基于PLC工業(yè)鍋爐設(shè)計改造

1、基于基于 PLCPLC 的工業(yè)鍋爐設(shè)計改造的工業(yè)鍋爐設(shè)計改造摘要摘要本文設(shè)計了一套基于本文設(shè)計了一套基于PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng)。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機(jī)的啟動、運(yùn)行和調(diào)速。等構(gòu)成。系統(tǒng)通過變頻器控制電動機(jī)的啟動、運(yùn)行和調(diào)速。該設(shè)計以西門子該設(shè)計以西門子S7-200系列可編程控制器為核心，一方面通過操系列可編程控制器為核心，一方面通過操作臺與作臺與PLC通訊，接收管理者的控制命令。另一方面與各變頻器進(jìn)通訊，接收管理者的控制命

2、令。另一方面與各變頻器進(jìn)行通信，分別對鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵和補(bǔ)水泵等進(jìn)行啟停控制和電機(jī)的行通信，分別對鼓風(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，轉(zhuǎn)速設(shè)定，操作人員也隨時可以通過操作臺，了解現(xiàn)操作人員也隨時可以通過操作臺，了解現(xiàn)場每臺鍋爐的場每臺鍋爐的運(yùn)行狀況，對風(fēng)機(jī)、水泵等電機(jī)進(jìn)行啟停控制?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計采運(yùn)行狀況，對風(fēng)機(jī)、水泵等電機(jī)進(jìn)行啟?？刂?。控制系統(tǒng)的設(shè)計采用比例積分的用比例積分的PID控制?？刂?。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：鍋爐控制，變頻器，鍋爐控制，變頻器，PLC ，PIDThe design of heating boiler auto control reformation system

3、 baseon PLC technologyAbstractIn this Paper,a heating boiler control system based on PLC and variable frequency Speed-regulating technology is designed. The control system is made up of PLC,transducers,electromotor units of Pumps and fans, sensors, etc. It can control electromotor starting,running a

4、nd timing by means of transducers.The design is based on Siemens S7-200 series programmable controller as the core; on the one hand through the console it can communicate with the PLC, to receive control commands from managers. On the other hand it communicate with the variable frequency Speed-regul

5、ating, to fulfilled such as starting and stopping pump motor control and speed settings, the operator at console can find out at the scene of the operation of each boiler to fans, pumps and other motor control to start and stop. at any time.Key words：boiler control, variable frequency Speed-regulati

6、ng, PLC technology目目 錄錄1 緒論.12 供暖鍋爐改造設(shè)計思路.12.1 供暖鍋爐改造設(shè)計要求.12.2 鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).22.3 整體方案選擇.23 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用.33.1 變頻調(diào)速基本原理.33.2 變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用.44 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計.44.1 系統(tǒng)功能分析.44.2 總體設(shè)計思路.54.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).55 系統(tǒng)硬件設(shè)計.65.1 可編程控制器 PLC 的選型.65.2 PLC 配置.65.3 I/O 接線.85.4 變頻器配置.85.5 傳感器與變送器.95.5.1 壓力變送器工作原理.105.5.2 壓力變送器選型.105.

7、5.3 溫度傳感器選型.106 系統(tǒng)構(gòu)成.116.1 補(bǔ)水泵控制系統(tǒng).116.2 循環(huán)泵控制系統(tǒng).136.3 燃燒控制系統(tǒng).147 PID 控制原理.158 程序設(shè)計.188.1 主程序設(shè)計.148.2 子程序設(shè)計.149 結(jié)束語.26致謝.26參考文獻(xiàn).261 緒論鍋爐是供熱設(shè)備中最普遍的動力設(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。對于鍋爐這個復(fù)雜的系統(tǒng)，由于其內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換機(jī)理過于復(fù)雜，采用

8、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)事故隱患時，操作人員難以及時發(fā)現(xiàn)，很

