锅炉辅助系统的PLC设计

1、锅炉辅助系统的PLC设计摘要目前，自动化技术日益完善与成熟，在工业生产和科学发展扮演了日益重要的角色。生产过程自动化的程度已成为衡量工业企业现代化水平的一个重要标志。本论文主要介绍了以下方面：锅炉除灰、除渣系统方案;可编程控制器（PLC）的发展、组成和工作原理;PLC在除灰、除渣系统中的应用；组态软件的系统组成、强大的组态功能以及使用方法。本论文的设计思想是以气力除灰为原理构建锅炉除灰、除渣系统，由此把组态王强大的监控和显示功能与西门子S7-200系列可编程控制器（PLC）的现场控制完美的结合在一起。我在设计过程中利用SIEMENS PPI通信协议实现上位机与下位机的关联，构建了完整的工业过程

2、组态模拟控制系统。然后是程序的设计以及系统设计的硬件构成等组成了本次的主体设计思路。关键词：PLC，除灰，除渣，组态软件The Design of PLC in Boiler Assistance System AbstractAt present, with its perfection and maturity,automation technique,gradually plays a more important part in science development and industry production .The degree of automation technique

3、 used in product line has become an important mark of measuring the enterprise modernization level.This paper mainly introduces the project of the boiler removing dusts and residue system with the development and work principle and constitute of the PLC.It also introduces its application in boiler r

4、emoving dusts and residue system, and the constitute and strong function and the concrete operation method of Kingview is also introduced.Design purpose this paper is to establish the boiler removing dusts and residue system with the principle of energy removing dusts.Therefore it can combine the su

5、pervision and manifestation function of Kingview with the spot control of SIEMENES S7200 series PLC perfectly.In the course of my design,I make use of the SIEMENS PPI correspondence agreement to carry out the connection of honor machine and next machine,and establish an integration of the industrial

6、 process Kingview imitation control system. The design of the procedure and the hardware constitution of the system design are what this design is mainly about.Keywords:PLC，Removing dusts，Removing residue，Kingview software目录绪论11 设计系统概述31.1 锅炉除灰系统概述31.1.1 气力除灰系统工作原理41.2 除渣系统概述：72 S7200可编程控制器介绍102.1 可

7、编程控制器（PLC）简介102.1.1 PLC的由来及定义102.1.2 PLC分类及其发展概况112.1.3 可编程逻辑控制器的主要功能和特点：122.1.4 可编程逻辑控制器的基本组成和工作原理：142.2 S7-200可编程控制器介绍：182.2.1 S7200PLC的特点182.2.2 S7200PLC的基本指令193 工业组态软件组态王介绍213.1 组态软件介绍213.1.1 组态软件的发展概况213.1.2 组态王简介223.1.3 组态王的特点：233.2 组态王6.5版本介绍243.2.1 工程管理器243.2.2 工程浏览器253.2.3 信息窗口254 组态王和PLC在控

8、制系统中的实现274.1 锅炉除灰系统274.1.1 锅炉除灰系统I/O分配表274.1.2 锅炉除灰系统硬件构成284.1.3 除灰系统程序设计284.1.4 组态王下创建除灰系统画面324.2 锅炉除渣系统424.2.1 锅炉除渣系统I/O分配表424.2.2 锅炉除渣系统硬件构成444.2.3 除渣系统程序设计454.2.4 组态王下创建除渣系统画面484.2.5 除渣系统中所有定义的变量484.3 上下位机通信连接504.3.1 下装程序504.3.2 组态王I/O设备测试515 实验结果和结论53参考文献54附录55附录一 锅炉除灰系统PLC程序55附录二 锅炉除渣系统PLC程序64

9、致谢77绪论社会的需求是促使技术不断更新，产品不断改朝换代最基本的原动力。组态软件的出现使得自动化领域又发生了一次深刻的变革。借助控制技术、计算机技术和微电子技术，自动化控制将更好地融入到工业、农业、国防、民用生产和第三产业的各个领域当中。社会正朝着自动化、智能化、信息化，朝着高效率、高品质、绿色无污染的方向发展。随着计算机技术、通信技术和网络技术的发展，新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济及开发周期短等优点。PC机（包括工控机）相比以前的专用系统具有明显的优势：首先PC技术保持了较快的发展速度，各种

10、相关技术已日臻完善成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资源丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，监控组态软件起到了越来越重要的作用。组态（Configuration）为模块化任意组合。通用组态软件主要特点有（1）延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；（2）封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程

