工业锅炉的PLC控制

1、摘要锅炉是发电厂及其它工业企业中重要的设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，我国大多数工业锅炉都是人工控制的，或由简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。工业锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，扰动因数也很多，许多参数之间明显地存在着复杂的关系。对于工业锅炉这个复杂的系统来说，因为内部能量转换原理过于复杂，过去采用常规的方式进行控制，很难达到理想的控制效果，所以，采用智能控制方式控制，能获得更佳的控制效果。关键词：工业锅炉，PLCABSTRACTIs the power plant boilers and other indus

2、trial enterprises, one of the most important equipment, and its function is the storage of fuel through the combustion into heat, steam or hot water in the form of lost to the variety of devices. At present, the majority of industrial boilers in China are controlled manually, or by a simple single l

3、oop controller instrumentation system, a great waste of fuel. Industrial boilers, as a device in general, there are many control volume and control the amount of disturbance is also a lot of factors, many of the parameters is clear that there is between the complexity of the relationship. For the in

4、dustrial boiler system this complex, because the principle of the internal energy conversion is too complicated, in the past using conventional methods of control, it is difficult to achieve the desired effect of control, so control of the use of intelligent control can be better control effect.Keyw

5、ords: industrial boiler, PLC目录1.绪论 42.锅炉系统工艺及控制系统介绍 62.1锅炉工艺过程概述 62.2锅炉燃烧控制系统 62.3锅炉燃烧过程的自动控制 103.控制系统的硬件与软件设计 123.1可编程控制器的主要特点 123.2 PLC选型与控制系统硬件构成 123.3 PC-PLC网络通信 143.4系统的报警设计 163.5 PLC系统的软件设计 164.PLC系统的抗干扰设计 224.1 电磁干扰源及对系统的影响 224.2 P L C 控制系统工程应用的抗干扰设计 234.3 P L C 控制系统主要抗干扰措施 235.主机监控系统的设计 255.

6、1 MCGS组态软件的功能和特点可归纳如下： 255.2监控主画面功能实现 266.结论 30参考文献 31致 谢 321.绪论随着生产力和科技水平的不断提高，人们的生活条件得到了很大的改善。越来越多越来越新的生产技术被应用到现实生活当中去，这其中当然也包括对中小型锅炉的控制的改进上，由以前的人工手动控制到现在的由计算机全、半自动控制，不能不说是一个质的飞越。锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备，主要是产生合格的高压蒸汽，不仅可以作为压缩机、风机、大型泵类的动力源，又可作为化学反应、蒸馏、干燥、蒸发等过程的热源，由于工业规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和

7、热源的锅炉 也向着大容量、高参数、高效率发展，为了确保安全稳定生产的锅炉设备的控制系统的重要性就突显了出来。由于我国在工业锅炉的自动化控制上面还不是很好，其操作还停留在手工和简单模拟仪表操作的水平上，操作人员不仅劳动强度大，而且还容易造成事故。因此，计算机与控制技术相结合对锅炉的生产过程进行自动控制有着非常大的意义。首先，通过我们要对锅炉的燃烧过程进行有效的控制，让燃烧在合适的空燃比条件下进行，提高燃烧效率。工业锅炉的耗煤量是非常大的，燃烧热效率每提高1%都可以产生巨大的经济效益。其次，锅炉控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，能使操作人员在监控计算机上控制，这样能有效地减少操作人员

8、的疲劳和失误，提高生产过程的实时性以及安全性。锅炉作为重要的动力设备，其任务是供给合格的蒸汽，使锅炉蒸发量满足要求，为此，必须严格控制生产过程的各个主要参数。锅炉设备也是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等，主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气、烟气含氧量等。 图1-1 锅炉对象简图这些变量之间相互关联，比如，蒸汽负荷发生变化，必将引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化，因此锅炉设备是多输入、多输出且相互关联的控制对象。综上所述，工业锅炉作为一个调节对象，是一个多输入、多输出、多回路、非线性的相互关联的对象。故而，理想

