蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)基于西門子S7-300的40t蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)摘要隨著社會經(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。目前，我國大部分地區(qū)冬季生活供暖仍然以鍋爐供暖為主，鍋爐房自動控制系統(tǒng)配置相對落后，風(fēng)機(jī)和水泵等電機(jī)的控制主要依賴值班人員的手工操作，控制過程繁瑣，耗電耗煤，而且手動控制無法對鍋爐供水溫度和管網(wǎng)壓力變化及時做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。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)。該控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、風(fēng)機(jī)和水泵電機(jī)、傳感器、以及控制柜等構(gòu)成。系統(tǒng)主要包括四個控制回路：鍋爐汽包水位控制回路、水溫控制回路、爐排控制回路和爐膛負(fù)壓控制回路。系統(tǒng)通過變頻器控制電動機(jī)的啟動、運(yùn)行和調(diào)速。系統(tǒng)以西門子S7-300可編程控制器為下位機(jī)。下位機(jī)控制程序采用西門子公司的STEP7編程軟件設(shè)計，主要完成模擬量信號的處理，水位、溫度和壓力信號的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/停控制、參數(shù)設(shè)定、循環(huán)泵控制和補(bǔ)水泵控制。本文設(shè)計的變頻控制系統(tǒng)實現(xiàn)了鍋爐燃燒過程的自動控制，有效地降低了能耗，提高了生產(chǎn)管理水平。系統(tǒng)安裝維護(hù)方便，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。系統(tǒng)整體設(shè)計合理，功能齊全，實現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。關(guān)鍵詞：鍋爐控制，變頻調(diào)速技術(shù)，PLC，PID

ForSiemensS7-30040TonsSteamBoilerControlSystemAbstractWiththerapiddevelopmentofsocialeconomyandtheincreasinglyimprovedlivingstandardofpeople,thescaleofcityconstructionisunprecedentedlyexpanded,arousingurgentrequirementforhigh-qualitylivingheatingsystemtomeetthesustaininglyincreasedneed.Inthemajorityofourcountry,however,mostcurrentlivingheatingsystemsforwinterusearerelativelystillout-of-dateboilerheatingsystem,inwhich,thecorepart,namely,thecontrolofoperatingfansinstokeholdandwaterpumpsisstillmanualandthereforehardtorealizereal-timeadjustmentaccordingtochangingpressureinthepipesandtemperatureofwatersupplied.Consequently,thisfussymanualcontrolinevitablyleadstounnecessaryhugewasteofcoalandelectricalpower.Inthispaper,aheatingboilercontrolsystembasedonPLCandvariablefrequencyspeed-regulatingtechnologyisdesigned.ThecontrolsystemismadeupofPLC,transducers,electromotorunitsofpumpsandfans,sensorsandcontroltanks,etc.Intheprogramcontrolsystemisconsistedbyfourloopsthatisthewaterlevelcontrolloop,thewatertemperaturecontrolloop,theboilersbeltcontrolloopandthehearthpressurecontrolloop.Itcancontrolelectromotorstarting,runningandtimingbymeansoftransducers.ThehardwaresystemadoptsaSiemensS7-300PLCasthelowercontrolsystem(LCS).ThecontrolsoftwareofLCSdesignedwithSTEP7(SiemensPLCsoftwaretoolbox)ismainlyusedtodealwithfunctionssuchasprocessinganalogsignals,PIDcontrolofwaterlevel、temperatureandpressure,andacceptingcontrolinstructionsfromtheuppersupervisorysystem(USS)torealizestarting/stoppingofelectromotors,settingofanalogparametersandcontrolofwaterpumps.Thefrequencycontrolsystemproposednotonlycanrealizeautomaticcontrolofboilerburningprocessefficiently,havinggreatlyreducedenergyconsumption,andinthemeantimeeffectivelyimprovedthelevelofboilercontrolmanagement,butalsohasmanyadvantagessuchasstableandreliablerunning,flexibleoperation,etc.Thewholedesignisfeasibleandreliableandreachtheexpectedobjective..Keywords：boilercontrol,variablefrequencyspeed-regulatingtechnology,PLC,PID目錄緒論引言供暖鍋爐控制系統(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水位、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。目前，大多數(shù)供暖用鍋爐的設(shè)計，管理和使用還處于七八十年代水平，爐溫不高,燃燒不充分，控制與使用自動化程度不高。這樣不僅在管理上和運(yùn)轉(zhuǎn)上浪費(fèi)大量人力物力，而且還為安全生產(chǎn)帶來隱患。如今，交流電機(jī)的調(diào)速技術(shù)日趨完善和成熟，采用變頻調(diào)速器可以改變電源的頻率，進(jìn)而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對水位的控制；調(diào)節(jié)鼓引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，達(dá)到鍋爐負(fù)壓自動調(diào)節(jié)控制的目的；同時可使電機(jī)實際功率隨鍋爐負(fù)荷的變化(即風(fēng)機(jī)風(fēng)量的變化)而變化，達(dá)到低負(fù)荷、低消耗運(yùn)行的目的。本系統(tǒng)正是順應(yīng)了這種趨勢針對供暖蒸汽鍋爐而設(shè)計的。蒸汽鍋爐設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)常見的蒸汽鍋爐系統(tǒng)如圖1.1所示。鍋爐整體的結(jié)構(gòu)包括鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分。鍋爐中的爐膛、爐筒、燃燒器、省煤器、空氣預(yù)熱器、構(gòu)架和爐墻等主要部件構(gòu)成生產(chǎn)蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個最主要的部件是爐膛和爐筒。蒸汽鍋爐本體1、爐膛其橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內(nèi)燃燒形成火焰和高溫?zé)煔?，所以爐膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構(gòu)成。