11、语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；（3）通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。在PLC（可编程序控制器）问世之前，工业控制领域中以继电器控制占主导地位。但是随着PLC的出现，继电器控制系统的缺点（体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差）就充分显示了出来。可编程序控制器（Programmable Control

12、ler,英文速写为PC、后又称为PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动化控制装置。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。近年来，在工业控制的各个领域中，PLC更是得到了广泛的应用，充分展示了高稳定性，极强的适应性。本次设计围绕组态软件技术和可编程控制器技术，以组态王和西门子S7-200系列可编程控制器为例，实现PLC在锅炉辅助系统中控制。1

13、设计系统概述本次设计以锅炉辅助系统PLC（包括气力除灰控制系统和除渣控制系统）为背景，西门子S7-200CPU226作为控制器，用工业组态软件组态王6.5软件进行上位机监控。下面简要介绍一下设计要求：一般来说，锅炉设备的组成主要包括两部分：一部分是锅炉本体，由锅筒、炉排减速机、燃烧室、对流管束、过热器、省煤器和空气预热器等组成；另一部分是锅炉的辅助和附属设备，主要由通风装置、给水和蒸汽供应装置、运煤和除渣装置、除尘装置和锅炉安全附件等组成。任何一种设备出现问题，都会影响锅炉的“出力”和整体效果。应根据具体情况选择合适的除尘、除渣装置。1.1 锅炉除灰系统概述锅炉煤粉燃烧后将产生大量的煤灰,煤灰

14、若由烟卤排出,势必对大气造成污染.为了保护大气环境,早期的电厂一般都采用水除灰的办法,这不仅浪费,污染水资源,而且增加了回收煤灰的难度,故推出气力除灰技术,即将煤灰吸收到灰斗中,再在气压的作用下输送到灰库,从而实现煤灰回收利用。锅炉除尘器经历过从干式旋风除尘-多管旋风除尘-麻石水膜除尘-静电除尘的过程。目前，随着国家对环境保护的重视程度和环境保护要求的日益提高，以及滤袋的国产化和使用寿命的延长，锅炉尾部除尘又有回到布袋除尘的趋势。目前最常用的除灰方法是气力除灰,气力除灰是清洁生产的一个重要环节，它是以密封式输送管道代替传统的机械输送物料的一种工艺过程，具有如下特点：布置灵活、输送距离长节能高效

15、集中输送和回收利用在特殊粉体输送中更具优势为无泄漏输送、无二次污染气力除灰在火力发电厂、化工厂、水泥厂、制药厂、粮食加工厂等的一些原材料、粉粒料在输送生产工程中产生的环境污染越来越得到广泛的重视。气力除灰技术于是也得到了逐步的推广。1.1.1 气力除灰系统工作原理每台锅炉的气力除灰系统各有除灰管线3条，一条为复合斜多管飞灰发送装置，另两条为空预器飞灰发送装置。(1)复合斜多管飞灰发送装置：复合斜多管飞灰发送装置设有一个主灰斗和两个副灰斗，每个灰斗均设有料位检测装置，只要有任意一个料位计指示料位高，则进行一次气力除灰过程。除了料位信号外，还设有时间信号，当时间信号到时也自动进行一次气力除灰过程。

16、(2)空预器飞灰发送装置：每台锅炉空气预热器设有两个灰斗，即两套飞灰发送装置。两套装置公用一条输灰管，任意一台发送器料位高信号到，则两台发送器同时发送。同时，每套发送装置还设有时间信号，当发送时间到时，系统将自动进行一次发送过程。下图为只有一条管线的除灰装置示意图。图1.1 除灰装置示意图(3)飞灰发送过程：复合斜多管飞灰发送过程与空预器飞灰发送过程相同，现以复合斜多管飞灰发送过程为例，作如下说明：当任意料位高信号或时间信号到时，该系统将进行飞灰发送过程。首先对总的输送气源压力和仪用气源压力进行判断，如果在5秒钟内检测到两个压力中有任意一个为低信号，则停止发送过程，并进行报警。压力信号满足时，

