基于PLC的锅炉汽包液位控制系统设计【实用文档】doc

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摘要基于PLC的锅炉汽包液位控制系统设计【实用文档】doc文档可直接使用可编辑，欢迎下载锅炉是钢铁、石油、化工、发电等工业过程中必不可少的重要动力设备,所产生的高压蒸汽既可作为驱动的动力源,又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。例如电厂里的汽轮发电机，就是靠锅炉产生的一定温度和压力的过热蒸汽来推动的,化工厂里许多换热器的热源大多是锅炉提供的蒸汽.为适应生产的需要,锅炉的大小、型号也是各种各样。锅炉的大小是以锅炉每小时产生的蒸汽量来衡量的，小型锅炉每小时产几吨蒸汽,大的锅炉每小时能产2０0t以上的蒸汽，蒸汽压力有高、中、低之分。在应用类型上,可将锅炉分为动力锅炉和工业锅炉，其中工业锅炉又分为辅助锅炉、废热锅炉、快装锅炉、夹套锅炉等。锅炉的燃料也各不相同,有燃气型、燃油型、燃煤型和化学反应型等.锅炉产生蒸汽的压力和温度是否稳定、锅炉运行是否安全,直接影响到生产能否正常进行，更关系到人员和设备的安全与否，因此，锅炉的过程控制十分重要.工业蒸汽锅炉是一个复杂的控制对象,为了保证锅炉能够提供合格的蒸汽，生产过程中的各工艺参数必须严格控制。在这些工艺参数中,锅炉汽包水位是一个非常重要的参数，水位的大小不仅是影响蒸汽质量的主要因素,而且将水位控制在一定的范围之内是保证锅炉安全运行的必要因素.关键词：锅炉汽包;三冲量；PLC;PID;目录TOC＼o"1—3＂\h\z＼uＨYＰＥRLINK\l_Ｔｏc19063第一章锅炉的工艺流程描述ＰＡGEＲEF_Tｏｃ190633第二章锅炉汽包水位控制系统的设计ＰＡGEREF_Toc２13４7６2.1系统的硬件设计PＡGEＲＥF_Toc７972910２44(1）主控制器的设计PAGERＥF_Toc１0２449ＨYＰＥRLIＮK\l_Tｏc1０73１(2）检测电路的设计PAＧＥREF＿Toc1０7319HＹPERLIＮK\l_Toc27６04(3）输出控制电路６04１02.2系统软件设计：PAGEＲEF＿Ｔoc１４2５011HYPERＬINK\l＿Ｔｏc976４第三章PID调节规律的选择及参数整定PＡＧＥREＦ_Ｔoc９76４1３HＹPERＬＩNＫ\l_Ｔｏｃ４2793．1比例调节作用对系统性能的影响 PAGEREF＿Toc427913HYPERLIＮK\l_Ｔｏc2743４3.2积分调节作用对系统性能的影响 ＰAGERＥF_Toc27434133.3微分调节作用对系统性能的影响 ＰAGEＲEＦ_Toc６３331４HYPERLIＮＫ\l＿Toｃ304503。４整定的基本方法PAGEREF_Tｏc30４５0１4（1）临界比例度法（闭环整定）PAGEREＦ_Toc370714HＹＰERLINK\l＿Toc155１0(2）衰减曲线法(闭环整定）PAGEREF_Tｏc1５5１014(３）反应曲线法（动态特性参数法)ＰAGERＥF_Ｔoc293341４HYPERＬIＮＫ\l_Ｔoc29７78(4)现场实验整定法PＡＧEREF_Tｏc2977814HＹＰERＬＩNK\l_Toｃ5５94３。5调节规律的确定原则PＡGEREＦ_Ｔｏc559４1５HYPERLINＫ\l_Toc18234总结PAGEREＦ_Ｔoc1８23416HYPERLINK\l＿Toc4７66参考文献ＰAGEREF＿Toc４７6617附录:ＰAGEREF_Toc２８0５718第一章锅炉的工艺流程描述锅炉的工艺流程如图1．1所示.图1。1锅炉工艺流程图燃料和热空气按一定的比例混合后进入燃烧室燃烧，加热汽包内的水产生饱和蒸汽Ds,经过热器后形成一定温度的过热蒸汽D，再汇集到蒸汽总管PM,最后经过负荷设备调节阀供给负荷设备使用.燃料在燃烧时产生的烟气，其热量一部分将饱和蒸汽变成过热蒸汽，另一部分经省煤器对锅炉供水和空气进行预热，最后由引风机从烟囱排入大气.锅炉的正常运行必须要保持物料(水)平衡和热量平衡。在物料平衡中负荷是汽包内水的蒸发量,被控变量是汽包的水位，操纵变量是锅炉的给水量；在热量平衡中负荷是蒸汽带走的热量，被控变量是蒸汽压力，操纵变量是燃料量.上述的物料平衡和热量平衡是相互关联、互相影响的.汽包水位不仅受到给水流量的影响,而且也受到热量变化的影响。例如，当热量平衡被破坏,蒸汽压力发生变化后，会影响到汽包水面下蒸发管中的汽水混合物的体积，使汽包水位发生变化。同样蒸汽压力不仅受到燃料输入量的影响，而且进水量的变化也会影响到蒸汽压力的稳定。例如，给水流量增加时，由于冷水的温度低，会使汽包内的蒸发量减少，导致蒸汽压力下降.综上所述，锅炉的运行主要包括以下三个方面的过程控制系统:（1）汽包水位控制系统：是锅炉安全运行的必要保证，它要维持汽包内的水位在工艺允许的范围内；(2）燃烧系统的控制：通过使燃料量与空气量保持一定的比值,以保证经济燃烧和锅炉的安全运行,同时保证引风量与送风量相适应，维持炉膛内的负压恒定不变,其最终目的是使燃料产生的热量满足蒸汽负荷的需要;(3)过热蒸汽系统的控制:这是一个温度控制系统,其作用主要有２个：一是保持过热器出口温度在允许范围内；二是保证管壁的温度不超过允许的工作温度。影响汽包水位的主要因素是给水量和蒸汽流量,其他因素都可以作为干扰因素另作考虑。当负荷增大时,蒸汽流量增大，会使得汽包水位下降，当突然增加蒸汽流量会使得蒸汽压力减小，汽包水位不降反增,出现虚假水位现象，这是设计中必须要考虑的因素。给水量对汽包水位的影响存在惯性区，但基本是线性的。汽包水位是锅炉运行的重要指标，对锅炉的安全运行非常重要，保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，水位过高或过低，都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利影响。过高会影响汽水分离效果，蒸汽过湿，饱和水蒸汽将会带水过多,导致过热器管壁结垢并损坏，使过热蒸汽的温度严重下降,若以此过热蒸汽带动汽轮机，将因蒸汽带液损坏汽轮机的叶片,造成运行的安全事故。然而,水位过低，则因汽包内的水量较少,而负荷很大，加快水的汽化速度,使汽包内的水量变化速度很快，若不及时加以控制，将有可能使汽包内的水全部汽化；尤其是大型锅炉,水在汽包内的停留时间极短，从而导致水冷壁烧坏,甚至引起爆炸。因此,必须对汽包水位进行严格的控制。汽包水位控制系统的任务是维持给水量与蒸汽蒸发量的平衡,使汽包水位保持在允许的范围内。第二章锅炉汽包水位控制系统的设计目前,锅炉汽包水位常采用单冲量、双冲量及三冲量控制方案。此处的“冲量"不是物理上定义的作用在物体上力和时间的乘积，而是一种表示变量的习惯沿用。锅炉汽包水位单冲量控制系统是一个典型的单回路控制系统，其被控变量是汽包水位,操纵变量是锅炉的给水流量。当汽包水位偏离设定值时，变送器将测量到的信息送给控制器,按照特定的控制规律来增加或减少供水量,使汽包水位回到设定值。影响锅炉汽包水位的主要扰动是蒸汽负荷的波动,因为用户的蒸汽需要量是在不断变化的。假设蒸汽需要量突然加大，汽包的压力会瞬时降低，水的沸腾加剧，使水加速汽化，水中的气泡量会骤然增多。而气泡的体积比其液态时的体积大很多倍，结果出现汽包内的水位不降反升的假象，即出现“假水位".控制器获得的信息是“水位升高了”,本来该增加供水量,现在却错误地减少供水量，严重时会使汽包水位下降到危险区内以致发生事故。产生上述“假水位”的主要原因是蒸汽负荷量的波动而造成“闪蒸”现象，如果把蒸汽流量作为前馈信号引入控制系统，及时知道其变化情况,就可以克服这个主要的扰动。为此我们引入双冲量控制系统。这里的“双冲量”是指汽包水位信号和蒸汽流量信号2个变量。它是一个前馈－反馈控制系统.水位信号从系统的输出端返回到输入端，因此属于反馈控制；蒸汽流量信号未经反馈而直接与水位控制器的输出信号相加，因此是前馈控制。当蒸汽负荷变化可能导致汽包水位大幅度波动时，蒸汽流量信号的引入起着超前控制作用,它在汽包水位还没有出现波动时，提前使调节阀动作，从而减少因蒸汽负荷量变化引起的水位波动,极大改善了控制品质。尽管双冲量控制克服了蒸汽压力变化带来的扰动，却不能克服供水压力变化的干扰，当供水压力变化时,同样会引起供水流量的变化，会导致汽包水位的波动，双冲量控制系统只有在汽包水位变化后才由控制器进行调整，控制不及时。因此，当供水压力波动比较频繁时,双冲量控制系统的控制质量较差,这时可采用三冲量控制系统。在锅炉汽包水位三冲量控制系统，该系统除了水位、蒸汽流量信号以外,又增加了一个供水流量信号，显然,当蒸汽负荷不变，供水量因压力波动而变化时，加法器的输出相应变化,直接调整给水流量的大小。不需要等汽包水位变化了再去由控制器调整，从而极大减少了水位的波动,缩短了过渡过程的时间，提高了控制质量。三冲量控制系统动作及时，有较强的抗干扰能力,在较大的扰动时也能有效地控制水位的变化,显著地改善了控制系统的品质。对于现代大、中型锅炉来说,对象控制通道的迟延和变化速度都比较大,“虚假水位"现象比较严重,工艺上对控制质量的要求又比较高，因此，普遍采用具有蒸汽流量前馈信号及给水流量反馈信号和汽包水位主信号的三冲量水位控制系统。系统控制流程图如图2.1。图2．1锅炉汽包液位控制系统根据系统的控制流程图，我们还可以绘制出三冲量控制系统的方框图,如图2．2。图2.2三冲量控制系统的方框图三冲量控制系统由于控制器有不同的位置，又可以有多种不同控制方案，以下为常见的三种方案，如图2.３。图2．3常见控制方案２。１系统的硬件设计(1)主控制器的设计在自动控制系统中，最常见的控制器有两种：一种是PLＣ，另外一种是单片机.PLC自诞生以来,由于其可靠的性能、高的性价比、强大的功能等众多的优点而受到了广泛的应用,本系统也采用PLＣ.PLC选用西门子公司的S７—200CPU２14，该系列ＰLC性能稳定，可以根据设计要求灵活的选择相关模块.本系统需要输入的模拟量有：给水流量信号、水位信号、蒸汽流量信号，需要输出的数字量有：变频器控制信号,所以只需要选择模拟量输入模块EM231，EM23１具有四个模拟量输入点，可以刚好满足需要。（2）检测电路的设计由于该设计的目的是控制水位稳定,而整个控制系统的基础是对水位的准确测量，因此水位能否准确测量直接关系到控制质量的优劣.合理的选择水位传感器在水位控制系统的设计中有关键作用。本系统采用双室平衡容器进行液位信号的采集，用差压变送器对液位信号进行变送。江苏威腾自控设备有限公司生产的微差压变送器（WT—1151／３３51DR）可满足变送要求.该型号变送器可以将微小差压转换成4——2０mADＣ信号。它采用专门设计的放大线路板和特殊的温度补偿工艺，性能稳定可靠。根据控制方案我们可以知道流量传感器用于测量给水流量和蒸汽流量,这两个信号可以有效地改善控制质量，因此合理的选择流量传感器能够有效的改善整个系统的控制质量。上海正博自动化仪表有限公司生产的LUGB-９９型涡街流量计是一种基于卡门涡街原理流体振动式新型流量计，它具有测量范围广、压损小、性能稳定、准确度高和安装、使用方便等优点，广泛应用于封闭工业管道中液体、汽体和蒸汽介质体积和质量流量的测量。该流量计的部分技术参数如下：①测量介质：蒸汽、汽体、液体②传感器的感应元件不直接与被测介质接触，性能稳定、可靠性高③传感器内无可动部件,结构简单而牢固,压损小、维扩量小、使用寿命长④范围度宽达1０：１~15：1⑤测量范围：正常工作范围,雷诺数为20，000~7,00０，000;输出信号不受液体温度、压力、粘度及组份影响。测量可能范围,雷诺数8，000～7，０0０000⑥精度等级:液体，指示值的±1。0%;蒸汽，指示值的±1．5％

