锅炉进水流量控制系统课程设计论文.doc

洛阳理工学院课程设计用纸摘 要这次课程设计阐述了efat/p过程控制实验装置和基adam5000/tcp的集散控制在锅炉系统中的应用及组态软件使用。通过在efat/p过程控制实验装置上做进水流量f1定值调节，了解efat/p过程控制实验装置的构成及实验基本环节，设计进水流量f1定值调节的实验，最终与过程控制实验装置结合，对efpt/p实验中进水流量f1定值调节进行组态，实现实时数据采集、过程控制、顺序控制、高级控制、报警检测、监视、操作，对数据进行记录、统计、显示、打印等处理。关键词：efat/p，adam5000/tcp，进水流量定值调节，组态目 录前 言.1第一章 锅炉控制系统分析.21.1 锅炉简介及规格.21.2 锅炉控制系统原理.31.3 锅炉控制系统的组成及简介.3 1.4 研华adam-5000/tcp的简介.91.5 控制柜的介绍.11第二章 锅炉进水流量控制系统设计.122.1 被控对象的结构设计.122.2 锅炉进水流量控制工艺流程图.132.3 锅炉进水流量控制原理框图.132.4 锅炉进水流量控制的组态图.142.5 锅炉进水流量控制工艺流程分析.152.6 锅炉进水流量控制系统分析.162.7 一次仪表选型设计.172.8 dcs选型设计.18第三章 组态软件介绍.193.1 组态王的简介.193.2 组态王的特点.19 3.3 组态王的功能. .20 3.4 工程创建.20结论.29参考文献.30前 言锅炉是广泛应用于石油化工、热力发电等工业生产场合的重要动力设备之一，其主要作用是提供合格的蒸汽。锅炉控制系统的任务是确保蒸汽的温度、压力及流量等参数符合工艺要求；维持汽包水位和炉膛压力在一定的范围内以保证设备安全运行；保证燃烧充分以提高生产的经济性、避免环境污染。因此，锅炉控制系统的工作质量直接影响着锅炉的正常生产，是其安全运行的重要保障，锅炉是化工、发电、供热、炼油和制糖等工业及民用部门必不可少的动力 设备。所以，随着计算机的日益发展，锅炉系统的控制方式越来越引起人们的重视，控制系统的水平已 经成为衡量锅炉好坏的一个重要标准。基于adad5000/tcp的锅炉集散控制系统对锅炉的水流量进行了 准确的控制，从而实现了锅炉的高效运行。过程控制是自动化技术的重要分支，在石化、电力、冶金、轻工等连续型生产过程中有着广泛的应用。近年来，过程控制技术本身及其应用领域得到了迅速发展。无论是现代发展工业生产过程中，还是在传统生产过程的技术改造中，过程控制技术对于提高劳动生产率、保证产品质量、改善劳动条件以及保护生态环境、优化技术经济指标等方面都起着重要的作用。过程控制技术是自动化技术的重要应用领域，随着生产技术水平迅速提高与生产规模持续扩大，对过程控制系统的要求越来越高，促使过程控制理论研究不断发展，先进控制方法能去的更高的控制品质和更好的经济效益，具有很好的应用与发展前景。工业自动化涉及的范围极广，过程控制是其中最重要的一个分支。因而，过程控制在国民经济中占有极其重要的地位。锅炉是众多工业部门必不可少的重要动力设备。因此，锅炉往往成了不少工厂不可缺少的一部分。因而，对锅炉设备中的控制系统进行分析研究是必要的。锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统中最重要的环节。对锅炉生产操作如果不合理，管理不善，处理不当，往往会引起事故。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。本次设计主要研究了adam-5000/tcp锅炉集散控制系统的背景，锅炉控制对象，工艺流程分析，其中首先对锅炉系统进行了分析简要介绍adam-5000/tcp模块和控制柜，再介绍了锅炉进水流量控制，组态软件，并画出锅炉系统进水流量控制工艺流程图，用亚控组态软件画出了锅炉系统进水流量控制组态图。第一章 锅炉控制系统分析通过对锅炉进水流量控制分析,了解锅炉控制系统原理和锅炉控制系统的组成;掌握智能调节仪的基本操作与整定方法；观察流量控制系统的控制方式1.1 锅炉简介及规格锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。 锅炉产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。 锅炉承受高温高压，安全问题十分重要。因此，对锅炉的材料选用、设计计算、制造和检验等都制订有严格的法规。 锅炉规格表示锅炉生产蒸汽或加热水的能力及水平。蒸汽锅炉的规格以单位时间内产生蒸汽的数量及蒸汽参数表示，热水锅炉的规格以单位时间内水的吸热量及热水参数表示。 