出了越來越高的要求結(jié)合現(xiàn)狀PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng)該控制系統(tǒng)以兩臺(tái)工業(yè)控制機(jī)作為上位機(jī)以西門子S7-300可編程控制器為下位機(jī)系統(tǒng)通過變頻器控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)行和調(diào)速上位機(jī)監(jiān)控軟件采用三維力控PCAuto?？刂茀?shù)設(shè)定報(bào)警聯(lián)動(dòng)歷史數(shù)據(jù)查詢等功能下位機(jī)控制程序采用西門子公司的STEP7編程軟件設(shè)計(jì)主要完成模擬量信號(hào)的處理溫度和壓力信號(hào)的PID控制等功能并接收上位機(jī)的控制指令以完成風(fēng)機(jī)啟?？刂茀?shù)設(shè)定循環(huán)泵控制和其余

2、電動(dòng)機(jī)的控制本文設(shè)計(jì)的變頻控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鍋爐燃燒過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠采用鍋爐的計(jì)算機(jī)控制和變頻控制不僅可大大節(jié)約能源促進(jìn)環(huán)保而且可以提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益關(guān)鍵詞 鍋爐控制變頻調(diào)速技術(shù)PLC組態(tài)軟件AbstractAlong with social economys swift development the urban construction scales unceasing expansion as well as the people living standards unceasing enhancement set more and more hig

3、h request to the city life heatings user quantity and the heating quality The union present situation the present paper heating boiler supervisory system has designed a set based on PLC and the frequency conversion velocity modulation technology heating boiler control systemThis control system takes

4、 the superior machine by two industry cybertrons west of family household S7-300 programmable controller for lower position machine system through frequency changer control motors start movement and velocity modulation The superior machine monitoring software uses the three dimensional strength to c

5、ontrol the PCAuto36 design mainly completes the system operation contact surface design realizes the system to openstops functions and so on control parameter hypothesis warning linkage historical data inquiry The lower position machine control procedure uses Siemenss STEP7 programming software desi

6、gn mainly completes the simulation quantity signal processing temperature and pressure signal functions and so on PID control and receives the superior machine control command to complete the air blower to openstops the control the parameter hypothesis the circulating pump control and other electric

7、 motors control This article designs the frequency conversion control system has realized the boiler combustion process automatic control the systems operation is stable is reliable Uses boilers computer control and the frequency conversion control not only may save the energy greatly the promotion

8、environmental protection moreover may raise the production automation level has the remarkable economic efficiency and the social efficiencyKey word Boiler control Frequency conversion velocity modulation technology PLC Configuration software目錄摘要IAbstractII目錄III第一章緒論111項(xiàng)目背景及課題的研究意義112供暖鍋爐控制的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2

9、13本文所做工作3第二章 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用421變頻調(diào)速基本原理422變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用423變頻調(diào)速節(jié)能分析5第三章 鍋爐控制系統(tǒng)原理731引言7com制方式7com PID控制方式832循環(huán)流量控制1033燃燒過程控制11第四章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1241系統(tǒng)功能分析1242系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)12com計(jì)思路12com構(gòu)1343系統(tǒng)硬件配置14第五章 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1651系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)1652系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)1753系統(tǒng)主要元器件的選擇20com PLC的選型20com絡(luò)配置25com的選型25com的選型28com要元器件的選擇28第六章系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

10、2961 S7-300系列PLC簡(jiǎn)介29com S7-300編程方式簡(jiǎn)介29com S7-300 PLC的存儲(chǔ)區(qū)3062PLC控制程序設(shè)計(jì)31com PLC控制流程圖32com PLC控制程序36第七章 監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)3871組態(tài)軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)3872項(xiàng)目組態(tài)39com臺(tái)和運(yùn)行環(huán)境39com構(gòu)39com務(wù)4173界面設(shè)計(jì)4274報(bào)警記錄44結(jié)論46參考文獻(xiàn)47附錄148附錄249外文文獻(xiàn)翻譯53致謝83第一章緒論項(xiàng)目背景及課題的研究意義隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展我國(guó)北方地區(qū)冬季城市集中供暖成為城市現(xiàn)代化必然采取的步驟而供暖面積的不斷擴(kuò)大使如何科學(xué)有效地控制和管理供暖系統(tǒng)提高供暖的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

11、成為急需解決的重要課題在供暖系統(tǒng)中鍋爐房供暖所占比例很大據(jù)對(duì)我國(guó)北方地區(qū)29個(gè)大中城市近35億平方米的供暖調(diào)查鍋爐供暖占84熱力供暖占12其他供暖占4在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)集中熱力供暖是發(fā)展趨勢(shì)但無法取代鍋爐供暖的主流地位鍋爐是消耗能源產(chǎn)生大氣污染事關(guān)生產(chǎn)與生活和安全的重要設(shè)備它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)整個(gè)能源消耗中占有相當(dāng)大的比重目前我國(guó)供暖鍋爐以燃煤鏈條鍋爐為主燃用的主要是中低質(zhì)煤而且鍋爐房管理水平不高一直沿用間斷運(yùn)行方式鍋爐技術(shù)含量低鍋爐的自動(dòng)化控制技術(shù)落后造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)目前擁有工業(yè)鍋爐50萬臺(tái)每年消耗的燃煤占全國(guó)原煤產(chǎn)量的三分之一約4億噸鍋爐每年排放煙塵約620萬噸約510萬

12、噸此外還有大量的N02等有害氣體成為我國(guó)大氣煤煙型污染的主要來源之一尤其是燃煤排放的CO氣體所引起的溫室效應(yīng)早己引起國(guó)際關(guān)注本系統(tǒng)供暖鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由進(jìn)口變頻器可編程控制器壓力變送器溫度變送器和泵房機(jī)組以及電氣控制柜等組成其中泵房機(jī)組包括1引風(fēng)機(jī)為90 kw變頻啟動(dòng)和調(diào)速2鼓風(fēng)機(jī)37kw變頻啟動(dòng)和調(diào)速34循環(huán)水電機(jī)為75 kw變頻啟動(dòng)和調(diào)速其余電動(dòng)機(jī)10臺(tái)均為直接啟動(dòng)功率為5kw工頻運(yùn)行本設(shè)計(jì)是供暖鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套基于PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng)該控制系統(tǒng)由可編程控制器變頻器壓力變送器溫度變送器和泵房組工控機(jī)以及電氣控制柜等構(gòu)成系統(tǒng)通過變頻器控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)行和調(diào)速

