基于PLC控制的鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計

淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第1頁 共51頁引言技術(shù)綜述自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。2080年代中后期水平。成熟產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID難于控制滯后復(fù)雜時變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少?，F(xiàn)在，我國在溫度等控制儀表業(yè)與國外還有著一定的差距。3PID系統(tǒng)軟硬件設(shè)計較為復(fù)雜,,而PLC在這PLCPLCS7-300PLC來控制加熱爐的溫度。系統(tǒng)工作原理1-1PLC4個部分組成。SVPID控制器SVPID控制器D/A固態(tài)繼電器加熱爐— PVA/D溫度傳感器圖1-1加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本組成加熱爐溫度控制實現(xiàn)過程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號，PLCA/DS7-300PLCPLCPIDPLC爐溫度控制系統(tǒng)的核心部分起著重要作用。系統(tǒng)組成本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示。上位機上位機溫度傳感器S7-300PLC控制器電阻爐固態(tài)繼電器1-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1-2S7-300PLC，S7-300PLCPLC及監(jiān)控溫度的變化。系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)及技術(shù)要求±5和故障報警功能。0～10V0～10V24V源。下位機硬件系統(tǒng)設(shè)計隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛地應(yīng)用淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第3頁 共51頁在所有的工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎?ProgrammableLogicController）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用控制裝置。本系統(tǒng)控制軟件設(shè)計分為PLC的軟件和工控機的軟件設(shè)計兩部分，其中下位機使用的軟為siemens公司的step7。本章主要介紹西門子S7-300系列PLC以及其它硬件的組成與選型。硬件接線圖硬件接線圖如下圖2-1。SB1I0.0I0.1I0.2SB1I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7COM1SB2SB3SB4SB5SB6SQ1SQ2Q4.0Q4.1Q4.2Q4.3Q4.4PIW288Q4.5CPU314-2D.CCOM2Q5.0傳感器Q5.1Q5.2加熱管Q5.3Q5.4Q5.5Q5.6COM3comPQW30524V~220V圖2-1硬件接線圖傳感器年，溫度傳17世紀(jì)初伽利略發(fā)明溫度計開始，人1821年由德國物理學(xué)50PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度測量元件。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進(jìn)行溫度測量的。當(dāng)電阻值變化時，二次儀表便顯示出電阻值所對應(yīng)的溫度值。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精度是最高的。鉑熱電阻根據(jù)使用場合的不同與使用溫度的不同，有云母、陶瓷、簿膜等元件。作為測溫元件，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)電流信號或0-10V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，使用起來更為方便。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)在已開始采用鉻、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。根據(jù)使用場合的不同，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。IECPt1000℃時的名Pt10Pt200Pt500Pt1000等鉑熱電阻，Cu50、Cu100的銅熱電阻等。熱電偶4-20mA0-10VPLC進(jìn)行測量。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，直接測量端也叫工作端（熱端，接線端子端也叫冷端，當(dāng)熱端和冷端存在溫差時，就會在回路以及兩端的溫度有關(guān)，而和熱電偶的長短粗細(xì)無關(guān)。根據(jù)使用場合的不同，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、可任意彎曲、抗震性強等特點，適宜安裝在裝配式熱電偶無法安裝的場合，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)境惡劣的場合。