基于PLC的燃煤水暖鍋爐溫度控制

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程結(jié)業(yè)論文業(yè)：名：號：2012年06月21日摘要摘要本系統(tǒng)是基于PLC的燃煤水暖鍋爐溫度控制，在設(shè)計(jì)中主要有水位檢測、溫度檢測、壓力檢測、按鍵控制、水溫控制、水位控制、循環(huán)控制、壓力控制、顯示部分、故障報(bào)警等幾部分組成來實(shí)現(xiàn)供暖控制。主要用水位傳感器檢測水位，用數(shù)字溫度傳感器DS18820來檢測水溫，用五個(gè)控制按鍵來實(shí)現(xiàn)按健控制，用三位LED顯示器來完成顯示部分，用變頻器來控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，用壓力傳感器檢測鍋爐內(nèi)部壓力。并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號送入PLC中。把這些信號與PLC中內(nèi)部設(shè)定的值相比，以判斷PLC是否需要進(jìn)行相應(yīng)的操作，即是否需要打開鼓風(fēng)機(jī)，是否需要開啟補(bǔ)水泵，是否

2、需要加快循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速等操作，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動控制的目的。本設(shè)計(jì)用PLC控制易于實(shí)現(xiàn)鍋爐供暖、而且有造價(jià)低、程序易于調(diào)試、一部分出現(xiàn)故障不會影響其他部分的工作、維修方便、等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：PLC傳感器PIDI目錄目錄摘要I目錄II第一章供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)思路錯(cuò)誤！未定義書簽。1.1 供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)要求11.2 鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)11.3 整體方案選擇1第二章變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用.錯(cuò)誤！未定義書簽。2.1 變頻調(diào)速基本原理錯(cuò)誤！未定義書簽。2.2 變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用.錯(cuò)誤！未定義書簽。第三章鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1 系統(tǒng)功能分析錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2 總體設(shè)

3、計(jì)思路33.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。4.1 可編程控制器PLC的選型54.2 PLC配置錯(cuò)誤！未定義書簽。4.3 變頻器配置錯(cuò)誤！未定義書簽。4.4 傳感器與變送器84.5 .壓力變送器工作原理84.6 .壓力變送器選型84.7 .溫度傳感器選型8第五章系統(tǒng)構(gòu)成錯(cuò)誤！未定義書簽。5.1 補(bǔ)水泵控制系統(tǒng)105.2 循環(huán)泵控制系統(tǒng)錯(cuò)誤！未定義書簽。5.3 鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)12第六章PID控制原理錯(cuò)誤！未定義書簽。6.1 PID算法的實(shí)現(xiàn)136.2 應(yīng)用實(shí)例14第七章程序設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。7.1 主程序設(shè)計(jì)157.2 子程序設(shè)計(jì)15結(jié)論1參考文獻(xiàn)1ii計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程結(jié)

4、業(yè)論文1供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)思路1.1 供暖鍋爐改造設(shè)計(jì)要求(1) PLC容量和性能要與任務(wù)適應(yīng)，PLC滿足實(shí)時(shí)控制的要求；(2)確定所需PLC傳感器變頻器的型號、PLC接線圖和梯形圖；要有PLC的I/O接口地址分配表；(4)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)1.2 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)。啟動補(bǔ)水泵，用補(bǔ)水箱內(nèi)的水，加入到鍋爐。自來水補(bǔ)水箱:補(bǔ)水泵 : , "循環(huán)水

5、泵鼓風(fēng)機(jī)回水圖1總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.3 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(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，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動作保護(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)

6、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。173鍋爐系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)功能分析本文針對鍋爐進(jìn)行變頻改造，設(shè)計(jì)一套基于變

7、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(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/聯(lián)動模式本系統(tǒng)工作在單動/聯(lián)動兩種工作模式下。單動和聯(lián)動模式下均可實(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

8、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(bào)警按規(guī)定，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、壓力等信號超過上下限時(shí)，必須提示報(bào)警信息，對某些重要參數(shù)，還設(shè)置了報(bào)警聯(lián)動功能，即超限時(shí)停爐或停泵處理。3.2 總體設(shè)計(jì)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