蒸汽锅炉每小时所产生蒸汽的数量称为锅炉的蒸发量，也称锅炉的容量或出力，通常以符号“d”表示，单位为th（吨时）。锅炉铭牌上的蒸发量通常为额定蒸发量，即锅炉在规定的蒸汽参数和给水温度下，连续运行时所必须保证的最大蒸发量。 热水锅炉的容量是单位时间内水在锅炉里的吸热量，单位为mw（兆瓦），其额定值称额定热功率或额定供热量。 锅炉产汽及介质吸热的多少与锅炉受热面的多少直接相关。受热面是锅炉中隔开烟气与水汽、并把热量由前者传给后者的金属壁面，通常为管子或圆筒壁面。 蒸汽锅炉的蒸汽参数以锅炉主汽阀出口处蒸汽的压力（表压）和温度表示。热水锅炉的介质参数以额定出水压力（表压）及额定出水进水温度表示。压力和温度分别以符号“p”、“t”表示。 1.2 锅炉控制系统原理由进水流量控制原理图分析锅炉系统是以锅炉为主要控制对象，并对高位水箱、供水槽进行液位,压力.流量和其它参数的控制。该系统主要是采用计算机为主的集散控制。水从高位水箱流出，通过电磁阀m1调节到锅炉，在通过电磁阀m2到计量水槽，最后通过水泵抽到高位水箱，形成一个闭环。在对锅炉液位进行控制时，我们可以通过控制变频器控制水泵直接向锅炉送水的速度，也可以在保持高位水箱恒压供水的情况通过控制进水电动调节阀的开度和电磁阀的开关控制锅炉进水的速度，锅炉出水可以通过控制出水电动调节阀和电磁阀来控制。在对高位水箱的液位进行控制时，我们是通过控制变频器来控制水泵抽水的速度，从而达到对高位水箱送水的速度控制的控制1.3 锅炉控制系统的组成及简介锅炉系统由锅炉、高位水箱、供水槽、抽水电机、qs智能调节阀、电磁阀、压力传感器、流量传感器、温度变送器、压力表、管道、开关等部分组成1、 dbyg扩散硅压力变送器1）原理 被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。2）概述： dbyg压力变送器是一种新型工业压力变送器。采用不锈钢防腐蚀结构体，适用于一般性液体和气体的压力测量。可用于自来水、石油传输、化工过程，以及各种系统压力测量，以达到计量、控制、报警、调度、节能等目的。3）主要特点：（1） 结构小巧、安装方便，可直接安装，也可采用支架安装。（2） 先进的膜片/充油隔离技术。（3） 高稳定性、高可靠性。（4） 耐震，抗射频干扰。（5） 一体化接线盒：所有电气接线都直接与变送器外壳的现场端子腔室相连。从而消除了安装中间接线盒所带来的费用和麻烦。4）主要技术参数：（1）量程：0-200pa至0-100mpa；-0.1mpa-+0.1mpa （2）精度：0.25%f.s;0.5%f.s（一般为0.5%f.s）；（3）介质温区：0-60（4）输出：4-20ma,(0-5v,0-10v,三线制)（5）过载：量程1.5倍；（6）防爆级别：exiact5；（7）防尘防潮：全天候；（8）指示表头：3 1/2位液晶显示（用户订货时须另指明）。（9）过程连接方式: a、外螺纹m201.5（默认） b、外螺纹g1/2或另指明。2、 ldg-10s电磁流量传感器和ldz-4b电磁流量转换器ldg-10s型电磁流量传感器与ldz-4b型电磁流量转换器（包括ldz-4b、ldz-6型等，以下简称转换器）配套，组成ldg-s型电磁流量计，用以测量各种酸、碱、盐溶液，纸浆、泥浆等导电性溶液，或液固两相介质的体积流量。在化工、矿治、给排水、污水处理、食品、造纸、制糖、港口疏浚等部门得到广泛应用。本流量计可与显示、记录仪表、积算器或调节器配套，用来对流量进行检测、积算、调节和控制。1）工作原理传感据器是根法拉第磁感应定电律工作的，当导电液体沿测量管在交变磁场与磁力线成垂直方向运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势。在与测量管轴线和磁场磁力线相互垂直的管壁上安装了一对检测电极，将这个感应电势检出。若感应电势为e，则有： e=bvd 式中：b磁感应强度； d电极间的距离，与测量管内径相等； v测量管内径被测流体在截面上的平均流速。式中磁场b是恒定不变，d为一常数，则感应电动势e与被测流体流速v成正比。通过测量管横截面上的瞬时体积流量q与流速v之间的关系为：q= v 将式代入式得： q=e=ke 式中：k仪表常数e通常称为流量信号，将流量信号输入转换器，经处理后输出与流量成正比的420ma电流信号、脉冲（或频率）信号，可对流量进行记录、调节等。