PLC的水暖鍋爐控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)課件

1、目錄第一章 緒論.1第二章 供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)思路.22.1 供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)要求 .22.2 鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) .22.3 整體方案選擇 .2第三章 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用.43.1 變頻調(diào)速基本原理 .43. 2 變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用 .5第四章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).64. 1 系統(tǒng)功能分析 .64.2 總體設(shè)計(jì)思路 .64.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .7第五章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).85.1 可編程控制器 PLC 的選型 .85.2 PLC 配置.95.2.1 PLC 的開關(guān)量輸入、輸出點(diǎn).95.2.2 PLC 的模擬量輸入、輸出點(diǎn).105.3 變頻器配置 .105.3.1 變頻器輸入輸出接

2、口 .105.4 傳感器與變送器 .125.4.1 壓力變送器工作原理 .125.4.2 壓力變送器選型 .125.4.3 溫度傳感器選型 .12第六章 系統(tǒng)構(gòu)成.156.1 補(bǔ)水泵控制系統(tǒng) .156.2 循環(huán)泵控制系統(tǒng) .176.3 鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng) .18第七章 PID 控制原理 .19第八章 程序設(shè)計(jì).228.1 主程序設(shè)計(jì) .228.2 子程序設(shè)計(jì) .22結(jié)論.30致謝.30參考文獻(xiàn).30摘要本文設(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、鼓風(fēng)機(jī)和水泵電機(jī)、傳感器等構(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。該設(shè)計(jì)以西門子S7-200系列

3、可編程控制器為核心，一方面通過操作臺(tái)與PLC通訊，接收管理者的控制命令。另一方面與各變頻器進(jìn)行通信，分別對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵和補(bǔ)水泵等進(jìn)行啟?？刂坪碗姍C(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定，操作人員也隨時(shí)可以通過操作臺(tái)，了解現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)鍋爐的運(yùn)行狀況，對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵等電機(jī)進(jìn)行啟停控制。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：鍋爐控制，變頻器，PLC1第一章 緒論鍋爐是供熱設(shè)備中最普遍的動(dòng)力設(shè)備之一，它的功能是把燃料中的貯能，通過燃燒轉(zhuǎn)化成熱能，以蒸汽或熱水的形式輸向各種設(shè)備。目前，大多數(shù)鍋爐都是人工控制的，或簡(jiǎn)單的儀表單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，燃料浪費(fèi)很大。鍋爐作為一個(gè)設(shè)備總體，有許多被控制量與控制量，許多參數(shù)之間明顯地存在著復(fù)雜的關(guān)系。對(duì)于鍋爐這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由

4、于其內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換機(jī)理過于復(fù)雜，采用常規(guī)的方式進(jìn)行控制，難以達(dá)到理想的控制效果，因此，必須采用智能控制方式控制，才能獲得最佳控制效果?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)既能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng),又具有擴(kuò)展各種輸入輸出模塊,如A/D模塊、熱電偶熱電阻模塊,構(gòu)成多功能控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代PLC集成度高、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、組態(tài)靈活、工作穩(wěn)定。在傳統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化改造中發(fā)揮著越來越重要的作用。供暖鍋爐，是連接用戶極為重要的功能性環(huán)節(jié)，不僅其工作的安全性、可靠性直接影響到等前級(jí)產(chǎn)熱設(shè)備的安全性及供熱質(zhì)量，提高其工作效能，還具有十分重大的節(jié)能意義。目前供暖鍋爐大都采用人工監(jiān)控，一方面浪費(fèi)人力；另一方面在出現(xiàn)事

5、故隱患時(shí)，操作人員難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，很容易造成運(yùn)行中設(shè)備的事故。 該設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)、報(bào)警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運(yùn)行，除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鍋爐水位、鍋爐壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報(bào)警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故。系統(tǒng)由可編程邏輯控制器( PLC)、變頻器組成，能完成對(duì)給水、鼓風(fēng)等進(jìn)行自動(dòng)控制，使鍋爐的水位、蒸汽壓力保持在規(guī)定的數(shù)值上，以保證鍋爐的安全運(yùn)行，達(dá)到降低能耗、提高供氣質(zhì)量的目的，同時(shí)對(duì)運(yùn)行參數(shù)如壓力、溫度等進(jìn)行顯示，還可對(duì)水位、壓力、爐溫等參數(shù)越限時(shí)報(bào)警，發(fā)出聲光信號(hào)。由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護(hù)、自診斷等

6、功能，所以抗干擾能力強(qiáng)，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，故障率低。PLC編程簡(jiǎn)單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，用于水暖鍋爐控制能提高性能價(jià)格比，如果從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，其壽命長(zhǎng)，故障率低，易于維修，所以選用1。2第二章 供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)思路2.1 供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)要求(1)PLC容量和性能要與任務(wù)相適應(yīng)，PLC運(yùn)行速度要滿足實(shí)時(shí)控制的要求(2)要確定PLC的型號(hào)、需要的傳感器和變頻器的型號(hào)、PLC硬件接線圖和梯形圖(3)要有PLC的I/O接口地址分配表(4)系統(tǒng)具有手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、在線監(jiān)控及在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、驅(qū)動(dòng)電機(jī)過熱保護(hù)2.2 鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)鍋爐控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、補(bǔ)水箱、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵等

7、部分組成。補(bǔ)水箱內(nèi)的水由兩路提供。一路是來自用戶網(wǎng)通過熱交換形成的冷凝水。一路是來自自來水管的自來水。當(dāng)回水不足以維持供熱所需的水時(shí)。啟動(dòng)補(bǔ)水泵，用補(bǔ)水箱內(nèi)的水，加入到鍋爐。用戶回水補(bǔ)水箱補(bǔ)水泵鼓風(fēng)機(jī)循環(huán)水泵鍋爐自來水圖1 總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3 整體方案選擇以往供暖鍋爐系統(tǒng)中帶有循環(huán)泵、補(bǔ)水泵等水泵類的設(shè)備，通常是根據(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，還加速了閥體的磨損，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3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