隔爆式熱電偶通常應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程，如燃燒和爆炸過程等。對一般的工業(yè)應(yīng)用來說，為了保護(hù)感溫元件避免受到腐蝕和磨損，總是裝在厚厚的護(hù)套里面，外觀就顯得笨大，對于溫度場的反應(yīng)也就遲緩得多。使用熱電偶的時候，必須消除環(huán)境溫度的波動對測量帶來的影響。有的把它的自由端放在不變的溫度場中，有的使用冷端補償器抵消這種影響。當(dāng)測量點遠(yuǎn)離儀表時，還需要使用熱電勢率和熱電偶相近的導(dǎo)線來傳輸信號，這種導(dǎo)線稱為補償導(dǎo)線。本設(shè)計選用鎳鉻-鎳硅N型熱電偶，選用其型號為WRM-101。PLC的基本概念PLCPLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自在其它領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動化設(shè)備中的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。2.3.1 S7-300簡介S7-300是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求。品種繁多的CPU模塊、信號模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具S7-300有很高的電磁兼容性和抗350STEP7S7-300栓鎖緊即可。2.3.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)這里我們主要介紹的是西門子S7-300，S7-300屬于模塊式PLC。西門子的PLC以其極高的性價比，在國內(nèi)占有很大的市場份額，在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。S7-300模塊式PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝的機架上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計算機、其它PLC或其它設(shè)備通信。圖2-2是PLC控制系統(tǒng)的示意圖。電源模塊接口模塊電源模塊接口模塊擴展機架CPU模塊輸入模塊通信模塊輸出模塊通信網(wǎng)絡(luò)其他設(shè)備其他PLC計算機電磁閥指示燈電源圖2-2PLC控制系統(tǒng)示意圖CPUCPUCPUPLC控制系統(tǒng)中，CPU號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，模塊中的存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。信號模塊：輸入（Input）模塊和輸出（Output）I/O模塊，開關(guān)量輸入/DIDO模塊，模擬量輸入/AI模塊和AO模塊，在S7-300淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第7頁 共51頁外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制電動調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。在信號模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC的內(nèi)部電路和外部的輸入、輸出電路。PLCCPU的負(fù)擔(dān)，PLC任務(wù)。CPU可以增設(shè)一個或多個擴展機架。接口模塊用來實現(xiàn)中央機架和擴展機架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴展機架供電。PLCPLCI/OPLC其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLCMPIPROFIBUS-DPAS-i網(wǎng)，或者用于點對點通信。AC220VDC24VDC24VDC5V電壓，供其他模塊使用。編程設(shè)備：S7-300使用安裝了編程軟件STEP7的個人計算機作為編程設(shè)備，在計算機屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程編程。編程軟件還具有對網(wǎng)絡(luò)和硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控和故障診斷等功能。硬件配置s7-300硬件配置如圖2-4SIMATIC—300——PS—300PS3075A（電源模塊。2CPUCPU314C-2DP。3（4）2-54槽，并選擇“SM-300--DI-300--SM321DI16×DC24”并雙淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第10頁 共51頁擊，完成數(shù)字量輸入模塊的配置。購HWEon膽－5IMl1C過還如n ，早匕主主5口tntrnr1C吧q如n?ld,,呻3D日i|己|氐皂I咖曲面曰豎片;吶s[MATlC配on心汕gu面on]--jl I回 歸 I 竺;寫叨皿 心1江心過 二l 巧c0:11SA I丘JJPZ.1'2.3衛(wèi)工I竅灼fd應(yīng)，應(yīng)沺F丘JJPZ.1'2.3衛(wèi)工I竅灼fd應(yīng)，應(yīng)沺F11!IOIE3(JO2.if".,.,七＝臼－(.JC?'.5.Pi'<J．心囚己企3DO3沁印