2）特点：（1） 采用整体焊接结构，密封性能好；（2） 结构简单可靠，内部无活动部件，几乎无压力损失；（3） 采用低频矩形波励磁，抗干扰性能好，零点稳定；（4） 仪表指示不受被测介质压力、温度、粘度、密度等物理参数变化的影响；（5） 仪表反应灵敏，输出信号与流量呈线性关系，量程比宽；（6） 由于被测介质只与测量管内衬里和电极接触，容易满足防腐、耐磨损等要求；（7） 成套仪表功耗小，（配ldz-4b30va;配ldz-620va），与传感器的口径大小无关；（8） 安装、使用、维护方便；（9） 可提供防爆型（口径25200），防爆标志为exemiact3t6；（口径250400），防爆标志为exeiact3t6。（10）可提供耐辐射性（口径10200），型号为ldg(h)-s。3）性能（1） 传感感器适用范围： dn10dn300（2） 测量范围： 0.1m/s10m/s 可测量范围0.03m/s10m/s（3） 测量准确度： 0.5m/s10m/s时为0.5级、 0.1m/s0.5m/s时为1级（4） 重复性： 测量值的0.1%、0.2%（5） 信息显示： 中、英文显示：瞬时流量，流速、百分比流量、正向反向净累积总量可设置以及各报警。（6） 输出信号： 1电流 420ma 负载小于500 2频率 05khz 无源 3脉冲当量（7） 励磁方式 ： 三幅值低频励磁、2）高频励磁（8） 励磁频率 ： 1/16、1/8、1/4、1/2 通过设置可选择（9） 励磁电流 ： 160ma或指定（10）时间常数： 0.199.9秒可设定（11）供电电源： 85265ac或1836vdc 功率：小于10w4）自诊断信息与故障处理电磁流量转换器具有自诊断功能。除了电源和硬件电路故障外，一般应用中出现的故障均能正确给出报警信息。这些信息在显示器右下方给出相应提示。常见的故障处理方法如下：（1）仪表无显示 检查电源是否接通； 检查电源保险丝是否完好; 检查供电电压是否符合要求； 如果上述都正常，请将转换器交生产厂维修。（2）励磁报警 励磁接线x和y是否开路； 检查励磁线圈电阻值正常，则转换器有故障。（3）空管报警 测量流体是否充满传感器测量管； 用导线将转换器信号输入端子a、b和c三点短路，此时如果“空管报警“提示撤消，说明转换器正常，有可能是被测流体电导率低或空管阈值及空管量程设置错误； 检查信号连线是否正确； 检查传感器电极是否正常;（4）测量的流量不准确 流体是否充满传感器测量管； 信号线连接是否正常； 检查传感器系数、传感器零点是否按传感器标牌或出厂校验单设置正常；（5）保养、维修 传感器安装场所应符合技术要求，并要保持外罩整洁 变送器需放置在整洁、通风、干燥的地方。 每两年需检检定一次，对精度要求较高的用户，需送检。3、 qs智能型电动调节阀1）特性及用途智能型电动调节阀由qs智能型直行程电动执行机构，它直接接受4-20ma/4-12ma/12-22ma/0-5v/1-5v等控制信号，输出隔离4-20ma阀位反馈信号，具有自诊断功能，使电机带动减速器运行而产生轴向推力，阀芯作相应移动，从而达到对压力、流量、温度、液位等工艺参数的调节，便可轻松满足需要，可以广泛适用于电力、石油、化工、冶金、医药、轻工、建材、锅炉等行业。2）产品特点(1) 配用psl智能型直行程电动执行器，体积小、规格全、重量轻、推力大、操作方便，无调整电位器，可靠性高、噪声小。(1) psl电动执行器采用一体化结构设计，具有自诊断功能，使用和调校十分方便。(1) 有数字显示窗口，可看到控制信号值、阀位值。(1) psl智能型电动执行机构功能：带断控制信号故障判断、报警及保护功能。即断信号时可使执行机构或开；或关；或保持；或在0100之间予置的任意位置。及带阀门堵转故障判断、报警及保护功能。(1) 阀门流体通道成s型，压降损失小，流量大，流量特性精度高，可调范围广。3、技术参数(1)输入信号：420ma 412ma 1220ma 15v(2)输入电阻：200(3) 电源电压：220v 5060hz(4) 灵敏度：150a(5) 非线性偏差：3.5%(6) 正反行程偏差：3%(7)纯滞性：1%(8) 使用环境温度：电动调节阀0+55(9) 使用环境湿度：电动调节阀95%(10) 允许泄漏菉量：qslp型为kv值的0.01% qslm型为kv值的0.1%(11) 流量能力偏差：10%（当cv5时，15%）(12) 量特性偏差：10%（当cv5时，15%）注：流通能力cv是当调节阀全开，阀两端压差为1kgf/cm，介质重度为1g/cm时，流经调节阀的以m或t/h的流量数。4、 电磁阀1）电磁阀的作用 电磁阀是用来控制流体方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用在机械控制和工业阀门上面，通过一个电磁线圈来控制阀芯位置，切断或接通气源以达到改变流体流动方向的目的，来对介质方向进行控制，从而达到对阀门开关的控制。 2) 电磁阀的工作原理二通电磁阀采用反冲式结构，它具有一次开阀和二次开阀的特点。