8、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。對(duì)于如何供暖鍋爐的基本功能和它存在的缺陷等問題提出兩種改造方案。第一種就是利用單片機(jī)進(jìn)行控制中心的，但是由于單片機(jī)工作狀態(tài)的不穩(wěn)定性，抗干擾能力比較差。所以不在此處選用。第二種就是用可編程控制器PLC進(jìn)行改造，把原來的繼電接觸式電控系統(tǒng)改造為PLC控制。不僅可以消除掉它原來存在的所有缺陷，而且增加了故障檢修功能，可以在發(fā)生故障的部位進(jìn)行報(bào)警。第二個(gè)方案用可編程控制器PLC對(duì)原來的繼電接觸式電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，改造后可以減少?gòu)?qiáng)電元?dú)饧?shù)目，而且增加了一些故障自診斷功能。

9、提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，安全性。使電氣控制系統(tǒng)的工作更加靈活，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件。因此我們選擇第二種方案。4第三章 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用3.1 變頻調(diào)速基本原理目前，隨著大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為一項(xiàng)成熟的交流調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速器作為該技術(shù)的主要應(yīng)用產(chǎn)品經(jīng)過幾代技術(shù)更新，己日趨完善，能夠適應(yīng)較為惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，目能提供較為完善的控制功能，能滿足各種生產(chǎn)設(shè)備異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的要求。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系水泵多配用交流異步電機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，既可節(jié)約能量，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。由異步電

10、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： (1)pSfSnn/ )1 (60)1 (0式中，異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速r/min；n 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速r/min；0n 電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；p 電源頻率，電動(dòng)機(jī)定子電壓頻率；f 轉(zhuǎn)速差； S (2)%10000nnns由公式可見改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)P、改變轉(zhuǎn)速差S及改變電源頻率f都可以改變轉(zhuǎn)速。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-直-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。實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓的電路有兩種：交-直-交變頻器，交-交變頻器見圖2。上面是交-直-交變頻器，下面是交-交變頻器。整流器濾 波逆變器濾波 逆變

11、器直流u1f1交流VVVF交流u2f2交流u1f1交流圖2 變頻器種類(1)交-直-交變頻器它是由三個(gè)環(huán)節(jié)組成：可控硅整流電路，其作用是將電壓、定頻率的交流u2f2VVVF5電路變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流電；可控硅逆變電路，其作用是將整流電路輸出的直流電變換為頻率可調(diào)的交流電；濾波環(huán)節(jié)，它在整流電路和逆變電路之間，一般是利用無電源電容或電抗器對(duì)整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波。(2)交-交變頻器它是由兩組反并聯(lián)的整流電路組成，直接將電網(wǎng)的交流電通過變頻電路同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和頻率，變成電壓和頻率可調(diào)的交流電輸出，交-交變頻器由于直接交換，減少換流電路，減少損耗，效率高，波型好，但調(diào)速范圍小，控制線路復(fù)雜，功率因數(shù)

12、低，目前較少采用2。3. 2 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。6第四章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)4. 1 系統(tǒng)功能分析本文針對(duì)鍋爐進(jìn)行變頻改造，設(shè)計(jì)一套基于變頻調(diào)速技術(shù)的鍋爐系統(tǒng)。根據(jù)要求，并結(jié)合鍋爐控制的發(fā)展趨勢(shì)，本系統(tǒng)具備如下功能：(1)遠(yuǎn)程/就地控制系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制和就地控制兩種控制功能。通過操作臺(tái)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)遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，也可直接操作變頻控制柜，實(shí)現(xiàn)就地控制。(2)單動(dòng)

13、/聯(lián)動(dòng)模式本系統(tǒng)工作在單動(dòng)/聯(lián)動(dòng)兩種工作模式下。單動(dòng)和聯(lián)動(dòng)模式下均可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程/就地控制和參數(shù)設(shè)定，但單動(dòng)模式下，需人工根據(jù)氣候、負(fù)荷的變化設(shè)定鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵和補(bǔ)水泵等電機(jī)的轉(zhuǎn)速，相當(dāng)于“開環(huán)控制”；聯(lián)動(dòng)模式下，操作人員只需根據(jù)室內(nèi)溫度和室外溫度的變化設(shè)定鍋爐的出水溫度和爐膛負(fù)壓等參數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)地調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少了人工干預(yù)，提高了自動(dòng)化水平。(3)檢測(cè)功能系統(tǒng)通過安裝在鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的各類傳感器，可檢測(cè)出水溫度、回水溫度、出水流量、回水壓力、出水壓力、補(bǔ)水流量、循環(huán)水泵壓力等參數(shù)，并可以將這些數(shù)據(jù)通過變送器傳送到可編程控制器處理，所有參數(shù)均可在操作臺(tái)顯示上顯示出來。(4)超溫超壓報(bào)警按規(guī)定，鍋爐控

14、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。4.2 總體設(shè)計(jì)思路針對(duì)鍋爐房的現(xiàn)狀，本系統(tǒng)對(duì)鍋爐房的鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵等設(shè)備進(jìn)行變頻改造。每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)配置一臺(tái)變頻器，共2臺(tái)。對(duì)于4臺(tái)循環(huán)泵，給其中兩臺(tái)容量較大的電機(jī)配置兩臺(tái)變頻器，另外容量較小的電機(jī)不配備變頻器，作為備用。對(duì)于4臺(tái)補(bǔ)水泵，也配置兩臺(tái)變頻器，給其中兩臺(tái)容量較大的電機(jī)配置兩臺(tái)變頻器，另外容量較小的電機(jī)不配備變頻器。所有變頻器均安裝在變頻控制7柜內(nèi)，置于變頻控制室，操作變頻控制柜的面板，可實(shí)現(xiàn)就地控制。PLC采用西門子公司S7-

15、200系列PLC，通過1/O模塊控制控制柜內(nèi)所有斷路器、接觸器和繼電器等開關(guān)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。如果PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可直接在控制柜上通過控制面板進(jìn)行啟/?？刂疲械氖謩?dòng)控制部分(操作臺(tái)部分)均予保留，一旦變頻控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可自動(dòng)或手動(dòng)轉(zhuǎn)為原有的手動(dòng)方式控制，從而可避免造成供暖中斷，切實(shí)保證供暖正常。4.3 系統(tǒng)結(jié)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，分為三部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。西門子 S7-200 系列可編程控制器電氣控制回路（帶變頻器）電氣控制回路（帶變頻器）電氣控制回路（帶變頻