在爐墻的內(nèi)表面上常敷設(shè)水冷壁管，它既保護(hù)爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫?zé)煔獾拇罅枯椛錈帷?、爐筒接受省煤器來的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。爐筒整體由優(yōu)質(zhì)厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。爐筒的主要功能是作為省煤器、汽化受熱面和蒸汽過熱器的聯(lián)接樞紐；內(nèi)部布置鍋內(nèi)設(shè)備，進(jìn)行汽水分離過程；作為聯(lián)接多排并列管子的結(jié)合體以構(gòu)成管束受熱面；作為自然循環(huán)回路的組成部分；貯存鍋水，形成一定的蓄熱能力。3、蒸汽過熱器是一種輔助受熱面，有許多蛇形鋼管組成。飽和蒸汽流經(jīng)它繼續(xù)受熱而變?yōu)檫^熱蒸汽。圖1.1鍋爐控控制系統(tǒng)硬件組成圖4、省煤器實際上是一個給水預(yù)熱器。它由開鰭片的鑄鐵管組裝而成，也可用鋼管制作。鍋爐給水先流經(jīng)省煤器，因為吸收煙氣余熱，可有效地降低鍋爐排煙溫度，故節(jié)約燃料。5、空氣預(yù)熱器是利用排煙的余熱加熱入爐空氣的裝置，其整個結(jié)構(gòu)為數(shù)量眾多的鋼管制成的管箱組合體。燃燒所需的空氣在管外流過時受到管內(nèi)煙氣加熱，以改善燃燒條件。輔助設(shè)備輔助設(shè)備是為了維持鍋爐的正常運(yùn)行而設(shè)置的，他包括給水設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、燃料供應(yīng)和除灰設(shè)備以及儀表和控制設(shè)備等，它們分別由相應(yīng)的管路或機(jī)械、電子裝置與鍋爐本體相連接，構(gòu)成各自的工作系統(tǒng)。1、給水設(shè)備由水處理裝置、水箱和給水泵等組成，水處理裝置是用來除去水中雜質(zhì)，保證給水品質(zhì)，經(jīng)處理的鍋爐給水是借助給水泵提高壓力后流經(jīng)省煤器送入爐筒。2、通風(fēng)設(shè)備包括鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和煙囪等，其作用是向爐子供應(yīng)燃燒所需的空氣和將煙氣引出排出至大氣。在爐膛前克服各項阻力，將空氣送入爐膛的風(fēng)機(jī)，稱為鼓風(fēng)機(jī)。在爐膛后克服各項阻力將煙氣排入煙囪的，稱為引風(fēng)機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)輸送的是常溫空氣，其鼓風(fēng)量應(yīng)滿足燃料完全燃燒的需要。引風(fēng)機(jī)輸送的是高溫?zé)煔猓瑴囟雀?，體積膨脹，容量就加大，因此引風(fēng)量約為鼓風(fēng)機(jī)的1.5~2.5倍，并且它的軸是在高溫?zé)煔庵泄ぷ?，所以整個軸及軸承的溫度也升高了，由于軸承經(jīng)受不了高溫，因此必需在引風(fēng)機(jī)軸承座處裝置冷卻水管對其進(jìn)行冷卻。另外，煙氣帶有的煙塵對金屬與研磨侵蝕的作用，所以要用較厚和耐磨的鋼材來制作引風(fēng)機(jī)。3、燃料供應(yīng)及除灰設(shè)備是為了輸運(yùn)燃料和排除灰渣而設(shè)置的。對于需要將燃料預(yù)先加工的鍋爐，還應(yīng)包括諸如破碎、磨煤等燃料制備設(shè)備。此外，為了改善環(huán)境衛(wèi)生和減少煙塵污染，在煙道尾部大多還裝有除塵器。4、儀表及控制設(shè)備除了水位表和安全閥等裝在鍋爐本體上的監(jiān)察儀表和安全附件外還常裝置有一系列指標(biāo)、計算儀表和控制設(shè)備，如煤量計、蒸汽流量計、水表、溫度計、風(fēng)壓計和控制設(shè)備等。蒸汽鍋爐的工作過程燃料燃燒與通風(fēng)系統(tǒng)在煤場上經(jīng)篩選的鍋爐用煤由提升設(shè)備和帶式輸煤機(jī)送入儲煤斗，靠自重下滑經(jīng)爐前小煤斗送達(dá)爐排，借自前向后運(yùn)動的爐排將它帶進(jìn)爐內(nèi)燃燒。燃燒所需的空氣，由送風(fēng)機(jī)先送往空氣預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，再經(jīng)風(fēng)室從爐排的通風(fēng)孔隙進(jìn)入煤層參與燃燒反應(yīng)。煤隨著爐排邊運(yùn)動邊燃燒，燃盡的灰渣在后端翻落于灰渣斗，最后由除灰設(shè)備排除。燃燒生成的高溫?zé)煔?，離開爐膛后以較高的流速沖刷蒸汽過熱器和對流管束，然后進(jìn)入尾部煙道，流經(jīng)省煤器和空氣預(yù)熱器，此時煙氣因?qū)α鞣艧嵋汛罅拷禍?。煙氣中攜帶的飛灰，大部分由除塵器除去，比較潔凈的煙氣最后由引風(fēng)機(jī)送入煙囪排于大氣。汽-水系統(tǒng)經(jīng)過水處理設(shè)備處理的鍋爐給水，由給水泵升壓，通過給水管先送到省煤器預(yù)熱，而后進(jìn)入鍋筒。鍋筒是一個汽、水共存的容器，各循環(huán)回路的汽水混合物在鍋筒中匯集，借助重力作用和汽水分離裝置使汽、水得以分離。水落回水空間繼續(xù)循環(huán)受熱，飽和蒸汽即由蒸汽管引出?？刂埔箦仩t控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由一次儀表、PLC、上位機(jī)、手自動切換操作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥、電機(jī)等部分組成，一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入PLC?？刂葡到y(tǒng)包括手動和自動操作部分，手動控制時由操作人員手動控制，用操作器控制變頻器、電機(jī)等，自動控制時對PLC發(fā)出控制信號經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動操作。PLC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)行可編程控制系統(tǒng)設(shè)計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置，以免鍋爐發(fā)生重大事故。系統(tǒng)具有多個控制回路，可提供多個調(diào)節(jié)輸出信號，通過變頻器等執(zhí)行器控制鍋爐的爐排、鼓風(fēng)、引風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、汽包水位等。達(dá)到對鍋爐給煤量、輸氧量、煙氣流量等的控制目的，實現(xiàn)控制出水溫度（蒸汽壓力或蒸汽溫度）、爐膛負(fù)壓的要求。控制汽包水位鍋爐汽包水位自動調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量并維持汽包中的水位在工藝允許的范圍內(nèi)。鍋爐汽包水位高度，是確保安全生產(chǎn)和提供優(yōu)質(zhì)蒸汽的重要參數(shù)，對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)來說尤其是這樣。因為現(xiàn)代鍋爐的特點之一就是蒸發(fā)量顯著提高，汽包容積相對減小，水位變化速度很快，稍不注意就容易造成汽包滿水，或者燒成干鍋。在現(xiàn)代鍋爐操作中，即使是缺水事故，也是非常危險的，這是因為水位過低，就會影響自然循環(huán)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重是會使個別水管形成自由水面，產(chǎn)生流動停滯，致使金屬管壁局部爆管。無論滿水或缺水都會造成事故，因此，必須嚴(yán)格控制水位在規(guī)定范圍之內(nèi)?？刂普羝麥囟冗^熱蒸汽的溫度是生產(chǎn)工藝確定的重要參數(shù)，蒸汽溫度過高會燒壞過熱器水管，對負(fù)荷設(shè)備的安全運(yùn)行帶來不利因素。因為現(xiàn)代的蒸汽鍋爐，金屬強(qiáng)度的安全系數(shù)設(shè)計得都比較小，超溫嚴(yán)重會使汽機(jī)或其它負(fù)荷設(shè)備膨脹過大，使汽機(jī)的軸向推力增大而發(fā)生事故。汽溫過低直接影響負(fù)荷設(shè)備的使用，對汽機(jī)來說，會影響它的效率。因此，從安全生產(chǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上看，必須保持蒸汽溫度在額定值范圍之內(nèi)。控制爐膛壓力鍋爐在正常運(yùn)行中，爐膛壓力必須保持在規(guī)定的范圍之內(nèi)。如果是負(fù)壓操作，則負(fù)壓偏正，局部地區(qū)容易噴火，不利于安全生產(chǎn)，不利于環(huán)境衛(wèi)生；負(fù)壓過大，漏風(fēng)嚴(yán)重，總風(fēng)量增加，煙氣熱損失增大，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒。由于燃燒室的空間很大，加之介質(zhì)密度差產(chǎn)生的自升引力，使沿著爐膛向上的負(fù)壓越來越大，所以保持某個高度上的負(fù)壓是必要的，可行的?？刂迫紵到y(tǒng)燃燒系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)是使燃料量與空氣量相適應(yīng)，維持燃料量與空氣量有一定的比值，以保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。如果能夠恰當(dāng)?shù)乇３秩紵颗c空氣量的正確比例，就能達(dá)到最小的熱量損失和最大的燃燒效率。反之，如果比值不當(dāng)，空氣不足，結(jié)果導(dǎo)致燃料的不完全燃燒，當(dāng)大部分燃料燃燒不完全時，熱量損失在煙氣之中，使燃燒效率降低。所以對燃燒的控制是十分必要的?？刂乒娘L(fēng)引風(fēng)量為了保證鍋爐爐膛內(nèi)的燃料連續(xù)不斷的燃燒，必須向爐膛內(nèi)供應(yīng)足夠量的空氣，同時將燃燒產(chǎn)生的煙氣通過受熱面，煙道及除塵器等設(shè)備，最后由煙囪排入大氣。PLC硬件設(shè)計PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，存在著大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable

Controller（PC）。

個人計算機(jī)（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable

Logic

Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。

PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。

上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。PLC特點PLC能如此迅速發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。其主要特點如下：1、編程方法簡單易學(xué)梯形圖是可編程序控制器使用最多的編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖程序時，應(yīng)先用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。可編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。可編程序控制器有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。3、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。可編程序控制器的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比繼電器系統(tǒng)電路圖的設(shè)計時間要少很多?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蚩梢栽趯嶒炇夷M調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過可編程序控制器上的發(fā)光二級管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)要少得多。4、維修工作量小，維修方便可編程序控制器的故障率低，且有完善的自診斷和顯示功能。可編程序控制器或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)可編程序控制器上的發(fā)光二級管或編程器提供的信息迅速地查明產(chǎn)生故障的原因，用更換模塊的方法迅速地排除故障。5、體積小，能耗低對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用可編程序控制器后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型可編程序控制器的體積僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2～1/10?？删幊绦蚩刂破鞯呐渚€比繼電器系統(tǒng)的配線少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，加上開關(guān)柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費(fèi)用。S7-300簡介S7-300系列PLC是基于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計的，采用DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，配置靈活、安裝簡單、擴(kuò)展方便，各種模塊可以進(jìn)行廣泛的組合和擴(kuò)展，主要模塊有中央處理單元（CPU）模塊、信號（SM）模塊、通信處理器（CP）模塊、功能（FM）模塊。輔助模塊有電源（PS）模塊、接口（IM）模塊等，它通過MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP和其它S7PLC相連。其主要功能如下：1、高速的指令處理。0.1～0.6μs的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。（1）浮點數(shù)運(yùn)算：用此功能可以有效地實現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算。（2）方便用戶的參數(shù)賦值：一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具可以給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值。2、診斷功能。CPU的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如超時、模塊更換等）。3、口令保護(hù)。多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。S7-300的操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。系統(tǒng)組成本文前面章節(jié)己論述了系統(tǒng)的控制任務(wù)，根據(jù)系統(tǒng)控制要求，統(tǒng)計出本系統(tǒng)對主PLC的I/O總能力要求為：開關(guān)量輸入17點，開關(guān)量輸出12點，模擬量輸入3通道，模擬量輸出4通道。綜合考慮系統(tǒng)對PLC運(yùn)算能力的要求等因素，選用西門子的S7-300系列PLC,CPU模塊選用CPU313。具體配置如圖2.1所示1、電源負(fù)載模塊（PS307）：用于將SIMATICS7-300連接到120/230V交流電源或24V直接電源。它與CPU模塊和其它信號模塊之間電纜連接，而不是通過背板總線連接。2、中央處理單元模塊（CPU313）：具有較大的程序存儲器、低成本的解決方案，適用于對速度要求較高、程序較大的小型應(yīng)用領(lǐng)域。CPU內(nèi)置12KB的RAM，其裝載存儲器為內(nèi)置20KB的RAM，可用存儲卡擴(kuò)充裝載存儲器，最大容量為256KB，擴(kuò)展模塊只能裝在一個機(jī)架上，最大擴(kuò)展128點數(shù)字量和32路模擬量。表2.1模塊地址示意圖序號名稱型號槽號地址號1電源PS30710A1-2CPUCPU3132-3數(shù)字量輸入模塊SM321DI16xAC120/230V40.0～1.74數(shù)字量輸出模塊SM322DO16xAC120V/230V/0,5A54.0～5.75模擬量輸入模塊SM331AI8x16Bit6288～3036模擬量輸出模塊SM332AO4x16Bit7304～3117數(shù)字量輸入模塊SM321DI16xAC120/230V816.0～17.73、接口模塊（IM365）：接口模塊用于S7-300系列PLC的中央機(jī)架到擴(kuò)展機(jī)架的連接。IM365用于連接中央與一個擴(kuò)展機(jī)架，由兩個模塊組成，一塊插入中央機(jī)架，通過1m長的連接電纜，將另一塊插入擴(kuò)展機(jī)架，在擴(kuò)展機(jī)架上最多可安裝8塊模塊。4、信號模塊(SM)：使不同的過程信號電平和S7-300的內(nèi)部信號電平相匹配，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。每個信號模塊都配有自編碼的螺緊型前連接器，外部過程信號可方便地連在信號模塊的前連接器上。特別指出的是模擬量輸入模塊獨具特色，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，輸入量程范圍很寬。5、通訊處理器(CP340)：西門子公司實現(xiàn)點到點串口通M的低成本解決方案。