17、同时关闭三个灰斗的进料阀，然后给密封圈加压（密封阀得电）。对密封压力信号进行检测，如果密封压力信号在5秒种之内仍然为低信号时，则发送过程停止，并进行密封压力低报警。密封压力信号满足后，打开出料阀，并对出料阀开到位信号进行检测。如果在5秒钟之内到位信号没有到，则停止发送过程，并进行出料阀未到位报警。出料阀开到位信号检测到以后，应依次打开进气阀和补气阀，进行除灰过程。在吹灰过程40秒完成之后将对该系统管线压力进行检测，如果在5秒钟之内检测到的管线压力仍然为高信号，则表明灰并没有被吹掉或有堵灰情况发生，此时应停止除灰过程，并进行报警。当灰被吹掉之后，表明除灰的目的已经达到，之后应该依次关掉进气阀、补

18、气阀以及密封阀，最后打开三个灰斗的进料阀，除灰过程结束。若系统运行过程中发生故障报警，则所有打开的阀门立刻关闭，待故障排除后按动复位按钮即可消除报警信号，系统才可以再次启动。以下为此次除灰系统流程图：图1.2 除灰系统流程图1.2 除渣系统概述：除渣控制系统的任务是在锅炉运行过程中排出的渣后能及时、高效、清洁地将灰渣从锅炉底部的灰渣输送到灰渣库。锅炉的排渣系统由底渣冷却、底渣输送、渣仓及配套卸渣设备组成。冷渣系统的主要设备有高温排渣阀和冷渣器等组成，底渣输送系统的主要设备有埋刮板除渣机（或皮带输送机）、斗式提升机等组成，渣仓及配套卸渣设备主要有脉冲布袋除尘器、干渣散装机、双轴搅拌加湿机、真空压

19、力释放阀等组成。此次设计由于时间和条件的限制只完成其之一部分的控制，主要是灰渣输送过程，其除渣系统示意图如下：图1.3 除渣系统示意图使系统处于自动状态，然后按动“系统选择”按钮对A、B系统进行选择，按动系统启动按钮，系统开始启动，启动顺序如下：按照A、B系统的选择，从M6埋刮板输送机开始，间隔8秒钟按下列顺序进行启动：M6M5M4G1。若启动过程无故障，当G1电动给料机正常运行5秒钟后，“系统运行”灯亮，表明系统启动过程已经结束，进入正常工作状态。正常工作时运行的设备显示为红色。在启动过程中如果某设备有故障发生,选择A系统为例，则按启动顺序，除进行报警外，其对应的B系统的设备将自动启动，而在

20、其之后的设备仍按照原来的A系统进行启动。例如M6A启动时发生故障，则M6B将自动启动。要求电动给料机G1A只有在M4A运行时才运行，G1B只有在M4B运行时才运行。三通分料器S1（S2），只有在M5B（M6B）运行时才打向B侧，其余时刻均打向A侧。只有在M6A运行且S2已A侧到位，或M6B运行且S2已B侧到位时才能启动5#埋刮板；同理，只有在M5A运行且S1已A侧到位，或者M5B运行且S1已B侧到位时才能启动4#埋刮板。系统正常启动后，“系统运行”灯将亮。如果在系统运行过程中某设备由于故障而停止时，则其备用系统将自动启动，即可以实现自动切换；正常运行时若按动“系统停止”按钮，系统将按与启动顺序

21、相反的顺序停止；当AB两系统都发生故障时，或者G1A与M4B、G1B与M4A都发生事故，此时系统不能正常运行，系统总报警灯将成红色闪烁状态，同时系统将自动停止，其停止规则为：当任意设备AB两侧都发生事故，则在其之前正常工作的设备将立刻停止，而在其之后正常工作的设备将按照与启动顺序相反的顺序延时5秒自动停止；系统中还设有“复位”按钮，当有故障发生时（相应的设备呈红色闪烁状态），应对其进行记录，待故障被排除后，按动“复位”按钮，即可消除故障状态。系统才可以再次启动。同时系统中还设有急停按钮，如果系统运行过程中发生人为事故或是需要所有设备立刻停止时，按动此按钮即可让所有设备立刻停止。以下为除渣系统的

22、部分流程图：图1.4部分除渣系统流程图以上为此次设计的控制要求，从系统的可行性和难易程度以及经济方面考虑，我采用德国西门子公司出品的小型可编程控制器S7200来编程控制，同时使用北京亚控公司产品组态王6.5来实现上位机监控！其中可编程控制器S7200将在第二章中作详细介绍，组态王6.5将在第三章中作详细介绍。2 S7200可编程控制器介绍2.1 可编程控制器（PLC）简介2.1.1 PLC的由来及定义在20世纪60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期越来越短，这样，继