16、器）1#-2#鼓風(fēng)機(jī)1#-4#循環(huán)泵1#-4#補(bǔ)水泵鍋爐本體傳感器與變送器圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖8第五章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5.1 可編程控制器PLC的選型由于供暖鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對(duì)較少，因此PLC選用德國(guó)Siemens公司的S7-200型。S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性能/價(jià)格比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。Siemens公司的PLC具有可靠性高，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，為以后新設(shè)備的介入或設(shè)備調(diào)整留有余地，因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU224XPCN，其

17、開關(guān)量輸出(DQ)為10點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開關(guān)量輸入為14點(diǎn)，輸入形式為+24V直流輸入。由于實(shí)際的開關(guān)量輸出有26點(diǎn)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是1個(gè)EM223CN型模塊，該模塊有16個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出，開關(guān)量輸入為16點(diǎn)，輸入形式為+24V直流輸入。此外，為了方便的將管網(wǎng)壓力信號(hào)、電機(jī)頻率信號(hào)和同相比較信號(hào)傳輸給PLC。經(jīng)比較計(jì)算后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號(hào)，選擇了EM235CN模擬量擴(kuò)展模塊。該模塊有4個(gè)模擬輸入(AIW)，1個(gè)模擬輸出(AQW)信號(hào)通道。輸入輸出信號(hào)接入端口時(shí)能夠自動(dòng)完成了A/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長(zhǎng)(16b

18、it)的數(shù)字信號(hào)；輸出信號(hào)接出端口時(shí)能夠自動(dòng)完成D/A的轉(zhuǎn)換，一個(gè)字長(zhǎng)(16bit)的數(shù)字信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。EM235模塊可以針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)，通過DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng) PLC的選型包括一個(gè)CPU224CN主模塊，1個(gè)EM223CN擴(kuò)展模塊，3個(gè)EM235模擬量擴(kuò)展模塊。如此PLC總共有30個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入，26個(gè)數(shù)字信號(hào)輸出，以及4個(gè)模擬輸入信號(hào)，4個(gè)模擬輸出信號(hào)。輸入和輸出均有余量，可以滿足日后系統(tǒng)擴(kuò)充的要求3。表1 S7-200的規(guī)格規(guī)格系列連接方法工作電壓輸入類型輸出類型程序容量I/O 點(diǎn)型號(hào)主控單元S7-200端子型220V AC24VDC繼電器12K24 點(diǎn)14I

19、/10OCPU 224XP CN數(shù)字量擴(kuò)展單S7-200端子型24VDC24VDC繼電器32 點(diǎn)16I/16OEM223 CN9元模擬量擴(kuò)展單元S7-200端子型24VDC5 點(diǎn)4I/1OEM235 CN5.2 PLC配置5.2.1 PLC的開關(guān)量輸入、輸出點(diǎn)PLC的輸入、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。系統(tǒng)采用分組運(yùn)行的方式，把l#水泵電機(jī)和2#水泵電機(jī)組成第一組；把3#水泵電機(jī)和4#水泵電機(jī)組成第二組。兩組采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短來調(diào)整選擇不同的機(jī)組運(yùn)行。要求控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有兩臺(tái)電機(jī)接觸器的動(dòng)作，變頻器的控制端子，熱繼電

20、器輸入及報(bào)警。PLC輸入輸出端口地址的分配如下表2所示。表2 I/O分配I名稱輸入O名稱輸出I0.0SB1手動(dòng)/自動(dòng)/停止選擇Q0.0KM11#補(bǔ)水泵變頻運(yùn)行I0.1SB2補(bǔ)水泵電機(jī)啟動(dòng)按鈕Q0.1KM21#補(bǔ)水泵工頻運(yùn)行I0.2SB3補(bǔ)水泵電機(jī)停止按鈕Q0.2KM32#補(bǔ)水泵運(yùn)行I0.3SB4手動(dòng)/自動(dòng)/停止選擇Q0.3KM43#補(bǔ)水泵變頻運(yùn)行I0.4SB5循環(huán)水泵電機(jī)啟動(dòng)按鈕Q0.4KM53#補(bǔ)水泵工頻運(yùn)行I0.5SB6循環(huán)水泵電機(jī)停止按鈕Q0.5KM64#補(bǔ)水泵運(yùn)行I0.6SB7手動(dòng)/自動(dòng)/停止選擇Q0.6KM71#循環(huán)水泵變頻運(yùn)行I0.7SB8鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕Q0.7KM81#循環(huán)水泵工

21、頻運(yùn)行I1.0SB9鼓風(fēng)機(jī)停止按鈕Q1.0KM92#循環(huán)水泵運(yùn)行I1.1FR1-4補(bǔ)水泵電機(jī)過載輸入Q1.1KM103#循環(huán)水泵變頻運(yùn)行I1.2FR5-8循環(huán)水泵電機(jī)過載輸入Q2.0KM113#循環(huán)水泵工頻運(yùn)行I1.3FR9-10鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)過載輸入Q2.1KM124#循環(huán)水泵運(yùn)行I1.4BP11#變頻器故障輸入Q2.2KM131#鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行I1.5BP22#變頻器故障輸入Q2.3KM142#鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行I2.0BP33#變頻器故障輸入Q2.4HL1補(bǔ)水泵電機(jī)過載指示I2.1BP44#變頻器故障輸入Q2.5HL2循環(huán)水泵電機(jī)過載指示I2.2BP55#變頻器故障輸入Q2.6HL3鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)過載指示I