当有电流通过线圈时,固定铁芯吸合动铁芯,改变滑阀芯的位置，发生励磁作用,动铁芯带动滑阀芯并压缩弹簧,从而改变流体的方向。当线圈失电时，依靠弹簧的弹力推动滑阀芯，顶回动铁芯，使流体按原来的方向流动。 3) 二通电磁阀zct的技术参数使用压力范围01mpa最大耐压力1.2mpa工作介质蒸汽、空气、油、水、酸碱性液体使用流体粘度4e额定电压ac380v、220v、36v，dc220v、110v、24v电压允许波动范围-15%+10%环境温度-10+50介质温度-5150和-5220两种工作寿命15 万次绝缘等级b 级功率14w 左右型式常闭式（即通电阀门开，断电阀门关）5、 wzp-270s铂电阻工业用铂电阻作为温度测量的变送器，通常用来和显示、记录、调节仪表配套。直接测量各种生产过程中从-200500范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。1）结构原理装配式铂电阻是由感温元件、不锈钢外保护管、接线盒以及各种用途的固定装置组成，有双支和单支元件两种规格，双支铂电阻可以同时输出二组相同电阻信号供使用。铂电阻是一种温度传感器，它是利用铂丝在温度变化时自身电阻也随着变化的特性来测量温度的，不锈钢保护管不但具有抗腐蚀性能，而且具有足够的机械强度，保证铂电阻能安全地使用在各种场合，装配式铂电阻接线盒分防濺式和防水式两种类型供选择。安装固定装置有固定螺纹、活动法兰盘、固定安装法兰盘和带固定螺栓锥形保护管装置等形式。2）参数与规格热电阻感温元件在0的电阻值（r0）分度号pt100：a级r01000.06；b级r0=1000.12。3）量程规格型号分度号测温范围精度等级允许偏差twzppt100-200500a级-200650时允差 （0.15或+0.002t）b级-200800时允差 （0.3或+0.005t）1.4 研华adam-5000/tcp简介1、 产品简介：adam-5000系列 模拟量、数字量输入输出模块，继电器输出模块，计数器/定时模块。adam-5000/tcp是一款以以太网为基础的i/o系统。没有转发器，adam-5000/tcp能够覆盖超过100m的通信距离。它允许远距离结构，通过以太网和8 pc来同时存储数据。adam-5000/tcp是一个数据采集和控制系统，它能够通过多通道的i/o模块进行控制、监测。adam-5000/tcp具有高速的i/o能力并且全面支持adam-5000 i/o模块。adam-5000/tcp提供8个插槽，支持多大128个i/o点。adam-5000/tcp不仅具有高速i/o能力，而且具有智能诊断能力。从系统前面板上的8个指示灯，用户可以清楚地看到系统当前的工作状态、电源、cpu、通信等指示灯。同时，在以太网口还有标志数据接收/发送(rx/tx)的指示灯。adam-5000/tcp具有事件处理能力和数据流功能。通过tcp/ip标准通信协议进行数据传输，当网络上存在多个从站的时候进行网络数据传输管理仍然存在瓶颈。因此adam-5000/tcp也支持udp协议来处理有规律的数据流广播或事件报警触发功能，这将大大提高系统的性能。adam-5000/tcp可以通过adam-5000/tcp-6000 utility 对其进行配置和测试，提供dll函数库供用户编程调用，提供modbus opc server用于和其它软件进行整合。adam-5000/tcp是舒适的结构和有效的管理的解决方案，为建筑体系网络自动化提供了经济而有效的理想解决方案。2、 产品规格1） arm 32位 risc cpu；2） 10/100 base-t自动侦测高速通信端口；3） 支持modbus/tcp通讯控制，易于整合；4） 在没有中继器的情况下可以达到100米的通信距离；5） 允许通过以太网远程进行配置；6） 允许8台主机同时访问；7） 8个i/o插槽，可支持128点的数据监控。3、研华rs485总线adam-5000系列远程数据采集模块adam-5000/485 分布式rs-485数据采集控制系统四槽控制器,可插四个adam5000系列模块,通讯总线：rs-485,通讯端口：rs-485 x1 或 rs-232 x1，网络节点：256个,通讯速率最高可达115.2 kbps 。adam-5000e 分布式rs-485数据采集控制系统八槽控制器,可插八个adam5000系列模块,通讯总线：rs-485,通讯端口：rs-485 x1 或 rs-232 x1,网络节点：256个,通讯速率最高可达115.2 kbps。4、adam-5000 i/o模块1) 模拟量输入模块（ai adam-5017）adam-5017是8路通用模拟量输入模块，8路差分；分辨率：16位；输入类型：mv、v、ma；隔离电压：3000 vdc；输入范围：150 mv、500 mv、1 v、5 v、10 v、20 ma。