9、的锅炉自动控制系统应该是多回路的调节系统，当锅炉的运行状况发生变化后，系统会同时协调地改变其调节量，使所有的被调量都具有一定的调节度，但这种调节十分复杂，实现起来也相当困难。因此 根据锅炉运行的实际情况，将锅炉当作若干个相对独立的调节对象，相应地设置若干个相对独立的调节系统，适当简化锅炉自动控制，也符合锅炉的实际情况。其中锅炉的主要调节任务是（1）锅炉供应的蒸汽量适应负荷变化的需要或保持给定的负荷（2）锅炉供給用汽设备的蒸汽压力保持在一定的范围内（3）汽包中水位保持在一定范围内（4）保持锅炉燃烧的经济性和安全性（5）炉膛负压保持在一定范围内为实现上述调节任务，将锅炉设备控制划为如下几个控制系统

10、：（1）锅炉汽包水位控制系统汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节,使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，是保证锅炉安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的重要指标。（2）锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧过程有三个任务：给煤控制，给风控制，炉膛负压控制。 其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要，常以蒸汽压力

11、为受控变量，使燃料与空气量之间保持一定的比值以保证经济燃烧；常以烟气中氧含量为受控变量，提高锅炉的燃烧效率；使引风量与送风量相适应，以保持锅炉负压在一定的范围内。（3）过热器蒸汽温度控制系统过热蒸汽温度是锅炉生产工艺的重要参数，过热器温度控制的任务是将汽包出来的饱和蒸汽加热到一定温度后形成过热蒸汽，送往需要的设备。温度过高会影响过热管道的寿命，甚至烧坏，过低则会直接影响设备的运行。所以要把过热器出口的温度控制在一定范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。由于时间与工作量的关系，本文只具体研究了锅炉燃烧控制系统。本文完成的主要工作如下a. 根据锅炉控制系统的工艺要求，制定了燃烧系统的控制算法

12、b. 将传统的锅炉控制系统改进成以可编程序控制器PLC为核心的控制系统c. 在主机中基于Windows平台，依托MCGS组态软件编制出符合锅炉控制特点的监控软件，这种监控软件具有良好的人机界面以及很强的监控功能。2.锅炉系统工艺及控制系统介绍2.1锅炉工艺过程概述工业上，蒸汽锅炉既用来发电也用于工业用汽，常见的锅炉设备主要工艺流程图见图2-1图2-1 锅炉设备图由图可知，首先除氧水通过给水泵进入给水调节阀，通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过省煤器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成温水进入汽包，在汽包内加热至沸腾产生蒸汽，为了保证有最大的蒸发面因此水位要保持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主

13、蒸汽阀输出；空气经过鼓风机进入空气预热器，在经过空气预热器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成热空气进入炉膛。煤经过煤斗落在炉排上，在炉排的缓慢转动下煤进入炉膛被前面的火点燃，在燃烧过程中发出热量加热汽包中的水，同时产生热烟气。在引风机的抽吸作用下经过省煤气和空气预热器，把预热传导给进入锅炉的水和空气。通过这种方式使锅炉的热能得到节约。降温后的烟气经过除尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。锅炉系统要满足工厂对蒸汽用量的要求，所以其控制系统必须能适应工艺负荷的快速变化。此外，控制系统也必须使锅炉系统产生最大的效率，一般燃油锅炉效率在85%88%之间，燃气锅炉效率一般在83%左右，而燃煤锅

14、炉的效率还要更低一些。2.2锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧自动控制系统的基本任务，是在满足蒸汽负荷要求的基础上，保证经济燃烧和锅炉的安全运行，燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃烧的种类和供给系统、燃烧方式以及锅炉与负荷的联结方式都有关系，但是燃烧过程自动调节的任务都是一样的。归纳起来，燃烧过程自动调节系统有三大任务： （1） 维持汽压恒定。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。 （2） 保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。 （3）调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。炉