23、电器控制装置就经常的需要重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一状况，美国通用汽车公司在1968年公开招标，要求用新的控制装置来取代继电器控制装置，并提出十项招标指标：(1)编程方便，可随时修改程序。(2)维修方便，采用模块化结构。(3)可靠性高于继电器控制装置。(4)体积小于继电器控制装置。(5)数据可直接输入管理计算机。(6)成本可于继电器控制装置竞争。(7)输入可以是交流115v。(8)输出为交流115v,2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等。(9)在扩展时，原系统只要很小的变更。(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4k。1969年，美国数字设备公司

24、（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，并取得了满意的效果，可编程控制器至此诞生。PLC问世以来，尽管时间不长，但是它的发展十分迅速。为了使这一新型工业控制装置的生产和发展标准化，美国电气制造商协会(NEMA)经过四年的调查工作，于1980年首先将其正式命名PC(Programmable Controller)，并给出了其定义。以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿、第二稿，在1987年2月通过了对它的定义:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、

25、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机，它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件则需根据控制要求进行设计编制。2.1.2 PLC分类及其发展概况随着工业可编程控制器的迅猛发展，PLC发展呈现出多元化，其种类繁多且各有特点。PLC按照信息点数来分可分为小型PLC，中型P

26、LC和大型PLC。(1)小型PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。(2)中型PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。(3)大型PLC一般I/O点

27、数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。PLC按结构形式还可以分为整体式，模块式和叠装式三种。(1)整体式PLC：整体式PLC是将电源、CPU、I/O部件都集中在一个机箱内。其结构紧凑、体积小、价格低。一般小型PLC采用这种结构。整体式PLC由于不同I/O点数的基本单元和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O和电源。扩展单元内只有I/O和电源。整体式PLC一般配备有特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制

28、单元等，使PLC的功能得以扩展。(2)模块式PLC：模块式结构式将PLC各部分分成若干个单独的模块，如电源模块、CPU模块、I/O模块合格功能模块。模块式PLC配置灵活，装配方便，便于扩展和维修。一般大、中型PLC宜采用模块式结构。(3)叠装式PLC：将整体适和模块式结合起来，称为叠装式PLC。它除了基本单元外还有扩展模块和特殊功能模块，配置比较方便。叠装式PLC集整体式PLC与模块式PLC有点于一身，它结构紧凑、体积小、配置灵活、安装方便。随着PLC功能的不断完善，性能价格比的不断提高，PLC的应用面也越来越广。目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电子、机械制造、汽车

29、、船舶、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行各业。可编程控制器的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了可编程逻辑控制器的发展。而可编程逻辑控制器的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。今后，可编程逻辑控制器主要在下面几个方面发展：（1）小型化、专业化、低成本方向发展。（2）系列化、标准化、模块化方向发展。（3）高速大容量、高性能方面发展。（4）网络化方面发展。2.1.3 可编程逻辑控制器的主要功能和特点：随着PLC的不断发展，可编程逻辑控制器已从小规模的单机顺序控制发展到包括过程控制、位置控制等场合

30、的所有控制领域，能组成工厂自动化的可编程逻辑控制器综合控制系统。PLC的功能来看，它的应用范围大致包括以下几个方面：(1)逻辑控制：PLC具有逻辑运算功能，可以实现各种通断控制。(2)定时控制：PLC具有定时控制功能。它为用户提供几十个甚至上千个计时器，其计时时间设定值既可以由用户在编制用户程序时设定，也可以由操作人员在工业现场通过人一机对话装置实时地设定，完成定时或延时控制。计时器的实际计时值也可以通过人一机对话装置实时地读出或修改。(3)计数控制：PLC具有计数控制功能。它为用户提供几十个甚至上千个计数器，其计数设定值的设定方式同计时器计时时间设定值的一样。一般计数器的计数频率较低，如需对

31、频率较高的信号进行计数，则需要选用高速计数器模块，其最高计数频率可达5OkHz;或者选用具有内部高速计数器的PLC，例如日本三菱公司的FX系列PLC可以提供计数频率最高达1OkHz的内部高速计数器。计数器的实际计数值也可以通过人一机对话装置实时地读出或修改。(4)步进(顺序)控制：PLC具有步进(顺序)控制功能。在新一代的PLC中，还可以采用IEC规定的用于顺序控制的标准化语言顺序功能图编制用户程序，使得PLC在实现按照事件或输入状态的顺序控制相应输出的场合显得更简便。(5)PID控制：PLC具有PID控制功能。PLC可以接模拟量输入和输出模拟量信号。为了既能完成对模拟量的PID控制，又不加重