13、由于供暖鍋爐系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比采用交流變頻調(diào)速控制風(fēng)機(jī)水泵流量代替?zhèn)鹘y(tǒng)閥門擋板控制流量可以大大節(jié)省該類負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的耗電量達(dá)到節(jié)能的目的如果普遍采用交流變頻調(diào)速平均節(jié)電率在30左右用變頻器啟動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵等電動(dòng)機(jī)由于變頻器內(nèi)部具有矢量轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)保證了電機(jī)良好的啟動(dòng)性能實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)有效地限制了電機(jī)的啟動(dòng)電流明顯降低電機(jī)啟動(dòng)噪聲同時(shí)電機(jī)的軟啟動(dòng)避免了頻繁的工頻啟動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)水泵等大電機(jī)的沖擊有效地保護(hù)設(shè)備延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命鍋爐的計(jì)算機(jī)控制使鍋爐始終處于最佳工作狀態(tài)提高了鍋爐的運(yùn)行效率和燃煤的燃燒效果不僅節(jié)約燃煤也減少了煙塵和有害氣體的排放具有較好的環(huán)保效

14、果同時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過各種傳感器檢測(cè)鍋爐溫度壓力流量等參數(shù)傳送至微機(jī)和儀表盤并實(shí)現(xiàn)溫度和壓力等參數(shù)的自動(dòng)控制工人在計(jì)算機(jī)控制室就可以全面了解鍋爐房各部分的運(yùn)行情況大大改善了工人的工作條件提高了自動(dòng)化程度和管理水平因此 采用鍋爐的計(jì)算機(jī)控制和變頻控制不僅可大大節(jié)約能源促進(jìn)環(huán)保而且可以提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 供暖鍋爐控制的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀當(dāng)前節(jié)能與環(huán)保已成為人類社會(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)化程度低進(jìn)一步加重了環(huán)境污染的程度在歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家石油和天然氣已成為

15、第一能源占能源消費(fèi)的60左右燃油和燃?xì)忮仩t的已逐步取代燃煤鍋爐對(duì)風(fēng)機(jī)和水泵等電機(jī)的變頻控制已相當(dāng)成熟自20世紀(jì)90年代以來隨著超大型可編程控制器的出現(xiàn)和模糊控制自適應(yīng)控制等智能控制算法的發(fā)展以及智能控制器的應(yīng)用鍋爐控制水平大大提高已實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制國(guó)內(nèi)對(duì)鍋爐控制的研究起步較晚始于80年代初期國(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等但仍然存在一些問題1 大多數(shù)現(xiàn)有的鍋爐控制系統(tǒng)可控制的主要還是開關(guān)量設(shè)備如風(fēng)機(jī)爐排和水泵的開關(guān)或者閥門控制不能對(duì)它們精確連續(xù)調(diào)節(jié)使控制手段單控制精度低2 鍋爐控制系統(tǒng)的控制方案不夠合理鍋爐控制器 計(jì)算機(jī)或可編程控制器 一旦出現(xiàn)故障只能采取系統(tǒng)斷電處理進(jìn)行

16、人工操作若鍋爐系統(tǒng)中的傳感器變送器等設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)溫度壓力等參數(shù)就無法達(dá)到設(shè)定值3 我國(guó)自70年代末開始鍋爐的微機(jī)控制逐漸成熟起來但主要實(shí)現(xiàn)儀表顯示報(bào)表打印等功能并未實(shí)現(xiàn)鍋爐自動(dòng)控制下位機(jī)主要以單片機(jī)為主控制水平有限可靠性不夠高 本文所做工作針對(duì)目前供暖鍋爐控制的現(xiàn)狀本文主要做了以下工作1 提出系統(tǒng)控制方案本文針對(duì)供暖鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套基于變頻調(diào)速技術(shù)的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)本文提出對(duì)鍋爐供暖系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和水泵等通過變頻器來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速節(jié)省了大量的電能本系統(tǒng)中豐位機(jī)采用高可靠性的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對(duì)鍋爐控制系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)控管理下位機(jī)采用西門子公司S7-300可編程控制器實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的

17、自動(dòng)控制控制水平和硬件可靠性大大提高鍵技術(shù)本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)任務(wù)是鍋爐系統(tǒng)的變頻改造因此本文詳述變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐控制中的應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)是關(guān)并分析變頻調(diào)速應(yīng)用在鍋爐供暖系統(tǒng)帶來的節(jié)能效果2本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)任務(wù)是鍋爐系統(tǒng)的變頻改造變頻調(diào)速技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)因此本文詳述變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐控制中的應(yīng)用并分析變頻調(diào)速應(yīng)用在鍋爐供暖系統(tǒng)帶來的節(jié)能效果3 闡述供暖鍋爐控制的控制原理提出供暖鍋爐系統(tǒng)的控制模型簡(jiǎn)要介紹PID控制算法并運(yùn)用PID控制方式進(jìn)行系統(tǒng)的補(bǔ)水控制循環(huán)流量控制燃燒過程控制以及爐膛負(fù)壓控制4 鍋爐控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)本文討論了鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)日標(biāo)功能分析和控制方案并詳細(xì)介紹了整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

18、和通訊配置口5 下位機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本文首先根據(jù)系統(tǒng)控制要求確定PLC的選型以及模塊的選擇討論P(yáng)LC與上位機(jī)之間PLC與變頻器之間的通訊配置制定通信協(xié)議設(shè)計(jì)PLC控制程序給出主程序基礎(chǔ)功能塊和各子程序的設(shè)計(jì)流程圖和部分梯形圖程序6 上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控管理本文選用三維力控PCAuto其中表示電機(jī)轉(zhuǎn)速為電動(dòng)機(jī)工作電源頻率為電機(jī)轉(zhuǎn)差率為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的變頻器就是基于上述原理采用交一直一交電源變換技術(shù)集電力電子微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品22變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用由于變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)無級(jí)調(diào)速具有異步