⑦输出信号：a.电压脉冲低电平:0-1V；高电平：大于4Ｖ；占空比为5０%ｂ．电流：4~2０mA（三线制)（３)输出控制电路PＬC根据采样的相对液位数值对其进行相应规则的计算、处理、判断后，得出控制结果,输出相应的控制信号,模拟量输出模块我们选择EＭ２32,它有两个模拟量输出点,可满足要求。电机是锅炉汽包供水的动力设备，电机的准确选型关系到汽包能否准确供水进而影响到汽包水位的稳定,经查阅资料可知选用功率为100Kw的三相异步电动机完全可以满足工作要求，由于使用变频调速不必选用绕线型异步电动机,选用鼠笼型电机就可以满足要求.济南华力贝尔机电设备有限公司生产的YJTＧ三相变频调速电机专门为变频调速设计可以根据技术要求订货设定其额定电压为３8０Ｖ额定功率为100Kw.变频器是电机的供能设备，合理选择变频器关系到电机能否正常工作为汽包供水.由电机的选型可以知道电机在５０Hｚ三相交流电下工作时电机的功率大约是100Kw，我们可以选择罗克韦尔公司的13３6PlｕsII系列1336F-B１５0型号的变频器。该变频器可以输入38０V—480V50/60Hz三相交流电,输出３80—４80V三相交流电并通过控制信号控制其输出频率，其容量是1４9Kｗ，可以满足设备功率要求。该型号变频器具有丰富灵活的控制接口，可以通过控制信号方便地改变变频器的工作特性。至此，系统硬件电路设计完成，系统的总体框图如图２。4。图2。４系统硬件原理图２.2系统软件设计：整个控制系统的软件包括以下几部分：液位的实时采集,电机调速,算法的控制（这里采用ＰID算法）等功能.本系统的软件结构采用了总分的形式,即PＬC一直在运行主控制程序,然后主控制程序根据各种条件来运行和调用各子程序,用来实现各种功能。这种总分设计方式使得软件简单明了,一看便知，并且在调试起来时也特别方便.系统的程序设计框图如图２.5。图2.5系统软件原理图第三章PID调节规律的选择及参数整定众所周知，要使控制系统具有良好的控制性能,除了必须正确的选取、设计控制方案以外，还必须正确的选择控制算法并进行参数整定.在控制系统中，按照给定信号和反馈信号之间的偏差的比例（P)、积分(I)和微分（D)进行控制的PＩＤ控制器是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单、易于实现、适用面广、控制参数相互独立、参数的选定比较简单等优点;而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象─“一阶惯性＋纯滞后”与“二阶惯性+纯滞后”的控制对象，ＰID控制器是一种最优控制.ＰIＤ调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活，可以方便的改变为PI、PD、ＰID等控制器.3。1比例调节作用对系统性能的影响比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小；比例系数偏大，振荡次数加多,调节时间加长；系统会趋于不稳定；比例系数太小，又会使系统的动作缓慢。比例系数可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以及控制对象的特性决定的。3．２积分调节作用对系统性能的影响是使系统消除稳态误差。提高无差度。因为有误差积分调节就进行,直至无差积分调节停止，积分调节输出一个常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Tｉ.Ti越小积分作用就越强。反之Ｔｉ大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另外两种调节规律结合，组成ＰI调节器或ＰID调节器。3．3微分调节作用对系统性能的影响微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势。因此能产生超前的控制作用,可以改善系统的动态性能.在微分时间选择合适情况下可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强地加大微分调节对系统抗干扰不利。此外微分反应的是变化率，当输入没有变化时微分作用输出为零，因此微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合组成PD或PID控制器。整定的任务：根据被控过程的特性，确定PＩD调节器δ的比例度、Tｉ积分时间以及微分时间TD的大小.3．4整定的基本方法(１)临界比例度法（闭环整定)①首先将调节器的积分时间置于最大，微分时间置零，比例度置为较大的数值②等系统运行稳定后，对设定值施加一个阶跃变化,并减小δ直到出现等幅振荡曲线为止.记录下此时的临界比例度δｋ和等幅振荡周期ＴK③查表按经验公式计算出调节器的参数δ、Ti、TD。(2）衰减曲线法（闭环整定)衰减曲线法与临界比例法类似.观察衰减比然后记录。Δs、Ts、Tp按经验公式计算δ、Ti、TＤ。(3）反应曲线法(动态特性参数法)反应曲线法是利用系统广义过程的阶跃响应曲线对调节器参数进行整定，是一种开环整定方法。（4）现场实验整定法现场实验整定法，实质上是一种经验试凑法，所以也称为经验法。在现场的应用中,将各类过程控制系统调节器的整定参数按先比例、后积分、最后微分的顺序置于某些经验数值后,把系统闭合起来,然后再作给定值扰动,观察系统过渡过程曲线。若曲线还不够理想，则改变调节器的δ、Ｔi和Td的数值，进行反复试凑，以寻求“最佳”的整定参数，直到控制质量符合要求为止。3。5调节规律的确定原则⑴调节器放大系数Kｐ的正负号正作用方式：y↑→u↑,Ｋp为“—”;反作用方式：y↑→u↓，Kｐ为“+”。⑵调节阀放大系数的正负号气开式调节阀Kv为“+”；气关式调节阀Kv为“－”。⑶被控过程放大系数的正负号正作用μ↑→y↑,被控过程的静态放大系数Ko为“+”；反作用μ↑→y↓，被控过程的Ko为“—”。⑷变送器的放大系数Km为正号根据生产工艺安全等原则确定调节阀的气开、气关形式；按被控过程特性，确定其正、反作用;根据组成系统的开环传递函数各环节的静态放大系数极性相乘必须为正的原则，确定调节器的正、反作用方式。在本系统中，由于调节阀为电机，可以视作为气开式,故Ｋv为“+”;当电机转速加快，液位上升，故被控对象的Ko为“＋"；测量变送器的Kｍ为“+”;则调节器的Ｋp应该为“+”，故调节器应采用反作用方式.总结为期两周的过程控制课程设计即将结束,这两周感觉过的好快，也感觉过的好充实。由于上学期过程控制这门课没好好学，好多知识学的稀里糊涂,不懂也不会，还有的干脆就是不知道。所以在做设计的时候就感觉很吃力,很困难。不过，在老师们悉心的指导下和同学热心的帮助下终于完成并达到本次设计的基本任务和要求。通过本次设计使我们对以前所学的理论知识有了进一步地理解,深化了我们所学过的知识,并增强了我们独立分析和独立解决工程实践中的问题的能力以及用所学的知识进行工程设计的能力。这次设计给我们提供了一次难得的锻炼的机会，虽然这次课程设计只有短短的两周时间，但我们从中得到了很多体会，也增强了我们的动手能力。在做设计的过程中我们掌握并熟练了许多软件的用法，如:Ｗord、AｕtoCＡD、viｓio等，增强了我们软件学习的能力，也为日后踏上工作岗位后自我学习能力打下了良好的基础。另外，我还认识到实践能力的重要性，如果我们缺乏一定的实践能力，也将使我们在今后的工作中难以有所作为。虽然我们以前有过几次动手锻炼的机会,但那远远还不能满足我们作为当代大学生的标准.因此，在以后的学习工作中，我们应该更加培养自身的这种能力，以适应社会的需要。最后,在这两周课程设计中对帮助过我的老师和同学表示衷心地感谢！参考文献［1]李文涛,过程控制，北京：科学出版社，2０12。[2]俞金寿、孙自强,过程控制系统，北京:机械工业出版社，２00８［3]孙洪程、翁维勤、魏杰,过程控制系统及工程，北京:化学工业出版社，2０10［４］王树青、戴连奎、于玲，过程控制工程，北京:化学工业出版社，20０8［5］郭一楠、常俊林、赵峻、樊晓虹，过程控制系统，北京：机械工业出版社，２009[６]刘秀芝，工业锅炉汽包水位控制系统的设计，山东煤炭科技，2０13年第2期[7］黄永杰，工业锅炉汽包水位自动控制系统分析与研究，煤炭技术，２013年第6期［8］安鹏羽,锅炉汽包水位控制方法分析，电气时代,201３年第2期［９］丁荣、蔡新平，锅炉汽包水位控制系统的分析与确定，应用能源技术2０1１年第４期(总第160期）[10］刘静，锅炉汽包水位控制系统的研究与应用，宽厚板,第17卷第1期2011.2[1１]高启繁，锅炉汽包水位平衡容器的选型和压力校正问题探讨，热力发电２００3。９附录：过程控制仪表课程设计题目锅炉汽包水位控制系统指导教师高飞燕班级自动化071学号20074460107学生姓名丁滔滔2021年1月5号附录：仪表配接图………….20锅炉汽包水位控制系统1.系统简介：控制系统一般由以下几部分组成图1自动控制系统简易图锅炉水位系统如下图：图2单冲量控制系统原理图及方框图其单位阶跃响应图如下：图3蒸汽流量干扰下水位阶跃曲线通过电容式液位计将检测来的液位信号变送给成标准信号，再输送给控制器，调节器再通过执行机构和阀来控制进水量，从而达到自动控制锅炉水位。2．锅炉控制系统：2.1锅炉：锅炉是火力发电厂中主要设备之一。