adam-5017h 是8路高速模拟量输入模块，分辨率：12位，外加符号位，输入类型：mv、v、ma；隔离电压：3000 vdc；高采样速率：adam-5000/485&5000e:：100采样点/秒；adam-5510 & adam-5511：最大8000采样点/秒；每个通道均可设置不同的量程，输入范围：250 mv、 500 mv、1 v、5 v、10 v、0 +500 mv、0 +1 v、0 +5 v、0 +10 v、0 20 ma、4 20 ma。2) 模拟量输出模块（ao adam-5024）adam-5024是4路模拟量输出模块，分辨率：12位；隔离电压：3000 vdc、输出范围；0 20 ma、4 20 ma、0 10 v。3) 数字量输入模块（di adam-5052）adam-5052是8路隔离数字量输入模块，隔离电压：5000 vrms；adam-5055s是16路隔离型数字量输入输出模块，8 do & 8 di ；隔离电压：2500 vdc4) 数字量输出模块（do adam-5056）adam-5056是16路数字量输出模块，数字量输出：集电极开路30v(100 ma最大负载)。adam-5056d是带led显示的16路数字量输出模块，数字量输出：集电极开路30v(100 ma最大负载）输出状态保持功能。adam-5056s/5056so是带led显示的16路隔离型数字量输出模块,隔离电压：2500 vd；集电极开路 40 v（200 ma最大负载）5)继电器输出模块（adam-5060&adam-5068）adam-5060是6路继电器输出模块，2个a型，4个c型，触点容量：ac:：125 v 0.6 a；250 v 0.3 a adam-5068是8路继电器输出模块，8个a型，触点容量：ac：120v 0.5 a。1.5 控制柜的介绍控制柜分六层，柜子的最上层从左至右依次为：一个空气开关，一个继电器，两个信号灯：一红一绿，它们分别用来指示控制柜的工作情况，第二层从左至右依次为：一个cpu模块，两个5017，两个5024，两个5052，两个5068和一个提供24vdc的电源，第三层从左至右依次为：一个cpu模块，两个5017，两个5024，两个5052和两个5068，第四层是32个继电器从左至右依次为km0km32，第五层是端子排，共130个接线端子，第六层也是端子排，也是130个接线端子，最下面是一个隔离变压器，起到隔离和保护的作用adam5024它是4路模拟量输出模块，模块上有4路1-5v电压信号输出端由v0+、v0-到v3+、v3-和4路4-20ma的电流信号输出端由i0+、i0-到i3+、i3-。在接线的过程中，从模块的接线孔中引出一根线，接到相应的端子排上，编号从1到6以及7、8。控制对象中有四个模拟量输出，分别是进水电动阀vc1调节，出水电动阀vc2调节，晶闸管scr控制，变频器控制，这些模块的输入值经过模拟量输出模块adam-5024转换成模拟量，再送给执行机构进行调节。 此锅炉系统用到一个adam-5052，它为8路开关量输入模块，因为模块输出的触点信号功率较小，无法接通vd11和vd12，所以要接入继电器，在接线的过程中，从5052接线孔di0+中引出一根线接到端子排上的10，从di1+中引出一根线接到端子排上的12其中从9、11各引出一根线短接在一起接+24伏电源，从di0-、di1-各引出一根线后短接在一起再接地，两个开关量输入分别是接通进水电磁阀vd11，出水电磁阀vd12，这些信号经传感器检测发送到开关量输入模块adam-5052。继电器的作用：在自动控制回路中起控制与隔离作用的执行部件，实际上也是一种用低电压、小电流来控制大电压、高电流的开关。开关量输出：用到一个adam-5068为8路开关量输出模块，因为模块输出的触点信号功率较小，无法驱动vd11和vd12，所以要接入继电器，模块有no0-no8的8个端口和8个com端，从no0、no1、no2分别引出一根线接继电器线圈，最后短接在+24伏电源上，从com0、com1、com2引出的线短接在一起接地，再将do1+和do1-、do2+和do2-、do3+和do3-两端分别对应的接继电器ka1、ka2、ka3的一个常开触点上，在此控制中实现了开关量的输出。adam5024它是4路模拟量输出模块，模块上有4路1-5v电压信号输出端由v0+、v0-到v3+、v3-和4路4-20ma的电流信号输出端由i0+、i0-到i3+、i3-。在接线的过程中，从模块的接线孔中引出一根线，接到相应的端子排上，编号从1到6以及7、8。