有三種形式的傳輸接1a：RS232C(V.24)；20mA(TTY)；RS422/485(X.27)。固化有3964(R)協(xié)議和ASCII協(xié)議兩個標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。軟件設(shè)計S7-300編程軟件簡介S7-300的編程語言是STEP7，STEP7繼承了STEP5語言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的優(yōu)點，用文件塊的形式管理用戶程序及程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)。如果這些文件塊是子程序，可以通過調(diào)用語句，將他們組成結(jié)構(gòu)化用戶程序。這樣，PLC的程序組織明確，結(jié)構(gòu)清晰，易于修改。STEP7支持的編程語言非常豐富，有LAD(梯形圖)、STL(語句表)、SCL(標(biāo)準(zhǔn)控制語言)、FBD(功能塊圖)、GRAPH(順序控制)、HiGraph(狀態(tài)圖)、CFC(連續(xù)功能圖)等，用戶可以選擇一種編程，如果需要，也可以混合幾種語言編程。這些編程語言都是面向用戶的，它使控制程序的編程大大簡化，對用戶來說，開發(fā)、輸入、調(diào)試和修改程序極為方便。本系統(tǒng)中主要采用LAD(梯形圖)語言編程。LAD(梯形圖)語言最接近于繼電器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計算機(jī)語言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。通常,用戶程序由組織塊(OB)、功能塊(FB，F(xiàn)C)、數(shù)據(jù)塊(DB)構(gòu)成。其中OB是系統(tǒng)操作程序與用戶應(yīng)用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運(yùn)行。OB塊根據(jù)操作系統(tǒng)調(diào)用的條件(如時間中斷、報警中斷等)分成幾種類型，這些類型有不同的優(yōu)先級，高優(yōu)先級的OB可以中斷低優(yōu)先級的OB。每個S7CPU包含一套可編程OB塊(隨CPU而不同)，不同的OB塊執(zhí)行特定的功能。OBI是主程序循環(huán)塊，在任何情況下，它都是需要的。根據(jù)過程控制的復(fù)雜程度，可將所有程序放入OBI中進(jìn)行線性編程，或?qū)⒊绦蛴貌煌倪壿媺K加以結(jié)構(gòu)化，通過OBI調(diào)用這些邏輯塊。除了OBI，操作系統(tǒng)可以調(diào)用其它的OB塊以響應(yīng)確定事件。其他可用的OB塊隨所用的CPU性能和控制過程的要求而定。功能塊(FB，F(xiàn)C)實際上是用戶子程序，分為帶“記憶”功能塊FB和不帶“記憶”功能塊FC。前者有一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與該功能塊的參數(shù)表完全相同的數(shù)據(jù)塊(DB)附屬于該功能塊，并隨功能塊的調(diào)用而打開，隨功能塊的結(jié)束而關(guān)閉。該附屬數(shù)據(jù)塊叫做背景數(shù)據(jù)塊(InstanceDataBlock)，存放在背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)在FB塊結(jié)束時繼續(xù)保持，即被“記憶”。功能塊FC沒有背景數(shù)據(jù)塊，當(dāng)FC完成操作后數(shù)據(jù)不能保持。數(shù)據(jù)塊(DB)是用戶定義的用于存儲數(shù)據(jù)的存儲區(qū)，也可以被打開或關(guān)閉。DB可以是屬于某個FB的背景數(shù)據(jù)塊，也可以是通用的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊，用于FB或FC。S7CPU還提供標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)功能塊(SFB，SFC)，它們是預(yù)先編好的，經(jīng)過測試集成在S7CPU中的功能數(shù)據(jù)庫。用戶可以直接調(diào)用它們，高效地編寫自己的程序。由于它們是操作系統(tǒng)的一部分，不須將其作為用戶程序下載到PLC。與FB塊相似，SFB需要一個背景數(shù)據(jù)塊，并將此DB塊作為程序的一部分安裝到CPU中。不同的CPU提供不同的SFB、SFC功能。系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊(SDB)是為存放PLC參數(shù)所建立的系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲區(qū)。用STEP7組態(tài)軟件可以將PLC組態(tài)數(shù)據(jù)和其它操作參數(shù)存放于SDB中?？刂葡到y(tǒng)軟件設(shè)計蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)是將變頻調(diào)速技術(shù)、可變程控制技術(shù)相結(jié)合，完成蒸汽鍋爐對給水、給煤、送風(fēng)、引風(fēng)等參數(shù)的自動控制，使鍋爐汽包水位，爐膛負(fù)壓，給水量等在系統(tǒng)控制下，實現(xiàn)燃燒工況控制，保持鍋爐的最佳運(yùn)行狀態(tài)。實現(xiàn)蒸汽鍋爐系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行和達(dá)到節(jié)能降耗的目的。本系統(tǒng)共分四個回路進(jìn)行控制，分別包括水位與給水回路，水溫與爐排回路，鼓風(fēng)與爐排回路，引風(fēng)與爐膛負(fù)壓回路。各回路的控制均采用傳統(tǒng)PID控制算法，鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、爐排電機(jī)全部采用變頻調(diào)速，在鍋爐安全運(yùn)行、節(jié)能、環(huán)保、減輕操作人員的勞動強(qiáng)度等方面，取得了良好的效果?？刂扑惴ǖ倪x擇PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、代碼少，可靠性高等優(yōu)點，使得PID在工程中應(yīng)用達(dá)90%以上。當(dāng)用計算機(jī)實現(xiàn)后，數(shù)字PID控制器更顯示出參數(shù)調(diào)整靈活、算法變化多樣化、簡單方便的優(yōu)點。同時在其他智能控制算法發(fā)展的同時，PID算法同樣也在發(fā)展，出現(xiàn)了模糊PID、帶死區(qū)的PID等改進(jìn)算法。使用PID算法在應(yīng)用范圍內(nèi)控制精度較高，由于PID控制存在積分的作用，可使微小的誤差得以累計，從而最終消除靜差。PID算法也存在一些缺點，改進(jìn)PID調(diào)節(jié)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或算法，可得到更好的調(diào)節(jié)效果。考慮到工程實用性，本試驗室各模擬量控制環(huán)路采用PID控制算法，由PLC中的PID特殊功能模塊實現(xiàn)。STEP7中的PID功能塊在SIMATICSTEP7中有FB41、FB42及FB43共3個PID功能塊。其中FB41是模擬PID控制塊，F(xiàn)B42是數(shù)字PID控制塊，F(xiàn)B43是脈沖發(fā)生塊。因溫度、壓力、水位都是模擬量，故選用FB41。對于標(biāo)準(zhǔn)的PID控制模塊FB41，通過設(shè)置其中的參數(shù)就可以實現(xiàn)一個PID算法。其中的用戶參數(shù)如設(shè)定值、過程變量、操縱變量、比例增益、積分時間、微分時間、采樣時間、量化處理、功能選擇等儲存在數(shù)據(jù)塊中。給定值為SV(n)，實際為PV(n)，偏差為e(n)。比較后進(jìn)入死區(qū)檢查，再進(jìn)行P、I、D參數(shù)實時整定，F(xiàn)B41其原理如下圖：圖3.1STEP7中的PID模塊原理圖主程序設(shè)計主程序通過循環(huán)組織塊(OBI)完成，圖3.2給出了OBI中的主程序結(jié)構(gòu)。組織塊OB1調(diào)用功能塊FC1，F(xiàn)C2，F(xiàn)C3，F(xiàn)C4。FC1完成給水泵的啟/?？刂?，并根據(jù)水位隨時調(diào)節(jié)變頻器頻率；FC2完成爐排電機(jī)啟/?？刂坪蛥?shù)設(shè)定，對水溫進(jìn)行調(diào)節(jié)；FC3完成燃燒系統(tǒng)、鼓風(fēng)電機(jī)的啟/?？