它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，井将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。2.2过热器和再热器：蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽，并要求在锅炉负荷或其他工况变动时，保证过热气温的波动处在允许范围内。提高蒸汽初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料耐热性能的限制。蒸汽初压的提高随可提高循环热效率，但过热蒸汽压力的进一步提高受到汽轮机排气湿度的限制，因此为了提高循环热效率及降低排气湿度，可采用再热器。通常，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高烟温区，所以管壁温度较高。如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计和运行中的重要问题。在过热器和再热器的设计及运行中，应注意下列问题:⑴运行中应保持汽温的稳定，汽温波动不应超过±（5～10）℃。⑵过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温。⑶尽量防止和减少平行管子之间的偏差。2.3省煤器和空气预热器：省煤器和空气预热器通常布置在锅炉对流烟道的尾部，进入这些受热面的烟气温度已较低，因此常把这两个受热面称为尾部受热面或低温受热面。省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热给水的一种热交换装置。它可以降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。在现代大型锅炉中，一般都利用汽轮机抽汽来加热给水，而且随着工质参数的提高，常采用多级给水加热器。空气预热器不仅能吸收排烟中的热量，降低排烟温度，从而提高锅炉效率；而且由于空气中的预热，改善了燃料的着火条件，强化了燃烧过程，减少了不完全燃烧热损失，这对于燃用难着火的无烟煤及劣质煤尤为重要。使用预热空气，可使炉膛温度提高，强化炉膛辐射热交换，使吸收同样辐射热的水冷壁受热面可以减少。较高温度的预热空气送到制粉系统作为干燥剂，在磨制高水分的劣质煤时更为重要。因此空气预热器也成为现代大型锅炉机组中必不可少的组成部件。综上所述，省煤器和空气预热器的应用，主要是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。同时，也为了减少价格较贵的蒸发受热面积改善燃烧与传热效果。锅炉控制系统流程图如图四所示图4锅炉控制系统流程图3.汽包水位的控制与调整：维持锅炉汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的重要条件之一。当汽包水位过高时，由于汽包蒸汽容积和空气高度减小，蒸汽携带锅水将增加，因而整齐品质恶化，容易造成过热器积盐垢，引起管子过热损坏；同时盐垢使热阻增大，引起传热恶化，过热气温降低。汽包严重满水时，除引起气温急剧下降外，还会造成蒸汽管道和汽轮机内的水冲击，甚至打坏汽轮机叶片。汽包水位过低，则可能破坏水循环，使水冷壁管的安全受到威胁。如果出现严重缺水而又处理不当，则可能造成水冷壁爆管。3．1影响水位的因素：锅炉运行中，汽包水位是经常变动的。引起水位变化的原因一是锅炉外部扰动，如负荷变化；另一个是锅炉内部扰动，如燃烧工况的改变。出现外扰和内扰时，汽包物质平衡遭到破坏，即给水量与送气量的不平衡；或者工质状态发生变化（锅炉压力变化时，工质比体积和饱和温度随之改变），两者都能引起水位变化。水位变化的剧烈程度随扰动量增大、扰动速度加快而增强。自然循环锅炉的汽包水位，一般定在汽包中心线下50～150㎜范围内，容许变动范围为±50㎜。对于强制循环汽包锅炉，汽包的低水位限制取决于循环泵的工作，但一般来说其水位波动的幅度没有自然循环锅炉要求那样严格。自然循环锅炉汽包的最高、最低水位，应通过热化学实验和水循环试验确定。最高允许水位应当比临界水位稍低，以保证整齐品质；最低允许水位应不影响水循环安全。3.2影响水位变化的主要因素:锅炉运行中，汽包水位是经常变动的。引起水位变化的原因一是锅炉外部扰动，如负荷变化；另一个是锅炉内部扰动，如燃烧工况的改变。出现外扰和内扰时，汽包物质平衡遭到破坏，即给水量与送气量的不平衡；或者工质状态发生变化（锅炉压力变化时，工质比体积和饱和温度随之改变），两者都能引起水位变化。水位变化的剧烈程度随扰动量增大、扰动速度加快而增强。4.仪表的选择：控制仪表是自动控制被控变量的仪表，由各种不同的，相互关联的控制仪表构成的控制系统，是操纵一个或几个变量达到预定状态的系统。为了实现自动控制，除自动装置本身外，控制系统还包括向自动装置提供信息的变送器和开关部件，以及执行自动装置控制指令的执行器等。4．1变送器：变送器在自动检测和控制系统中的作用，是对各种工艺参数，如温度，压力，流量，液位，成分等物理量进行检测，以供显示，记录或控制之用。无论是由模拟构成的系统，还是由计算机装置构成的系统，变送器都是不可缺少的，获取精确可靠的过程参数值是进行控制的基础。串级控制系统在抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量方面有较好的性能,因此在复杂的工业过程控制中得到了广泛的应用.产品简介：UYZ－50系列电容物位计适用于工业生产过程中各种贮槽、容器内导电、非导电介质液位、粉状料料位的连续测量和指示。仪表的输出电流0～10mA可以接电流表或DDZ－Ⅱ型显示控制仪表，回路中任何一点不得接地，否则必须配用隔离器以便与计算机输入端相匹配。UYZ－50系列电容物位计由以下六个部件构成：1.传感器转换部件，2.温度缓冲器，3.散热装置，4.安全火花型防爆栅，5显示仪表，6测量电极，其中1和5是仪表基本组成单元，再分别配以2,3,4,6则构成各种形式的产品。UYZ－50系列电容物位计工作原理图如图五。图5UYZ－50系列电容物位计工作原理当被测物位发生变化时，传感电容量发生相应变化，经传感器前置线路转换成直流信号，再传送到显示仪表放大成标准电信号输出，并使电流表直接指示，显示仪表是通用的，表面上的直型条形给出相应的物位指示，同时有绿色指针供高低物料报警位置的整定。图6UYZ-50接线图1，2输入，3,4输出5,6，7是上限报警8，9，10是下限报警11是显示单元电源16接地18—20是交流电参数与规格：精度：非防爆型±1％防爆型±1.5％测量范围：0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0m（UYZ－561B型的测量范围可为3.0，4.0，6.0，10m四档）。负载电阻：1.5kΩ输出信号：0～10mADC供电电源：220VAC（+10%/-15%）50Hz介质压力：2.5Mpa工作环境：传感器温度－40～＋85℃，相对湿度10～95%显示仪表温度0～45℃，相对湿度10～90%高低位报警定点误差：±2.5％高低位报警设定点范围：0～100%全量程内任意给定高低位报警触点容量：220VAC3A防爆型选用防爆栅型号：DFA－3100型检测端齐纳安全栅防爆型仪表防爆等级：iaⅡCT6型号表示表1UYZ－5□□□□5系列代号□测量电极形式□介质温度范围□迁移□防爆等级1）绝缘式2）同轴裸极式3）裸极式4）同轴绝缘式5）分离式6）绝缘绳式1）标准：－40～＋85℃2）高温：85～200℃3）低温：Ⅰ－100～－40℃4）低温：Ⅱ－156～－100℃5）低温：Ⅲ－200～－156℃A）微电容6～50pFB）中电容30～1300pFiaⅡCT64.2控制器控制器在自动控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输送至执行器。单元组合式仪表和单个仪表形式的控制器习惯上称为调节器，常用的有DDZ-Ⅱ型电动调节器，DDZ-Ⅲ型调节器和可编程调节器。对于液位控制器，阀气闭为，变送器为⊕，对于研究对象当控制信号增大时液位将相应减小，故为，液位控制器LC为⊕，为反作用。对于流量控制器，阀气闭为，变送器为⊕，当控制信号增大时给水流量将相应增大，故为⊕，流量控制器为，为正作用。产品概述：DTL型调节器是DDZ-Ⅱ型系列仪表中的一个主要单元。它接受从变送器或转换器来的0～10mADC测量信号，并与内给定值或外给定值比较，它们的差值经调节器比例积分、微分运算输出0～10mADC信号至执行机构。仪表分二类：DTL-221A、321A、121A型主要为石油化工服务，该类仪表有二个输入通道，一个主通道、一个付通道（可接受微分信号）。面板部分带有一个偏差显示表头、内给定带刻度拨盘、软硬手动、自动切换、带刻度的手操作拨盘，单针0～10mADC输出电流指示表。另一类DTL-331A、231A、154A型主要为电厂服务，输入通道数达4～5通道，都不带手动操作。当被测物位发生变化时，由变送器传送而来的电信号发生相应变化，经传感器前置线路转换成直流信号，再传送放大成标准电信号输出，并使执行器发生动作。DTL-221A、321A、231A、331A为大偏差表，指示调节器。图7DTL-231接线图1，2是出入Ⅰ3,4是输入Ⅱ5,6是输入Ⅲ7,8是输入Ⅳ11,13输出14,15外部手操18接地19,20电源技术参数输入信号：DC0～10mA输出信号：DC0～10mA负载电阻：0～1.5KΩ