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1肋啦5心llp,'p,'Fllo"吐Hepl.|圖2-7脈沖信號設(shè)置（5）如圖2-6，選中5槽，選擇“SM-300--DO-300--SM322DO16×DC24V/0.5A”并雙擊，完成數(shù)字量輸出模塊的配置。（6）如圖2-7，將M3.0~M3.7設(shè)置為脈沖信號。I/O分配表表2-1 I/O分配輸入I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7PIW288

進(jìn)水閥開關(guān)出水閥開關(guān)進(jìn)水閥開關(guān)B出水閥開關(guān)B上限位開關(guān)下限位開關(guān)檢測溫度輸出Q4.0Q4.1Q4.2Q4.3Q4.4Q4.5Q4.6Q5.0Q5.1Q5.2Q5.3Q5.4Q5.5

調(diào)節(jié)器A進(jìn)水閥出水閥調(diào)節(jié)器B進(jìn)水閥B淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第12頁 共51頁Q5.6Q5.6出水閥BPQW305加熱器驅(qū)動下位機軟件系統(tǒng)設(shè)計PID控制器PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時、控制理論的其它技術(shù)難以采用時,PIDPID控制技術(shù)。PID控制器的參數(shù)整定PIDPIDPID法很多,概括起來有理論計算整定法和工程整定法，其中工程整定法主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。本設(shè)計選用臨界比例法，利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩,例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；PID控制器的參數(shù)。PID控制器的主要優(yōu)點PID控制器成為應(yīng)用最廣泛的控制器，它具有以下優(yōu)點：PID置幾乎最優(yōu)。PID控制適應(yīng)性好，有較強的魯棒性，對各種工業(yè)應(yīng)用場合，都可在不同“一階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”和“二階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”制對象。PID形成了完整的設(shè)計和參數(shù)調(diào)整方法，很容易為工程技術(shù)人員所掌握。PID控制根據(jù)不同的要求，針對自身的缺陷進(jìn)行了不少改進(jìn)，形成了一系PIDPID控制方法。PID控制器的選取PID控制器的性能和處理速度只與所采用的CPU的性能有關(guān)。對于任意給定的CPU，控制器的數(shù)量和每個控制器被調(diào)用的頻率是相互矛盾的?？刂骗h(huán)執(zhí)行的速度，也即在每個時間單元內(nèi)操作值必須被更新的頻率決定了可以安裝的控制器的數(shù)量。對要控制的過程類型沒有限制，遲延系統(tǒng)（溫度、液位等）和快速系統(tǒng)（流量、電機轉(zhuǎn)速等）都可以作為被控對象。過程分析時應(yīng)注意：控制過程的靜態(tài)性能（比例）和動態(tài)性能（時間延遲、死區(qū)和重設(shè)時間等）對被控過程控制器的構(gòu)造和設(shè)計以及靜態(tài)（比例）和動態(tài)參量（積分和微分）的維數(shù)選取有著很大的影響。準(zhǔn)確地了解控制過程的類型和特性數(shù)據(jù)是非常必要的。分功能（構(gòu)造、參數(shù)設(shè)置和在程序中的調(diào)用等STEP7的編程基礎(chǔ)知識。PID參數(shù)的設(shè)定PIDP10PIP=1-10，I=0.1-1，D=0，主要是靠經(jīng)驗及對生產(chǎn)工藝的熟悉，參考對測量值的跟蹤與設(shè)定值的曲線，從而調(diào)整P、I、D閉環(huán)控制系統(tǒng)特點PID3-1所示系統(tǒng)是用于電加熱爐溫度控制PIDA/DPIDD/A變換，輸出一個電PIDPLC提供的專用模塊（FB58模塊，也可以采用編程的方法（PLC編程、高級語言編程或組態(tài)軟件編程等PIDA/DD/APLCPLC采集，控制固態(tài)繼電器的電壓信PLC送出，從而控制加熱爐的溫度?？刂粕舷蘅刂粕舷轊rror比例目標(biāo)設(shè)定值積分D/A固態(tài)繼電器加熱爐微分控制下限A/D溫度傳感器圖3-1電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用實例運行PLC初始化指示燈初始化運行PLC初始化指示燈初始化PID設(shè)定溫度設(shè)定PID值讀入溫度并轉(zhuǎn)換放于MD30調(diào)用PID指令輸出PID值圖3-2設(shè)計流程圖基于PLC的軟件設(shè)計FB41是S7-300系統(tǒng)自帶的PID運算控制模塊。在P,I,D輸出振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。調(diào)節(jié)器中的積分作用與當(dāng)前誤差的大小和誤差的歷史情況都有關(guān)系，只要誤差不為零，控制器的輸出就會因積分作用而不斷變化，一直要到誤差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，積分部分才不再變化，因此，積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但是積分作用的動作緩慢，可能給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性代來不良影響，因此很少單獨使用。積分時間常數(shù)增大時，積分作用減弱，系統(tǒng)的動態(tài)性能（穩(wěn)定性）可能有所改善，但是，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。