19、電機(jī)調(diào)壓調(diào)速和串級(jí)調(diào)速無可比擬的優(yōu)越性在鍋爐系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用變頻調(diào)速在供熱鍋爐系統(tǒng)中主要應(yīng)用在風(fēng)機(jī)調(diào)速和水泵調(diào)速通常在鍋爐燃燒系統(tǒng)中根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)風(fēng)速風(fēng)量溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)用戶要求和運(yùn)行工況而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板開度的大小來調(diào)整受控對(duì)象這樣不論生產(chǎn)的需求大小風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門擋板的節(jié)流損失消耗掉了在生產(chǎn)過程中不僅控制精度受到限制而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加設(shè)備使用壽命縮短設(shè)備維護(hù)維修費(fèi)用高居不下在供暖鍋爐系統(tǒng)中帶有循環(huán)泵補(bǔ)水泵等水泵類設(shè)備根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥回流閥截止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量壓力水位等信

20、號(hào)的控制這樣不僅造成大量的能源浪費(fèi)管路閥門等密封性能的破壞還加速了泵腔閥體的磨損和汽蝕嚴(yán)重時(shí)損壞設(shè)備而影響生產(chǎn)目前風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行存在啟動(dòng)電流大機(jī)械沖擊電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)不僅影響設(shè)備使用壽命而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備時(shí)常出現(xiàn)泵損壞同時(shí)電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象近年來出于節(jié)能的迫切需要和對(duì)供暖質(zhì)量不斷提高的要求加之采用變頻調(diào)速器簡(jiǎn)稱變頻器 易操作免維護(hù)控制精度高并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方案開始逐步取代風(fēng)門擋板閥門的控制方案用變頻器來對(duì)異步交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速是八十年代末迅速發(fā)展成熟的一項(xiàng)高新技術(shù)它的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速的機(jī)械特性好調(diào)速范圍廣調(diào)整特性

21、曲線平滑可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)的調(diào)速尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)水泵等大容量負(fù)載時(shí)可獲得顯著的節(jié)能效果23變頻調(diào)速節(jié)能分析變頻調(diào)速應(yīng)用于鍋爐系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)和水泵等電機(jī)的自動(dòng)控制中其節(jié)能效果明顯本節(jié)將以風(fēng)機(jī)節(jié)能為例詳細(xì)分析其節(jié)能效果水泵的節(jié)能分析類似由流體力學(xué)的基本定律可知風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載其轉(zhuǎn)速與流量壓力以及軸功率具有如下關(guān)系 即流量與轉(zhuǎn)速成正比壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比圖2-1給出了風(fēng)機(jī)中風(fēng)門調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速二種控制方式下風(fēng)路的壓力-風(fēng)量關(guān)系及功率-風(fēng)量關(guān)系其中曲線1是風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下的曲線曲線2是風(fēng)機(jī)在某一較低速度下的曲線曲線3是風(fēng)門開度最大時(shí)的曲線曲線4是風(fēng)機(jī)在某一較小開度下的曲

22、線可以看出當(dāng)實(shí)阮工況風(fēng)量由下降到時(shí)如果在風(fēng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的條件調(diào)節(jié)風(fēng)門開度則工況點(diǎn)沿曲線1由點(diǎn)移到點(diǎn)如果在風(fēng)門開度最大的條件下用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速則工況點(diǎn)沿曲線3由點(diǎn)移到點(diǎn)顯然點(diǎn)與點(diǎn)的風(fēng)量相同但點(diǎn)的壓力要比點(diǎn)壓力小得多因此風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速運(yùn)行方式下風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可大大降低節(jié)能效果明顯 壓力 4 功率 3 2 1 6 5 0 風(fēng)量 0 風(fēng)量圖2-1變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)中的節(jié)能分析曲線5為變頻控制方式下的曲線曲線6為風(fēng)門調(diào)節(jié)方式下的曲線可以看出在相同的風(fēng)量下變頻控制方式比風(fēng)門調(diào)節(jié)方式能耗更小二者之差可由下述經(jīng)驗(yàn)公式表示其中為風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)實(shí)際風(fēng)量為風(fēng)門開度為最大且電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的風(fēng)量為風(fēng)門開度為最大且電機(jī)

23、運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的功率假設(shè)有一臺(tái)lO的熱水鍋爐引風(fēng)機(jī)55鼓風(fēng)機(jī)22共7則由變頻調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)相比較可知80風(fēng)量時(shí)每小時(shí)節(jié)能 2836660風(fēng)量時(shí)每小時(shí)節(jié)能 41888如果按全年運(yùn)行7000小時(shí)計(jì)算其中80風(fēng)量運(yùn)行5000小時(shí)60風(fēng)量運(yùn)行2000小時(shí)則全年節(jié)能由此可見其節(jié)能效果非常顯著目前變頻調(diào)速技術(shù)己逐漸為許多企業(yè)所認(rèn)識(shí)和接受隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善它必將得到更加廣泛的應(yīng)用也必將為認(rèn)識(shí)和接受它的企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益第三章 鍋爐控制系統(tǒng)原理31引言現(xiàn)有的供暖鍋爐由蒸汽鍋爐改造而成的常壓熱水鍋爐常壓鍋爐使用安全對(duì)原材料的要求比蒸汽鍋爐低無需控制蒸汽壓力控制精度要求相對(duì)要低目前國(guó)內(nèi)外對(duì)蒸汽鍋爐

24、控制的研究己經(jīng)比較成熟鍋爐控制數(shù)學(xué)模型基本定型而供暖鍋爐控制相對(duì)簡(jiǎn)單對(duì)其研究不夠重視本文以火力發(fā)電廠蒸汽鍋爐的控制模型為參考提出供暖鍋爐的控制模型供暖鍋爐控制系統(tǒng)屬于過程控制系統(tǒng)其控制的目標(biāo)是控制鍋爐燃燒過程中的出水溫度回水溫度出水壓力回水壓力爐膛負(fù)壓等參數(shù)使鍋爐燃燒工況良好保證設(shè)備運(yùn)行安全滿足用戶的供熱要求在供暖期間系統(tǒng)根據(jù)室外溫度的變化分時(shí)段控制鍋爐的出水溫度和系統(tǒng)回水溫度在室外溫度較低的時(shí)段內(nèi)出水溫度的設(shè)定值較低在室外溫度較高的時(shí)段內(nèi)出水溫度的設(shè)定值較高進(jìn)而調(diào)節(jié)出水供熱量在某一時(shí)段內(nèi)則通過調(diào)節(jié)熱水循環(huán)流量對(duì)出水供熱量進(jìn)行微調(diào)鍋爐出水溫度的調(diào)節(jié)主要靠燃燒控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)而系統(tǒng)回水溫度的調(diào)節(jié)主