⑾⑿端0KΩ～3KΩ

⑾⒀端独立微分增益：K（D）=0－10倍可调（DTL-154A、331A）积分增益：K1≥180倍（P=100%时）干扰系数：1+2TD/TI微分独立运算内给定值稳定度：±0.25%内给定值刻度误差：±2.5%工作条件：环境温度：0～45℃相对湿度：≤85%工作振动：频率≤25Hz振幅≤0.1mm（双向）供电电源;220V

50Hz消耗功率：≤6W结构型式：面板嵌入式表2

型号规格型号T1STDS独立微分P%TDS独立微分操作通道数偏差表型式DTL-121A6～12003～3001～200

带2小DTL-154A6～6003～3001～2003～300不带5/DTL-221A6～600

1～500

带2大DTL-321A6～12003～3001～200

带2大DTL-331A6～12003～3001～2003～300不带5大DTL-231A6～600

1～500

不带4大4.3执行器：执行器再自动控制系统中的作用是接受来自控制器的控制信号，通过其本身开度的变化，从而达到控制流量的目的。因此执行器是自动控制系统中的一个重要的，必不可少的组成部分。执行器的构成如下：P0I0执行机构调节机构被控介质流量图8变送器的基本组成执行机构：执行器常直接与介质接触，常常在高压，高温，深冷，高粘度，易结晶，闪蒸，汽蚀，高压差等情况下工作。使用条件恶劣，因此，它是控制系统的薄弱环节。如果执行器选择使用不当，往往给生产过程自动化带来困难。在许多场合下，会导致自动控制系统的控制质量下降，控制失灵，甚至因介质的易燃易爆，有毒，而造成生产事故。执行器分为气动执行器、电动执行器、液动执行器3大类。气动执行器按其执行机构形式分为薄膜式、活塞式和长行程式。近年来还研制了增力型薄膜调节阀。电动和液动执行器按执行机构的运动形式分为直行程和角行程两类。4.3．1执行机构：由于我们采用的是DDZ－Ⅱ型的0—10mA信号，故选择DDZ－Ⅱ型仪表。DKJ角行程、DKZ直行程是我国最早的、唯一生产的电动执行器，它是我国计划经济时期，全国联合统一设计的产品。随着现代工控计算机管理的发展，今天，我们的DKJ、DKZ系列与以前相比，有了2大实质性改进，①生产出直接受计算机控制的智能电子式型、户外型、隔爆型等改进型产品②将电路控制部分灌封在一个小型塑料盒中，俗称模块，形成了便于维护的即插即用型，调节精度更高、使用寿命更长。DKJ/ZKJ型角行程电动执行机构DKZ/ZKZ型直行程电动执行机构ZKJ/DKJ-210DKJ电动执行机构由伺服放大器、伺服电动机、减速器、位置发信器和电动操作器组成。其工作原理如图十所示。图9DKJ电动执行机构原理图来自调节器的输入信号，在伺服放大器内与位置反馈信号相比较，其偏差经伺服放大器放大后，去驱动伺服电动机旋转，然后经减速器输出角位移。位置发信器将执行机构输出轴角位移转换成与输入信号相对应的直流信号(0-10mA或4-20mA)，作为位置反馈信号。执行机构的旋转方向决定于偏差信号的极性，而又总是朝着减小偏差的方向转动，只有当偏差信号小于伺服放大器的不灵敏区时，执行机构才停转，因此执行机构的输出位移与输入信号始终成正比关系。配用电动操作器可实现自动调节系统的自动-手动无扰动切换。手动操作时，由操作开关直接控制电动机电源，使执行机构在全行程转角范围内操作。自动调节时，两相伺服电动机由伺服放大器供电，输出轴转角随输入信号而变化。主要技术参数：

*输入信号：0--10mADC

*出轴有效转角：0--90度

*输入电阻：200Ω(Ⅱ)、250Ω(Ⅲ)

*输入通道：3个隔离通道

*电源电压：AC220V50Hz

*使用环境温度：-10--+55℃

*使用环境湿度：≤95%图10DKJ执行器安装图图11DKJ接线图1脚接位置发送器正电；2脚接位置发送器反负；3－4－5可以连一起做电机正转接DTL-23111脚；8－9－10可以连一起做电机反转接DTL-23113脚；13－6脚连一起接交流N；14－7脚连一起接交流L；12接地，其他的不需要接或者内部已经接好表3DKJ、DKZ系列电动执行器规格及参数规格型号Ⅱ型Ⅲ型输出力矩(N.m)每转时间(S)消耗功率(VA)重量(Kg)ZKJ/DKJ-210ZKJ/DKJ-210010010011031ZKJ/DKJ-310ZKJ/DKJ-310025010014048ZKJ/DKJ-410ZKJ/DKJ-410060010027086ZKJ/DKJ-510ZKJ/DKJ-51001600100490145ZKJ/DKJ-610ZKJ/DKJ-610040001001400255ZKJ/DKJ-710ZKJ/DKJ-710060001001800500调节阀：调节机构是执行器重要部分，在执行机构的输出力F(输出力矩M)和输出位移作用下，调节机构阀芯的运动，改变了阀芯和阀座之间的流通截面积，即改变了调节阀的阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。KVGD9113-1P型电动双水冷式超高温蝶阀概述：图12KVGD9113-1P结构示意图KVGD9113-1P型电动双水冷式超高温蝶阀系我厂95年度通过国家科委鉴定,并荣获国家级新产品证书,广泛地应用于冶金、化工、建材、电站等行业中的超高温气体管道中,作为高温气体介质流量调节或切断装置,可与各种执行器配套使用组成不同性能设备。该阀中的阀体采用优质碳钢和不锈钢内腔通水冷却,阀板采用双层优质耐热钢,内腔和轴通水冷却,并在阀出口处设有流量开关报警功能,同时在进出口设有二个流量调节阀。具有耗水量少、耐温高、体积小、转动灵活、使用寿命长、操作维护方便等优点。公称压力：0.1MPa额定转角：0～90°普通型泄漏率：≤5%后座型低泄漏：≤1%工作温度：P9t≤950℃；P10t≤1050℃；P11t≤1150℃；P12t≤1150℃；P13t≤1350℃（瞬间最高温度：≤1400℃）适用介质：高温烟气或其它含尘高温气体；调节型：（KVGD9113a-1）配ZKJ型电动执行机构（或根据用户选定执行机构）电压：根据用户选定的执行机构而定220（或380）VAC；输入信号：0～10（4～20）mADC（用户自定）；两位开关型：（KVGD9113b-1）配Z型电动装置，本阀可水平或垂直安装，但阀轴应处于水平位置安装4.4操作器：DFD-07型电动操作器是DDZ-Ⅱ型电动单元组合仪表中的一个辅助单元。适用于由DDZ-Ⅱ型变送单元、调节单元与电动执行机构所组成的自动调节系统。应用DFD-07型电动操作器可实现自动调节系统由“自动到手动（或手动到自动）”工作状况的无扰动切换。1．电源电压：220V