15、膛负压Pf的大小受引风量、鼓风量与煤气量（压力）三者的影响。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加，根据多年的人工手动调节摸索，一般炉膛负压应该维持在0 -100Pa左右。调节方法是初始状态先由人工调节空气与煤气比例，达到理想的燃烧状态，在引风机全开时达到炉膛负压100Pa，投入自动后，只调节煤气蝶阀，使压力波动下的高炉煤气流量趋于初始状态的煤气流量，来保持燃烧中高炉煤气与空气比例达到最佳状态。因此，锅炉燃烧过程自动控制系统按照控制任务的不同可分为三个子控制系统，即蒸汽压力控制系统、烟气氧量控制系统和炉膛负压

16、控制系统2.2.1蒸汽压力控制蒸汽压力是反映锅炉蒸汽供需是否平衡的重要指标，汽压偏高，会加速金属材料的蠕变，产生危害；汽压偏低，则供需不平衡，设备蒸汽的消耗量大于现有的产气量，难以维持长期的稳定运行。所以，稳定蒸汽压力是安全生产和稳定运行的需要。蒸汽压力的控制主要通过给煤量的调节来实现的，即调节炉排的转速。给煤量大，产生的热量多，蒸汽压力增大，相反则减小，都会造成危害。当然，给煤量必须与鼓风量相配合，鼓风量小，燃烧不完全，鼓风量大，则带走多余的热量，造成浪费。蒸汽压力的控制过程是个大惯性滞后过程，现在这个过程的控制大多采用PID控制，因为PID控制具有结构简单、容易实现的特点，而且PID控制不

17、需要精确的数学模型，容易在线调整。锅炉在正常运行时若进入炉膛的燃料量发生变化,则炉膛发热量立即改变，几乎没有迟延和惯性，即为比例环节。而蒸发部分可以看作是一个储热量的容积，反映储热量多少的主要参数是汽包压力P ,当炉膛发热量Q和蒸汽流量D所带走的热量不相等时，汽包压力P 就要发生变化其关系式为： 2-1式中 Q-单位时间内锅炉炉膛发热量D-蒸汽流量（用热量表示）C-锅炉蒸发部分的容量系统即汽包压力变化一个单位时，锅炉蒸发部分储热量的改变-锅炉压力对时间的变化率蒸汽压力变化的动态特性与锅炉的供气条件有关，如果蒸汽流量D不变而燃料量改变产生内扰时蒸汽压力的动态特性近似于带滞后的积分环节蒸汽压力变化

18、的阶跃响应曲线如图2-2所示图2-2 蒸汽流量不变时在燃料量阶跃扰动蒸汽压力的响应曲线2.2.2氧含量的控制原理与控制方法燃烧的经济性是指获得较高的燃烧效率，这需要确保最佳的风煤比，即燃料量与送风量的比例关系，在一定的煤量进入炉膛后，如果实际送风量太大就增加了排烟热损失，如果送风量太小，则增加了化学不完全燃烧的热损失。锅炉燃烧时的热量损失与过剩空气系数存在着密切的联系。图2-3 过剩空气系数与燃烧热量损失关系示意图两者的关系如图2-3 所示，过剩空气系数定义为实际上燃料完全燃烧所需的空气量与理论上完全燃烧所需要的空气量之比，用符号表示，实际上燃料完全燃烧所需的空气量大于理论上完全燃烧所需要的空

19、气量，即要有一定的过剩空气量，如果能保持恰当的过剩空气系数，就能达到较小的热量损失，燃烧效率高，反之，如果值过小则会造成燃料不完全燃烧，过大则会增加排烟容积导，致排烟热损失增加，两者都会使燃烧效率降低，因此过剩空气系数是一个较好的反映燃烧经济性的指标，保持恰当的值能较为正确地保证燃烧的经济性。在实际控制中很难直接测量，但是与烟气中氧含量有直接的关系可用公式表示： 2-2A 0- 炉膛出口处烟气中氧含量的体积百分数可见在锅炉运行时，只要通过氧化镐氧量计测出并控制烟气中的A0，也就控制了过剩空气系数即保持了最佳风煤比。综上得：（1）在燃烧量改变时，对于一台锅炉的蒸汽压力对象，它的动态特性为单容积分