控制对象中有四个模拟量输出，分别是进水电动阀vc1调节，出水电动阀vc2调节，晶闸管scr控制，变频器控制，这些模块的输入值经过模拟量输出模块adam-5024转换成模拟量，再送给执行机构进行调节。 此锅炉系统用到一个adam-5052，它为8路开关量输入模块，因为模块输出的触点信号功率较小，无法接通vd11和vd12，所以要接入继电器，在接线的过程中，从5052接线孔di0+中引出一根线接到端子排上的10，从di1+中引出一根线接到端子排上的12其中从9、11各引出一根线短接在一起接+24伏电源，从di0-、di1-各引出一根线后短接在一起再接地，两个开关量输入分别是接通进水电磁阀vd11，出水电磁阀vd12，这些信号经传感器检测发送到开关量输入模块adam-5052。继电器的作用：在自动控制回路中起控制与隔离作用的执行部件，实际上也是一种用低电压、小电流来控制大电压、高电流的开关。开关量输出：用到一个adam-5068为8路开关量输出模块，因为模块输出的触点信号功率较小，无法驱动vd11和vd12，所以要接入继电器，模块有no0-no8的8个端口和8个com端，从no0、no1、no2分别引出一根线接继电器线圈，最后短接在+24伏电源上，从com0、com1、com2引出的线短接在一起接地，再将do1+和do1-、do2+和do2-、do3+和do3-两端分别对应的接继电器ka1、ka2、ka3的一个常开触点上，在此控制中实现了开关量的输出。第二章 锅炉进水流量控制系统设计2.1被控对象的结构设计控制系统的设计是为工艺生产服务的，因此它与工艺流程设计、工艺设备设计有密切的关系。生产过程的类型很多，为此过程控制设计人员必须了解有关的生产工艺和技术资料，熟悉生产工艺流程、操作条件、设备性能、产品质量指标等。“efpt过程控制实验装置”阀门状态表:阀门标号状态阀门标号状态阀门标号状态v25开v36开v40开v21开v51开vc1开v33开v39开v38开v42开v43开v26开表2-1 “efpt过程控制实验装置”阀门状态表2.2 锅炉进水流量控制工艺流程图图2-1锅炉进水流量控制工艺流程图2.3 锅炉进水流量控制原理框图图2-2锅炉进水流量控制原理框图2.4锅炉进水流量控制的组态图图2-3 锅炉进水流量控制的组态图2.5锅炉进水流量控制工艺流程分析当组态完成后，采用以太网的方式将pc机与控制柜连接起来，然后通过rs-232总线或者rs-485总线将控制柜与现场设备连接起来，构成网络，实现稳定通信。在稳定组态网络通信的基础上，变频水泵将计量水槽中的水送入高位水箱，然后通过电动调节阀及电磁阀和电磁流量传感器的控制及测量作用将高位水箱中的水送入锅炉加热，同时显示在电磁流量传感器中显示流量信号和在组态画面中显示即时反馈信息，以便观察分析；锅炉加热后通过电磁流量传感器和电动调节阀及电磁阀将热水送入下一道工序（本实验为计量水槽），同时显示流量信息和反馈组态画面的信息。在锅炉液位集散控制调节系统正常运行过程中，通过压力变送器将锅炉液位以及高位水箱的液位采集起来，通过模拟量输入通道ai送入计算机，这些采集的差分信号在计算机中通过控制算法的处理后，通过模拟量输出通道ao控制电动调节阀的运动、调节变频器的频率控制水泵的转速从而控制上水速率，电磁阀的开关量信息通过模拟量输入通道di反馈到计算机，从而可以控制电磁阀的开与关，从而达到控制锅炉和水槽液位目的，同时通过温度传感器将被控量pv与设定值sv比较的偏差e及控制算法计算出控制量或操作量mv，然后将mv送给执行器电动调节阀，从而控制进水量和出水量，从而控制系统稳定。当锅炉水位偏低时，控制电动调节阀m1及电磁阀vd11，使进水流量增大，同时控制电动调节阀m2及电磁阀vd12，使出水流量减少，从而增高锅炉液位；当锅炉水位偏高时，则控制相反；当高位水箱水位过低时，增大变频水泵的频率，增大水泵转速，增大给水量，从而保持系统稳定运行。2.6 锅炉进水流量控制系统分析根据被控对象的生产流程和控制要求，确定使用调节阀的气开型和调节器的反作用。水从高位水箱流出，通过电磁阀m1调节到锅炉，在通过电磁阀m2到计量水槽，最后通过水泵抽到高位水箱，形成一个闭环。在对锅炉液位进行控制时，我们可以通过控制变频器控制水泵直接向锅炉送水的速度，也可以在保持高位水箱恒压供水的情况通过控制进水电动调节阀的开度和电磁阀的开关控制锅炉进水的速度，锅炉出水可以通过控制出水电磁阀来控制。在对高位水箱的液位进行控制时，我们是通过控制变频器来控制水泵抽水的速度，从而达到对高位水箱送水的速度控制的控制，通过控制出水电动调节阀的开度和电磁阀的开关控制高位水箱出水的速度。