50～60Hz2．开关触关额定容量：主回路：L500V

15A3．信号回路：110V

2A4．跟踪电压：0～10V

DC5．环境温度：0～45℃6．相对湿度：≤85%7．重量：3㎏8．外形尺寸：295×80×160（mm）9．开孔尺寸：75+1×153+1（mm）图13DFD-07操作器接线图5．仪表配接图及说明：配接图见附录，各仪表之间说明如下：UYZ－50系列电容物位计有测量和变送物位的功能，输出0～10mADC电流信号，其中1，2脚接测量电极至于锅炉中，3，4脚分别接调节器的1，2脚，57接上限报警电路，810接报警电路的下限，11脚接自带显示仪表部分工作电源+18V或者+24V，16脚接地，18和20接220V交流工作电源，其他引脚不要接或内部已经接好。DTL-231调节器1脚接来自UYZ-50变送器3脚的0～10mADC电流信号，2脚接来自UYZ-50变送器4脚的0～10mADC电流信号，11脚输出至DJK-210执行机构8脚，13脚输出至DJK-2104脚如果需要外加手操再分别接14,15脚，18脚接地，19和20接220V交流工作电源，其他引脚不需要接内部已经接好。DFD-07操作器3和4脚接DKJ-210执行器1和2脚位置接收信号（输入），9和10脚接KVGD9113b-1的1和2脚，11和12分别接DKJ-210执行器1和2，18接地，19，20接220V交流电。DKJ-210执行机构1脚接DFD-07操作器5脚；2脚接位置DFD-07操作器6脚；3－4－5可以连一起DFD-07操作器11脚控制伺服电机反转；8－9－10可以连一起接DFD-07操作器13脚控制伺服电机正转；13－6脚连一起接交流N；14－7脚连一起接交流L；12接地，其他的不需要接或者内部已经接好6.仪表清单：表4仪器清单仪表名称仪表数量变送器UYZ-50同轴式电容物位计1调节器DTL-231A1角行程执行器DKJ-2101操作器DFD-071调节阀KVGD9113b-117.参考文献：1叶江祺.热工测量和控制仪表的安装.北京：中国电力出版社，19982周泽魁.控制仪表与计算机控制装置.北京：化学工业出版社，20023金以慧.过程控制.北京：清华大学出版社，19934张宝芬.自动检测技术及仪表控制系统.北京：化学工业出版社，20045杨献勇.热工过程自动控制.北京：清华大学出版社，20006吴秋峰.自动化系统计算机网络.北京：机械工业出版社，2001山东科技大学泰山科技学院本科毕业设计论文题目：基于PLＣ的温室大棚控制系统设计系部名称：机电工程系班级名称：电气工程及其自动化学生姓名:学号:指导老师:完成日期：2０16年６月6日