20、环节与具有传递滞后的一阶滞后环节的串联，等效纯滞后（传递滞后）时间不长，一般为 2060S 左右，因此，根据蒸汽压力的变化，去调解燃料量能够及时而有效地控制蒸汽压力，并适应负荷的需要。在改变燃料量的同时，应协调改变送风量和引风量。（2）蒸汽压力控制对象的动态特性，随着负荷大小而变，因而锅炉运行中负荷的平稳操作是使燃烧系统运行良好的重要条件，否则在设计算法时需要考虑负荷变化的动态校正。（3）为了使锅炉承担规定的负荷，必须正确而又快速地测量燃烧率（燃料量和送风量），为了保证经济燃烧，必须准确而又快速地测量反映燃烧的经济性指标。2.2.3炉膛负压控制炉膛负压的调节在整个燃烧系统中相对具有独立性，微负

21、压控制在5Pa。影响炉膛负压的因素主要是鼓风量和引风量。在这里，当鼓风量一定的时候，炉膛负压作为被控对象，引风量作为控制对象。当鼓风量变化的时候，引风量也要跟着变化，通常把鼓风量当做引风控制的前馈量。图2-4 炉膛负压控制系统结构图2.3锅炉燃烧过程的自动控制在燃烧控制系统的三个子系统中，通常通过调节燃料量维持蒸汽压力的恒定，调节送风量以保证燃烧的经济性，调节引风量维持炉膛负压的稳定，其中关键的问题是如何保证燃烧的经济性，在燃料量变化的同时如何相应地调节送风量，即如何确定系统的空燃比，因此，燃烧调节系统具有如下特点：a. 由于靠燃料量的变化来适应负荷变化的需要，具有较大的延迟和惯性，因此燃烧量

22、改变后需要一定的输送，燃烧和热量传递时间，才能反应到蒸汽量或汽压的变化上。b. 炉排上有一定的燃料储存，瞬间改变送风量加快燃烧，能较快地适应负荷变化的需要，即当需要增加负荷时，先增加风量，可使储存在炉排上的燃料迅速燃烧，很快提高锅炉的蒸发量，以后再靠增加燃料量来保证负荷的要求。c. 由于燃料品种经常变化，给合理送风带来一定困难，为此可采用烟气含氧量作为送风调节的信号。新型的测氧元件-氧化锆测氧器的氧量信号反应迅速、可靠。图2-4 锅炉燃烧自动控制系统框图根据燃烧系统的特点 设计出燃烧自动控制系统的结构框图图2-4根据主蒸汽压力的变化控制给煤量并控制炉排转速来控制煤在炉膛中的燃烧时间，当给煤量变

23、化时，要相应地改变一次风和二次风，使不完全燃烧损失和排烟损失之和为最小，即锅炉燃烧效率为最高。氧化镐可用来测量烟气中含氧量。可由含氧量来判断燃烧工况是否处于最佳状态。该系统根据主蒸汽压力来控制给煤量，并取蒸汽和汽鼓压力的变化为前馈量。PLC输出到给煤机的信号作为炉排转速的控制信号，并作为一次风的前馈信号。PLC输出给一次风执行器的信号也作为二次是按风的控制信号及引风控制的前馈信号。引风门的控制可使炉膛负压控制在微负压状态，既不使炉膛内的烟灰喷出炉外，又不使大量冷空气漏入炉内，影响锅炉效率。3.控制系统的硬件与软件设计由于锅炉控制对象的复杂性，锅炉控制环境的特殊性和运行周期的连续性，锅炉自动控制

24、系统的控制装置选用可编程控制器PLC， PLC是集自动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体的高科技产品，现已成为工业及其它各个领域应用最广、发展最快的自动控制装置，PLC控制技术已成为现代自动控制技术的重要支柱。3.1可编程控制器的主要特点（1）可靠性高为了满足工业生产对控制设备安全性，可靠性的要求，PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成，采用光电隔离、滤波等多种措施，平均无故障时间达几万小时以上。（2）环境适应性PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场，在电源瞬间断电的情况下， 仍可正常工作（3）使用方便、维护简单PLC控制的输入模块、输出模块、特殊功能