25、要靠熱水循環(huán)流量來調(diào)節(jié)出水壓力和回水壓力的大小由循環(huán)泵和補(bǔ)水泵的狀態(tài)來決定調(diào)節(jié)溫度和壓力等參數(shù)時(shí)采用偏差控制和PID控制相結(jié)合的控制方式偏差控制方式應(yīng)用于系統(tǒng)的開關(guān)量輸出PID控制方式應(yīng)用于系統(tǒng)的模擬量輸出com 偏差控制方式偏差控制是指當(dāng)熱工參數(shù)實(shí)際采集值與用戶設(shè)定值之間存在偏差時(shí)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)某些量來減小偏差直至實(shí)際采集值等于用戶設(shè)定值為止但這只是一種理想設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中由于系統(tǒng)誤差的存在實(shí)際采集值不可能等于用戶設(shè)定值因此引入回差的概念即給用戶設(shè)定值一個(gè)可以接受的范圍在此范圍內(nèi)都可認(rèn)為達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值例如鍋爐的出水溫度設(shè)定值為溫控回差為則當(dāng)出水溫度滿足式 3-1 時(shí)即可 3-1 com PID

26、控制方式偏差控制只能輸出開關(guān)量信號(hào)對(duì)于連續(xù)調(diào)節(jié)的設(shè)備則需要過程控制系統(tǒng)中最常用的控制規(guī)律-PID控制方式PID控制即按偏差的比例 P 積分 1 微分 D 控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和理論的分析都表明運(yùn)用這種控制規(guī)律對(duì)許多工業(yè)過程進(jìn)行控制時(shí)都能得到滿意的結(jié)果PID調(diào)節(jié)器既能消除靜差改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性又能加快過渡過程提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是一種比較完善的調(diào)節(jié)規(guī)律主要應(yīng)用于溫度控制和壓力控制等過程控制系統(tǒng)中以克服時(shí)間響應(yīng)滯后得到較好的控制指標(biāo) - 圖3-1 PID控制系統(tǒng)1 PID控制器的基本形式PID控制分兩種基本形式即模擬PID控制器和數(shù)字PID控制器模

27、擬PID控制器如圖3-1所示理想控制規(guī)律為 3-2其中為比例增益與比例帶成倒數(shù)關(guān)系即為積分時(shí)間常數(shù)為微分時(shí)間常數(shù)為控制量為偏差比例控制能迅速反應(yīng)誤差從而減小誤差但比例控制不能消除靜態(tài)誤差過大可能會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定積分控制的作用是只要系統(tǒng)存在誤差積分控制作屏就不斷地積累輸出控制量以消除靜態(tài)誤差因而只要有足夠的時(shí)間積分作用將能完全消除誤差但調(diào)節(jié)動(dòng)作緩慢微分控制加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度減少調(diào)整時(shí)間從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中減少調(diào)整時(shí)間從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法當(dāng)采樣周期足夠短時(shí)用求和代替積分使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠倘缡?-3所示 3-3增量型的控

28、制方程為 3-4其中稱為比例增益稱為積分系數(shù)稱為微分系數(shù)以上是PID控制的理論控制方程但在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)2 PID控制器的改進(jìn)計(jì)算機(jī)控制是一種比較準(zhǔn)確的控制方式只要系統(tǒng)偏差存在且大于傳感器的精度范圍計(jì)算機(jī)就不斷進(jìn)行控制量增量的計(jì)算并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)這樣容易產(chǎn)生某些動(dòng)作過于頻繁而引起振蕩為避免控制動(dòng)作過于頻繁以消除振蕩在實(shí)際工程應(yīng)用中通常在PID控制系統(tǒng)中增加一個(gè)死區(qū)環(huán)節(jié)相應(yīng)的算式為 3-5其中 為人為設(shè)定的一個(gè)死區(qū)是一個(gè)可調(diào)參數(shù)其具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象由試驗(yàn)確定太小使調(diào)節(jié)過于頻繁達(dá)不到穩(wěn)定控制量的目的太大則系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的滯后在鍋爐

29、的燃燒控制系統(tǒng)中為避免風(fēng)機(jī)和爐排轉(zhuǎn)速頻繁地改變可適當(dāng)?shù)貫槌鏊疁囟仍O(shè)定一個(gè)死區(qū)如1在鍋爐控制系統(tǒng)中當(dāng)啟動(dòng)停止電機(jī)或大幅度改變溫度壓力等設(shè)定值時(shí)由于短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很大的偏差往往會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的積分飽和現(xiàn)象以致造成很大的超調(diào)和長(zhǎng)時(shí)間的振蕩為克服這個(gè)缺點(diǎn)可采用積分分離的方法即偏差較大時(shí)取消積分作用當(dāng)偏差較小時(shí)才將積分作用投入亦即當(dāng)時(shí)采用PD控制當(dāng)時(shí)采用PID控制積分分離閥值應(yīng)根據(jù)具體對(duì)象及控制要求確定例如出水溫度的控制可以選定為5或10等依據(jù)控制精度要求而定綜上所述鍋爐控制系統(tǒng)中燃燒控制和水泵控制所采用的PID控制方式作出死區(qū)設(shè)定和積分分離兩項(xiàng)改進(jìn)措施以達(dá)到穩(wěn)定控制溫度和壓力等信號(hào)的目的3經(jīng)驗(yàn)湊試法整定P舊