摘要温室大棚是用来栽培农作物的设施，它能改变农作物的生长环境,使其能够外界的四季变化和恶劣气候，为农作物的生长创造适宜的条件.温室大棚作为高效农业的重要组成部分,已经成为我们研究的方向。如何利用科学技术控制温室内的各种环境因子，已成为我国温室大棚行业研究的重要课题之一。本论文主要介绍了基于PLC控制的温室大棚系统设计方案，该研究中将采用温度传感器、CO２浓度传感器、光照传感器对温室大棚中各项指标进行检测,将测量值送入PＬC中,在ＰLC中将其与设定值进行比较，再发出相应的指令驱动外围设备来调控温室大棚内的环境参数，从而实现了温室大棚的自动化、智能化控制。在此基础上，实现监测、数据记录、数据输出显示等功能，实现了控制系统优良的人机界面，为温室大棚的研究提供新的方向。关键词:温室大棚;可编程控制器(PLC）;传感器;控制；AＢSTRACTGreｅｎhousｅsareuｓedforgrowingplantsinarangeoｆｆaｃiliｔies,ｉtcａｎｃｈａngeｔhecrｏpgｒowingeｎｖｉroｎment,enablinｇittotheｏｕtｓｉｄeofｆｏurseasonsａndhａrshcｌimate，cｒeａtingsｕitablecｏndiｔiｏnsforcropｇｒｏwｔh.Ｇreeｎhouseｓaｓiｍpoｒｔantcomｐonentofagricuｌture，haｓbecomｅouｒresｅａrｃhdｉrectionｓ.Hoｗtousescienｃeaｎdｔechnologytｏcontrolｅnｖiroｎmentalfａｃtoｒｓwithｉnｔhegreｅnhｏuse，ｇｒeeｎhｏuseindustrｙｈaｓbecomeaｎiｍpoｒtantｓｕbjectofstudy.Deｓｃrｉbedintｈｉsｐaper，basedｏnＳiemensS7—2０0ｓerieｓPＬCcontrｏｌsysｔeｍdesignofｇreｅｎｈouｓeＴｈｅreｓearchwillｂeusｅdtemｐｅrａturｅseｎsoｒ，aｎｄCO2concentrａtiｏnsensｏr,ａnｄlightsｅnsorongｒｅｅnhousebｉgｓhedｉnthetheindexforｄｅtecｔｉoｎ,ｗillmeaｓuremｅnｔvalueｉntoＰLCiｎthe,iｎＰLCｗillｂeiｔｓaｎdｓetvａluefｏrcoｍｐａred，aｇainissｕedcoｒresｐｏndinｇofinstructｉｏnｄriｖepｅripｈeralｅquipmenｔtoＲegｕlatｉongreenhoｕsebigshedｗitｈｉｎofｅｎvirｏnmentｐａｒameteｒ,toachiｅｖedｈasｇreｅnｈousebigshedofaｕtｏmatｉｏn，ａnｄiｎtelliｇeｎtoｆconｔrol。Ｏｎthiｓbasiｓ，usingcｏnfigurationｓofｔwarｅconｆiｇurａtiondesignｏｆcｏnｔrolsyｓtｅms,ｍｏnitoring，dataloｇging，dataoｕtｐｕtfｕncｔion，ａchievｉｎｇeｘｃelｌentconｔroｌsysteｍｈuｍan－machineiｎｔeｒfａce，ｆoｒgｒeｅnhousｅｒｅseａrｃhtoｐｒovidenewdirectｉon.Keywordｓ：gｒｅeｎhouse;progrａｍmabｌelｏgiccontrollｅｒs(PLC);ｓｅnsor;ｃontrol；appliｃａtｉon．目录摘要。。。。．．。.。。。.。。.。．。。．．.．．．．...。．.。...。．..。．..．..．。．．．。．。.。．．。。..。.．．。。..．．．．．。．.。.。...。。．。．.。.。..．...．。。．.。。．ⅠABＳTRACＴ..。。。。..。．.．.．.。.．。..．。．.．.。．。．．。．．．。．.．。.．．．.。。.．。..．.．.．。。。．．。．.．。．。．。.。．．...。.．．。．.。。。...。。．。。．.。。。Ⅱ目录．.。.。。．．。。．...．．。...。。.。..。.．．。.。。。。．。。..。.。.。．．。．...。。..。．.．。。．。..。。．.．。.。...．.。.．.。.。.。。。．．．.．.。。。.．。。。。。.．.。。．.。.Ⅲ1绪论.。.．..。。.。。。.。。.．。。。。。.。．.．．。．。．。.．..。．。。。．。。．.。．。..．。。．.。。。.．。..。.。．。.。。.。．．．。。..。．...。..。.．.。．。.．。．.．．。11。1课题概述．。。．。。．．。．。.。..。.．．..。。...。.．.。。。。．..。..．。．。。..．..．．.．。。。..。.。.。．．。。．...．.。。。.。。．．。.．。．11。1．１课题简介。.。．。。.．．..．。.。。.．.．。。。..．。。.。.．.。。．．。。。..。...。...。.。。..。。．．.。．。。..。.。。。．。１１。1.2研究目的及意义.．。.．．。。。．。.。。。．..。。。。．.．．。.。。．。.。.．。．.。。。.．...．．.．.。。.。．.。。．。.。.。．１1。２国内外研究现状．。.。．．。。.．．．.．．。。．。。．。．．..．．。。。.．..。.．。。。。。。。.。．.．..．.。．..．.。..。。.．.。．...．．.。.．21。２。1国内研究现状。。.．.。。...．.。。．。．..。。.。.。.。．..．。．。..．.．。．。.。。．。。。。。..。。.．。．。...．．．.。。．.。。。.21.2．2国外研究现状．.．．。．．。。.。。。．．。．。。．.．。。。。．．．。．．..。。..．．.。。...。。．．。.。.。。．.。．．．．...．。..。．.。．2１。3研究内容。.。。.。。。．。．。.。。。。。.。。．．.。．.．。．..．。.。．。．.。..．。。...。.．。。．。。...。..．．.。。.。。．..．..。.．。．．...。．...32控制系统的整体控制方案.。．。．.．。．．。...。。。。．。.．.。。.。。。．。。.。。.。.。。.。.．。．.。．.．。．．。。..。.．...。。。。。．。4２。1控制系统的设计任务。.．．.．..。。.。。。。。．．．。..。。.。。.。．。.。．．．．.。.。．．..。。..。.。．。。.。．。．．。..。。．。.。..。.。４2．2系统的控制方案．。.．。.。.．。．。．。.。.。.。。。..．。。..。．．。．。．。。．..。。．。。。.．。。。。．．.．.。。。.．..。.。。。。。.．.４3控制系统的硬件设计．。.。．．.。．．。。.。。．...．．。．.。.。．。.．.．..．..。.．.。。．。.．...。。.。.．．．.．。..。。.．..。．．。。.．..。７3。1电气控制系统设计。．.．.。．.。．。.．．。..。．．．。。．。．。．。。.．.。．。.．。。。．..．。...。..．..。。。．。.。。.。。.。.。．。．..。。...