9、容易造成運(yùn)行中設(shè)備的事故。 該設(shè)計對整個鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測、報警、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)計時，對鍋爐水位、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，能完成對給水、鼓風(fēng)等進(jìn)行自動控制，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，同時對運(yùn)行參數(shù)如壓力、溫度等進(jìn)行顯示，還可對水位、壓力、爐溫等參數(shù)越限時報警，發(fā)出聲光信號。由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護(hù)、自診斷等功能，所以抗干擾能力強(qiáng)，能置于環(huán)境

10、惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中，故障率低。PLC編程簡單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，用于水暖鍋爐控制能提高性能價格比，如果從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，其壽命長，故障率低，易于維修，所以選用1。2 供暖鍋爐改造設(shè)計思路2.1 供暖鍋爐改造設(shè)計要求(1)PLC容量和性能要與任務(wù)相適應(yīng)，PLC運(yùn)行速度要滿足實時控制的要求(2)要確定PLC的型號、需要的傳感器和變頻器的型號、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/自動轉(zhuǎn)換、在線監(jiān)控及在現(xiàn)場調(diào)試、驅(qū)動電機(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)水泵等部分組成。補(bǔ)水箱內(nèi)的水由兩路提供。一路是

11、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。啟動補(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)采用異步電動機(jī)直接驅(qū)動的方式運(yùn)行，存在啟動電流大、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，

12、而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時不能瞬間動作保護(hù)設(shè)備，時常出現(xiàn)泵損壞同時電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。對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)行報警。第二個方案用可編程控制器PLC對原來的繼電接觸式電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，改造后可以減少強(qiáng)電元?dú)饧?shù)目，而且增加了一些故障自診斷功能。提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，安全性。使電氣

13、控制系統(tǒng)的工作更加靈活，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動的工藝條件。因此我們選擇第二種方案。3 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，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時，既可節(jié)約能量，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。由異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： (1)pSfSnn/ )1 (

14、60)1 (0式中， 異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速r/min；n 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速r/min；0n 電動機(jī)的磁極對數(shù)；p 電源頻率，電動機(jī)定子電壓頻率；f 轉(zhuǎn)速差； S (2)%10000nnns由公式可見改變電動機(jī)極對數(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 逆變器直流u1f1交流VVVF交流u2f2交流u1

15、f1交流圖2 變頻器種類(1)交-直-交變頻器它是由三個環(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)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

16、變頻調(diào)速可以實現(xiàn)電機(jī)無級調(diào)速，具有異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速和串級調(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。4 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計4. 1 系統(tǒng)功能分析u2f2VVVF本文針對鍋爐進(jìn)行變頻改造，設(shè)計一套基于變頻調(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，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。通過操作臺和可編程控制器對鍋爐系統(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)水泵實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。同時，也可直接操作變頻控制柜，實現(xiàn)就地控制。(2)單動/聯(lián)動模式本系統(tǒng)工作在單動/聯(lián)動兩種工作模式下。單動和

17、聯(lián)動模式下均可實現(xiàn)遠(yuǎn)程/就地控制和參數(shù)設(shè)定，但單動模式下，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)，提高了自動化水平。(3)檢測功能系統(tǒng)通過安裝在鍋爐現(xiàn)場的各類傳感器，可檢測出水溫度、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)均可在操作臺顯示上顯示出來。(4)超溫超壓報警按規(guī)定，鍋爐控制系統(tǒng)必須包含超溫超壓報警功能，當(dāng)系統(tǒng)中的溫度、壓力等

18、信號超過上下限時，必須提示報警信息，對某些重要參數(shù)，還設(shè)置了報警聯(lián)動功能，即超限時停爐或停泵處理。4.2 總體設(shè)計思路針對鍋爐房的現(xiàn)狀，本系統(tǒng)對鍋爐房的鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵等設(shè)備進(jìn)行變頻改造。每臺鼓風(fēng)機(jī)配置一臺變頻器，共2臺。對于4臺循環(huán)泵，給其中兩臺容量較大的電機(jī)配置兩臺變頻器，另外容量較小的電機(jī)不配備變頻器，作為備用。對于4臺補(bǔ)水泵，也配置兩臺變頻器，給其中兩臺容量較大的電機(jī)配置兩臺變頻器，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柜內(nèi)，置于變頻控制室，操作變頻控制柜的面板，可實現(xiàn)就地控制。PLC采用西門子公司S7-200系列PLC，通過1/O模塊控制控制柜內(nèi)所有斷路器、