32、PLC的CPU负担，因此，一般选用专门的(PID)控制模块实现PID的控制。(6)数据处理：PLC具有数据处理能力。它能进行这种算术运算、数据比较、数据传送、数制转换、数据显示和打印、数据通信等功能。新一代的大、中型PLC还能进行函数运算、浮点运算等。(7)通信和联网：新一代的各类PLC都具有通信功能。它既可以进行远程控制，又能实现PLC和PLC、PLC和计算机之间的通信。因此，使用PLC可以很方便地构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，是实现工厂自动化的理想控制器。(8)其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，例如:定位控制模块，CRT模块等。可编程逻辑控制器主要有

33、下面几个特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强。（2）适应性强，应用灵活。（3）编程方便，易于使用。（4）控制系统设计、安装、调试方便。（5）维修方便、维修工作量小。（6）网络化。2.1.4 可编程逻辑控制器的基本组成和工作原理：PLC实质上是一种工业控制计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故可编程逻辑控制器与计算的组成十分相似。从硬件结构看，它也有中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源等组成。可编程控制器的基本组成如下图所示:图2.1 可编程控制器的基本组成图PLC各部分的作用（1）中央处理单元中央处理单元是PLC

34、的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处理器是PLC的运算和控制中心，由它实现逻辑运算、数字运算、协调控制系统内部各部分的工作。它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。其主要任务有：控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中；诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；PLC进入运行状态后，存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传递、逻辑运算或数字运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。

35、（2）存储器PLC系统中的存贮器配有系统程序存贮器和用户程序存储器。系统程序存储器：系统程序存储器用于存放PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在PROM或EPROM存储器中，用户不可访问或修改。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它关系到PLC的性能。系统程序包括系统监控程序、用户指令解释程序、标准程序模块、系统调用、管理等程序以及各种关系参数等。用户程序存储器：用户程序存储器由用户程序区、数据区、参数区三部分构成。用户程序区用于存放用户竟编程器输入的应用程序。为了调试和修改方便，总是先把用户程序存放在随机读写存储器RAM中，经过运行考核，修改完善，达到设计要求后，再把它固化到EPROM中，替

36、代RAM使用。（3）输入、输出单元输入、输出单元是可编程序控制器的CPU与现场输入、输出装置或其他外部设备之间的连接接口部件。输入单元将现场的输入信号，经过输入单元接口电路的转换，变换为中央处理器能接受和识别的低电压信号，送给中央处理器进行运算；输出单元则将中央处理器输出的低电压信号变换为控制期间所能接受的电压、电流信号，以驱动信号灯、电磁阀、电磁开关等。所有输入、输出单元均带有光耦合电路，其目的是把PLC与外部电路隔离开来，以提高PLC的抗干扰能力。（4）编程器编程器是PLC的重要外部设备。它的作用是供用户进行程序的编程、编辑、调试和监视等。编程器有简易型和智能型两类。简易型编程器只能联机编

37、程，且往往需要将梯形图转换位语句表格式，才能送入。智能编程器由程图形编程器，它可以联机，也可以脱机编程，具有LCD（液晶显示器）或（CRT）图形显示功能，可直接输入梯形图和通过屏幕对话。（5）电源单元电源单元是PLC的电源供给部分。它的作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。有的电源单元还向外提供24V隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。（6）外围接口外围接口主要包括：扩展接口、通信街口、智能I/O接口。PLC除上述五部分外，随机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程，实现监控以及网络通讯，常用的外部设备有编程器，打印机，盒式磁带录音机，计算机等。PLC

38、的工作原理简述如下：可编程控制器是一种工业控制计算机，故他的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，即使通过执行反应控制要求的用户程序实现的。但CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能最一件事。所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，便成为时间上的串行，由于计算速度极高。各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入输出响应是滞后的。概括而言，PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描方式。每一次扫描所用的时间称为一个扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条的执行用户程序直道用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC工作的全过程可用图2.2所

39、示的运行框图来表示。图2.2 PLC运行框图PLC整个运行过程可分为三部分：第一部分是上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定及其他初始化处理。第二部分是扫描过程。PLC上电处理完成以后进入扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。当CPU处于STOP方式时，转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，在转入执行自诊断检查。第三部分是出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如CPU、电池电压、程序存储器、I/O