30、參數(shù)PID控制器參數(shù)整定主要整定比例系數(shù)K積分時(shí)間界和微分時(shí)間幾等參數(shù)增大比例系數(shù)一般會(huì)加快系統(tǒng)的響應(yīng)在有靜差的情況下有利于消除靜差但過大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)并產(chǎn)生振蕩使穩(wěn)定性變差增大積分時(shí)間常數(shù)相當(dāng)于減小積分系數(shù)積分作用減弱有利于減小超調(diào)減小振蕩但系統(tǒng)靜差的消除將隨之變慢增大微分時(shí)間常數(shù)有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)在湊試時(shí)可參考3個(gè)參數(shù)對(duì)控制過程的影響趨勢(shì)對(duì)參數(shù)實(shí)行先比例后積分再微分的整定步驟 1 首先整定比例卻分即將比例系數(shù)由小變大并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)直到反應(yīng)快超調(diào)小的響應(yīng)曲線如果系統(tǒng)沒有消除靜差或靜差己小到允許范圍內(nèi)并且響應(yīng)曲線已屬滿意那么只

31、須用比例調(diào)節(jié)器即可最優(yōu)比例系數(shù)可由此確定 2 如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求則須加入積分環(huán)節(jié)整定時(shí)首先置積分時(shí)間T為一較大值并將經(jīng)第夕步整定得到的比例系數(shù)略為減小 如縮小為原值的08倍 然后減小積分時(shí)間使在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)性能的情況下靜差得到消除在此過程中可根據(jù)控制效果反復(fù)改變比例系數(shù)與積分時(shí)間以期得到滿意的控制過程和整定參數(shù) 3 若使用比例積分調(diào)節(jié)器 PI控制器 消除了靜差但動(dòng)態(tài)過程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意則可加入微分環(huán)節(jié)構(gòu)成完整的PID控制器在整定時(shí)可先置微分時(shí)間為零在第二步整定的基礎(chǔ)上增大同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間逐步湊試以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)32循環(huán)流量控制

32、鍋爐管網(wǎng)系統(tǒng)的一個(gè)任務(wù)是通過循環(huán)泵將出水缸內(nèi)的熱水輸送到用戶供熱管道并回到回水缸循環(huán)流量控制同樣采用偏差控制和PID控制相結(jié)合的控制方式偏差控制設(shè)定出水壓力范圍當(dāng)出水壓力實(shí)際值不在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)調(diào)節(jié)流量直到出水壓力達(dá)到要求為止PID控制在偏差控制的基礎(chǔ)上對(duì)出水壓力進(jìn)行微調(diào)其原理如圖3-3所示循環(huán)泵系統(tǒng)根據(jù)出水壓力的設(shè)定值與采集到的出水壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過PID算法將出水壓力值控制在設(shè)定值附近其控制采用前述改進(jìn)PID控制算法與參數(shù)整定方法設(shè)定值 出水壓力圖3-3循環(huán)流量PID控制原理圖33燃燒過程控制供暖鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)多變量輸入多變量輸出大慣性大滯后且相互影響的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)當(dāng)鍋爐的負(fù)荷變化時(shí)所有

33、的被調(diào)量都會(huì)發(fā)生變化而當(dāng)改變?nèi)我徽{(diào)節(jié)量時(shí)也會(huì)影響到其他被調(diào)量鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)負(fù)荷的需要同時(shí)還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有三點(diǎn) 1 穩(wěn)定鍋爐的出水溫度始終保持在設(shè)定值附近出水溫度的設(shè)定值與室外溫度以及消耗熱量 負(fù)荷 的變化相關(guān)以出水溫度為信號(hào)改變?nèi)济毫亢惋L(fēng)煤比達(dá)到出水溫度與設(shè)定值一致同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的回水溫度和爐膛溫度若回水溫度過低則適當(dāng)加大給煤量反之則適當(dāng)減少給煤量若爐膛溫度過高則適當(dāng)減少給煤量反之則適當(dāng)加大給煤量 2 保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性對(duì)于給定出水溫度的情況下需要調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與給煤量的比例使鍋爐運(yùn)行在最佳燃燒狀態(tài)開始運(yùn)行時(shí)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)

34、設(shè)定風(fēng)煤比使耗煤量與鼓風(fēng)量成比例關(guān)系同時(shí)根據(jù)出水溫度的變化對(duì)鼓風(fēng)量進(jìn)行前饋控制然后通過測(cè)量煙氣含氧量運(yùn)用偏差控制調(diào)節(jié)風(fēng)煤比使燃煤充分燃燒 3 調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與引風(fēng)量保持爐膛壓力在一定的負(fù)壓范圍內(nèi)爐膛負(fù)壓的變化反映了引風(fēng)量與鼓風(fēng)量的不相適應(yīng)如果爐膛負(fù)壓太小爐膛容易想外噴火危及設(shè)備與工作人員的安全負(fù)壓過大爐膛的漏風(fēng)量增大增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失本系統(tǒng)中根據(jù)鼓風(fēng)量的變化對(duì)引風(fēng)量進(jìn)行前饋控制根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定爐膛負(fù)壓并測(cè)量爐膛負(fù)壓運(yùn)行PID算法控制爐膛負(fù)壓保持在一定的范圍內(nèi)從而調(diào)節(jié)引風(fēng)量確定引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速第四章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)41系統(tǒng)功能分析本系統(tǒng)供暖鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由進(jìn)口變頻器可編程控制器

35、壓力變送器溫度變送器和泵房機(jī)組以及電氣控制柜等組成根據(jù)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)具有以下功能 1 手動(dòng)自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)起?？刂埔缶哂凶詣?dòng)和手動(dòng)兩種功能通過工控機(jī)和可編程控制器對(duì)鍋爐系統(tǒng)中的鼓風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)爐排電機(jī)循環(huán)泵和補(bǔ)水泵實(shí)現(xiàn)控制工作泵出現(xiàn)故障后自動(dòng)切換到備用泵 2 過溫超過報(bào)警按要求鍋爐控制系統(tǒng)必須包含超溫超壓報(bào)警功能當(dāng)系統(tǒng)中的溫度壓力等信號(hào)超過上下限時(shí)必須提示報(bào)警信息對(duì)某些重要參數(shù)還設(shè)置了報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能即超限時(shí)停爐或停泵處理 3 監(jiān)控設(shè)計(jì)根據(jù)用戶需求人機(jī)界面及故障報(bào)警功能計(jì)算機(jī)還可以產(chǎn)生相應(yīng)的各種參數(shù)報(bào)表供隨時(shí)查詢和打印參數(shù)變化實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖和歷史趨勢(shì)圖報(bào)警記錄和數(shù)據(jù)記錄報(bào)表等 4 系統(tǒng)性能指標(biāo)出水溫度要求8