根據(jù)誤差變化的速度（即誤差的微分，微分部分提前給出較大的調(diào)節(jié)作用，微分如果微分時間常數(shù)過大，系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)值時上升緩慢。CPU的工作量，相鄰兩次采樣的差值幾乎沒有什么變化，所以也不易將此時間取的過小，另外，假如S7-300PLC自帶的FB41默認(rèn)的采0.1OB1的循環(huán)掃描時間一般遠(yuǎn)低于0.1OB35（0.1秒周期執(zhí)行）中調(diào)用。FB41部分端口定義EN：使能，高電平有效COM_RSTMAN_ON：高電平手動工作，低電平閉環(huán)工作P_SEL、I_SEL、D_SEL：PID三種運算使能，高電平采用該運算CYCLE：采樣時間，一般取100MSGAIN：比例參數(shù),實數(shù)TI、TD：積分、微分參數(shù)，時基為1MS的32位整數(shù)淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（ 論文SP_INT：給定值，實數(shù)PV_IN：反饋值，實數(shù)DEADB：死區(qū)，差值的百分?jǐn)?shù)LMN_PER：PID運算輸出，0-6C00控制程序

第15頁 共51頁是否在正常范圍，打亮正常運行指示燈/溫度越上限報警指示燈。P值、IDPID100msPID運算?；搓幑W(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（ 論文） 第16頁 共51頁撾0.0“啟動鍵"- +

DB58l'B41Continuou藝Control"COJJTC'EN ENOML1l沉lM_RST．．．寸卿＿ON醞..1PVPBRONIO.0“啟動”斗P_SBLIO.O“啟動”寸I_SBL醞．． 寸IMTHOL..1LITL_IO_0“啟動”lD_SBL...1CYCLEMD104lSP_l岡T皿30lPV_JN厥..1PV_PER．．．寸卿1.OOOOOOe+001 GAIIJ

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B_WUl.m_LLMPV_FACPV_O嚇I(yè)..MI_FAC頃I_OFFLITLVAL但 Ml.1三淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（ 論文）第17頁 共51頁(3)PLC0-10V(0-600)入電壓范圍為0-5V?？刂葡到y(tǒng)上位機設(shè)計某高校鍋爐控制系統(tǒng)上位機使用SIEMENS公司丌發(fā)的與STEP7-300配套的上位機開發(fā)軟件，并使用MPI卡與下位機STEP7之間的通信，同時為了適應(yīng)現(xiàn)在集約型自WINCC配套的WEBNAVIGATOR軟件來實現(xiàn)遠(yuǎn)程WEB功能，從而可以進(jìn)行遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)測與控制。WINCC軟件介紹WINCC(WindowsControlCenter)是SIEMENS公司的一種功能強大的工業(yè)控制軟件“真正開放的”人機界面SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))軟件。它是第一個使用最新的32位技術(shù)的過程監(jiān)控系統(tǒng)，具有良好的開放性和靈活性、分布式多任務(wù)的特點/OLE，ActiveX，OPC等標(biāo)淮接口、開放的API程序接口以及針對所有主要PLC廠商的通訊接口程序。WINCC編程語言為ANSI語言，易于組態(tài)，能夠在組態(tài)Windows98/2000或WINCCWINCC容易結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的和用戶的程序建立人機界面，精確的滿足生產(chǎn)實際要求。系統(tǒng)集成商可應(yīng)用WINCC作為其系統(tǒng)擴展的基礎(chǔ)，通過開放接口開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。WINCC的特點強大的圖形組態(tài)功能：WINCC組態(tài)軟件以MicrosoftWindows平臺作為操作平淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第18頁 共51頁WindowsWINCC的圖形編輯器提供了強大的圖形庫，設(shè)計人員可高效快捷地繪制出各種工藝畫面，并可PCWINCC“填充”、“移動”等，使畫面生動直觀。腳本語言也稱命令語言、控制語言。用戶可根據(jù)自己需要編寫程序。組態(tài)軟件在腳本W(wǎng)INCC內(nèi)部提供了很多標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)和內(nèi)部WINCC提供C腳本編輯器，設(shè)計人員可根據(jù)任務(wù)自行設(shè)計項目函數(shù)，或修改標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)和內(nèi)部函數(shù)。與SIMATIC產(chǎn)品家族中的組件一起使用時可能進(jìn)行廣使用WINCCSTEP7S7自動化系統(tǒng)中可用的所有變量的列表將顯示在WINCCWINCC入復(fù)雜、廣泛的自動控制解決方案成為可能?？梢约赏ㄟ^ODBC和SOL方式的歸檔數(shù)據(jù)訪問，以及通過OLE2。和ActiveX控件的對象和文檔的鏈接。