40、、通信等是否异常或出错，如检查出现异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描停止。2.2 S7-200可编程控制器介绍：2.2.1 S7200 PLC的特点西门子公司的S7-200可编程控制器是西门子公司研发的一种小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。S7-200在下列领域已得到了广泛的应用：机床电气、纺织机械、印刷机械、塑料机械、包装机械、烟草机械、冲压机械、铸造机械、运输岱、食品工业、化学工业、陶瓷工业、环保设备、电力自动化设备、实验室设备、电梯、中央空

41、调、真空装置、恒压供水和换工系统中各种泵和电磁阀的控制等。S7-200系列PLC属于整体式（单元式）结构，其特点是非常紧凑。它将所有的模板都装入一个机体内，构成一个整体。这样体积小巧，成本低，安装方便。整体式PLC可以直接装入机床火电控柜中，它是机电一体化特有产品。S7-200的可靠性高，可用梯形图、语句表（即指令表）和功能块等3种语言来编程。它的指令丰富，指令功能强，易于掌握、操作方便。S7-200可编程控制器内置有高速计数器、高速输出、PID控制器、RS-485编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信功能，I/O端子排可以很容易地拆卸。最大可扩展到248点数字量I/O或35路

42、模拟量I/O，最多有26KB程序和数据存储空间。2.2.2 S7200PLC的基本指令（1）位逻辑指令位逻辑指令依靠两个数字1和0进行工作，这两个数字组成二进制系统，数字1和0称之为二进制数或间称为位。在触点与线圈中，1表示启动或通电，0表示没有启动或没有通电。功能及说明：常开触点在其线圈不带电时，触电是断开的，触电的状态为OFF或为0。当线圈带电时，其触电是闭合的触点的状态是ON或是1。该指令用于网络块逻辑运算开始的常开触点与母线的连接；常闭触点在其线圈不带电时，触电是闭合的，触电的状态为0或为1。当线圈带电时，其触电是断开的，触点的状态是FFO或是0。该指令用于网络块逻辑运算开始的常闭触点

43、与母线的连接。（2）定时器指令和计数器指令S7200 PLC为用户提供了三种类型的定时器：接通延时定时器TON，记忆接通延时定时器TONR，断电延时定时器TOF。S7200 PLC定时器有3个精度等级。1ms、10ms、100ms。定时器的定时时间T的计算：T=设定值精度等级说明：接通延时定时器用于单一时间间隔的定时。记忆接通延时定时器具有记忆功能，它用于对许多间隔的累计定时，而断电延时定时器用于断电后的单一时间间隔计时。同样也有三种计数器：加计数器CTU。减计数器CTD，加减计数器CTUD。加计数器由加计数器标志符CTU，计数脉冲输入端CU，加计数器的复位信号输入端R，加计数器的设定值PV和

44、计数器编号Cn组成。它的最大计数值为32767。减计数器和加减计数器的组成与加计数器类似。（3）比较指令比较指令是将两个操作数按指定条件进行比较。条件成立时，触电就闭合，所以比较指令实际上也是一种位指令。在实际用于中，使用比较指令为上下限控制以及数值条件判断提供了方便。比较指令的类型有：字节比较，整数比较。双字整数比较和实数比较。字节比较时无符号的，其他类型为有符号的。比较指令的关系符有：等于=、大于、小于、不等、大于等于=、小于等于=等6种。说明:当比较数1和比较数2的关系符合比较符的条件时，比较触电闭合，后面的电路被接通。否则比较触电断开、后面的电路不接通，比较指令相当于一行条件的常开触点

45、，当比较关系成立时，触电闭合；不成立时，触电断开。此外PLC还有一些其他指令，如：程序控制指令，通信指令，输入输出指令，中断指令，转移指令，表操作指令等。S7200PLC指令丰富，指令功能强，易于掌握、操作方便,且它具有通信和联网功能,可以方便的与组态软件实现上下位机的连接的来完成整个工业过程组态模拟控制系统。本次设计将采用它来编写程序来控制锅炉除灰、除渣系统。3 工业组态软件组态王介绍3.1 组态软件介绍组态的概念最早来自于英文Configuration,它指一些数据采集与过程控制的专用软件，它是在自动化控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简