在控制水槽的液位时我们是通过控制变频器来改变水泵从水槽抽出水的速度通过调节出水电动调节阀控制水槽进水的速度。上位小水箱的水变化，回路开关全部打开，通过变频器来控制电机的转速，维持锅炉液位的恒定。当液位低时，lt-2压力变送器将数据送给计算机，计算机通过pid运算后给变频器一个频率，电机改变转速，使上水速度变大，增大上变的压力，使锅炉的液位上升。总之，通过压力传感器、变频器这个执行机构来使液位维持在一定的液位。电机转速恒定，计算机根据锅炉压力变速器传来的值来控制m1、m2，当锅炉液位低时，增大m1的开度，减小m2的开度，使液位上升；当锅炉液位高时，减小m1的开度，增大m2的开度，使之升高。通过方法两种方法结合，控制电机的转速、m1和m2来维持锅炉液位的恒定。2.7一次仪表选型设计根据锅炉进水流量控制组态设计，确定“efpt过程控制实验装置”中一次仪表的使用情况，查阅一次仪表型号、量程等参数。1、 一次仪表位号名称进水电动调节阀出水电动调节阀水箱液位锅炉液位出水压力进水流量进水电动调节阀控制出水电动调节阀控制位号m1m2lt-1lt-2pt-2ft-1m1a01m2a012、 列出一次仪表选型表。 仪表名参数电磁流量转换器电磁流量传感器智能电动调节阀model电动机压力变送器仪表型号ldz-4bqsl-100aqsvp-16kchl 2-20qbyg输出4-20ma4-20ma4-20ma精度1级0.5防爆标志ibiict6防护等级ip 65工作压力4mpa68kp电源220v 50hz消耗功率30va行程16mm工作温度0-120-40-200公称压力16kp公称通径20mm负载电阻0-750欧n2900r/minq2m3/hw0.37kw2.8 dcs选型设计1、列出i/o清单。模拟量输入：6路，分别是进水电动调节阀、出水电动调节阀、水箱液位、锅炉液位、出水压力、进水流量。模拟量输出：2路，分别是进水电动调节阀控制、出水电动调节阀控制。2、根据系统i/o清单，确定dcs的硬件配置，列出所选用的dcs硬件配置，包括：电源、主控卡、数据通信卡件、i/o卡件。模块名称性能型号冗余dcs信号转接板端子号电源指示卡sp221主控制卡cpusp243x数据转发卡sp233电流信号输入卡4路输入（420ma）sp313nai3，nai4电流信号输入卡4路输入（420ma）sp313nai5，nai6，nai7，nai8模拟量输出卡4路输出（420ma）sp322nao5，nao6第三章 组态软件介绍 3.1 组态王的简介组态王软件是一种通用的工业监控软件，他融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。他基于microsoft windows xp/nt/2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。他适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。 组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。 工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。 工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。 运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通信数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。3.2 组态王的特点组态王软件作为一个开放型的通用工业监控软件，支持与国内外常见的 plc、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等（如：西门子 plc、莫迪康 plc、欧姆龙 plc、三菱 plc、研华模块等等）通过常规通信接口（如串口方式、usb 接口方式、以太网、总线、gprs等）进行数据通信。 组态王软件与 io设备进行通信一般是通过调用*.dll 动态库来实现的，不同的设备、协议对应不同的动态库。工程开发人员无须关心复杂的动态库代码及设备通信协议，只须使用组态王提供的设备定义向导， 即可定义工程中使用的 i/o设备， 并通过变量的定义实现与 i/o设备的关联，对用户来说既简单又方便。主要功能特性：1）可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接。 2）无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能。 