７3。１。1系统主电路设计.。.。.。。...。.．。。。。...。。。.。.．．。..。。．．.．..。.．。。.。．。..．．．..．．。.。．。．.。．73．１.2控制系统各部分控制电路设计．。。。。．.。。．。。。．..。．．。.。.．。。．。.。..。．。。。.。.．。.．73.2PLC简介。。。．。。..。。。。。．...。．．.。．．．。。.。．．．．。。。。．...。.．．．.．。．.。。。。.．。。..．。。。。．.。。.．.。。．。．.。．..。．..．．。.．．．。123．2．1ＰLC的产生和系统组成．．..．。。..。。.。.．.．．。．.。.。.。。.．..。。..。。..．．．..。。.。．。．。。。．..。。１23.２。2PLC的工作原理..。。..。.．.．...。.．.。.．．。。．。.．.。..．。．..。。．.．...．。.．.。.。。..。..．..．.。.．123.3PLC控制系统设计的基本原则及步骤．..．.．.。。。。。。...．．..。。.．．..．.．．．。。..。．。。。.．．..．1４3．3。1设计PＬC控制系统的基本原则。．．。。。。.。。．..。.。．.．．．．..。．。.．。。.。...．。．．。。．。。..143。3.2PLC控制系统的设计步骤.。。。.。。..。。．..．。..．。。。。．。。。..。.。．.．。..。..．．..。143。4PLC硬件电路设计．。．...。。..。..．...．。.．.。。．．...。．。.。.。。．.。。．..．。。.。。．。。．.．.．。。。。.。。...。．173.4。1ＰＬC型号的选择..。..．．..。．。..。.。.。..。。。．。．.．．..。。．.。．。．。.．..．。.．..。．。．。.。．．。．．．.．。1７3。4．２传感器的选型。．。.．。。...．。.．.．．。。．.．．。..。．．．。．。。.。。。。．.．．。。。。.．..．．．..。。．。.。。..。。．。..。．.１7３.4。3模拟量输入模块EM23５。.．。.．。．.。。..。。。..。。...．．.。.。。。．。。。．。．．.．。。。。。。。.。。．.．．。.。．.193。４。4PLCO/Ｉ地址分配表。．。．．．。。..．.。.。。。.。。．．.。.。.。。。。。.．。．。..．。.．。..。．.．。。..２1３.4.５PLC硬件接线图设计．．．。.。．.．.。..．．．.．．..。。...。。。..．。。．.。．...．．。．。.．.。。．。.。。.。．２3４控制系统的软件设计。．...。．。。.．。。...。。。。.．。。。。．。。。．．。。。．.。。...．..。.．。.。。。。．..。．.。.。．...．.。．。。。...。２4４。1PLC程序设计方法.．.．...。．．。．．．。。。..．。.．...．。。．。.。.．．．。.。。..。...。。。．。。。。。。．。。..。。．。。.．．．．.。。．。。．２44．2编程软件STEP7—MICＲO/WＩN概述．．。.。。..。.。。.。..．。．.。．。.。。。..。。.。．．．。。.。.．.。．.。..。．.．.．24４。3控制系统的程序设计.。.．。.。..。.．..。。..．．。．..。.。..。。．．。。.。。..。。．..．。.。。.。.．。．。。.。．..。.。。．..．.。。25４.3。1程序的设计思路。。。.．..。．。。..．。．。.。。.。..。.。。．.。．.．.。。。．．．..．.。．。.。。.。．.。．.。．.．。.。．２5４．３.2程序控制流程图.。。。．。。.。。。.。。...。。.．..．．。。.。.。.。。．。...。.。。。。。。。.．.。．．。．.．.．...。.。.．．.264。3。３控制程序设计及分析．.。。。..。...．.。。。..．。．。．.。。。...。。..。.．。．。.。...．．.．．。．。．．．.。29结论。.。.．..。。．..。.．。。．．.。．．.。.。。.。.。．.。.。．。.。。...．..。.。.。...．..．．。.．。.。。。。。。.．。。．．．..。．.。.。．。．.。。。．.。．。.。。.．。..。。。.。36参考文献.。..。。。。．。．.．.。。。.．.．。．．．.．．。。．．。．.。.．.．。。。．。.。．..。．...。。..．。.。。..．。．.。．．．...．。．.．.．.。．．。.。。.37致谢。.。．.。。．。.．.。．.．..．。...。．.。。。。。.。。..．。。。。。。．。。..。.．.。。.．。.。。．.。。.．.．。。..．．.．.．．．．.．.．..。.．．。...．。.．。.．..。.。。。．.．３9附录1外文资料翻译。.。.．.．.。。。..。...。．．。.．．．。．.．．。.．。.．。.．...．.。..。.。.．。．．．。．。.．...．．。.。。..40附录2电气原理图．。.．．。．..．。.。。。．。．.。．．。.．.．。。。..．.。。．.。。...。．。.。。。.。。.．．。.．.。．．。．．．。。。．.。。。..。．53附录3软件程序.。。。.．．.．．．．。。.。．．..。．。．。。.。．．。.。．..．.。.．。．。.。．。..．．...。．。..。。.。.。..．.。..。..。。。。．。.。.。...。..54１绪论1.1课题概述1．1.1课题简介温室大棚是用来栽培植物的设施。温室是用来改变农作物的生长环境,避免外界四季变化和恶劣气候对农作物的不利影响，为农作物生长创造适宜的条件。温室环境指的是农作物的生长空间，它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等诸多因素组成的。温室控制主要是通过控制温室大棚内的温度、湿度、通风与光照等自然因素，使得它可以在不适合农作物生长的季节和恶劣的环境下可以高效的种植农作物。从而达到对农作物调节产期、促进农作物生长发育、提高产量的目的.现代化温室中具有控制温度、光照、气肥等条件的设备,并采用电脑进行自动智能控制，以此创造农作物生长所需最佳的环境条件。1．1．２研究目的及意义目前的农作物栽培设施中,按国家标准装配的钢管塑料大棚和玻璃温室仅占全国大棚面积的一少部分，大多数的农村仍是采用自行搭建的竹木棚。这种简单的竹木棚只能起到一定的保温效果,根本谈不上对光照和二氧化碳的合理充份的利用，而且抗自然环境的能力很差，面对突发的气象灾害也无能为力。即使那些为数不多的装配式塑料大棚和玻璃温室，也都不同程度的缺乏配套的专业调控设备和仪器,所以我国的现代化农业特别是温室大棚领域的自动智能化程度还非常低。中国农业发展,必须走现代化发展这一条路.随着经济的发展，现在化农业的研究和应用技术越来越受到重视,特别是温室大棚,因为温室大棚已经成为了现代化高效农业的一个重要组成部分。现代化农业最重要的一环就是对环境中影响农作物生长的因素做检测和控制,通过对温室环境的监测数据的分析,并结合农作物的生长规律，对环境因素的控制，是作为温室大棚自动化、智能化生产管理的基本保证，从而能使农作物达到优质、高效的栽培目的.