36、0回水溫度要求40出口壓力為50Pa42系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)com計(jì)思路本文針對(duì)供暖鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套基于變頻調(diào)速技術(shù)的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)鍋爐供暖系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和水泵通過變頻器來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過工控機(jī)和可編程控制器對(duì)鍋爐系統(tǒng)中的鼓風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)爐排電機(jī)循環(huán)水泵實(shí)現(xiàn)控制控制系統(tǒng)以兩臺(tái)工業(yè)控制機(jī)作為上位機(jī)以西門子S7-300可編程控制器為下位機(jī)上位機(jī)采用高可靠性的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過監(jiān)控軟件完成人機(jī)界面及故障報(bào)警功能下位機(jī)采用西門子公司S7-300可編程控制器實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)控制控制水平和硬件可靠性大大提高com構(gòu)本系統(tǒng)屬于熱水鍋爐供暖系統(tǒng)主要通過熱水循環(huán)給用戶供暖一般分為燃燒控制系統(tǒng)循環(huán)泵控制

37、系統(tǒng)和補(bǔ)水泵控制系統(tǒng)本系統(tǒng)采用集中控制分為三層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-l所示圖4-1 鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖管理層 系統(tǒng)采用兩臺(tái)工控機(jī)作為上位機(jī)其中一臺(tái)作為主控機(jī)另一臺(tái)為輔控機(jī)構(gòu)成雙機(jī)冗余系統(tǒng)通過MPI多點(diǎn)接口與下位機(jī)PLC進(jìn)行通訊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行集中監(jiān)控統(tǒng)一調(diào)度實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的遠(yuǎn)程控制操作人員也隨時(shí)可以通過計(jì)算機(jī)了解現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)鍋爐的運(yùn)行狀況并對(duì)風(fēng)機(jī)水泵等電機(jī)進(jìn)行啟停控制和參數(shù)設(shè)定另一方面關(guān)于鍋爐運(yùn)行及網(wǎng)管系統(tǒng)的各種歷史數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中在需要的時(shí)候可以在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示或由打印機(jī)打印出來現(xiàn)場(chǎng)控制層 該層以西門子S7-300系列可編程控制器為核心一方面通過MPI多點(diǎn)接口與上位機(jī)通訊接收上

38、位機(jī)管理層的控制命令另一方面運(yùn)用RS-485總線與各變頻器進(jìn)行通信分別對(duì)鼓引風(fēng)機(jī)爐排電機(jī)循環(huán)泵和補(bǔ)水泵等進(jìn)行啟停控制和電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定一旦電機(jī)啟動(dòng)完畢即使PLC與上位機(jī)通訊故障系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與變送層 這一層是集散控制系統(tǒng)的最底層主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集預(yù)處理和變送等工作這些數(shù)據(jù)主要包括鍋爐的出水溫度出水壓力鍋筒壓力爐膛溫度爐膛壓力以及總出水溫度總出水壓力總回水壓力等變送器將采集的溫度壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)并傳送給可編程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理43系統(tǒng)硬件配置 1 主機(jī)系統(tǒng)采用兩臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)其中一臺(tái)為主控機(jī)另一臺(tái)為輔控機(jī)分別安裝于主控室和輔控室構(gòu)成雙機(jī)冗余系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)用三維力控

39、PCAuto36力控是運(yùn)行在Windows98NT2000XP操作系統(tǒng)上的一種監(jiān)控組態(tài)軟件使用力控用戶可以方便快速地構(gòu)造不同需求的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) 2 本系統(tǒng)選用西門子公司S7-300系列可編程控制器S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)它能滿足中等性能要求的應(yīng)用模塊化無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)分布易于用戶掌握等特點(diǎn)使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等控制要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能IO擴(kuò)展模塊 包括信號(hào)模塊SM通信處理器CP接口模塊IM等 使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊 3 儀表設(shè)備為了提高儀表的抗干擾能力選用DDZ-III型儀表儀表輸

40、出為4-20mA電流保證系統(tǒng)的可靠性儀表主要包括溫度變送器流量變送器壓力變送器液位變送器微壓變送器含氧量變送器等 4 變頻控制室包括電源控制柜鍋爐變頻控制柜循環(huán)泵變頻控制柜變頻器全部采用日本三菱公司FR系列低噪聲高性能多功能變頻器根據(jù)電機(jī)功率選擇不同的型號(hào)控制柜內(nèi)配置各種型號(hào)大小的斷路器接觸器 施耐德 繼電器等低壓電器設(shè)備以完成電機(jī)的啟?？刂频谖逭?鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)51系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求本系統(tǒng)風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵采用變頻啟動(dòng)和調(diào)速變頻器輸入電源前面接入一個(gè)自動(dòng)空氣開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻器的過流過載保護(hù)接通雖然變頻器本身就有欠壓過壓過流過載等保護(hù)功能但是對(duì)于有工頻運(yùn)行的水泵電動(dòng)機(jī)還需要在

41、工頻電源下面接入相應(yīng)的熱繼電器來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過流過載保護(hù)圖5-1控制系統(tǒng)的主回路本系統(tǒng)采用4臺(tái)變頻器連接4臺(tái)電動(dòng)機(jī)其中1號(hào)變頻器控制引風(fēng)電機(jī)功率為90KW變頻工作方式電機(jī)通過一個(gè)接觸器和變頻器輸出電源相聯(lián)2號(hào)變頻器控制鼓風(fēng)機(jī)功率為37KW變頻工作方式電機(jī)通過一個(gè)接觸器與變頻輸出電源連接3號(hào)變頻器控制一臺(tái)循環(huán)泵4號(hào)變頻器控制一臺(tái)循環(huán)泵功率都為75KW一臺(tái)作為備用均采用變頻工作方式補(bǔ)水泵爐排電機(jī)等采用工頻運(yùn)行方式功率為5KW變頻器主電路電源輸入端子 R S T 經(jīng)過隔離開關(guān)與三相電源連接變頻器主電路輸出端子 U V W 經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上如圖5-1所示按下啟動(dòng)按鈕系統(tǒng)開始工作使接觸器線圈KM1