強大的數(shù)據(jù)庫：組態(tài)軟件均有一個實時數(shù)據(jù)庫作為整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)WINCC通過變量記錄和報警記錄等編輯器對過程值進(jìn)行歸檔，自動存入數(shù)據(jù)庫。豐富的功能模塊：組態(tài)軟件以模塊形式掛接在基本模塊上，互相獨立提高了WINCC報表編輯器和腳本編輯器等功能模塊，完成實時監(jiān)控、報表生成、實時曲線、歷史曲線、提供報警等功能。項目組態(tài)本系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件選用西門子工控組態(tài)軟件WINCCSP27．0英文版設(shè)計。WINCC是用于MicrosoftWindowsNT和Windows2000的一種高效HMI(HumanMachineInterface。人機界面)的組態(tài)工具。其自動化過程(As)保持對過程的實際控制，一方面實現(xiàn)WINCC和操作員之間的通訊，另一方面，實現(xiàn)WINCC的通訊。系統(tǒng)上位機由兩個操作站構(gòu)成，兩臺操作員站具有同樣的功能并互為備用，當(dāng)一臺操作站死機，另一臺操作站可完全替代它的功能。操作站設(shè)置的畫面有鍋爐系統(tǒng)流程圖，分系統(tǒng)流程圖，可形象的顯示整個鍋爐系統(tǒng)的控制過程，另外還設(shè)計有總貌畫面、報警顯示畫面、棒圖顯示畫面，報表打印畫面、實時趨勢、歷史趨勢畫面和系統(tǒng)自檢畫面等。監(jiān)控系統(tǒng)完成的任務(wù)如下：參數(shù)設(shè)定：對模擬量標(biāo)度變換參數(shù)的設(shè)定以及控制回路中控制參數(shù)設(shè)定。數(shù)據(jù)監(jiān)視：監(jiān)視每臺鍋爐運行汽包水位、蒸汽壓力、爐膛負(fù)壓、爐膛溫度、趨勢圖和在線表格三種形式顯示在圖形界面上供用戶查看。些重要參數(shù)(如汽包水位)和統(tǒng)計量(如耗煤量、蒸汽流量等)則需長期歸檔。報警記錄：系統(tǒng)中采集到的模擬量信號都必須設(shè)定上下限，當(dāng)系統(tǒng)運行過程溫超壓報警，必要時要停止風(fēng)機和水泵等電機。系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計WINCC在組態(tài)期間，界面系統(tǒng)用于創(chuàng)建在運行系統(tǒng)中對過程進(jìn)行顯示的畫面。界面系統(tǒng)由組態(tài)和運行期組件組成。圖形編輯器是界面系統(tǒng)的組態(tài)組件，它用于創(chuàng)建畫面的編輯器。圖形運行系統(tǒng)是界面系統(tǒng)的運行組件，它將顯示運行系統(tǒng)中的畫面上的圖片，并管理所有的輸入與輸出。根據(jù)項目設(shè)計的任務(wù)，本系統(tǒng)需要設(shè)計很多圖形界面，下面是具體實現(xiàn)步驟：WINCC,WINCC4-1所示：淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（ 論文） 第20頁 共51頁圖4-1建立WINCC項目PLCS7SIMATICS7ProtocolSuite.chn4-2圖4-2添加S7協(xié)議的通信驅(qū)動程序淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（ 論文

第21頁 共51頁在WINCC4-3過程畫面。圖4-3圖形編輯器畫面4-4圖4-4WINCC控制界面淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第22頁 共51頁按照表4-1在WINCC上組態(tài)完畢各個樓層的外部顯示裝置以及控制按鈕。下圖是WINCC上對各個按鈕的詳細(xì)說明。表4-1全部內(nèi)部變量與過程變量表序號變量數(shù)據(jù)類型備注1x1內(nèi)部變量無符號16位數(shù)B水寬12x1_1內(nèi)部變量無符號16位數(shù)B水高13x1_2內(nèi)部變量無符號16位數(shù)B水寬24x1_3內(nèi)部變量無符號16位數(shù)B水高25x1_4內(nèi)部變量無符號16位數(shù)B水寬36x1_5內(nèi)部變量無符號16位數(shù)B水高37x內(nèi)部變量無符號16位數(shù)B水寬1的x軸8x_1內(nèi)部變量無符號16位數(shù)B水高1的y軸9x_2內(nèi)部變量無符號16位數(shù)B水寬2的x軸10x_3內(nèi)部變量無符號16位數(shù)B水高2的y軸11xa內(nèi)部變量無符號16位數(shù)A水寬112xa_1內(nèi)部變量無符號16位數(shù)A水高113xa_2內(nèi)部變量無符號16位數(shù)A水寬214xa_3內(nèi)部變量無符號16位數(shù)A水高315xa_4內(nèi)部變量無符號16位數(shù)A水寬416xa_5內(nèi)部變量無符號16位數(shù)A水高517xa_6內(nèi)部變量無符號16位數(shù)出水A寬18ya內(nèi)部變量無符號16位數(shù)A水寬1的x軸19ya_1內(nèi)部變量無符號16位數(shù)A水高1的y軸20ya_3內(nèi)部變量無符號16位數(shù)A水高3的y軸21ya_4內(nèi)部變量無符號16位數(shù)A水寬4的x軸22ya_6內(nèi)部變量無符號16位數(shù)出水A寬的x軸23xb內(nèi)部變量無符號16位數(shù)出水B寬24Xb_1內(nèi)部變量無符號16位數(shù)出水B高25yewei內(nèi)部變量無符號16位數(shù)液位高26yewei_1內(nèi)部變量無符號16位數(shù)液位Y軸27M2.0過程變量二進(jìn)制啟動28M2.1過程變量二進(jìn)制停止29M0.1過程變量二進(jìn)制超水位限位開關(guān)30M0.2過程變量二進(jìn)制低水位限位開關(guān)31M0.5