22、2.3BP66#變頻器故障輸入Q2.7DL電鈴報(bào)警AIW0循環(huán)水出口溫度Q3.0KA11#變頻器啟動(dòng)/停止切換10AIW1循環(huán)水出口壓力Q3.1KA22#變頻器啟動(dòng)/停止切換AIW2補(bǔ)水出口溫度Q3.2KA33#變頻器啟動(dòng)/停止切換AIW3補(bǔ)水出口壓力Q3.3KA44#變頻器啟動(dòng)/停止切換Q3.4KA55#變頻器啟動(dòng)/停止切換Q3.5KA66#變頻器啟動(dòng)/停止切換AQW0循環(huán)水出口溫度AQW2變頻器頻率調(diào)節(jié)輸入口AQW1循環(huán)水出口壓力(1)輸入端口自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC的輸入端口包括機(jī)組啟動(dòng)/停止按鈕，另外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閉觸點(diǎn)。和變頻器故障輸入

23、信號(hào)。(2)輸出端口PLC的輸出端口包括電機(jī)交流接觸器的動(dòng)作，分別對(duì)應(yīng)變頻/工頻兩個(gè)工作狀態(tài)， 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。對(duì)于變頻器，需要一個(gè)中間繼電器來控制變頻器的通斷，來實(shí)現(xiàn)變頻器的運(yùn)行和停止；此外，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，報(bào)警指示輸出既需要3個(gè)端口顯示哪一部分電機(jī)故障，也需要一個(gè)輸出端子進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警輸出。5.2.2 PLC的模擬量輸入、輸出點(diǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC的模擬輸入端口包括壓力傳感器檢測(cè)的管網(wǎng)壓力信號(hào)，壓力信號(hào)是以標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)4-20mA進(jìn)行傳輸?shù)?；溫度傳感器檢測(cè)的管網(wǎng)

24、溫度信號(hào)。變頻器反饋的電機(jī)頻率信號(hào)，電機(jī)頻率信號(hào)是0-10V的電壓信號(hào)。5.3變頻器配置近20年來，以功率晶體管GTR為逆變功率器件、8位微處理器為控制核心的、按壓頻比u/f控制原理實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的變頻器，在性能和品種上出現(xiàn)了巨大的技術(shù)進(jìn)步。5.3.1 變頻器輸入輸出接口本系統(tǒng)選用的變頻器為ABB公司的Acs60l系統(tǒng)，針對(duì)本系統(tǒng)的應(yīng)用情況，可將變頻器端子上的信號(hào)分為：11PERSTPEUVWDI1+24VAI2+AI2-PLC接電機(jī)KA1變頻器內(nèi)置 PID1 輸入信號(hào)：(1)控制變頻器運(yùn)行的啟停信號(hào)DI1PLC的KA1。(2)變頻器的壓力反饋信號(hào)A12口接遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號(hào)。(3)R.

25、S.T為電源輸入。2 輸出信號(hào)：(1)RO1：為數(shù)字量輸出口，變頻器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行指示。(2)RO2：為數(shù)字量輸出口，變頻器運(yùn)行指示。(3)RO3：為數(shù)字量輸出口，變頻器停止運(yùn)行指示。(4)U、V、W為接三相異步電動(dòng)機(jī)。3 通訊：本變頻器完成與上位機(jī)的頻率、電流、電壓、壓力、故障狀況，給定等參數(shù)進(jìn)行通訊，通過CH0、CH1口實(shí)現(xiàn)。整個(gè)變頻器端子示意圖如圖4。圖4 變頻器接線圖在此控制系統(tǒng)中，整個(gè)信息的反饋是靠壓力變送器，在PLC的配合下通過反饋回的壓力信號(hào)來調(diào)整當(dāng)前調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速。 變頻器和PLC的聯(lián)系，是靠硬件電器來聯(lián)接的，具體參數(shù)的聯(lián)系都是與上位機(jī)的通訊來實(shí)現(xiàn)的，選用的s7-200PL

26、C和Asc601變頻器均有內(nèi)置的Rs485接口。變頻器和PLC的聯(lián)系如圖5所示。12變頻器PID壓力傳感器變頻器內(nèi)置水泵電機(jī)出口壓力PLC圖 5 變頻器接線原理圖5.4 傳感器與變送器這一部分是控制系統(tǒng)的底層，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、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。5.4.1 壓力變送器工作原理PMC 系列壓力變送器采用了先進(jìn)的電子陶瓷技術(shù)、厚膜電子技術(shù)、SMT 技術(shù)和 PFM 信號(hào)傳輸技術(shù)，測(cè)量元件內(nèi)無中介液體,是完全固體的。其工作原理

27、是：介質(zhì)壓力直接作用于陶瓷膜片,使測(cè)量膜片產(chǎn)生偏移。膜片位移產(chǎn)生的電容量,由與其直接連接的電子部件檢測(cè)、放大和轉(zhuǎn)換為 020mA DC 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。5.4.2 壓力變送器選型壓力檢測(cè)元件采用 E+H 公司的 PMC133 型壓力變送器。PMC133 型壓力變送器相對(duì)壓力的最大測(cè)量范圍為 040MPa , 最小測(cè)量范圍為 01kPa , 更換測(cè)量元件可以改變壓力測(cè)量范圍。變送器由 WYJ 穩(wěn)壓電源供給 12.530VDC 電壓,能夠準(zhǔn)確地將出水口的壓力信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成 420mA DC 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。5.4.3 溫度傳感器選型用 DS18B20 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)，這種測(cè)量方法需要溫度傳感器的精度

28、高,體積小,測(cè)量電路簡(jiǎn)單,而且能夠在高溫下工作。所以我們選用美國(guó) DALLAS 公司生產(chǎn)的數(shù)字輸出 IC 溫度傳感器 DS18B20 ,其特性如下：獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20 與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線就可以實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊在使用中不需要任何外圍元件可用數(shù)據(jù)線供電,電壓范圍：+3.0+5.5V測(cè)溫范圍：-55+125設(shè)定值13通過編程可實(shí)現(xiàn) 912 位的數(shù)字讀數(shù)方式,分辨率可達(dá) 0.062512 位精度的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 750 ms 用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能,多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫負(fù)壓特性,電源