25、模块都具有即插即卸功能，连接十分容易，对于逻辑信号，输入和输出均采用开关方式，不需要进行电平转换和驱动放大，对于模拟信号 输入和输出均采用传感器，仪表和驱动设备的标准信号，各个输入和输出模块与外部设备连接十分简单、（4）扩展能力强PLC采用模块化结构，可根据现场需要进行不同功能的扩展和组装一种型号的PLC可用于控制从几个I/O点到几百了I/O点的控制系统、3.2 PLC选型与控制系统硬件构成为了满足锅炉各个系统的控制要求，PLC选用SIEMENS公司的S7-200系列，PLC S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一种小型PLC，它以结构紧凑、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格

26、，已经成为当代各种中，小型控制系统中的理想控制器。S7-200 PLC包含了一个单独的S7-200 CPU和各种可选择的扩展模块，可以十分方便的组成不同规模的控制器，其控制规模可以从几点到几百点，S7-200 PLC可以方便地组成PLC- PLC网络和PC -PLC网络，从而完成更大规模的控制任务，根据锅炉控制系统的I/O点数， 即被检测变量和输出变量的数量， 在本系统中S7-200 PLC的CPU选择1个CPU224模块, 模拟量输入输出模块选择2个EM232和3个EM235，在所选模块组成的系统中 CPU224能够满足所带扩展模块全部电流消耗的要求，且所带扩展模块数量不大于7个表明系统硬件

27、配置合理，控制系统组成如图3-1所示图 3-1 控制系统组成结构框图由图3-1可见，将被检测的各个物理量(如汽包水位 蒸汽压力 给水流量等等，通过传感器 变送器转换成标准的模拟信号送进EM235模拟量输入模块，经过A/D转换后的数据结果送CPU224进行各种数据处理算法，经过处理后的数据在各个PID控制回路进行PID运算，PID运算后产生的结果即控制输出数值，将该数值转换成标准控制信号，经EM232和EM235输出到电动阀门，实施自动控制与此同时，在进行数据处理的时候，当被监测的物理量超过其限定的范围时，会通过CPU224自身的数字量输出口产生报警信息，控制输入主要通过控制开关来完成整个PLC

28、系统的启动、停止等功能。3.2.1 CPU224技术指标（1）含有4K的用户程序存储器（2）2560字节的用户数据存储器（3）带有14个数字输入点和10个数字输出点（4）标准24VDC供电（5）最大允许扩展7个外围模块（6）1个RS 485串行通信口3.2.2 EM232模拟量输出模块技术指标（1）两路模拟量输出（2）标准24VDC供电（3）输出信号有 10V +10V和0 20mA（4）12位分辨率的D/A转换器 转换速度100 s/m3.2.3 EM235模拟量输入/输出模块技术指标（1）四路模拟量输入与一路模拟量输出（2）标准24VDC供电（3）有多种可供选择的输入类型 可以通过DIP开

29、关选择（4）输出信号有 10V +10V和0 20mA（5）12位分辨率的A/D,D/A转换器 转换速度100 s/m 电压输出，2ms(电流输出3.2.4输入模拟量校准在系统开始工作前 应该对模拟量输入模块进行输入校准 以确保采样值的正确性 具体校准过程如下（1）切断模块的电源 选择要输入信号的范围（2）接通CPU和模块电源 使模块稳定15分钟（3）用信号源将一个零值信号加到输入端（4）读取适当输入通道在CPU中的测量值（5）调节OFFET 偏置 电位计 直到读数为零（6）将一个满刻度信号加到一个输入端（7）调节GAIN 增益 电位计 直到读数为320003.2.5变频器控制变频器是电动把D

30、C(直流转换成AC(交流的设备，利用常用电源(AC110/220V所供应的电力，在变频器内变换电压和频率供应电机(Motor，控制电机速度的设备。特点：变频器使用目的:节约能原、提高品质和维护性、缩小占地面积、创造舒适的环境。变频器优点:可进行持续、广泛的可变速运转；以感应电机的控制，维护性和内配置性优秀；Softstop/start；启动电流低；便于进行电子制动；可进行高速运转；节约电力根据前面所述的燃烧系统的控制策略 在控制炉排电机 引风机 送风机的时候 采用变频器控制电机转速 从而达到自动调节的目的 变频器选用ABB ACS400 它是一种多功能变频器 使用时只使用变频器的工厂宏FACT