46、洁的使用方法，其预置的各种软件模块可以非常容易的实现和完成监控层的各种功能，并能同时支持各种厂家的计算机和I/O设备，与高性能的工控计算机和网络系统结合，向控制层和管理层提供软硬件的接口，进行系统集成。组态软件的出现是伴随着当今控制界主流产品DCS而出现。由于每一套DCS都是比较通用的控制系统，可以应用到很多领域中，为了使用户在不需要编代码程序的情况下便可以生成自己需要的应用系统，每个DCS厂商在DCS中都预装了系统软件及应用软件，而其中的应用软件实际上就是组态软件。3.1.1 组态软件的发展概况目前世界上的组态软件有几十种之多国际上比较知名的代表产品例如：美国Wonder Ware公司的In

47、tuch、美国Intellution 公司的Fix、德国西门子公司的WINCC、澳大利亚CITECH公司的Citech、北京亚控科技发展公司的组态王（Kingview）、三维科技公司的力控、昆仑软件公司的MCGS等等。大多数组态软件都可运行在Windows98/NT环境下，比较理想的环境是Windows2000和Windows NT。组态软件的开发工具以C+为主,也有使用Delphi或C+ builder者。从近几年的调查结果来看国内组态软件大部分市场人被国外几家公司占据如：Fix、Intuch等而这些软件除了在功能完备、产品包装市场推广等方面有一定优势外并非所有方面尽善尽美。国产化软件产品也

48、正成为一支生力军。近年来有一定影响力的产品有组态王，力控，天工，Controlx和虎翼等等，但存在的问题是商品化程度还较差主要用在一些小型和不太重要项目中。美国Intellution公司的Fix系列全，但实时性欠缺。总体技术一般.功能较完整.但对系统资源耗费巨大，许多大而全的功能对中国用户并不实用；澳大利亚Cit公司的Citech是组态软件的后起之秀。它包括16位和32位windows版本。它的计算机味道很浓，使用方便性和图形功能不及原来Intuch，但控制算法比较好，I/O硬件驱动相对比较少；德国西门子公司的产品新版软件有很大的进步但体系结构还是老思想在网络结构和数据管理方面比Fix差，对第

49、三方硬件的支持也不热衷；北京亚控公司的组态王是国内较早出现得组态软件产品之一至今已有6年左右历史了。早期的组态王仿造Intuch只是个人机接口，到了5.1版本在数据管理和开放性方面有了一些改进，但体系结构无实质性突破，并且网络功能较薄弱支持不了真正意义上的分布式系统。6.X系列版本在技术上已经大为改观,目前的6.5已经支持无限点输入输出。3.1.2 组态王简介组态王采用全新中文EXPLORER界面并拥有丰富的绘图工具，庞组态王采用全新中文EXPLORER界面并拥有丰富的绘图工具，庞大的图形库，支持多媒体，支持ODBC数据库，提供功能强大的控件和控制语言，操作向导，使用灵活、方便，尤其提供给用户

50、方便的开发环境，它可使开发者迅速地完成应用系统，通过工程浏览器查看工程的各个部分。组态王与一些常用I/O设备可以直接进行通讯，I/O设备包括：可编程控制器（PLC），智能模块，板卡，智能仪表等等。组态王的驱动程序采用ActiveX技术，使通讯程序和组态王能够构成一个完整的系统，保证运行系统的高效率。为了方便用户使用，组态王中增加了设备配置向导，用户只需要按照安装向导的提示就可以完成I/O设备的配置工作。在系统运行的过程中，组态王采用内嵌的设备管理程序负责与I/O设备的实时数据交换。已配置的I/O设备在工程浏览器的设备节点中分类列出，用户可以随时查寻和修改。组态王与I/O设备之间的数据交换采用以

51、下五种方式：串行通讯方式，DDE方式，板卡方式，网络节点方式，人机接口卡方式。（1）串行通讯方式这是组态王与I/O设备之间最常用的一种数据交换方式。串行 通讯方式使用组态王计算机的串口，I/O设备通过RS232串行通讯电缆连接到组态王计算机的串口。如果您的计算机拥有多个串口，可以同时与多个I/O设备相连。组态王最多可与32个设备相连。（2）DDE方式DDE方式是WINDOWS的一个标准的传输协议。通过DDE方式任何I/O设备都可以与组态王计算机进行数据交换。在此方式下，DDE服务程序可以采用自己的方式与I/O设备进行数据交换，DDE服务程序与组态王采用标准的DDE协议进行通讯。（3）板卡方式板