9、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(shí)現(xiàn)就地控制。PLC采用西門子公司S7-200系歹PLC,通過I/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?，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(shí)保證供暖正常。3.3

10、 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系類可編程控制器：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#-2#補(bǔ)水泵=傳感器與變送器鍋爐本體圖3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 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(jià)格低廉，具有較高的性能/價(jià)格比，廣泛適用于一些

11、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(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

12、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PLCo經(jīng)比較計(jì)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(gè)模擬輸入（AIW）,1個(gè)模擬輸出（AQW）信號通道。輸入輸出信號接入端口時(shí)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(gè)字長（16bit）的數(shù)字信號；輸出信號接出端口時(shí)能夠自動完成D/A的轉(zhuǎn)換，一個(gè)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(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)字信號輸

13、入，26個(gè)數(shù)字信號輸出，以及4個(gè)模擬輸入信號，4個(gè)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。4.2 PLC配置（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(shí)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(bào)警。PLC輸入輸出端口地址的分配如下表1所示。I名稱輸入O名稱輸出I0.0SB1手動/

14、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，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，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，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Q1.1KM

15、103#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，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I2.3BP66#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/停止切換A

16、IW1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)水出口壓力表1I/O分配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)交流接觸器的動作，分別對應(yīng)變頻/工頻兩個(gè)工作狀態(tài)，PLC與這些交

17、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；止匕外，對于電動機(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。（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)?；溫度傳感器檢測的管網(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0-10V的電壓信號。4.3 變頻器配置近20年來，以功率晶體

18、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。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KA1o(2)變頻器的壓力反饋信號A12口一一接遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號。(3) R.S.T為電源輸入。2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(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

19、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S7-200PLC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。圖5變頻器接線原理圖4.4. 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

20、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。4.5. 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。具工作原理是：介質(zhì)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020mADC的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。4.6. 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

21、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420mADC標(biāo)準(zhǔn)信號。4.7. 溫度傳感器選型用DS18B20實(shí)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(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,測溫范圍：-55+125C,通過

22、編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式，分辨率可達(dá)0.0625C,12位精度的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms,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)測溫負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會因發(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

23、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)的一線工作協(xié)議流程：初始化總線上所有器件一一對ROM發(fā)操作指令一一發(fā)存儲器操作指令一一數(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，先用讀序列號的程序讀出每個(gè)DS18B20的序列號，然后每個(gè)序列號分別對應(yīng)系統(tǒng)中的編號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。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，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，

24、匹配下一個(gè)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）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)確的測量溫度值。能夠滿足我們實(shí)際檢測的要求。在實(shí)際的工程應(yīng)用中

25、，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(shí)可以增加它的耐壓，耐腐蝕性能。當(dāng)某個(gè)DS18B20損壞后，我們把好的DS18B20先讀出其序列號，再換接到系統(tǒng)中。5系統(tǒng)構(gòu)成5.1 補(bǔ)水泵控制系統(tǒng)圖6補(bǔ)水系統(tǒng)方案圖在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(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)的額定電流來確定。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。在控制電路的設(shè)計(jì)中，首先

26、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(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(gè)電流互感器，電流互感器和熱繼電器、兩個(gè)電流表連接。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

27、泵采用變頻控制啟動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2#補(bǔ)水泵，2#補(bǔ)水泵采用工頻控制。以此類推啟動3#。圖7補(bǔ)水泵系統(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(shí)現(xiàn)分組的組內(nèi)自動循環(huán)，所以電路

28、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(shí)現(xiàn)組內(nèi)互鎖的時(shí)候，嚴(yán)禁出現(xiàn)一臺電動機(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電動機(jī)相連，而且當(dāng)大容量電動機(jī)變頻工作的時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)的，當(dāng)選擇一組機(jī)組運(yùn)行時(shí)，按下另一組起動按鈕則為無效操作?？刂齐娐分羞€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