刂疲跋鄳?yīng)的頻率調(diào)節(jié)；FC4完成引風(fēng)電機(jī)的啟/停控制，及對爐膛負(fù)壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖3.2主程序結(jié)構(gòu)子程序設(shè)計本設(shè)計綜合考慮鍋爐的控制特性和現(xiàn)場條件，確定采用PLC加上位機(jī)監(jiān)控工作方式同操作臺手動操作切換方式，其中PLC加上位機(jī)工作方式可用于自動狀態(tài)，操作臺工作方式用于人工調(diào)試或緊急情況下使用。兩種方式間可自由切換。本設(shè)計主要設(shè)計PLC的控制方式。在整個系統(tǒng)運(yùn)行時，上位機(jī)完成參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)控，PLC負(fù)責(zé)實時控制程序的運(yùn)行。系統(tǒng)由4個子系統(tǒng)組成：鍋爐汽包水位控制子系統(tǒng)、水溫控制子系統(tǒng)、爐排控制子系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓控制子系統(tǒng)。各個子系統(tǒng)運(yùn)行時，傳感變送器對爐膛溫度、爐膛負(fù)壓、蒸汽壓力、汽包液位、蒸汽流量和給水流量這些現(xiàn)場信號進(jìn)行傳感變送?，F(xiàn)場信號通過傳感器變送后為標(biāo)準(zhǔn)模擬信號，標(biāo)準(zhǔn)模擬信號通過可編程控制器的模擬輸入輸出通道轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號，可編程控制器根據(jù)這些信號運(yùn)行預(yù)定程序并給出相應(yīng)的控制量，這些控制量通過可編程控制器的模擬量通道輸出對變頻器進(jìn)行調(diào)速，變頻器控制給水水泵、爐排電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速大小，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化運(yùn)行。各系統(tǒng)分兩種工作方式，即自動和手動控制方式。系統(tǒng)工作在手動方式下時，司爐工對系統(tǒng)進(jìn)行控制，司爐工根據(jù)操作臺上顯示儀表顯示的現(xiàn)場信號（汽包液位、水溫、爐膛負(fù)壓等），根據(jù)需要，分別調(diào)節(jié)操作臺面板上的給水泵、爐排電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)調(diào)速旋鈕，調(diào)速旋鈕調(diào)節(jié)相應(yīng)變頻器的輸出大小，而變頻器的輸出大小直接控制給水泵、爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量，從而實現(xiàn)控制鍋爐運(yùn)行過程。當(dāng)系統(tǒng)工作在自動方式下時，控制系統(tǒng)的控制核心PLC根據(jù)現(xiàn)場傳感變送器反饋回來的現(xiàn)場信號（汽包液位、爐膛溫度、蒸汽壓力和爐膛負(fù)壓），根據(jù)程序算法，輸出控制量調(diào)節(jié)變頻器的輸出大小，而變頻器的輸出大小直接控制給水泵、爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量。1、FC1(給水泵控制)FC1給水泵控制程序主要實現(xiàn)給水泵系統(tǒng)中水泵電機(jī)的啟/停控制、變頻器頻率設(shè)定、水位PID控制等。鍋爐水位控制采用的是單沖量自動控制方式，單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以水位作為唯一調(diào)節(jié)信號，即調(diào)節(jié)器只根據(jù)水位變化去改變給水調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。由鍋爐上鍋筒的傳感器測得的水位信號送到操作臺上的水位自動控制儀，通過水位自動控制儀發(fā)出4～20mA電流信號，經(jīng)與給定值比較后，進(jìn)行PID運(yùn)算，PID輸出信號控制變頻器頻率。在本鍋爐控制設(shè)計中，汽包水位的正常運(yùn)行范圍為水位測量中心線的±50mm變頻調(diào)速的結(jié)構(gòu)主要由傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻器等組成。其工作原理是利用傳感器將測出的水位信號轉(zhuǎn)化成電信號，通過PID運(yùn)算控制變頻器頻率，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速從而使水位恒定。給水泵控制程序的原理圖如圖3.3所示。該回路的輸入/輸出信號地址分配如表3.1表3.1輸入/輸出信號地址分配表序號輸入信號名稱地址序號輸出信號名稱地址1水泵變頻器啟動按鈕I0.01水泵變頻器線圈Q4.02水泵變頻器停止按鈕I0.12變頻器故障報警Q5.03手動按鈕I1.03水池水位上限報警指示燈Q4.44自動切換I1.14水池水位下限報警指示燈Q4.55水泵變頻器報警信號I16.05水位控制變頻器輸出信號PQW3046試燈按鈕I1.367水位模擬量輸入信號PIW2887圖3.3補(bǔ)水調(diào)節(jié)PID控制原理圖模擬量輸入程序見圖3.4圖3.4水位控制系統(tǒng)模擬量控制梯形圖詳細(xì)程序見附錄2、FC2(爐排電機(jī)控制)爐排電機(jī)自動操作方式時，PID控制反饋量由水溫傳感器返回4～20ma信號到變頻器，給定目標(biāo)值由PLC聯(lián)接的觸摸屏設(shè)定，由PLC通信傳送給變頻器。作業(yè)中可通過觸摸屏修改PLC給定目標(biāo)值。在本鍋爐控制設(shè)計中，水溫范圍在-50℃～650℃,為保證鍋爐安全，水溫一般不能超過300℃,并將水溫控制在210該回路的輸入/輸出信號地址分配如表3.23、FC3(鼓風(fēng)機(jī)控制)FC3鼓風(fēng)機(jī)控制程序主要實現(xiàn)引鼓風(fēng)電機(jī)的啟/?？刂?、變頻器頻率設(shè)定、PID控制等。鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)是改變鼓風(fēng)量來調(diào)節(jié)爐排的運(yùn)行速度，以維持燃料的經(jīng)濟(jì)燃表3.2輸入/輸出信號地址分配表序號輸入信號名稱地址序號輸出信號名稱地址1爐排變頻器啟動按鈕I0.21爐排變頻器線圈Q4.12爐排變頻器停止按鈕I0.32水溫上限報警指示燈Q4.63變頻器報警信號I16.13變頻器故障報警Q5.14試燈按鈕I1.34水溫控制變頻器頻率電流信號PQW3065水溫模擬量輸入信號PIW2905燒。本系統(tǒng)采用比例控制，即根據(jù)鼓風(fēng)量來控制爐排的轉(zhuǎn)速。該回路的輸入/輸出信號地址分配如表3.3表3.3輸入/輸出信號地址分配表序號輸入信號名稱地址序號輸出信號名稱地址1鼓風(fēng)機(jī)變頻器啟動按鈕I0.41鼓風(fēng)機(jī)變頻器線圈Q4.22鼓風(fēng)機(jī)變頻器停止按鈕I0.52變頻器故障報警Q5.23變頻器報警信號I16.23控制變頻器頻率電流信號PQW3084試燈按鈕I1.344、FC4(引風(fēng)機(jī)控制)FC4引風(fēng)機(jī)控制程序主要實現(xiàn)引風(fēng)電機(jī)的啟/?？刂?、變頻器頻率設(shè)定、PID控制等。爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)的任務(wù)是改變引風(fēng)量以維持爐膛壓力穩(wěn)定，一般維持爐膛負(fù)壓在-50～100Pa的范圍內(nèi)。本系統(tǒng)的爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)采用單回路控制系統(tǒng)，控制回路則是根據(jù)爐膛負(fù)壓設(shè)定值和檢測的實際負(fù)壓差值進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，以使?fàn)t膛負(fù)壓在供暖系統(tǒng)運(yùn)行過程中保持在設(shè)定值范圍內(nèi)。當(dāng)實際負(fù)壓產(chǎn)生變化時，裝置通過壓力檢測單元（傳感器）將測出的壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，送至PLC，經(jīng)過PID控制算法計算后由D/A單元輸出給變頻器。變頻器再通過輸出不同的電壓及頻率來控制引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變爐膛負(fù)壓，進(jìn)而達(dá)到使?fàn)t膛在微負(fù)壓狀態(tài)的目的。蒸汽鍋爐的爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)的框圖如圖3.5所示。