19、接觸器和繼電器等開關(guān)設(shè)備，以實現(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/停控制，原有的手動控制部分(操作臺部分)均予保留，一旦變頻控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可自動或手動轉(zhuǎn)為原有的手動方式控制，從而可避免造成供暖中斷，切實保證供暖正常。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（帶變頻器）1#-2#鼓風(fēng)機(jī)1#-4#循環(huán)泵1#-4#補(bǔ)水泵鍋爐

20、本體傳感器與變送器圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖5 系統(tǒng)硬件設(shè)計5.1 可編程控制器PLC的選型由于供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少，因此PLC選用德國Siemens公司的S7-200型。S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性能/價格比，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)議簡單等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(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，其開關(guān)量輸出(DQ)為10點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出；

21、開關(guān)量輸入為14點(diǎn)，輸入形式為+24V直流輸入。由于實際的開關(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EM223CN型模塊，該模塊有16個開關(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、電機(jī)頻率信號和同相比較信號傳輸給PLC。經(jīng)比較計算后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號，選擇了EM235CN模擬量擴(kuò)展模塊。該模塊有4個模擬輸入(AIW)，1個模擬輸出(AQW)信號通道。輸入輸出信號接入端口時能夠自動完成了A/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號能夠轉(zhuǎn)換成一個字長(16bit)的數(shù)字信號；輸出信號接出端口時能夠自動完成D/A的轉(zhuǎn)換，

22、一個字長(16bit)的數(shù)字信號能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。EM235模塊可以針對不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號，通過DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng) PLC的選型包括一個CPU224CN主模塊，1個EM223CN擴(kuò)展模塊，3個EM235模擬量擴(kuò)展模塊。如此PLC總共有30個數(shù)字信號輸入，26個數(shù)字信號輸出，以及4個模擬輸入信號，4個模擬輸出信號。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)型號主控單元S7-200端子型220V AC24VDC繼電器12K24 點(diǎn)14I/10OCPU 224XP CN數(shù)字量擴(kuò)展單S7-200 端子

23、型24VDC 24VDC繼電器32 點(diǎn)16I/16OEM223 CN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)計要求和所需控制的現(xiàn)場設(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，自動控制系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行時間的長短來調(diào)整選擇不同的機(jī)組運(yùn)行。要求控制的現(xiàn)場設(shè)備有兩臺電機(jī)接觸器的動作，變頻器的控制端子，熱繼電器輸入及報警。PLC輸入輸出端口地址的分配如下表2所示。表

24、2 I/O分配I名稱輸入O名稱輸出I0.0SB1手動/自動/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/自動/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/自動/停止選擇Q0.6KM71#循環(huán)水泵變頻運(yùn)行I0.7SB8鼓風(fēng)機(jī)啟動按鈕Q0.7KM81#循環(huán)水泵工頻運(yùn)行I1.0SB9鼓風(fēng)機(jī)停止按鈕Q1.0KM92#循環(huán)水

25、泵運(yùn)行I1.1FR1-4補(bǔ)水泵電機(jī)過載輸入Q1.1KM10 3#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Q2.0KM11 3#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Q2.1KM12 4#循環(huán)水泵運(yùn)行I1.4BP11#變頻器故障輸入Q2.2KM13 1#鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行I1.5BP22#變頻器故障輸入Q2.3KM14 2#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I2.3BP66#變頻器故障輸入Q2.7DL電鈴報

26、警AIW0循環(huán)水出口溫度Q3.0KA11#變頻器啟動/停止切換AIW1循環(huán)水出口壓力Q3.1KA22#變頻器啟動/停止切換AIW2補(bǔ)水出口溫度Q3.2KA33#變頻器啟動/停止切換AIW3補(bǔ)水出口壓力Q3.3KA44#變頻器啟動/停止切換Q3.4KA55#變頻器啟動/停止切換Q3.5KA66#變頻器啟動/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)輸入端口自動控制系統(tǒng)PLC的輸入端口包括機(jī)組啟動/停止按鈕，另外PLC輸入端口還包括電動機(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)。和變頻器故障輸入信號。(2)輸出端口PLC的輸出端口包括電機(jī)交流接觸

