基于plc系统的锅炉内胆水温控制系统设计

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1、1 PLC构成及WinCC的组态采用WinCC组态技术设计多机联网运行的实时监控系统，核心思想是通过计算机超强的处理能力，以软件实现实际生产过程变化，把传统控制中进行人工操作或数据分析与处理、数据输出与表达的硬件，利用方便的PC机软硬件代替。建立WinCC组态监控系统。首先启动WinCC，建立一个单用户项目——添加通讯驱动程序——选择通道单元——输入逻辑连接名，确定与S7—300端口的通讯连接。然后在驱动程序连接下建立结构类型和元素，给过程变量分配一个在PLC中的对应地址（地址类型与通讯对象相关），给除二进制变量外的过程变量和内部变量设定上限值和下限值（当过程值超出上限值

2、和下限值的范围时，数值将变为灰色，并且不可以再对其进行任何处理）。接着创建和编辑主导航画面、单台空压机组态画面、远程监控画面、分析诊断画面、数据归档画面、报警显示画面、报警在线限制值画面、报表打印画面、用户登录方式画面等。对画面中添加的按钮、窗口和静态文本等，进行组态变量连接、状态显示设置等等。再对远程控制画面中的启动/停止按钮进行变量连接，设置手动控制和自动控制两种方式，并且手动控制为高级控制方式。通过设置随变量值的变化范围而改变颜色的比功率棒图进行故障诊断分析；通过对过程值的归档，建立历史和当前的表格与曲线两种状态的监控界面；利用报警和报表打印等，实现信息上报、及时反

3、馈的功能，实现最佳的生产状态监测控制。还可通过用户管理权限的设置，为不同级别的用户设置权限和等待空闲时间，以更好地安全防护。1.1 PLC控制柜的组成   (1)电源部分    (2)CPU模块   西门子S7-300PLC，型号为CPU315-2DP，它集成了MPI接口，可以很方便的在PLC站点、操作站OS、编程器PG、操作员面板建立较小规模的通讯。它还集成了PROFIBUS-DP接口，通过DP可以组建更大范围的分布式自动化结构。   工作电压:DC24V;      通讯方式:CP5611网卡进行通讯;     通讯协议:PROFIBUS-DP。   (3)模拟量输入

4、模块   采用西门子SM331-7NF00-OABO模拟量输入模块。输入所采集到的信号至控制单元。规格:AI8×16bit;   (4)模拟量输出模块   采用西门子SM332-5HD01-OABO模拟量输出模块。输出控制信号至执行机构。规格:AO4×12bit    (5)数字量模块本系统采用西门子SM323-1BH01-0AA0数字量模块，该模块集成了8路数字量输入通道和8路数字量输出通道。锅炉内胆水温控制系统没用到此模块，但在硬件组态时需编入硬件组态。1.2 基于PLC的锅炉内胆水温控制的系统结构   参见图1，系统控制过程为:在锅炉内胆温度闭环控制系统中，用Pt1

5、00铂电阻检测炉温，温度变送器将Pt100输出的微弱电压信号转换为标准量程的电压信号，然后送给PLC的模拟量输入模块，经A/D转换后得到与温度成比例的数字量，CPU将它与温度给定值比较，并按PID控制算法对误差值进行运算，将运算结果(数字量)送给PLC的模拟量输出模块，经D/A转换后变为电流信号，用来控制三相可控硅移相调压装置的导通角大小，通过它控制电加热管两端的电压，实现对温度的闭环控制。图1    基于PLC的锅炉内胆水温控制系统方框图   设计所需要的过程控制系统为AE2000A型过程控制实验装置，如图2所示。图2    过程控制实验装置概貌2 锅炉内胆水温控制系统

6、的软件设计2.1 PLC的硬件组态控制程序设计   PLC的硬件组态。STEP7是西门子公司针对S7系列PLC所开发的一款编程软件，可以通过MPI接口实现PC和PLC之间的通讯，并在PC上对PLC下载和上载程序。进行组态，组态结束后，在CPU为‘STOP’模式下点击，将PLC的硬件组态下载到PLC中。组态结果如图3所示。图3    硬件组态结果2.2 PLC的控制程序设计   (1)在“Blocks”中添加所需编程模块，进行编程。设计中主要用到的编程模块为FB4。具体添加的模块见图4所示。图4    程序所建立的模块   (2)创建“符号表”。如图5、图6所示，其中用符号

7、“AI1”定义为‘锅炉水温信号’的采样通道,在模拟量输入模块中的地址为‘IW2’;“AI3”定义为‘夹套水温信号’的采样通道,在模拟量输入模块中的地址为‘IW4’;“AQ1”定义为‘电加热控制信号’的输出通道,在模拟量输出模块中的地址为‘QW16’。其余为创建模块后系统自动生成的。图5    符号表之一图6    符号表之二   (3)PLC编程。使用STEP7编程软件中的LAD形式(即梯形图形式)编程。●打开组织块OB1，在OB1中编写‘夹套温度采集’的梯形图，如图7所示;图7    ‘夹套温度采集’梯形图●打开组织块OB3