過程變量二進(jìn)制進(jìn)水開關(guān)A32M0.6過程變量二進(jìn)制出水開關(guān)A33M0.7過程變量二進(jìn)制進(jìn)水開關(guān)B34M1.0過程變量二進(jìn)制出水開關(guān)B35A4.0過程變量二進(jìn)制加熱指示燈36A4.1過程變量二進(jìn)制溫度溢出指示燈37A4.2過程變量二進(jìn)制高溫報警指示38A4.3過程變量二進(jìn)制低溫報警指示39A4.4過程變量二進(jìn)制調(diào)節(jié)器A40A4.5過程變量二進(jìn)制進(jìn)水閥A41A4.6過程變量二進(jìn)制出水閥A42A5.0過程變量二進(jìn)制運行指示燈43A5.1過程變量二進(jìn)制停止運行指示燈44A5.2過程變量二進(jìn)制超水位指示45A5.3過程變量二進(jìn)制低水位指示46A5.4過程變量二進(jìn)制調(diào)節(jié)器B47A5.5過程變量二進(jìn)制進(jìn)水閥B48A5.6過程變量二進(jìn)制出水閥B對控制按鈕的設(shè)置主要是使其能夠用鼠標(biāo)左鍵來控制，當(dāng)鼠標(biāo)按下時相當(dāng)于對PLC相應(yīng)的內(nèi)存區(qū)置1，所以可以在WINCC1直接鏈接到PLC中各個顯示器件和按鈕所需的外部變量都要與PLC各個存儲區(qū)精確地對應(yīng)起來。系統(tǒng)調(diào)試PID部分整定下面具體說明經(jīng)驗法的整定步驟：讓調(diào)節(jié)器參數(shù)的積分系數(shù)I=0，微分系數(shù)D=0P，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。取比例系數(shù)P0.83，由小到大增加積分系數(shù)I信號作階躍變化，直至得到滿意的控制過程。積分系數(shù)I保持不變，改變比例系數(shù)PPI，PI為止。引入適當(dāng)?shù)奈⒎窒禂?shù)D，此時可適當(dāng)增大比例系數(shù)P步驟相同，微分系數(shù)的整定也需反復(fù)調(diào)整，直到控制過程滿意為止。PID調(diào)節(jié)器與傳統(tǒng)的工業(yè)PID其各個參數(shù)之間是相互隔離的，因而互不影響，用其觀察調(diào)節(jié)規(guī)律十分方便。經(jīng)驗法實質(zhì)上是一種試湊法，它是在生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的行之有效的方法，并在現(xiàn)場中得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)驗法簡單可靠，但需要有一定的現(xiàn)場運行經(jīng)驗，整定時易帶有主觀片面性。當(dāng)采用PID調(diào)節(jié)器時，由于有多個整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多，因此增加了得到最佳整定參數(shù)的難。WINCC用戶程序的調(diào)試是通過過程畫面來完成的。圖形編輯器是用于創(chuàng)建過程畫面并使其動態(tài)化的編輯器。圖形編輯器的“對象選項板”包含了在過程畫面中頻繁出現(xiàn)使用的不同類型的對象，它包括“標(biāo)準(zhǔn)”和“控件”個選項卡?！皹邮竭x項板”允許快速更改線型、線粗細(xì)、線端樣式和填充圖案。下面是用WinCCV7.0配合S7-PLCSIM調(diào)試程序的步驟：在STEP7編程軟件中生成項目，編寫用戶程序。在WINCC的過程畫面。點擊STEP7的SIMATIC管理器工具條中的圖標(biāo)，打開S7-PLCSIM載到仿真PLC中?；搓幑W(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（ 論文建立WINCC與S7-PLCSIM的通訊連接。

第25頁 共51頁況，檢查用戶程序是否能正確執(zhí)行。變量建立好了，圖形界面也做好之后，接下來就是與PLC程序連起來，調(diào)試和完NewPdl0.pdl”為啟動畫面。這樣一來，當(dāng)我們激活項目時將把導(dǎo)航界面作為啟動進(jìn)入的畫面。點擊資源管理器中的“激活”按扭或點擊圖形編輯器中的“運行系統(tǒng)”按扭，都可以達(dá)到運行圖形界面的效果，所不同的是，從資源管理器中激活后運行的是我們定義好的啟動畫面，而從圖形編輯器激活后運行的是我們當(dāng)前打開的畫面。按下啟動按鈕之后，如圖5-1所示。圖5-1運行界面按下停止按鈕后，如圖5-2所示?；搓幑W(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（ 論文） 第26頁 共51頁二；；污 開巳進(jìn)＊郎 ；；翌閏B芒1巨－王止 出芒1巨－王芒 巴回匣望l性（常溫J|性（常溫J|三 巴匣 匣匠笸匣笸巠墮］圖5-2停止運行溫度超過55℃報警指示燈亮，如圖5-3。二旦斤 開已進(jìn)沖邱 開旦進(jìn)閑i＇，＇，常溫匣