27、器的動作，分別對應(yīng)變頻/工頻兩個工作狀態(tài)， PLC與這些交流接觸器的連接是通過中間繼電器來實現(xiàn)的，可以實現(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。對于變頻器，需要一個中間繼電器來控制變頻器的通斷，來實現(xiàn)變頻器的運(yùn)行和停止；此外，對于電動機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，報警指示輸出既需要3個端口顯示哪一部分電機(jī)故障，也需要一個輸出端子進(jìn)行蜂鳴器報警輸出。5.2.2 PLC的模擬量輸入、輸出點(diǎn)自動控制系統(tǒng)PLC的模擬輸入端口包括壓力傳感器檢測的管網(wǎng)壓力信號，壓力信號是以標(biāo)準(zhǔn)電流信號4-20mA進(jìn)行傳輸?shù)模粶囟葌鞲衅鳈z測的管網(wǎng)溫度信號。變頻器反饋的電機(jī)頻率信號，電機(jī)頻率信號是0

28、-10V的電壓信號。5.3 I/O接線 I/O接線圖如附錄1所示。5.4 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控制原理實現(xiàn)異步電動機(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。5.4.1 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)，針對本系統(tǒng)的應(yīng)用情況，可將變頻器端子上的信號分為：1 輸入信號：(1)控制變頻器運(yùn)行的啟停信號DI1PLC的KA1。(2)變頻器的壓力反饋信號A12口接遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號。(3)R.S.T為電源輸入。PERSTPEUVWDI1+24VAI2+AI2-PLC接電機(jī)KA1變頻器內(nèi)

29、置 PID2 輸出信號：(1)RO1：為數(shù)字量輸出口，變頻器內(nèi)部出現(xiàn)故障時，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口實現(xiàn)。整個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)的通訊來實現(xiàn)的，選用的s7-200PLC和Asc

30、601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。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設(shè)定值圖 5 變頻器接線原理圖5.5 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并傳送給可編程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。5.5.1 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 信號傳輸技術(shù)，測量元件內(nèi)無中介液體,是完全固體的。其工作原理是：介質(zhì)

31、壓力直接作用于陶瓷膜片,使測量膜片產(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、放大和轉(zhuǎn)換為 020mA DC 的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。5.5.2 壓力變送器選型壓力檢測元件采用 E+H 公司的 PMC133 型壓力變送器。PMC133 型壓力變送器相對壓力的最大測量范圍為 040MPa , 最小測量范圍為 01kPa , 更換測量元件可以改變壓力測量范圍。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線性地轉(zhuǎn)換成 420mA DC 標(biāo)準(zhǔn)信號。5.5.3 溫度傳感器選型用 DS18B20 實現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測，這種測量方法需要溫度傳感器的精度高,體積

32、小,測量電路簡單,而且能夠在高溫下工作。所以我們選用美國 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 與微處理器連接時僅需要一條口線就可以實現(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測溫范圍：-55+125通過編程可實現(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)換時間為 750 ms 用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能,多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上,實現(xiàn)多點(diǎn)測溫負(fù)壓特性,電源極性接反時,溫度計

33、不會因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作每個 DS18B20 都分配了一個獨(dú)一無二的 64 位序列碼,允許多個 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),但實際應(yīng)用的時候,由于DS18B20 采用的是1-Wire 總線協(xié)議方式,即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,因此,對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。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 時的一線工作協(xié)議流程：

34、初始化總線上所有器件對ROM 發(fā)操作指令發(fā)存儲器操作指令數(shù)據(jù)處理。操作過程的工作時序包括初始化時序,讀時序和寫時序。在接入系統(tǒng)之前,先用讀序列號的程序讀出每個DS18B20 的序列號,然后每個序列號分別對應(yīng)系統(tǒng)中的編號1n ,讀的時候把要讀的那個DS18B20掛在總線上, 讀完后再換另一個, 同時記錄每個DS18B20 的序列號。系統(tǒng)運(yùn)行時,初始化完成后,匹配序列號,然后讀對應(yīng)傳感器的溫度值,讀完后,匹配下一個序列號,再讀對應(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,當(dāng)總線(信號線)