52、卡类设备直接插在组态王计算机的扩展槽内，组态王计算机通过访问板卡的I/O地址直接进行数据交换。（4）网络节点方式I/O设备作为一个网络节点与组态王计算机进行数据交换。I/O设备与组态王计算机之间通过TCP/IP的网络连接。采用这种方式的I/O设备多为其它计算机。（5）人机接口卡方式某些厂家的可编程控制器在与计算机进行数据交换时，要求在计算机中安装一个特殊的人机接口板卡，板卡与可编程控制器之间采用专门的通讯协议进行通讯。组态王计算机通过人机接口卡可以与一个PLC连接，也可以与一个PLC的网络连接。3.1.3 组态王的特点：(1)强大的图形编辑功能组态王6.0运行于中文Windows环境下，它提供

53、了包括椭圆，扇形在内的多种图素，并配备调色板，多种线形和填充物。还有按钮、报警、趋势曲线等特殊图素。可利用鼠标键盘随心所欲地绘制各种工业应用画面，对图素可任意拖动缩放复制修改删除等。(2)丰富的动画连接组态王提供了二十一种动画连接方式，多种数值（模拟、离散、字符串）输入输出连接，用户自定义操作。同一图素可以有多个连接，以满足工业上千变万化的动画显示需要。(3)实时数据库它以实时数据库为核心，提供了十种数据类型：模拟型离散型字符串型等，数据点数可达10000点，其中DDE模拟变量具有多达24个域，较好地刻划了变量属性。(4)易学易用组态王提供了一种类似C语言的命令语言，使用户可以根据自己的特殊需

54、要编写一段程序（即命令语言连接和应用程序命令语言），在运行时定时或不定时地执行。(5)较高的开放性组态王遵循Windows下标准动态数据交换（DDE）协议，借助于DDE与其他软件联合工作，数据传输速度快。(6)网络功能组态王可运行在基于EtherNET网络结构和TCP/IP网络协议的网上。可实现上下位机以及更高层次的厂级连网。3.2 组态王6.5版本介绍“组态王”软件包由工程管理器（组态王）、工程浏览器（Touch Explorer）、画面运行系统（Touch View）、信息窗口等四部分组成。其中，工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程浏览器内嵌画面开发系统，即组态王开发系统。工程浏览器（

55、Touch Explorer）和画面运行系统（Touch View）是各自独立的Windows应用程序，均可单独使用；两者又相互依存，在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在画面运行系统（Touch View）运行环境中才能运行。3.2.1 工程管理器工程管理器主要用于组态王工程的管理,比如新建工程、搜索工程、工程的备份、工程的恢复、变量的导入导出、定义工程的属性等。3.2.2 工程浏览器工程浏览器使组态王的核心部分和管理开发系统,它将画面、命令语言、数据库、设备、系统配置等进行集中管理,在同一个窗口中按照树形结构进行排列,方便用户使用。(1)画面开发系统：工程浏览器内嵌画面开

56、发系统。在画面开发系统中用户可以完成图形画面设计、动画连接定义等,画面开发系统具有完善的图形功能,在画面开发系统中用户可以定义21种动画连接方式。(2)命令语言：组态王允许用户定义命令语言来驱动应用程序,从而可以增强应用程序的灵活性。(3)数据库：组态王支持多种内存变量和I/O变量,另外还支窗口报警变量、报警组变量、历史趋势曲线变量和时间变量。(4)I/O设备：组态王支持多种I/O设备,包括PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器和现场总线。(5)系统配置：用户可以在组态王中进行各种配置,从而适应不同的工作环境。画面运行系统用于显示在画面开发系统中创建的动态画面,并负责实时数据库于通讯程序的数据交换,把数据死亡变化以动画的形式显示出来,同时可以完成报警、历史记录、趋势曲线等监控功能,还可以生产历史数据文件。3.2.3 信息窗口信息窗口是一个独立的应用程序,用于记录和显示组态王开发系统,运行系统在运行工程中的有关信息。信息窗口中显示的信息可以以文件的形式存储在指定目录中或者用打印机出来。在工程浏览器、画面运行系统启动时,信息窗口会自动启动。和组态王6.0相比6.5版本又增加了一些新的功能：(1)支持大画面和导航图功能；(2)采用高速历史库；(3)提供专用拨号网络