42、KM2KM3帶電并保持從而使接觸器KM1KM2KM3動(dòng)作1變頻器3變頻器接通電源電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行52系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì) 在控制電路的設(shè)計(jì)中首先要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問題在整個(gè)控制系統(tǒng)中所有控制電機(jī)接觸器的動(dòng)作都是按照PLC的程序邏輯來完成的為了保護(hù)PLC設(shè)備PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接而是通過中間繼電器去控制電機(jī)動(dòng)作在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離保護(hù)系統(tǒng)延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)欠壓過壓保護(hù)電機(jī)的故障指示變頻器的故障指示以及報(bào)警輸出模擬量的輸入輸出模塊 控制電路中還必須考慮系統(tǒng)電機(jī)的當(dāng)前工

43、作狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)為了節(jié)省PLC的輸出端口在電路中可以采用PLC輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點(diǎn)的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機(jī)指示燈的亮和熄滅指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)的工作狀態(tài)其控制電路圖如圖5-2所示引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制電路如圖2-1所示手動(dòng)控制時(shí)首先扳動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕SB2接觸器KM1吸合并自保電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行指示燈HL1亮當(dāng)接觸器KM1吸合時(shí)中間繼電器KA1接通變頻器STF接通變頻器啟動(dòng)當(dāng)變頻器故障輸出時(shí)開始報(bào)警HA1鈴響報(bào)警指示燈亮按下復(fù)位按鈕SB3中間繼電器KA2接通常閉觸頭KA2打開解除報(bào)警變頻器停止運(yùn)行使電動(dòng)機(jī)停止時(shí)按下按鈕SB2接觸器線圈失電主觸頭KM1打開電動(dòng)機(jī)停

44、止自動(dòng)控制時(shí)扳動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1通過PLC編程控制來完成電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制圖5-2 控制系統(tǒng)的控制回路53系統(tǒng)主要元器件的選擇com PLC的選型一PLC系統(tǒng)配置根據(jù)系統(tǒng)控制要求統(tǒng)計(jì)出本系統(tǒng)對(duì)主PLC的IO總能力要求為開關(guān)量輸入64點(diǎn)開關(guān)量輸出32點(diǎn)模擬量輸入8通道綜合考慮系統(tǒng)對(duì)PLC運(yùn)算能力的要求等因素選用西門子的S7-300系列PLCCPU模塊選用CPU315-2DP具體配置如圖5-4所示 圖5-4 配置圖PSCPU IMDI1DI2DO1DO2AI AO6ES7 307-1KA00-0AA06ES7 315-3AF00-0AB06ES7 360-3AA01-0AA06ES7 321-1BL0

45、0-0AA06ES7 321-1BL00-0AA06ES7 322-1HH01-0AA06ES7 322-1HH01-0AA06ES7 331-7KF02-0AB06ES7 332-5HD01-0AB0S7- 300系列可編程控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各個(gè)單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展系統(tǒng)組成 l 電源負(fù)載模塊 PS307 用于將SIMATIC S7-300連接到120230VAC電源輸出24VD它與CPU模塊和其他信號(hào)模塊之間通過電纜連接而不是通過背板總線誰接 2 中央處理單元 CPU315-2DP 集成128KRAM用MMC存儲(chǔ)卡最大可擴(kuò)展到8MB對(duì)二進(jìn)制何浮點(diǎn)運(yùn)算具有較高的處理性能可

46、用于大規(guī)模的IO配置集成有PROFIBUS-DP接口CPU模塊除完成執(zhí)行用戶程序的主要任務(wù)外還為S7-300背板總線提供5V直流電源并通過MPI多點(diǎn)接口與其他中央處理器或編程裝置通信 3 接口模塊 IM360 用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架 CR 和擴(kuò)展機(jī)架 ER 如果用戶的自控系統(tǒng)任務(wù)需要多于8個(gè)信號(hào)模塊或通信處理器時(shí)可通過IM360擴(kuò)展1個(gè)機(jī)架最長(zhǎng)1米每個(gè)機(jī)架上可以插入8個(gè)模塊電源也是由此擴(kuò)展提供 4 信號(hào)模塊 SM 使不同的過程信號(hào)電平和57-300的內(nèi)部信號(hào)電平相匹配主要數(shù)字量輸入模塊SM321數(shù)字量輸出模塊SM322模擬量輸入模塊SM331模擬量輸出模塊SM332等每個(gè)信號(hào)模塊都配有自編

47、碼的螺緊型前連接器外部過程信號(hào)可方便地連在信號(hào)模塊的前連接器上特別指出的是模擬量輸入模塊獨(dú)具特色它可以接入熱電偶熱電阻4-20mA電流0-10V電壓等18種不同的信號(hào)輸入量程范圍很寬 5 通訊處理器 CP340 西門子公司實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)串口通信的低成本解決方案口RS232C V24 20mA TTY RS422485 X27 固化有3964 R 協(xié)議和ACSII協(xié)議兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議二PLC的IO分配表 PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)量加以確定1PLC的開關(guān)輸入端口包括系統(tǒng)的啟動(dòng)停止按鈕電機(jī)啟動(dòng)停止按鈕手動(dòng)自動(dòng)按鈕變頻器故障及檢修復(fù)位以及變頻器工頻變頻運(yùn)行信號(hào)另外

48、PLC輸入端口還包括電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入輸入形式是熱繼電器的常開觸點(diǎn)其開關(guān)輸入端口的分配如表5-5所示表5-5 開關(guān)量輸入分配表序號(hào) 名稱文字符號(hào)端口地址 11引風(fēng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)SA1I00 21引風(fēng)機(jī)停止SB1I01 31引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)SB2I02 41引風(fēng)機(jī)故障KH1I03 52鼓風(fēng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)SA2I04 62鼓風(fēng)機(jī)停止SB3I05 72鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)SB4I06 82鼓風(fēng)機(jī)故障KH2I07 93循環(huán)泵手動(dòng)自動(dòng)SA3I10 103循環(huán)泵停止SB5I11 113循環(huán)泵啟動(dòng)SB6I12 123循環(huán)泵故障KH3I13 134循環(huán)泵手動(dòng)自動(dòng)SA4I14 144循環(huán)泵停止SB7I15 154循環(huán)泵啟動(dòng)SB8