35、 為高時穩(wěn)定電源的提供是通過單線上的上拉電阻實現(xiàn),總線信號為低時則由其內(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掛接135個DS18B20 可以穩(wěn)定,準(zhǔn)確的測量溫度值。能夠滿足我們實際檢測的要求。在實際的工程應(yīng)用中,由于DS18B20 要放在水里測量溫度,我們用圓柱狀的不銹鋼的傳感器外殼套在DS18B20 上對其進(jìn)行密封,以防止進(jìn)水短路,同時可以增加它的耐壓,耐腐蝕性能。當(dāng)某個DS18B20損壞后,

36、我們把好的DS18B20 先讀出其序列號,再換接到系統(tǒng)中。以18B20為核心組成的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)見圖6。GNDDQVCCR15.1KVCC圖 6 18B20 組成的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)6 系統(tǒng)構(gòu)成6.1 補(bǔ)水泵控制系統(tǒng)6.1.1 補(bǔ)水泵系統(tǒng)方案圖報警部分顯示部分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)計中，采用2臺變頻器，其中1#,3#水泵電機(jī)有變頻/工頻兩種工作狀態(tài)，每臺電機(jī)都通過兩個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空氣開關(guān)，來實現(xiàn)電機(jī)、變頻器的接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電流

37、來確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動機(jī)的容量適當(dāng)選擇4。在控制電路的設(shè)計中，首先要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問題。在整個控制系統(tǒng)中，所有控制電機(jī)、閥門接觸器的動作，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)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。由于每臺電機(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，必須在每臺電機(jī)三相輸入電源前面都接入兩個電流互感器，電流互感器和熱繼電器、兩個電流表

38、連接，如圖8所示。圖8是電流互感器的接線圖，兩個電流表一個安裝在控制柜上，另一個安裝在操作臺上，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)測電機(jī)的工作狀態(tài)，同時熱繼電器可以實現(xiàn)對電動機(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，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后仍不能滿足要求時，讓 1#補(bǔ)水泵工作于工頻同時啟動 2#補(bǔ)水泵，2#補(bǔ)水泵采用工頻控制。以此類推啟動 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)水泵系統(tǒng)電

39、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機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時，需要調(diào)換輸出端子(U, V, W)的任意兩相。特別是對于有變頻/工頻兩種狀態(tài)的電動機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機(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)是實現(xiàn)分組的組內(nèi)自動循環(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機(jī)的互鎖，組間互鎖是指不同機(jī)組之間電動機(jī)的互鎖。在實現(xiàn)組內(nèi)互鎖的時候，嚴(yán)

40、禁出現(xiàn)一臺電動機(jī)同時接在工頻電源和變頻電源的情況，同時要求變頻器始終只與一臺電動機(jī)相連，而且當(dāng)大容量電動機(jī)變頻工作的時候，小容量電動機(jī)要么是工頻工作運(yùn)行，要么是停止工作。所以在大容量電動機(jī)變頻工作的時候，要自動切斷小容量電動機(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 的輸入端口來實現(xiàn)的，當(dāng)選擇一組機(jī)組運(yùn)行時，按下另一組起動按鈕則為無效操作。 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，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)和閥門的工作狀態(tài)

41、。6.2 循環(huán)泵控制系統(tǒng)循環(huán)泵控制系統(tǒng)有 4 臺循環(huán)泵，本系統(tǒng)配置兩臺變頻器，另外一臺作為備用。每臺循環(huán)泵均通過變頻器啟動，并根據(jù)負(fù)荷的變化切換到工頻運(yùn)行，變頻器啟動下一臺循環(huán)泵，依次類推，最后其中一臺循環(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。 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 臺鼓風(fēng)機(jī)，本文對每臺鼓風(fēng)機(jī)配置