29、極性接反時(shí),溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作每個(gè) DS18B20 都分配了一個(gè)獨(dú)一無二的 64 位序列碼,允許多個(gè) DS18B20 上工作在同一條一線總線上,從而減少了系統(tǒng)傳感器接口。DS18B20 有兩種封裝模式：3 腳和 8 腳封裝,其中 3 腳封裝比較常用,我們選用 3 腳 TO-92 小體積封裝。用DS18B20 為溫度傳感器有許多優(yōu)點(diǎn),但實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候,由于DS18B20 采用的是1-Wire 總線協(xié)議方式,即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,因此,對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。單總線訪問DS18B20 時(shí)的

30、一線工作協(xié)議流程：初始化總線上所有器件對(duì)ROM 發(fā)操作指令發(fā)存儲(chǔ)器操作指令數(shù)據(jù)處理。操作過程的工作時(shí)序包括初始化時(shí)序,讀時(shí)序和寫時(shí)序。在接入系統(tǒng)之前,先用讀序列號(hào)的程序讀出每個(gè)DS18B20 的序列號(hào),然后每個(gè)序列號(hào)分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中的編號(hào)1n ,讀的時(shí)候把要讀的那個(gè)DS18B20掛在總線上, 讀完后再換另一個(gè), 同時(shí)記錄每個(gè)DS18B20 的序列號(hào)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),初始化完成后,匹配序列號(hào),然后讀對(duì)應(yīng)傳感器的溫度值,讀完后,匹配下一個(gè)序列號(hào),再讀對(duì)應(yīng)傳感器的溫度值,直到讀完總線上所有的傳感器,接著再讀下一輪。DS18B20 可通過兩種方式供電：寄生電源方式和外加電源工作方式。寄生電源方式不需外加電源

31、,當(dāng)總線(信號(hào)線) 為高時(shí)穩(wěn)定電源的提供是通過單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn),總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電,在此種方式下VDD接地。外加電源工作方式需要外加電源正負(fù)極分別接引腳VDD及GND 。本系統(tǒng)選用外加電源工作方式,采用此種方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力,保證工作的穩(wěn)定性。我們采用外加電源的工作方式,在同一條總線上同時(shí)掛接135個(gè)DS18B20 可以穩(wěn)定,準(zhǔn)確的測(cè)量溫度值。能夠滿足我們實(shí)際檢測(cè)的要求。在實(shí)際的工程應(yīng)用中,由于DS18B20 要放在水里測(cè)量溫度,我們用圓柱狀的不銹鋼的傳感器外殼套在DS18B20 上對(duì)其進(jìn)行密封,以防止進(jìn)水短路,同時(shí)可以增加它的耐壓,耐腐蝕性能。當(dāng)某個(gè)DS

32、18B20損壞后,我們把好的DS18B20 先讀出其序列號(hào),再換接到系統(tǒng)14中。以18B20為核心組成的多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)見圖6。GNDDQVCCR15.1KVCC圖 6 18B20 組成的多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)15第六章 系統(tǒng)構(gòu)成6.1 補(bǔ)水泵控制系統(tǒng)報(bào)警部分顯示部分PLC 控制器水位傳感器變頻器電控部分保護(hù)部分補(bǔ)水 泵壓力給定至鍋爐壓力變送器M補(bǔ)水箱圖 7 補(bǔ)水系統(tǒng)方案圖在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用2臺(tái)變頻器，其中1#,3#水泵電機(jī)有變頻/工頻兩種工作狀態(tài)，每臺(tái)電機(jī)都通過兩個(gè)接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)，變頻器輸入電源前面接入一個(gè)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電

33、流來確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量適當(dāng)選擇4。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)、閥門接觸器的動(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)或者閥門的動(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。由于每臺(tái)電機(jī)的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機(jī)當(dāng)前的工作電流，必須在每臺(tái)電機(jī)三相輸入電源前面都接入兩個(gè)電流互感器，電流互感器和熱繼電器、兩個(gè)電流

34、表連接，如圖8所示。16圖8是電流互感器的接線圖，兩個(gè)電流表一個(gè)安裝在控制柜上，另一個(gè)安裝在操作臺(tái)上，可以方便地觀察電機(jī)的三相工作電流，便于工作人員監(jiān)測(cè)電機(jī)的工作狀態(tài)，同時(shí)熱繼電器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的過熱保護(hù)。A1A2M圖 8 電流互感器的接線圖補(bǔ)水泵有三臺(tái)，1#、2#、3#。其中 1#和 3#補(bǔ)水泵配有變頻器。當(dāng) 1#補(bǔ)水泵采用變頻控制啟動(dòng)后仍不能滿足要求時(shí)，讓 1#補(bǔ)水泵工作于工頻同時(shí)啟動(dòng) 2#補(bǔ)水泵，2#補(bǔ)水泵采用工頻控制。以此類推啟動(dòng) 3#。 1#補(bǔ)水泵FR1PEQF1KM1變頻器KM2QF2QF3KM32#補(bǔ)水泵PE3#補(bǔ)水泵FR3PEQF4KM4變頻器KM5QF5FR2圖 9 補(bǔ)水泵

35、系統(tǒng)電氣控制圖變頻器主電路電源輸入端子(R, S, T)經(jīng)過空氣開關(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，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子(U, V, W)的任意兩相。特別是對(duì)于有變頻/工頻兩17種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動(dòng)和變頻輸出電源拖動(dòng)兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻/工頻的切換過程中會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功?？刂齐娐分写嬖陔娐分g互鎖的問題，由于控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)分組的組內(nèi)自動(dòng)循環(huán)，所以電路的自鎖包括組內(nèi)互鎖和組間互鎖。組內(nèi)互鎖是指同一組中電動(dòng)機(jī)的互鎖，組間互鎖是指不同機(jī)組之間電動(dòng)機(jī)的互鎖。在實(shí)現(xiàn)組內(nèi)互鎖

36、的時(shí)候，嚴(yán)禁出現(xiàn)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)接在工頻電源和變頻電源的情況，同時(shí)要求變頻器始終只與一臺(tái)電動(dòng)機(jī)相連，而且當(dāng)大容量電動(dòng)機(jī)變頻工作的時(shí)候，小容量電動(dòng)機(jī)要么是工頻工作運(yùn)行，要么是停止工作。所以在大容量電動(dòng)機(jī)變頻工作的時(shí)候，要自動(dòng)切斷小容量電動(dòng)機(jī)的變頻控制電路?？刂齐娐返慕M間互鎖是通過輸入按鈕，控制 PLC 的輸入端口來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)選擇一組機(jī)組運(yùn)行時(shí)，按下另一組起動(dòng)按鈕則為無效操作。 控制電路中還必須考慮系統(tǒng)電機(jī)和閥門的當(dāng)前工作狀態(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)和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)和閥