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F止 出舊h關(guān) 開旦出閑i芒 巴回匣竺l．凇婦壇jl | ^ ＾ ＾．巴空匣］ 巴亙 匣匠笸匣 琶巠］圖5-3超溫報警低水位、低溫報警如圖5-4所示?；搓幑W(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（ 論文） 第27頁 共51頁圖5-4低水位、低溫報警出水閥A流出恒溫水，如圖5-5。圖5-5恒溫水流出以上為WINCC監(jiān)控方面的設(shè)計能夠基本模擬出所設(shè)計的鍋爐供熱系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)的功能，但是在實現(xiàn)液位的腳本設(shè)計上還是存在一些缺陷。淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第28頁 共51頁結(jié) 論本課題設(shè)計了基于PLC的鍋爐供熱控制系統(tǒng)。PLC（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、功能強大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。PID閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的一種控制算法，對大部分控制對象都有良好的控制效果。組態(tài)軟件組態(tài)王因其簡單易用的特點，在HMI設(shè)計中深受用戶的喜歡而得到廣泛的使用。S7-300PLCWINCC的基礎(chǔ)上，我設(shè)計出了鍋爐供熱WINCC實用性。PIDPID還有監(jiān)控界面內(nèi)容不夠豐富，若再加上報表系統(tǒng)、打印功能的話，那就更完美了。日后，隨著對PLC硬件系統(tǒng)和通信方式的深入了解，還可以豐富遠(yuǎn)程控制指令，以應(yīng)對運行過程中的各種突發(fā)事件，增加其他PLC，通過構(gòu)建復(fù)雜的多級網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)大型的工業(yè)控制，使該系統(tǒng)運行時更加穩(wěn)定可靠，性能更加完善。致 謝（小3號黑體，居中）本課題的研究是在我的導(dǎo)師張老師的悉心指導(dǎo)下完成的，張老師學(xué)識淵博、治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)、工作一絲不茍，更有誨人不倦的師者風(fēng)范，在此謹(jǐn)向李老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意！畢業(yè)在即，衷心感謝指導(dǎo)過我的各位老師，四年的成長離不開他們的諄諄教誨；感謝淮陰工學(xué)院，大學(xué)生涯是人生中的一筆寶貴財富；感謝08級電子與電氣系輔導(dǎo)員郁春紅，最后一年的大學(xué)生活對我們關(guān)懷備至；感謝相伴度過四年的舍友、感謝同窗四年的同學(xué)、感謝幫助關(guān)心過我的校友，感謝默默關(guān)心我支持我的朋友們，祝大家在今后的生活中幸?？鞓?！最后感謝含辛茹苦撫養(yǎng)我的父母，感謝他們多年來的支持與付出！參考文獻(xiàn)Gilman，G．F．Jerry．Boilercontrolsystemsengineering．Portland：ScitechBookNews，Sep2005．Tim-McCarthy．Beawareofrebuiltburner—boilercontrols．Portland：BarringtonEngineering，Sep2003．Rahu．M．ProcessControlEngineering．GordonandBreachPublisher，2005.ConnellBProcessInstrumentationApplicationManualNewyorkMcGraws—HillCompanyInc，1996.PLC與應(yīng)用，2004，23(7)周繼明，江世明等.傳感技術(shù)與應(yīng)用[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2005PLC[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005廖常初.PLC，200911，2006S7-300PLC[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.4PLC[A].中南大學(xué)機電工院學(xué)程，湖南長沙，2007PIDS1林德杰.過程控制儀表及控制系統(tǒng).機械工業(yè)出版社，2008PLC，2006S7300PLC實現(xiàn).南昌大學(xué)學(xué)報，2005，27(4)淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第31頁 共51頁附錄1：T型圖OB1：om:￥冗ainProrfill濁玩Il(Cycle)"Cmnt:- :T式le:三夏:1-1

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飛啟動撾二卜—4Q6.0蒼運行指示燈夕}—4尸頁etIf0工k2：丁itle:尸12.1/ / 10.1Q5_1飛·停止運行指示燈＇+

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PQW305。瞿OOOOOOe+000 即108淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第32頁 共51頁訂凡，加：T].tle:初菇品窟正競直）一。 §啟動＇ CMPR c,lPIR M.33MD304項1 荒jIN1 11 Q4.6A”飛；5.50000Qe」 4.切OOOOe+」飛；001 rn2 001IN24