29、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)。5.2 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8所示。5.3 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)配置一個(gè)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。6PID控制原理6.1 PID算法的實(shí)現(xiàn)在模擬量閉環(huán)

30、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)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：tM(t)=Kc*eedtMoKc*de/dt0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。(2

31、) 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)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：PIDTBL,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(shí)，要把實(shí)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(shí)數(shù)。標(biāo)

32、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)動模擬量的輸出負(fù)載，實(shí)現(xiàn)控制。轉(zhuǎn)換方法如下：應(yīng)用實(shí)例中斷程序中的程序片斷。(5) 選才?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(shí)間n設(shè)置為無窮大，此時(shí)雖然由于有初

33、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)。6.2 應(yīng)用實(shí)例系統(tǒng)使用比例積分微分控制。設(shè)采用下列控制參數(shù)值：K為0.25,T為0.1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(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）

34、。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(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)啟動時(shí)，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(shí)水泵控制由手動方式切換到自動方式。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位控制手動到自動方式的切換，0代表手動，1代表自動。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(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)過程變

35、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。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。10.1=1時(shí)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。7程序設(shè)計(jì)7.1主程序設(shè)計(jì)鍋爐模擬：4循環(huán)：s主程序補(bǔ)水:鼓風(fēng)：通信：圖9主程序結(jié)構(gòu)7.2子程序設(shè)計(jì)(1)鍋爐啟/停控制程序完成鍋爐中鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和爐排電機(jī)的啟

36、/?？刂坪瓦h(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/停控制程序梯形圖，其它鍋爐程序相似，此處不再重復(fù)。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(gè)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。鍋爐啟動過程是這樣的：1、判斷是自動啟動還是手動啟動；2、判斷是否有啟動信號，是何種啟動信號(自動啟動/手動啟動)；3、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的考慮，如果鍋爐本體水流不能循環(huán)會發(fā)生危險(xiǎn)。4、鍋爐啟動信號輸出。鍋爐閥沒有打開，那么如圖所示的鍋爐啟動前提條件必不滿足，鍋爐允許啟動信號不

37、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(shí)復(fù)位手動啟動信號，選擇手動控制時(shí)，復(fù)位自動啟動信號。(3)鍋爐停止的程序鍋爐停止是相對于鍋爐啟動的一個(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4-20毫安電流信號控制閥門開度，對應(yīng)的閥門開度從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(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。Network1/三通閥閥門設(shè)置

38、LDSM0.0MOVWVW900,VW3600AENO*1+256,VW3600AENOMOVWVW3600,VW3602AENO+I+6400,VW3602AENOMOVWVW3602,AQW0(5)鍋爐水泵的控制水泵分為工頻控制和變頻控制，對變頻控制操作簡單。變頻控制需要通信傳輸，另一種方式給定模擬量值。Network1/變頻器給定LDSM0.0MOVWVW940,VW3600AENO將數(shù)據(jù)傳如轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)區(qū)，VW900是0 100的整數(shù)。/數(shù)據(jù)乘以256/ 數(shù)據(jù) + 6400輸出給定值工頻控制就是啟動和停止 2個(gè)控制點(diǎn)，相 給定變頻器一個(gè)頻率給定值，一種方式是我們這里只介紹給定模擬量的控制方

39、式。/VW940為頻率給定值輸入，范圍 050HZ/數(shù)據(jù)乘以256/ 數(shù)據(jù) + 6400輸出給定值*I+256,VW3600AENOMOVWVW3600,VW3602AENO+I+6400,VW3602AENOMOVWVW3602,AQW2(6)循環(huán)泵控制循環(huán)泵控制程序主要實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵系統(tǒng)中水泵電機(jī)的啟/?？刂啤⒆冾l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(jì)流程圖如圖10所示。（7）補(bǔ)水泵控制補(bǔ)水泵控制

40、程序主要實(shí)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(shí)，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。結(jié)論結(jié)論在理論上將以上設(shè)計(jì)應(yīng)用到供暖鍋爐系統(tǒng)后，連接好輸入輸出分配和主電路，按照步驟進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過程會全部通過，完全滿足供暖鍋爐的