42、一個變頻控制柜，每臺電機(jī)配置一臺變頻器。其電氣控制原理相對簡單。 FR9KM13PEQF13變頻器FR10PEQF14KM14變頻器M1M2圖 11 鼓風(fēng)機(jī)電氣圖7 PID控制原理7.1 PID 算法的實現(xiàn)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)的編程和實現(xiàn)變得非常容易。如果一個PID 回路的輸出 M(t)是

43、時間的函數(shù)，則可以看作是比例項、積分項和微分項三部分之和。即： （3）dtdeKcMedteKctMt/)(00以上各量都是連續(xù)量，第一項為比例項，最后一項為微分項，中間兩項為積分項。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，同時各信號也要離散化，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個用來控制和監(jiān)視PID運(yùn)算的參數(shù)，在PID指令使用時構(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

44、數(shù)據(jù)格式I0類型中斷描述過程變量(PVn)0雙字，實數(shù)I過程變量，0.01.0設(shè)定值（SPn）4雙字，實數(shù)I給定值，0.01.0輸出值（Mn）8雙字，實數(shù)I0輸出值，0.01.0增益（Kc）12雙字，實數(shù)I比例常數(shù)，正、負(fù)采樣時間（Ts）16雙字，實數(shù)I單位為秒正數(shù)積分時間（Ti）20雙字，實數(shù)I單位為分鐘，正數(shù)微分時間（Td）24雙字，實數(shù)I單位為分鐘，正數(shù)積分項前值（Mx）28雙字，實數(shù)I0積分項前值，0.01.0過程變量前值PVn-132雙字，實數(shù)I0最近一次PID變量值(2)PID指令使能輸入有效時，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

45、數(shù)據(jù)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，是 07 的常數(shù)。指令格式：PID TBL， LOOP (3)PID回路號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，否則會產(chǎn)生意外的后果。(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，要把實際測量輸入量、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)化實數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)又分為雙極性(圍繞 0.5 上下變化)和單極性(以 0.0

46、 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)行時把各個標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)量用離散化 PID 算式進(jìn)行處理，產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)化的實數(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)動模擬量的輸出負(fù)載，實現(xiàn)控制。轉(zhuǎn)換方法如下：應(yīng)用實例中斷程序中的程序片斷。(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：把積分時間 n 設(shè)置為無窮大，此時雖然由于有初值 MX 使積分項不為零，但積分作用

47、可以忽略。關(guān)閉微分回路：把微分時間 TD設(shè)置為 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。（6）應(yīng)用實例系統(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時的水位，過程變量是由漂浮在水面的水位測量儀給出。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單極性模擬量，用來控制水泵速度。這個模擬量的范圍是 0.01.0，分辨率為

48、1/32000(標(biāo)準(zhǔn)化)。本文的特點(diǎn)是在系統(tǒng)中，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。其增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定。實際上還需要進(jìn)一步調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)控制效果。系統(tǒng)啟動時，關(guān)閉出水口，用手動控制進(jìn)水泵速度，使水位達(dá)到滿水位的 75，然后打開出水口，同時水泵控制由手動方式切換到自動方式。這種切換由一個輸入的開關(guān)量控制，具體描述如下：I0.0 位控制手動到自動方式的切換，0 代表手動，1 代表自動。圖13 PID程序當(dāng)工作在手動方式下，可以把水泵的速度(0.01.0之間的實數(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，要注意積分作用引起的超調(diào)問題

49、。為了避免這一現(xiàn)象，可以加一些保護(hù)。比如當(dāng)過程變量達(dá)到甚至超過設(shè)定值時，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控制方式的設(shè)計。其中主程序OBI的功能是PLC首次運(yùn)行時利用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時進(jìn)行PID“自動”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。8 程序設(shè)計8.1 主程序設(shè)計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