37、門的工作狀態(tài)。6.2 循環(huán)泵控制系統(tǒng)循環(huán)泵控制系統(tǒng)有 4 臺(tái)循環(huán)泵，本系統(tǒng)配置兩臺(tái)變頻器，另外一臺(tái)作為備用。每臺(tái)循環(huán)泵均通過變頻器啟動(dòng)，并根據(jù)負(fù)荷的變化切換到工頻運(yùn)行，變頻器啟動(dòng)下一臺(tái)循環(huán)泵，依次類推，最后其中一臺(tái)循環(huán)泵變頻運(yùn)行，其他工作循環(huán)泵工頻運(yùn)行，剩下循環(huán)泵處于停止?fàn)顟B(tài)作為備用。系統(tǒng)的電氣控制圖如圖 10所示。18 1#循環(huán)水泵FR5PEQF7KM7變頻器KM8QF8QF9KM92#循環(huán)水泵PE3#循環(huán)水泵FR7PEQF10KM10變頻器KM11QF11QF12KM124#循環(huán)水泵FR8PEFR6圖 10 循環(huán)泵系統(tǒng)電氣控制圖6.3 鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)包括 2 臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，本文對(duì)

38、每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)配置一個(gè)變頻控制柜，每臺(tái)電機(jī)配置一臺(tái)變頻器。其電氣控制原理相對(duì)簡(jiǎn)單。 FR9KM13PEQF13變頻器FR10PEQF14KM14變頻器M1M2圖 11 鼓風(fēng)機(jī)電氣圖19第七章 PID控制原理在模擬量閉環(huán)過程控制領(lǐng)域內(nèi)，擴(kuò)展模擬量處理模塊，如EM231、EM232、EM235，根據(jù) PLC 提供的 PID 編程功能模塊，只需設(shè)定好 PID 參數(shù)，運(yùn)行 PID 控制指令，就能求得輸出控制值，實(shí)現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制。(1)PID算法在模擬量的控制中，經(jīng)常用到 PID 運(yùn)算來執(zhí)行 PID 回路的功能，PID 回路指令使這一任務(wù)的編程和實(shí)現(xiàn)變得非常容易。如果一個(gè) PID 回路的輸出 M(t)是時(shí)

39、間的函數(shù)，則可以看作是比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)三部分之和。即： （3）dtdeKcMedteKctMt/)(00以上各量都是連續(xù)量，第一項(xiàng)為比例項(xiàng)，最后一項(xiàng)為微分項(xiàng)，中間兩項(xiàng)為積分項(xiàng)。其中 P 是給定值與被控制變量之差，即回路偏差。K 為回路的增益。用數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這樣的控制算式，連續(xù)的算式必須周期采樣進(jìn)行離散化，同時(shí)各信號(hào)也要離散化，公式如下（4）nnsindinMP =Kc (SP -PVn)+Kc T /T(SP -PVn)+MX+Kc T /T(SP -PVn)公式中包含9個(gè)用來控制和監(jiān)視PID運(yùn)算的參數(shù)，在PID指令使用時(shí)構(gòu)成回路表，回路表的格式見表3。表3 PID回路表參數(shù)偏移地址數(shù)

40、據(jù)格式I0類型中斷描述過程變量(PVn)0雙字，實(shí)數(shù)I過程變量，0.01.0設(shè)定值（SPn）4雙字，實(shí)數(shù)I給定值，0.01.0輸出值（Mn）8雙字，實(shí)數(shù)I0輸出值，0.01.0增益（Kc）12雙字，實(shí)數(shù)I比例常數(shù)，正、負(fù)采樣時(shí)間（Ts）16雙字，實(shí)數(shù)I單位為秒正數(shù)積分時(shí)間（Ti）20雙字，實(shí)數(shù)I單位為分鐘，正數(shù)微分時(shí)間（Td）24雙字，實(shí)數(shù)I單位為分鐘，正數(shù)積分項(xiàng)前值（Mx）28雙字，實(shí)數(shù)I0積分項(xiàng)前值，0.01.0過程變量前值PVn-132雙字，實(shí)數(shù)I0最近一次PID變量值(2)PID指令使能輸入有效時(shí)，該指令利用回路表中的輸入信息和組態(tài)信息，進(jìn)行 PID運(yùn)算。梯形圖的指令盒中有 2 個(gè)數(shù)據(jù)

41、輸入端：TBL，回路表的起始地址，是由VB 指定的字節(jié)型數(shù)據(jù)；指令 LOOP，回路號(hào)，是 07 的常數(shù)。指令格式：PID TBL， LOOP(3)PID回路號(hào)用戶程序中最多可有 8 條 PID 回路，不同的 PID 回路指令不能使用相同的回路號(hào)，否則會(huì)產(chǎn)生意外的后果。20(4)數(shù)值轉(zhuǎn)換及標(biāo)準(zhǔn)化用可編程序控制器控制 PID 回路時(shí)，要把實(shí)際測(cè)量輸入量、設(shè)定值和回路表中的其他輸入?yún)?shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即用程序轉(zhuǎn)化為 PLC 能夠識(shí)別和處理的數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，例如把從 AIW 采集來的 16 位整數(shù)轉(zhuǎn)化為 0.01.0 之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)又分為雙極性(圍繞 0.5 上下變化)和單極性(以 0.0