49、I16 164循環(huán)泵故障KH4I17 171變頻器故障KA2I20 182變頻器故障KA3I21 193變頻器故障KA5I22 204變頻器故障KA6I23 211變頻器報(bào)警控制KA7I24 222變頻器報(bào)警控制KA8I25 233變頻器報(bào)警控制KA9I26 244變頻器報(bào)警控制KA10I27 251工頻電動(dòng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)SA5I30 261工頻電動(dòng)機(jī)停止SB9I31 271工頻電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)SB10I32 281工頻電動(dòng)機(jī)故障KH5I33 292工頻電動(dòng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)SA6I34 302工頻電動(dòng)機(jī)停止SB11I35 312工頻電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)SB12I36 322工頻電動(dòng)機(jī)故障KH6I37 333工頻電動(dòng)機(jī)手

50、動(dòng)自動(dòng)SA7I40 343工頻電動(dòng)機(jī)停止SB13I41 353工頻電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)SB14I42 363工頻電動(dòng)機(jī)故障KH7I43 374工頻電動(dòng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)SA8I44 384工頻電動(dòng)機(jī)停止SB15I45 394工頻電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)SB16I46 404工頻電動(dòng)機(jī)故障KH8I47 415工頻電動(dòng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)SA9I50 425工頻電動(dòng)機(jī)停止SB17I51 435工頻電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)SB18I52 445工頻電動(dòng)機(jī)故障KH9I53 456工頻電動(dòng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)SA10I54 466工頻電動(dòng)機(jī)停止SB19I55 476工頻電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)SB20I56 486引風(fēng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)KH10I57 497工頻電動(dòng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)SA11I60

51、 507工頻電動(dòng)機(jī)停止SB21I61 517工頻電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)SB22I62 527工頻電動(dòng)機(jī)故障KH11I63 538工頻電動(dòng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)SA12I64 548工頻電動(dòng)機(jī)停止SB23I65 558工頻電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)SB24I66 568工頻電動(dòng)機(jī)故障KH12I67 579工頻電動(dòng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)SA13I70 589工頻電動(dòng)機(jī)停止SB25I71 599工頻電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)SB26I72 609工頻電動(dòng)機(jī)故障KH13I73 6110工頻電動(dòng)機(jī)手動(dòng)自動(dòng)SA14I74 6210工頻電動(dòng)機(jī)停止SB27I75 6310工頻電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)SB28I76 6410工頻電動(dòng)機(jī)故障KH14I772PLC的輸出端口包括各種故障指示以及變

52、頻器故障給PLC的信號(hào)PLC與這些交流接觸器的連接是通過中間繼電器來實(shí)現(xiàn)的可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離保護(hù)PLC設(shè)備增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性以上的配置都留有余量為以后的系統(tǒng)擴(kuò)展提供方便開關(guān)輸出端口的分配表如5-6所示表5-6 開關(guān)量輸出分配表序號(hào) 名稱文字符號(hào)端口地址 11引風(fēng)機(jī)控制KM1Q80 2 2鼓風(fēng)機(jī)控制KM2Q81 3 3循環(huán)泵控制KM3Q82 4 4循環(huán)泵控制KM4Q83 5 1變頻器啟動(dòng)停止KA1Q84 6 2變頻器啟動(dòng)停止KA11Q85 7 3變頻器啟動(dòng)停止KA12Q86 8 4變頻器啟動(dòng)停止KA13Q87 91工頻電動(dòng)機(jī)控制KM5Q90 10 2工頻電動(dòng)機(jī)控制KM6Q

53、91 11 3工頻電動(dòng)機(jī)控制KM7Q92 12 4工頻電動(dòng)機(jī)控制KM8Q93 13 5工頻電動(dòng)機(jī)控制KM9Q94 14 6工頻電動(dòng)機(jī)控制KM10Q95 15 7工頻電動(dòng)機(jī)控制KM11Q96 16 8工頻電動(dòng)機(jī)控制KM12Q97 17 9工頻電動(dòng)機(jī)控制KM13Q100 18 10工頻電動(dòng)機(jī)控制KM14Q101 19 1引風(fēng)機(jī)機(jī)啟動(dòng)指示HL1Q102 20 1引風(fēng)機(jī)機(jī)停止指示HL2Q103 21 2鼓風(fēng)機(jī)機(jī)啟動(dòng)指示HL3Q104 22 2鼓風(fēng)機(jī)機(jī)停止指示HL4Q105 23 3循環(huán)泵機(jī)啟動(dòng)指示HL5Q106 24 3循環(huán)泵機(jī)停止指示HL6Q107 254循環(huán)泵機(jī)啟動(dòng)指示HL7Q110 26 4循環(huán)

54、泵機(jī)停止指示HL8Q111 27 1變頻器報(bào)警指示HL9Q112 28 2變頻器報(bào)警指示HL10Q113 293變頻器報(bào)警指示HL11Q114 304變頻器報(bào)警指示HL12Q115 31備用-Q116 32備用-Q117 3 模擬量輸入輸出點(diǎn)的分配表表5-7 模擬量輸入分配表序號(hào) 名稱文字符號(hào)端口地址 1 溫度模擬量采集 -CH0 2 水位模擬量采集 -CH1 3 壓力模擬量采集 -CH2表5-8 模擬量輸出分配表序號(hào) 名稱文字符號(hào)端口地址 11變頻器頻率調(diào)節(jié)-QI0 22變頻器頻率調(diào)節(jié) -QI1 33變頻器頻率調(diào)節(jié) -QI2 44變頻器頻率調(diào)節(jié) -QI3com絡(luò)配置 在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置中圖中上位機(jī)采用兩臺(tái)研華工控機(jī)IPC610構(gòu)成雙機(jī)冗余系統(tǒng)每臺(tái)工控機(jī)配置一塊西門子CP5611MPI多點(diǎn)接口通訊卡通過MPI接口與下位機(jī)S7-300進(jìn)行通訊下位機(jī)采用S7-300系列PLCCPU315一2DP內(nèi)部集成有MPI接口用于與上位機(jī)全局通訊PLC在線編程配置CP340RS一422485通訊模塊通過RS一485總線傳輸接口與4臺(tái)三菱變頻器進(jìn)行通訊 本系統(tǒng)中S7-