31、ORY(0 设定变频器输出频率的范围 将从PLC系统模拟量输出模块输出的标准控制信号420mA 传送到变频器模拟输入端口 这样变频器就可以产生相应的频率调节电机的转速3.3 PC-PLC网络通信3.3.1通讯过程通讯开始先由上位计算机依次对网的PLC发出一串字符的测试帧命令。为充分利用上位机CPU的时间，可使上位机与PLC并行工作，在上位机等待PLC回答信号的同时，使CPU处理其它任务或线程。某PLC在接到上位机的一个完整帧以后，首先判断是不是自己的代号，若不是就不予理睬，若是就发送呼叫回答信号。上位机接到回答信号后，与发送测试的数据比较，若两者无误，发出可以进行数据通讯的信号，转入正常数据通

32、讯，否则提示用户检查线路重新测试或通讯失败3.3.2 S7-200网络通信协议S7 200 CPU支持多种通信协议 主要有以下四种（1）点到点 Point-to-Point 接口 即PPI方式（2）多点 Multi-Point 接口 即MPI方式（3）过程现场总线PROFIBUS,即PROFIBUS-DP方式（4）用户自定义协议 即自由口方式在本系统的设计中,采用PC-PLC网络组成监控系统 控制系统可以分为两层 管理层采用工业控制计算机 其输入/输出数据的处理十分方便 人机界面友好 管理水平高 执行层采用S7 200 PLC,使得过程控制可靠 快速 稳定 安全 管理层和执行层在控制过程中处于

33、通信状态在通信过程中 管理层可以实现实时显示执行层数据及其他信息和向执行层传送控制参数因此采用PPI通信协议来实现这种通信要求，PPI通讯协议是西门子公司专为S7-200系列PLC开发的通讯协议。内置于S7-200CPU中。PPI协议物理上基于RS-485口，通过屏蔽双绞线就可以实现通讯。PPI协议是一种主-从协议。主站设备要求到从站设备，从站设备不能主动发出信息。主站靠PPI管理的共享连接来与从站通讯。PPI协议并不限制与任意一个从站通讯的主站数量，但在一个网络中，主站不能超过32个。PPI协议最基本的用途为使用PC机运行STEP7-Micro/WIN软件编程时上载或下载应用程序，此时使用西

34、门子公司的PC/PPI电缆连接 PC机的RS-232口及PLC机的RS-485口，并选择一定的波特率即可。由PC机做主站，一台或多台S7-200机作为从站的PPI模式通讯情况，PC/PPI电缆仍旧是RS-232/RS-485口的住要匹配设备。下图为通过PC/PPI电缆与多台S7-200机通讯时的连接：图3-2 一个主站和多个从站的PPI连接方式3.4系统的报警设计当被监测变量的瞬时值超过该变量所允许的上限或下限时 系统应产生报警信号 操作人员根据报警信号的信息 查找出发生报警的原因 及时排除故障报警控制信号的输出采用CPU224 本身自带的数字量输出端口I0.0I1.2 该输出端口接继电器 当

35、报警条件满足时 该端口输出信号驱动继电器工作 继电器接通工作 控制报警喇叭产生报警声音3.5 PLC系统的软件设计S7 200系列PLC采用 STEP 7-Micro/WIN 32 编程软件，这种编程软件是基于Windows平台的应用软件 它支持Windows95以上各种操作系统，使用这种编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程 在线调试 还可以在计算机上进行程序的存取 加密以及形成EXE文件3.5.1控制算法流程图 3-3 控制算法流程图算法流程介绍如图3-3所示 在参数初始化的模块中 将分别调用子程序对累加器、PID 定时器等进行初始化 以一定的采样时间进行模拟量的采集 将采样的模拟