42、為起點(diǎn)在0.0 和 1.0 之間的范圍內(nèi)變化)兩種。程序執(zhí)行時(shí)把各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)量用離散化PID 算式進(jìn)行處理，產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)運(yùn)算結(jié)果，這一結(jié)果同樣也要用程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為相應(yīng)的 16 位整數(shù)，然后周期性將其傳送到指定的 AQW，用以驅(qū)動(dòng)模擬量的輸出負(fù)載，實(shí)現(xiàn)控制。 (5)選擇 PID 回路類型在大部分模擬量的控制中，使用的回路控制類型并不是比例、積分和微分三者俱全。例如只需要比例回路或只需要比例積分回路，通過對(duì)常量參數(shù)的設(shè)置，可以關(guān)閉不需要的控制類型。關(guān)閉積分回路：把積分時(shí)間 n 設(shè)置為無窮大，此時(shí)雖然由于有初值 MX 使積分項(xiàng)不為零，但積分作用可以忽略。關(guān)閉微分回路：把微分時(shí)間 TD 設(shè)置

43、為 0，微分作用即可關(guān)閉。關(guān)閉比例回路：把比例增益 K 設(shè)置為 0，則可以只保留積分和微分項(xiàng)。（6）應(yīng)用實(shí)例系統(tǒng)使用比例積分微分控制。PID 程序如圖 13 所示。設(shè)采用下列控制參數(shù)值：K 為 0.25，T 為 01 秒，T 為 30 分鐘。本供水系統(tǒng)的設(shè)定值是水箱滿水位的 75時(shí)的水位，過程變量是由漂浮在水面的水位測(cè)量?jī)x給出。輸出值是進(jìn)水泵的速度，可以從允許最大值的 0變到 100。設(shè)定值可以預(yù)先設(shè)定后直接輸入回路表中，過程變量是來自水位表的單極性模擬量，回路輸出值也是一個(gè)單極性模擬量，用來控制水泵速度。這個(gè)模擬量的范圍是 0.01.0，分辨率為1/32000(標(biāo)準(zhǔn)化)。本文的特點(diǎn)是在系統(tǒng)中

44、，水泵的機(jī)械慣性比較大，故系統(tǒng)僅采用比例和積分控制。其增益和時(shí)間常數(shù)可以通過工程計(jì)算初步確定。實(shí)際上還需要進(jìn)一步調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)控制效果。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，關(guān)閉出水口，用手動(dòng)控制進(jìn)水泵速度，使水位達(dá)到滿水位的 75，然后打開出水口，同時(shí)水泵控制由手動(dòng)方式切換到自動(dòng)方式。這種切換由一個(gè)輸入的開關(guān)量控制，具體描述如下：I0.0 位控制手動(dòng)到自動(dòng)方式的切換，0 代表手動(dòng)，1 代表自動(dòng)。21圖13 PID程序當(dāng)工作在手動(dòng)方式下，可以把水泵的速度(0.01.0之間的實(shí)數(shù))直接寫入回路表中的輸出寄存器(VD108)。應(yīng)用PID指令控制系統(tǒng)時(shí)，要注意積分作用引起的超調(diào)問題。為了避免這一現(xiàn)象，可以加一些保護(hù)。比如當(dāng)

45、過程變量達(dá)到甚至超過設(shè)定值時(shí)，可以限制輸出值在某一定范圍之內(nèi)。本例中的程序僅有自動(dòng)控制方式的設(shè)計(jì)。其中主程序OBI的功能是PLC首次運(yùn)行時(shí)利用SM0.1調(diào)用初始化程序SBRO。子程序SBRO的功能是形成PID的回路表，建立100ms的定時(shí)中斷，并且開中斷。程序如圖13所示。中斷程序INT0的功能是輸入水箱的水面高度AIW0的值，并送人回路表。I0.1=1時(shí)進(jìn)行PID“自動(dòng)”控制，把PID運(yùn)算的輸出值送到AQWO中，從而控制進(jìn)水泵的速度，以保持水箱的水面高度。22第八章 程序設(shè)計(jì)8.1 主程序設(shè)計(jì)主程序鍋爐起停控制模擬量輸入循環(huán)泵控制補(bǔ)水泵控制鼓風(fēng)機(jī)控制通信控制圖 14 主程序結(jié)構(gòu)8.2 子程序

46、設(shè)計(jì)(1) 鍋爐啟/?？刂瞥绦蛲瓿慑仩t中鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和爐排電機(jī)的啟/?？刂坪瓦h(yuǎn)程/就地控制的切換。每臺(tái)鍋爐的控制程序都相同，下面鍋爐電機(jī)啟/停控制程序梯形圖，其它鍋爐程序相似，此處不再重復(fù)。圖 15 鍋爐啟動(dòng)前狀態(tài)檢測(cè)鍋爐起?？刂瞥绦虻墓δ苁清仩t檢測(cè)，沒有異常狀態(tài)，輸出鍋爐允許啟動(dòng)信號(hào)。這個(gè)條件無論是自動(dòng)控制還是手動(dòng)控制都需要給到鍋爐燃燒機(jī)才能啟動(dòng)鍋爐。(2) 鍋爐啟動(dòng)的程序：23圖 16 啟動(dòng)程序鍋爐啟動(dòng)過程：首先、判斷是自動(dòng)啟動(dòng)還是手動(dòng)啟動(dòng)；第二、判斷是否有啟動(dòng)信號(hào)，是何種啟動(dòng)信號(hào)（自動(dòng)啟動(dòng)/手動(dòng)啟動(dòng)）；第三、判斷鍋爐閥是否打開，也就是說鍋爐本體是否能夠形成水循環(huán)。這樣做的目的是處于安全

47、的考慮，如果鍋爐本體水流不能循環(huán)會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。鍋爐閥沒有打開，那么如圖 16 所示的鍋爐啟動(dòng)前提條件必不滿足，鍋爐允許啟動(dòng)信號(hào)不滿足導(dǎo)致鍋爐不能啟動(dòng)。待鍋爐碟閥打開后啟動(dòng)條件滿足，啟動(dòng)程序輸出啟動(dòng)信號(hào)；需要注意的一點(diǎn)是自動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)的互鎖，即選擇自動(dòng)控制時(shí)復(fù)位手動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，選擇手動(dòng)控制時(shí)，復(fù)位自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)。第四、鍋爐啟動(dòng)信號(hào)輸出。(3) 鍋爐停止的程序鍋爐停止是相對(duì)于鍋爐啟動(dòng)的一個(gè)逆向過程?？吹骄W(wǎng)絡(luò) 5 中代碼的作用是復(fù)位計(jì)時(shí)器和 PLC 的繼電器輸出。(4) 鍋爐的閥門控制模擬量控制的閥門一般是用 420 毫安電流信號(hào)控制閥門開度，對(duì)應(yīng)的閥門開度從 0%-100%，對(duì)應(yīng) PLC 內(nèi)存的