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MD30頂o士oIr:lS:Title:COllllTJ.B:t:Lt:TOS5Tit2ST1SD三S歪3S，l汽抒祚譽，飛；mt1g;nt:軋C111.6fE'11D30IID30ooo．十OO1R曰指示燈. 1D| ||尸如： ：Tile尸如： 開譬水 開譬水 Q5.5心進(jìn)水閥Bu卜—斗汛叩 盲補：Title:尸五／*J出，／*J出，T勹心'出水閥擴問”尸問”頂etwo工k1'l:Title:」IComnt"」Q5.4可調(diào)節(jié)器礦尸OB100:尸OBlOO: 飛。mpleteRe釭立寸尸叩飲罰叩：TJ.tle:Comment:S Dll5B.DllX 0.0R Dll58.DllX 0.0淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第37頁 共51頁附錄B：腳本B水寬1:{BOOLa;int X;X=GetTagWord("x1");a=GetTagBit("進(jìn)水閥B");//Return-Type:if(a)X=X+5;if(X>80)X=80;SetTagWord("x1",X);returnX;}B水高1:{int a;int b;a=GetTagWord("x1");b=GetTagWord("x1_1"); //Return-Type:WORDif(a==80)b=b+5;if(b>180)b=180;SetTagWord("x1_1",b);returnb;}淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第38頁 共51頁B水寬2:{int a;int b;a=GetTagWord("x1_1");b=GetTagWord("x1_2"); //Return-Type:WORDif(a==180){b=b+5;}if(b>350)b=350;SetTagWord("x1_2",b);returnb;}B水高2:{int a;int b;a=GetTagWord("x1_2");b=GetTagWord("x1_3");//Return-Type:WORDif(a==350){b=b+5;}if(b>190)b=190;SetTagWord("x1_3",b);returnb;}B水寬3:{int a;int b;a=GetTagWord("x1_3");b=GetTagWord("x1_4"); //Return-Type:WORDif(a==190){b=b+5;}if(b>60)b=60;SetTagWord("x1_4",b);returnb;}B水高3:{int a;int b;a=GetTagWord("x1_4");b=GetTagWord("x1_5");//Return-Type:WORDif(a==60){b=b+5;}if(b>30)b=30;SetTagWord("x1_5",b);returnb;}B水寬1的x軸:{BOOLa,b;int X;X=GetTagWord("x");a=GetTagBit("進(jìn)水閥B");//Return-Type:BOOLif(a)X=X-5;if(X<610)X=610;SetTagWord("x",X);returnX;}B水高1的y軸:{int a;int b;a=GetTagWord("x1");b=GetTagWord("x_1"); //Return-Type:WORDifb=b-5;if(b<330)b=330;SetTagWord("x_1",b);returnb;}B水寬2的x軸:{int a;int b;a=GetTagWord("x1_1");b=GetTagWord("x_2"); //Return-Type:WORDif(a==180)b=b-5;if(b<260)b=260;SetTagWord("x_2",b);returnb;}B水高2的y軸:{int a;int b;a=GetTagWord("x1_2");b=GetTagWord("x_3");//Return-Type:WORDif(a==350){b=b-5;}if(b<150)b=150;SetTagWord("x_3",b);returnb;}A水寬1:{BOOLa;int X;X=GetTagWord("xa");a=GetTagBit("進(jìn)水閥A");//Return-Type:BOOLif(a)X=X+5;if(X>60)X=60;SetTagWord("xa",X);returnX;}A水高1:{int a;int b;a=GetTagWord("xa");b=GetTagWord("xa_1"); //Return-Type:WORDif(a==60){b=b+5;}if(b>50)b=50;SetTagWord("xa_1",b);returnb;}A水寬2:{int a;int b;a=GetTagWord("xa_1");b=GetTagWord("xa_2"); //Return-Type:WORDif(a==50){b=b+5;}if(b>230)b=230;SetTagWord("xa_2",b);returnb;}A水高3:{int a;int b;a=GetTagWord("xa_2");b=GetTagWord("xa_3");//Return-Type:WORDif(a==230){b=b+5;}if(b>370)b=370;SetTagWord("xa_3",b);returnb;}A水寬4:{int a;int b;a=GetTagWord("xa_3");b=GetTagWord("xa_4"); //Return-Type:WORDif(a==370){b=b+5;}if(b>110)b=110;SetTagWord("xa_4",b);returnb;}A水高5:{int a;int b;a=GetTagWord("xa_4");b=GetTagWord("xa_5");//Return-Type:WORDif(a==110){b=b+5;}if(b>30)b=30;SetTagWord("xa_5",b);returnb;}出水A寬:{inta;BOOL a=GetTagWord("xa_6");b=GetTagWord("出水閥A"); //Return-Type:WORDif(b){a=a+5;}if(a>160)a=160;SetTagWord("xa_6",a);returna;}A水寬1的x軸:{BOOLa,b;int X;X=GetTagWord("ya");a=GetTagBit("進(jìn)水閥A");//Return-Type:if(a){X=X