36、量进行数字滤波 将滤波后的数据结果进行处理 转换成实际的物理量和PID模块的标准值 然后进行PID控制算法的运算，将PID运算结果转换成标准的控制信号 送到模拟量输出模块 控制执行机构的动作在这里说一下P、I、D这三个参数的具体意义：P为增益项，越大，响应起就快，在调节流量阀时：设定流量为50%，当目前流量接近50%，刚超过，如果P值很大的话，那么流量阀会马上关闭，而不会控制在某一区域。这就是增益项太大引起。在调节的过程中应该先将P值调节比较适当了，再去调节I值，它为积分项，是在控制器回路中控制对当前值与设定值相等的偏差范围。D为微分项，主要作用是避免给定值的微分作用而引起的跳变3.5.2主程

37、序组成结构图3-4 主程序结构（1）子程序0子程序0是完成累加器初始化功能初始化后的累加器将作为数字滤波时的数据累加的存储单元程序框图如图3-5 所示 图 3-5 子程序0 图 3-6 子程序1（2）子程序1子程序1 是完成对PID 模块的初始化在程序中将对过程变量的设定值采样时间积分时间微分时间等PID 参数进行赋初值如图3-6（3）子程序2子程序2 是完成设置采样时间和置PPI 通讯模式通过设定定时中断，在一定的时间间隔内对模拟量进行采样并且还将设置从机与主机的通信协议为9600 波特率8 位数据PPI 从站模式如图3-7 所示 图3-7 子程序2 图3-8 子程序3（4）子程序3子程序3

38、 是完成数字滤波功能把采样值进行数据类型处理利用平均值滤波法对采样值进行滤波处理滤波后将得到稳定可靠的采样值如图3-8 所示（5）子程序4子程序4 是将采样后的值经过数据处理算法转换成实际的物理值例如实际的温度压力等如图3-9 所示（6）子程序5子程序5 是控制各个监控变量的报警功能如图3-10 所示（7）子程序6子程序6 是来完成量程范围的初始化设定用量程上限与量程下限的差值来表示量程范围. 图3-9 子程序4 图3-10 子程序5图3-11 中断程序0（8）中断程序0中断程序0 主要根据锅炉各个控制系统的控制原理制定相应的控制算法完成各个控制回路的PID 控制将PID 控制的输出转换成标准

39、的控制信号后把控制信号送模拟量输出模块去控制电动阀门变频器去驱动执行机构来完成水位燃烧过热器的自动控制程序流程如图3-11（9）中断程序1中断程序1 完成对模拟量的采样将采样的模拟量存进设定好的存储单元地址4.PLC系统的抗干扰设计可编程控制器PLC 在工业控制中应用越来越广泛而PLC 在工业控制的过程中所在的工作环境十分复杂各种干扰产生的影响不利于PLC系统的稳定运行因此整个系统的抗干扰能力直接关系到PLC 能否稳定安全地运行4.1 电磁干扰源及对系统的影响影响PLC 控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样大都产生在电流或电压剧烈变化的部位这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源即干扰源

40、4.1.1 P L C 控制系统中电磁干扰的主要来源空间的辐射电磁场干扰EMI 主要是由电力网络电气设备的暂态过程雷电无线电广播电视雷达高频感应加热设备等产生的通常称为辐射干扰其分布极为复杂若PLC 系统置于射频场内就会收到辐射干扰其影响主要通过两条途径一是直接对PLC 内部的辐射由电路感应产生干扰二是对PLC 通信内网络的辐射由通信线路的感应引入干扰辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小特别是频率有关一般通过设置屏蔽电缆和PLC 局部屏蔽进行保护4.1.2 来自系统外引线的干扰这种干扰主要通过电源和信号线引入通常称为传导干扰其在工业现场影响比较严重（1）来自电源的干扰实践证明因电源引