48、數(shù)據(jù)大小從 640032000。換句話說，我們24輸出一個(gè)大小在 6400 與 32000 之間的整數(shù)，即可傳送到閥門一個(gè)開度在 0 到100 之間的給定值。根據(jù)這個(gè)原理，設(shè)計(jì)代碼如下：圖 17 停止程序Network 1 / 三通閥閥門設(shè)置 LD SM0.0MOVW VW900, VW3600 /將數(shù)據(jù)傳如轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)區(qū)，VW900 是0100 的整數(shù)。AENO*I +256, VW3600 /數(shù)據(jù)乘以 256AENO25MOVW VW3600, VW3602AENO+I +6400, VW3602 /數(shù)據(jù)6400AENOMOVW VW3602, AQW0 /輸出給定值 (5) 鍋爐水泵的控制水

49、泵分為工頻控制和變頻控制工頻控制就是啟動(dòng)和停止 2 個(gè)控制點(diǎn)，相對(duì)變頻控制操作簡(jiǎn)單。變頻控制需要給定變頻器一個(gè)頻率給定值，一種方式是通信傳輸，另一種方式給定模擬量值。我們這里只介紹給定模擬量的控制方式。Network 1 / 變頻器給定 LD SM0.0MOVW VW940, VW3600 /VW940 為頻率給定值輸入，范圍050HZAENO*I +256, VW3600 /數(shù)據(jù)乘以 256AENOMOVW VW3600, VW3602AENO+I +6400, VW3602 /數(shù)據(jù)6400AENOMOVW VW3602, AQW2 /輸出給定值(6) 循環(huán)泵控制循環(huán)泵控制程序主要實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵

50、系統(tǒng)中水泵電機(jī)的啟/停控制、變頻器頻率設(shè)定、出水壓力 PID 控制等。系統(tǒng)根據(jù)出水壓力的設(shè)定值初步確定啟動(dòng)幾臺(tái)循環(huán)泵，每臺(tái)泵都通過變頻啟動(dòng)，切換到工頻運(yùn)行，最后其中一臺(tái)泵進(jìn)入變頻運(yùn)行，其它泵工頻運(yùn)行。然后通過壓力 PID 控制調(diào)節(jié)變頻器頻率，以穩(wěn)定出水壓力。循環(huán)泵控制程序的設(shè)計(jì)流程圖如圖 18 所示。26開始啟動(dòng)循環(huán)泵啟動(dòng) 1#變頻器啟動(dòng) 1#變頻器壓力不足否切換到工頻運(yùn)行啟動(dòng)另一臺(tái)泵壓力過大停止一臺(tái)泵另一臺(tái)切換到變頻運(yùn)行壓力控制 PID確定變頻器頻率結(jié)束啟動(dòng) 2#變頻器頻器是4否啟動(dòng)水泵是否是否圖 18 循環(huán)泵控制流程圖(7) 補(bǔ)水泵控制補(bǔ)水泵控制程序主要實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水泵系統(tǒng)中水泵電機(jī)的啟/?？刂?/p>

51、、變頻器頻率設(shè)定、補(bǔ)水壓力 PID 控制等。補(bǔ)水泵系統(tǒng)用 1#變頻器拖動(dòng) 1#補(bǔ)水泵，2#變頻器拖動(dòng) 3#補(bǔ)水泵。運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)回水壓力的設(shè)定值初步確定啟動(dòng)幾臺(tái)補(bǔ)水泵，若兩臺(tái)泵或者只用一臺(tái)即可滿足回水壓力，則只啟動(dòng) 1#泵系統(tǒng)或 3-4#泵系統(tǒng)27(包括 2#變頻器)，若需要兩臺(tái)以上泵才能達(dá)到回水壓力的設(shè)定值，則先用 1#變頻器(或 2#變頻器)啟動(dòng) 1-2#泵(或 3-4#泵)，切換到工頻運(yùn)行，然后再用 2#變頻器(或 1#變頻器)拖動(dòng) 3-4#泵(或 1-2#泵)，進(jìn)入變頻器運(yùn)行。最后通過壓力PID 控制調(diào)節(jié)變頻器頻率，穩(wěn)定回水壓力。補(bǔ)水泵控制程序的設(shè)計(jì)流程圖如圖19 所示。(8) PL

52、C 模擬量模塊轉(zhuǎn)換程序程序代碼/ 采樣 ：這段代碼主要作用是把 16 位（一個(gè)字）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)類型的數(shù)據(jù)，并且啟動(dòng)計(jì)數(shù)器和累加器LD SM0.0ITD LW0, LD26 /16 整數(shù)轉(zhuǎn)換為 32 位整數(shù)DTR LD26, LD30 /32 位整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)+R LD30, LD12 /啟動(dòng)累加器INCW LW16 /啟動(dòng)計(jì)數(shù)器Network 2 / 濾波與轉(zhuǎn)換：這段代碼通過一系列運(yùn)算進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波，并且將數(shù)值轉(zhuǎn)換為可讀性很好/ 同時(shí)累加器與計(jì)數(shù)器歸零便于下一次采集使用。LDW= LW16, LW6 /比較當(dāng)前采樣次數(shù)是否等于預(yù)制采樣次數(shù)ITD LW6, LD42DTR LD42, LD46 /將采樣次數(shù)有 16 位整數(shù)轉(zhuǎn)換位32 位實(shí)數(shù)MOVR LD12, LD18/R LD46, LD18 /求出采樣平均值MOVR 0.0, LD12 /清空累加器MOVW +0, LW16 /清空計(jì)數(shù)器-R 6400.0, LD18*R LD8, LD18 /轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)值+R LD2, LD18 /修正Network 3 LD SM0.0MOVR LD18, LD22 /輸出Network 4 28LD SM0.0 /返回主程序求比例