圖3.5爐膛負(fù)壓控制方塊圖該回路的輸入/輸出信號地址分配如表3.4表3.4輸入/輸出信號地址分配表序號輸入信號名稱地址序號輸出信號名稱地址1變頻器啟動按鈕I0.61變頻器線圈Q4.32引風(fēng)機(jī)變頻器停止按鈕I0.72變頻器故障報警Q5.33變頻器報警信號I16.33控制變頻器頻率電流信號PQW3104試燈按鈕I1.345爐膛負(fù)壓模擬量PIW2945結(jié)論蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)集成了可編程控制技術(shù)和先進(jìn)控制算法。通過對鍋爐系統(tǒng)特性研究，制定了相應(yīng)的控制策略，并采用可靠高的PLC控制平臺對蒸汽鍋爐進(jìn)行了比較有效的控制。1、本文所做工作(1)本文完成了對鍋爐及管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)和補(bǔ)水泵的異步電動機(jī)的變頻改造，用變頻器來啟動電動機(jī)，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，代替了傳統(tǒng)的風(fēng)門控制和閥門控制，節(jié)省了大量的電能。(2)本文提出了供暖鍋爐的控制模型。闡述了供暖鍋爐的結(jié)構(gòu)、作用、控制原理等，針對變頻器的控制提出了經(jīng)典PID控制方式。(3)選用西門子S7-300系列可編程控制器為下位機(jī)，完成鍋爐水位控制系統(tǒng)、水溫控制系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)和鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的自動控制。(4)下位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求以及供暖鍋爐的控制理論，選定PLC的CPU和各種功能模塊。本文中詳述了各回路的控制任務(wù)和具體編程過程。2、展望與未來本文的工作重點是在供暖鍋爐系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)并完成相應(yīng)的可編程控制器的程序編輯，就供暖鍋爐控制而言，本文設(shè)計的系統(tǒng)在很多方面還沒有達(dá)到鍋爐的優(yōu)化控制，今后在鍋爐控制有以下兩個方面需要改進(jìn)。(1)供暖鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的控制與蒸汽鍋爐相比，其控制精度要求要低，但其控制復(fù)雜性并不亞于蒸汽鍋爐，也是多輸入多輸出的系統(tǒng)，今后，可建立供暖鍋爐控制的數(shù)學(xué)模型，并通過MATLAB仿真軟件SIMULINK進(jìn)行仿真。(2)本文采用的控制算法是常規(guī)PID控制算法。對于鍋爐燃燒過程的控制，常規(guī)PID控制算法難以實現(xiàn)最優(yōu)控制，解決的辦法是將模糊控制、自適應(yīng)控制、等智能控制算法引入燃燒過程控制，以克服被控對象時變、大延時的特性。致謝本論文的撰寫是在導(dǎo)師楊毅精心指導(dǎo)下完成的。在這段學(xué)習(xí)期間里，楊老師對我關(guān)懷備至，為我們創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)鍛煉環(huán)境，同時楊老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、為人師表的精神風(fēng)范也深深的感染了我，這些都將令我終生受益。在論文完成之際，再次深深的感謝感謝父母對我學(xué)業(yè)一如既往的支持，他們給予了我無私的物質(zhì)上的幫助和精神上的鼓勵，他們是我順利完成學(xué)業(yè)的動力源泉。在各位老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助下，我順利地完成了四年的學(xué)習(xí)生活。在鞍山科技大學(xué)這四年，我渡過了一段難忘的日子，校園的一草一木都深深地刻于記憶當(dāng)中，會給我的一生留下的難忘的回憶。所以特此對所有關(guān)心、支持、幫助過我的老師、同學(xué)、朋友表示我衷心的感謝。參考文獻(xiàn)[1]魏恩宗.鍋爐與供熱[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003,7-9.[2]孫優(yōu)賢,孫紅.鍋爐設(shè)備的自動調(diào)節(jié)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1982,3-5.[3]汪志峰.可編程控制器原理與應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004,5-6.[4]S7-300-PLCModuleSpecification[DB/OL].[5]蔡建軍,供暖鍋爐變頻控制系統(tǒng)設(shè)計[D].成都:西南交通大學(xué),2004.[6]周志敏,周紀(jì)海,紀(jì)愛華.變頻器工程應(yīng)用·電磁兼容·故障診斷[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005,245-246.附錄A（S7-300-PLCModuleSpecification）PrefacePurposeoftheManualTheinformationcontainedinthismanualwillenableyoutolookupoperatoractions,functiondescriptionsandthetechnicalspecificationsofthesignalmodules,powersupplymodulesandinterfacemodulesoftheS7-300.Howtoconfigure,assembleandwirethesemodulesinanS7-300,M7-300orET200Msystemisdescribedintheinstallationmanualsforeachsystem.RequiredExperienceTounderstandthemanual,youshouldhavegeneralexperienceofautomationengineering.AudienceThisreferencemanualdescribesthemodulesoftheS7-300whichareusedintheS7-300,M7-300andET200Msystems.Itincludesdatasheetsforthesignalmodules,powersupplymodulesandinterfacemodulesoftheS7-300.ScopeoftheManualThepresentdocumentationpackagecontainsthedescriptionsforallmodulesavailableatthetimeofpublication.Wereservetherighttoseparatelyincludecurrentproductinformationonnewmodulesandnewreleasesofexistingmodules.1PowerSupplyModulesIntroductionVariouspowersupplymodulesareavailabletosupplyyourS7-300programmablecontrollerandthesensors/actuatorswith24VDC.PowerSupplyModulesThischapterdescribesthetechnicalspecificationsofthepowersupplymodulesoftheS7-300programmablecontroller.Inadditiontothetechnicalspecifications,thischapterdescribesthefollowing:?Thecharacteristics?ConnectionDiagram?BlockDiagram?Lineprotection?Reactiontoatypicaloperatingconditions1.1PowerSupplyModulePS3072ACharacteristicsThePS307powersupplymodule(2A)hasthefollowingsalientfeatures:?Outputcurrent2A?Outputvoltage24VDC;proofagainstshort-circuitandopencircuit?Connectiontosingle-phaseACsystem(inputvoltage120/230VAC,50/60Hz)?ReliableisolationtoEN60950?CanbeusedasloadpowersupplyLineProtectionWerecommendthatyouinstallaminiaturecircuit-breaker(MCB)(forexampleSiemens5SN1series)withthefollowingratingtoprotecttheincomingsupplycableofthePS307powersupplymodule(2A):?Ratedcurrentat230VAC:6A?Trippingcharacteristic(type):C.1.2PowerSupplyModulePS3075ACharacteristicsThePS307powersupplymodule(5A)hasthefollowingsalientfeatures:?Outputcurrent5A?Outputvoltage24VDC;proofagainstshort-circuitandopencircuit?Connectiontosingle-phaseACsystem(inputvoltage120/230VAC,50/60Hz)?ReliableisolationtoEN60950?CanbeusedasloadpowersupplyLineProtectionWerecommendthatyouinstallaminiaturecircuit-breaker(MCB)(forexampleSiemens5SN1series)withthefollowingratingtoprotecttheincomingsupplycableofthePS307powersupplymodule(5A):?Ratedcurrentat230VAC:10A?Trippingcharacteristic(type):C.2DigitalModulesChangesandImprovementssincethePreviousVersionoftheReferenceManualThischapterdescribesallnewdigitalmodules.Furthermore,twonewoverviewsectionswillmakeiteasierforyoutoaccesstheinformation:?the“ModuleOverview”sectionshowsyouthemodulesthatareavailable,togetherwiththeirmostimportantcharacteristics,andhelpsyouquicklytofindthemodulesuitableforyourtask.?thesectionentitled“SequenceofStepsfromChoosingtoCommissioningtheModule”providestheanswertothequestion”WhatmustIdoinsuccessiontocommissionthemodulequicklyandsuccessfully?StructureoftheChapterThepresentchapterisbrokendownintothefollowingsubjects:1.Overviewcontainingthemodulesthatareavailablehereandadescription2.Informationthatisgenerallyvalid–inotherwords,relatingtoalldigitalmodules(forexample,parameterassignmentanddiagnostics)3.Informationthatreferstospecificmodules(forexample,characteristics,diagramofconnectionsandblockdiagram,technicalspecificationsandspecialcharacteristicsofthemodule):a)fordigitalinputmodulesb)fordigitaloutputmodulesc)fordigitalinput/outputmodules2.1ModuleOverviewIntroductionThefollowingtablessummarizethemostimportantcharacteristicsofthedigitalmodules.Thisoverviewisintendedtomakeiteasytochoosethesuitablemoduleforyourtask.TableA1DigitalInputModules:CharacteristicsataGlanceModuleChar-acteristicsSM321；DI32*24VDC(-1BLx0-)SM321；DI16*24VDC(-1BH02-)SM321；DI16*24VDC(-7BHx0-)SM321;DI16_24VDC;(-1BH50-)SM321；DI16*4B-125VDC(-1CH80-)SM321；DI16*120VAC(-1EH01-)SM321；DI8_120/230VAC(-1FFx1-)Numberofinputs32DI;isolatedingroupsof1616DI;isolatedingroupsof1616DI;isolatedingroupsof1616DI;sourceinput,isolatedingroupsof1616DI;isolatedingroupsof816DI;isolatedingroupsof48DI,isolatedingroupsof2Ratedinputvoltage24VDC24VDC24VDC24VDC48to125VDC120VAC120/230VACSuitablefor...Switches;two,three,andfour-wireproximityswitches(BEROs)Switches;twoandthree-wireACproximityswitchesProgrammablediagnosticsNoNoYesNoNoNoNoDiagnosticinterruptNoNoYesNoNoNoNoHardwarein-TerruptuponedgechangeNoNoYesNoNoNoNoAdjustableinputdelaysNoNoYesNoNoNoNoSpecialfeatures--2short-Circuitproofsensorsuppliesfor8channelseachExternalredundantpowersupplypossibletosupplysensors----TableA2DigitalOutputModules:CharacteristicsataGlanceModuleChar-acteristicsSM322;DO32_24VDC/0.5A(-1BL00-)SM322;DO16_24VDC/0.5A(-1BHx1-)SM322;DO8_24VDC/2A(-1BF01-)SM322;DO8_24VDC/0.5A(-8BFx1-)SM322;DO8_48-125VDC/1.5A(-1CF80-)SM322;DO16_120VAC/1A(-1EH01-)SM322;DO8_120/230VAC/2A(-1FFx1-)Numberofoutputs32DO;isolatedingroupsof816DO;isolatedingroupsof88DO;Isolatedingroupsof48DO;isolatedingroupsof88DO;Isolatedandreversepolarityprotection,ingroupsof416DO;isolatedingroupsof88DO,isolatedingroupsof4Outputcurrent0.5A0.5A2A0.5A1.5A1A2ARatedloadvoltage24VDC24VDC24VDC24VDC48to125VDC120VAC120/230VACSuitablefor...Solenoidvalves,DCcontactorsandindicatorlightsACsolenoidvalves,contactors,motorstarters,fractionalh.p.motorsandindicatorlights.ProgrammablediagnosticsNoNoNoYesNoNoNoDiagnosticinterruptNoNoNoYesNoNoNoSubstitutevalueoutputNoNoNoYesNoNoNoSpecialfeatures-Redundantdrivingofaloadpossible-Fuseblownindicator.Replaceablefuseforeachgroup2.2DigitalModuleParameterAssignmentIntroductionDigitalmodulescanhavedifferentcharacteristics.Youcansetthecharacteristicsofdomemodulesbymeansofparameterassignment.Theinformationcontainedinthissectionrefersonlytotheprogrammabledigitalmodules:?DigitalInputModuleSM321;DI16*24VDC?DigitalOutputModuleSM322;DO8*24VDC/0.5AToolsforParameterAssignmentYouassignparameterstodigitalmodulesinSTEP7.YoumustperformparameterassignmentinSTOPmodeoftheCPU.Whenyouhavesetalltheparameters,downloadtheparametersfromtheprogrammingdevicetotheCPU.OnatransitionfromSTOPtoRUNmode,theCPUthentransferstheparameterstotheindividualdigitalmodules.3AnalogModulesStructureofthechapterThepresentchapterisbrokendownintothefollowingsubjects:1.Overviewcontainingthemodulesthatareavailablehereandadescription2.Informationthatisgenerallyavailable–inotherwords,affectsallanalogmodules(suchasparameterassignmentanddiagnostics)3.Informationspecifictothedifferentmodules(forexample,characteristics,diagramofconnectionsandblockdiagram,technicalspecificationsandspecialfeaturesofthemodule):a)foranaloginputmodulesb)foranalogoutputmodulesc)foranaloginput/outputmodulesSTEP7blocksforanalogfunctionsYoucanusetheblocksFC105“SCALE”(ScaleValues)andFC106“UNSCALE”(UnscaleValues)forreadingandoutputtinganalogvaluesinSTEP7.YouwillfindtheFCsinthestandardlibraryofSTEP7inthesubdirectorycalled“TI-S7-ConvertingBlocks”(foradescriptionrefertotheSTEP7onlineHelpforthe3.1ModuleOverviewIntroductionThefollowingtablessummarizethemostimportantcharacteristicsoftheanalogmodules.Thisoverviewisintendedtomakeiteasytochoosethesuitablemoduleforyourtask.TableA3AnalogInputModules:CharacteristicsataGlanceModuleChar-acteristicsSM331;AI8*12Bit(-7KF02-)SM331;AI8*16Bit(-7NF00-)SM331;AI212Bit(-7KBx2-)SM331;AI8*RTD(-7PF00-)SM331;AI8*TC(-7PF10-)Numberofinputs8inputsin4channelgroups8inputsin4channelgroup2inputsin1channelgroup8inputsin4channelgroups8inputsin4channelgroupsResolutionadjustableforeachchannelgroup:·9bits+sign·12bits+sign·14bits+signadjustableforeachchannelgroup:·15bits+signadjustableforeachchannelgroup:·9bits+sign·12bits+sign·14bits+signadjustableforeachchannelgroup:·15bits+signadjustableforeachchannelgroup:·15bits+signMeasuringMethodadjustableforeachchannelgroup:·Voltage·Current·Resistors·Temperatureadjustableforeachchannelgroup:·Voltage·Currentadjustableforeachchannelgroup:·Voltage·Current·Resistors·Temperatureadjustableforeachchannelgroup:·Resistors·Temperatureadjustableforeachchannelgroup:·TemperatureSelectionofmeasuringrangeArbitrary,perchannelgroupArbitrary,perchannelgroupArbitrary,perchannelgroupArbitrary,perchannelgroupArbitrary,perchannelgroupProgrammablediagnosticsYesYesYesYesYesDiagnosticInterrupDiagnosticInterruptDiagnosticInterruptDiagnosticInterruptDiagnosticInterruptDiagnosticInterruptLimitvaluemonitoringAdjustablefor2channelsAdjustablefor2channelsAdjustablefor1channelAdjustablefor8channelsAdjustablefor8channelsHardwareinterruptuponlimitviolationAdjustableAdjustableAdjustableAdjustableAdjustableHardwareinterruptatendofcycleNoNoNoAdjustableAdjustableTableA4AnalogOutputModules:CharacteristicsataGlanceModuleChar-acteristicsSM332;AO4*12Bit(-5HD01-)SM332;AO2*12Bit(-5HB01-)SM332;AO4*16Bit(-7ND00-)Numberofoutputs4outputsin4channelgroups2outputin2channelsgroups4outputsin4channelgroupsResolution12bits12bits16bitsOutputtypeChannelbychannel:·Voltage·CurrentChannelbychannel:·Voltage·CurrentChannelbychannel:·Voltage·CurrentProgrammablediagnosticsYesYesYesDiagnosticInterruptAdjustableAdjustableAdjustableSubstitutevalueoutputAdjustableAdjustableAdjustablePotentialrelationshipsGalvanicisolationto:·CPU·oftheloadvoltageGalvanicisolationto:·CPU·oftheloadvoltageGalvanicisolationbetween:·CPUandchannel·thechannels·outputandL+,M·CPUandL+,MSpecialfeatures---附錄B（S7-300模板規(guī)范手冊）前言使用說明手冊中所包含的信息將會使你可以查找到操作指示符和S7-300的信號模塊，電源模塊和接口模塊的技術(shù)規(guī)范。在每一個系統(tǒng)的安裝手冊中描述了如何在一個S7-300,M7-300或ET-200M系統(tǒng)中設(shè)定，裝配和布置這些模塊。必須的經(jīng)驗為了理解這本手冊，你必須有電氣自動化的一般經(jīng)驗。讀者這個參考手冊描述了應(yīng)用在S7-300，M7-300和ET-200系統(tǒng)中的S7-300模塊。它包括了S7-300的信號模塊，電源模塊和接口模塊的數(shù)據(jù)一覽表。手冊的適用范圍現(xiàn)在的這個軟件包包含了它所發(fā)表時候可利用的所有模塊的描述。我們保留將現(xiàn)在產(chǎn)品的個別信息包含在新的模塊和現(xiàn)有模塊新的版本中的權(quán)利。介紹有多種電源模塊可以為S7-300可編程控制器和具有24VDC的傳感器/執(zhí)行器供電。1電源模塊本章將描述S7-300PLC電源模塊的技術(shù)特性。此外，還將闡述了：?特性?接線圖?基本電路圖?線路保護(hù)?典型工作狀態(tài)下的反應(yīng)1.1PS307電源模塊2A特性PS307電源模塊(2A)具有以下顯著特性：?輸出電流2A?輸出電壓24VDC防短路和開路保護(hù)?連接單相交流系統(tǒng)(輸入電壓120/230VAC50/60Hz)?可靠的隔離特性符合EN60950?可用作負(fù)載電源線路保護(hù)我們建議您安裝一個小型斷路器(MCB)(例如Siemens5SN1系列)以保護(hù)PS307電源。模板的電源進(jìn)線電纜其斷路器指標(biāo)應(yīng)為?230VAC時額定電流6A?跳閘特性(類型)B或C1.2PS307電源模塊5APS307電源模塊(5A)具有以下顯著特性?輸出電流5A?輸出電壓