3）可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。 4）变量导入导出功能，变量可以导出到excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间。 5）强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存。 6）强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理。7）全新的webserver架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布。 8）方便的配方处理功能。 9）丰富的设备支持库，支持常见的plc设备、智能仪表、智能模块。3.3 组态王的功能组态软件具有监控和数据采集系统，好处之一就是能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量。能快速便捷地进行图形维护和数据采集。组态王提供了丰富的快速应用设计的工具。1）快速便捷的应用设计；2）丰富的可扩充的图形库；3）对多媒体的支持；4）灵活简便的变量定义和管理；5）强大的控制语言；6）采集和显示历史数据；7）全新的灵活多样、操作简单的内嵌式报表；8）配方管理；9）温控曲线控件。3.4 工程创建1、创建一个新项目双击快捷桌面的“组态王6.53”图标，启动“组态王”的“工程管理器”如图5-54组态王工程管理器，单击工具条上的“新建”按钮，出现新建工程向导，根据工程向导，选择工程路径，输入工程名称为“行走机械手1”，在工程描述文本框里可以输入对该工程的描述内容。双击“行走机械手1”工程，如果没有安装加密狗，则出现提示信息“您将进入演示方式，程序将在两个小时后关闭”。两个小时后关闭不会影响再次进入及其他问题。点击“确认”按钮后打开。图3-1 组态王主界面2、设备连接设备的连接是组态王通过计算机硬件与外设的数据进行连接。计算机的硬件有串口、并口、数据采集板卡等硬件；外设有plc、单片机、条码扫描器、智能仪表等。根据plc与计算机的连接口。如是com1点击工程浏览器中的“com1”图标如图3-2所示。图3-2 com1通信口的设置鼠标在工作区双击“新建”就会弹出如图3-3所示的对话框。图3-3 设备配置向导点击“plc”打开各种厂家的plc，点击“西门子”此时又打开西门子的各种plc，点击“s7-200系列”如图3-4所示。选择“ppi”点击“下一步”，写上设备名称如“s7_200”，点击“下一步”，出现图3-5所示的窗口。根据计算机的串口地址选择，点击“下一步”，填上plc通信的地址，plc如果没有更改过地址默认为2，在这个对话框写上“2” 点击“下一步”，此时出现的对话框为恢复时间，就设为默认。点击“下一步”在点击“完成”硬件配置完成。图3-4 选择ppi 图3-5 选择com口配置完之后在工作区多了一个“s7_200”，测试设备是否与计算机正常通信。用鼠标移到“s7_200”点击鼠标的右键，弹出如图3-6所示对话框，点击“测试 s7_200”，弹出对话框后再点击“设备测试”如图3-7所示。在“寄存器：”中输入“v0”；在“数据类型”中选择“byte”点击“添加”按钮，就添加“采集列表”中，点击“读取”按钮，读取按钮显示“停止”按钮，在寄存器名“v0”的变量值显示“0”或其他值，说明计算机与plc已经连接正常，否则会有出错的信息。如果通信出错可以进入step 7 microwin检查是否正常上下载程序，如果正常上下载程序，检查组态王的com口的参数是否设置正确，com口的地址是否正确。如果不能上下载程序，则有可能通信线与计算机的com口接触良好或其他原因（如plc的通信口损坏、通信电缆损坏、com口的地址选择不正确等）。图3-7 串口设备图3-6 s7-200的设备菜单3、组态变量数据库是“组态王”软件的核心部分，数据变量的集合成为“数据词典”。点击工程浏览器中的“数据词典”图标如图3-8所示的数据词典。右边的工作区将出现系统自带的17个内存变量，这个内存变量不算点数，用户可以直接使用。图3-8 数据词典双击工作区最下面的“新建”图标，弹出如图3-9定义变量对话框。设置变量名为“左移动”，选择变量类型为“i/o离散”，i/o离散是指plc中的数字量，初始值采用默认的“关”（off状态），连接设备选择“s7-200”，寄存器选择“q0.0”，数据类型选择“bit”，采集频率设置为“100”毫秒，读写属性设置为“只写”。用同样的方法组态“右移动”的变量，寄存器选择“q0.1”，注意变量的读写属性设置如