50、圖 14 主程序結(jié)構(gòu)8.2 子程序設(shè)計(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/停控制和遠(yuǎn)程/就地控制的切換。每臺鍋爐的控制程序都相同，下面鍋爐電機(jī)啟/?？刂瞥绦蛱菪螆D，其它鍋爐程序相似，此處不再重復(fù)。圖 15 鍋爐啟動前狀態(tài)檢測鍋爐起?？刂瞥绦虻墓δ苁清仩t檢測，沒有異常狀態(tài)，輸出鍋爐允許啟動信號。這個條件無論是自動控制還是手動控制都需要給到鍋爐燃燒機(jī)才能啟動鍋爐。(2) 鍋爐啟動的程序：圖 16 啟動程序鍋爐啟動過程是這樣的：首先、判斷是自動啟動還是手動啟動；第二、判斷是否有啟動信號，是何種啟動信號（自動啟動/手動啟動）；第三、判斷鍋爐閥是否打開，也就是說鍋爐本體是否

51、能夠形成水循環(huán)。這樣做的目的是處于安全的考慮，如果鍋爐本體水流不能循環(huán)會發(fā)生危險。鍋爐閥沒有打開，那么如圖 16 所示的鍋爐啟動前提條件必不滿足，鍋爐允許啟動信號不滿足導(dǎo)致鍋爐不能啟動。待鍋爐碟閥打開后啟動條件滿足，啟動程序輸出啟動信號；需要注意的一點(diǎn)是自動啟動和手動啟動信號的互鎖，即選擇自動控制時復(fù)位手動啟動信號，選擇手動控制時，復(fù)位自動啟動信號。第四、鍋爐啟動信號輸出。(3) 鍋爐停止的程序鍋爐停止是相對于鍋爐啟動的一個逆向過程?？吹骄W(wǎng)絡(luò) 5 中代碼的作用是復(fù)位計時器和 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 毫安電流信號控制閥門開度，對應(yīng)的閥門開度從

52、 0%-100%，對應(yīng) PLC 內(nèi)存的數(shù)據(jù)大小從640032000。換句話說，我們輸出一個大小在 6400 與 32000 之間的整數(shù)，即可傳送到閥門一個開度在 0 到 100 之間的給定值。根據(jù)這個原理，我們設(shè)計代碼如下：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 256AENOMOVW VW3600, VW3602AENO+I +6400, VW3602 /數(shù)據(jù)6400AENOMOVW VW3602, AQW0 /

53、輸出給定值 (5) 鍋爐水泵的控制水泵分為工頻控制和變頻控制工頻控制就是啟動和停止 2 個控制點(diǎn)，相對變頻控制操作簡單。變頻控制需要給定變頻器一個頻率給定值，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)

54、循環(huán)泵控制循環(huán)泵控制程序主要實現(xiàn)循環(huán)泵系統(tǒng)中水泵電機(jī)的啟/?？刂?、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)定值初步確定啟動幾臺循環(huán)泵，每臺泵都通過變頻啟動，切換到工頻運(yùn)行，最后其中一臺泵進(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)計流程圖如圖 18 所示。開始啟動循環(huán)泵啟動 1#變頻器啟動 1#變頻器壓力不足否切換到工頻運(yùn)行啟動另一臺泵壓力過大停止一臺泵另一臺切換到變頻運(yùn)行壓力控制 PID確定變頻器頻率結(jié)束啟動 2#變頻器頻器是4否啟動水泵是否是否圖 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

55、現(xiàn)補(bǔ)水泵系統(tǒng)中水泵電機(jī)的啟/?？刂?、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 1#補(bǔ)水泵，2#變頻器拖動 3#補(bǔ)水泵。運(yùn)行時，系統(tǒng)根據(jù)回水壓力的設(shè)定值初步確定啟動幾臺補(bǔ)水泵，若兩臺泵或者只用一臺即可滿足回水壓力，則只啟動 1#泵系統(tǒng)或 3-4#泵系統(tǒng)(包括 2#變頻器)，若需要兩臺以上泵才能達(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 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 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)計流程

56、圖如圖 19 所示。(8) PLC 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（一個字）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實數(shù)類型的數(shù)據(jù)，并且啟動計數(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)換為實數(shù)+R LD30, LD12 /啟動累加器INCW LW16 /啟動計數(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/ 同時累加器與計數(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,