41、入的干扰造成PLC 控制系统故障的情况很多可更换隔离性能更高的PLC 电源来解决（2）来自信号线引入的干扰与PLC 系统连接的各类信号传输线除了传输有效的各类信息外总会有外部干扰信号侵入由信号引入的干扰会引起I/O 信号工作异常和测量精度大大降低严重时将引起元器件的损伤对于隔离性能差的系统还将导致信号间相互干扰引起共地系统总线回流造成逻辑数据变化误动作和死机PLC 控制系统因信号引入干扰造成I/O 模块损坏的情况相当严重（3）来自接地系统混乱时的干扰接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一正确的接地即能抑制电磁干扰的影响又能抑制设备向外发出干扰而错误的接地反而会引入严重的干扰信号会使PLC

42、系统无法正常工作4.1.3 来自P L C 系统内部的干扰来自系统内部的干扰主要由内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等这些属于PLC 制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容比较复杂作为应用部门是无法改变的可不必过多考虑但应用时要选择内部抗干扰能力强的PLC 控制器4.2 P L C 控制系统工程应用的抗干扰设计为了保证PLC 控制系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰必须从控制系统设计阶段开始采取三个方面的抑制措施抑制干扰源切断或衰减电磁干扰的传播途经提高控制装置和系统的抗干扰能力4.2.1 综合抗干

43、扰设计主要考虑来自系统外部的几种干扰抑制措施主要内容包括对PLC系统及外部引线进行屏蔽以防空间电磁辐射干扰对外部引线进行隔离滤波特别是动力电缆应分层布置以防通过外部引线引入传导电磁干扰正确设计接地点和接地装置完善接地系统另外还可以利用数字滤波手段进一步提高系统运行的可靠性4.3 P L C 控制系统主要抗干扰措施4.3.1 采用性能优良的电源抑制电网引入的干扰在PLC 控制系统中电源占有及其重要的地位. 现在对于给PLC 系统供电的电源一般都采用隔离性能较好的电源而对于变送器供电的电源和PLC 系统有直接电气连接的仪表的供电电源并没有受到足够的重视,虽然采取了一定的隔离措施但普遍还不够主要是使

44、用的隔离变压器分布参数大抑制干扰能力差经电源耦合而窜入共模干扰差模干扰所以对于变送器和共用仪表信号供电电源应选择分布电容小抑制带大如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术的供电电源以减少PLC 系统的干扰。此外为保证电网节点不中断可采用在线式不间断供电电源UPS供电提高供电的安全可靠性而且UPS 还具有较强的抗干扰隔离性能是一种PLC 控制系统的理想电源。4.3.2 正确选择接地点完善接地系统接地的目的通常有两个其一为了安全其二是为了抑制干扰完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一系统接地方式有浮地方式直接接地方式和电容接地三种方式对PLC 控制系统而言它属于高速低电平控制装置应采用直接接

45、地由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响装置之间的信号交换频率一般都低于1MHZ 所以PLC 控制系统接地线采用一点接地和串联接地方式信号源接地时屏蔽层应在信号侧接地不接地时应在PLC 侧接地信号线中间有接头时屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理一定要避免多点接地6PLC 控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素合理有效地抑制干扰对有些干扰情况还需做具体分析才能使PLC 控制系统更好的工作。5.主机监控系统的设计为了较为直观的理解和分析PLC的功能和特点。我进行了仿真实验。用到了MCGS组态软件，MCGS即监视与控制通用系统，英文全称为Monitor and

46、Control Generated System。MCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点5.1 MCGS组态软件的功能和特点可归纳如下：（1）MCGS系统由五大功能部件组成，主要的功能部件以构件的形式来构造。不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS系统三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工作。用户也可以根据需要，定制特定类型构件，使MCGS系统的功能得到扩充。这种充分利用“面向对象”的技术，大大提高了系统的可维护性和可扩充性。（2）概念简单，易于理解和使用。普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速完成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作。用户可避开复杂的计算机软硬件问题，集中精力解决工程本身的问题，按照系统的规定，组态配置出高性能、高可靠性、高度专业化的上位机监控系统。（3）功能齐全，便于方案设计。MCGS为解决工程监控问题提供了丰富多样的手段，从设备驱动（数据采集）到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出、曲线显示等各个环节，均有丰富的功能组件和常用图形库可供选用，用户只需根据工程作业的需要和特点，进