所以，现在我们进行温室大棚PＬC监控系统的设计具有积极的现实意义.本课题通过对可编程控制器ＰLC、传感器的学习和研究，完成了利用西门子PLC与电脑终端组成的温室大棚群监控系统。1．２国内外研究现状1。2．1国内研究现状我国温室大棚技术起步较晚，政府发展的以塑料大棚、日光温室为主的农业栽培设施,促进了农村的经济发展和缓和了蔬菜的季节性短缺矛盾。利用太阳光热资源，节约不可再生能源,减少环境污染是我国温室大棚的一大特色。虽然我国温室规模有限,还没有形成规模经济，另外构建设施的费用也比较高,但从长期发展来看,温室监控系统分布式和网络化将是我国现代农业发展的必然趋势。现代温室大棚中常用的能自动控制的调控机构有:通风窗、遮阳帘、通风机、热风机、冷风机、人工加热灯、二氧化碳增肥器、喷雾系统及蒸熏设备。控制器综合调节各个机构,使系统在节省能源的同时保证室内气候满足植物生长需要.使用的控制器也有很多选择，如单片机、工控机、ＰLC、通用PC机等.１.2.2国外研究现状西方发达国家在现代农业领域的起步比较早。１94９年，美国借助于工程技术的发展，建成了第一个人工气候室.随着计算机技术的快速发展，温室大棚作为现代化农业设施的重要组成部分，其自动控制技术和管理技术得到不断地提高，在世界各地都得到了不错的发展。目前,国外的温室大棚内部设施已经发展到了比较完备的程度,并形成了一定的技术标准。温室内被控环境因子由计算机控制，传感器也较为齐全，如温室大棚内的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等等，由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的控制。计算机对于这些系统的控制已经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制,而是基于ＰLC的智能控制系统，一些国家在实现自动化的基础上向着完全自动化、无人化的方向发展。1.3研究内容可编程控制器是集计算机技术、自动控制技术和通讯技术为一体的新型自动控制装置,PLＣ的优越性能，已被广泛应用于工业控制的各个领域，并已成为工业自动化领域的三大支柱之一。ＰＬC的应用已经成为了世界潮流，在以后PLC技术将会在我国的到更全面的应用。本文研究的是PLC技术在温室大棚技术上的应用。从整体上分析研究了温室大棚控制系统的电路设计、硬件设计、软件设计和人机界面等.本次的研究内容为温室大棚PLＣ控制系统。温室大棚的作用是改变植物生长的环境,从而避免因四季变化和突发的恶劣天气对植物生长发育的不良影响，为植物生长提供一个良好的生长环境。在农作物的生长环境中,温室大棚中的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等环境参数对农作物的生长起着非常重要的作用。本次研究以可编程控制器ＰＬＣ为核心，通过传感器检测温室中的环境参数,经变送为4-2０mA的电流信号后送入S7-2００的模拟量输入模块ＥM２35,经分析处理，输出开关量，通过驱动电路控制通风扇、冷暖风机、遮阳帘、二氧化碳发生器等多种执行机构，进而实现对温室大棚智能化控制,从而实现良好的人机界面。2控制系统的整体控制方案2.1控制系统的设计任务本控制系统主要针对的被控对象是温度、光照、二氧化碳浓度，通过对这些因素的检测，然后与设定值进行比较,然后进行调节。温度的调节主要靠通风扇、风机、和加热器进行调节；光照主要通过遮阳帘进行控制；二氧化碳浓度主要通过二氧化碳发生器来进行调节。本次设计的温室大棚就是通过温度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器来检测温室大棚中的温度、光照强度、二氧化碳浓度等信息，然后通过ＰLC控制系统控制温室大棚的通风扇、冷／热风机、遮阳帘、加热器、二氧化碳发生器等硬件设施，对温室大棚中的环境因子进行调控,以使温室大棚里的环境为最适宜农作物生长的环境。2。２系统的控制方案在温室大棚中,需要一套完善的温室控制系统来控制上述任务.本控制系统以PLＣ为控制核心，采用传感器对温室大棚中的各项环境因子进行检测,然后将测量结果送入PLC中,经过PLC的处理，然后对执行设备发出指令,通过执行设备对温室中的各项环境因子进行调控。考虑到实际生产中的稳定性与安全性，本控制系统设有自动、手动两个模式，自动方式是周期性的按照ＰＬC进行控制，手动模式是当遇到紧急突发状况时,改为手动操作,进而去控制执行设备的运行。通过传感器检测到数据和设定的数值进行比较，然后通过软件程序去执行相关的命令，本设计的优点是成本低廉，节约资源,能实现利益最大化。该温室大棚的控制系统总体框图如下图2。1所示:图2。1控制系统总体框图该温室大棚控制系统由ＰLC系统，传感器系统,外部执行系统等几部分组成,以PLC控制系统为核心，通过传感器系统收集的数据，通过PＬＣ模拟量输入模块EM23５输入到PLC,经过与设定值比较,输出开关量进而对执行设备进行控制。本系统为一个温室大棚的控制系统，以后还可以以大棚群为单位，通过上位机进行统一控制。具体来说就是按下启动按钮,系统启动后，接收由温度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器检测到的信号，然后经过PLＣ内部处理，由输出模块输出控制信号,以控制外围的执行器件。如果温度过高,就会驱动冷风机、通风扇来降低温室内温度；如果温度过低，就会驱动热风机、加热器、通风扇来调节室内温度；光照则由遮阳帘和发光器来进行调节;二氧化碳浓度则由二氧化碳添加器来添加.3控制系统的硬件设计PLＣ控制系统的设计主要由硬件设计和软件设计两部分组成。本章主要从硬件角度介绍了温室大棚控制系统的硬件设计方案,主要从电气控制系统设计、ＰLＣ外部接线图及外部硬件配置方面进行设计.3．1电气控制系统设计3.１。1系统主电路设计温室大棚控制系统的主电路如下图3。1所示。其中通风扇和遮阳帘主工作电路相似，都需要电机的启动、停止以及正反转来完成工作，不同点是通风扇和遮阳帘电机的功率不同，且遮阳帘电机带限位开关。其中冷/热风机、加热器、发光体、CＯ2发生器的工作原理大致相同,都属于开关设备.图3.1温室大棚控制系统主电路原理图从上图可以看出,QK为刀开关,其作用为控制整个主电路的启停；FR1—FＲ5位热继电器，起过载保护作用；FＵ1—FＵ7为熔断器,对各支路起到短路保护和过载保护作用;ＫM1－KM9为接触器的主触头，可以实现电机的启停、正反转以及开关设备的启停控制。３.1．２控制系统各部分控制电路设计通过系统主电路可以看出，温室大棚的控制系统的执行设备分为两大类：开关设备和非开关设备。开关设备包括风机、加热器等等；非开关设备比如正反转的电机，包括通风扇、遮阳帘等，这些电机需要启停和正反转，需要限位开关。１.开关设备加热器、二氧化碳添加器、热风机、冷风机、发光体都属于开关设备，其控制电路比较相似，现在就以热风机为例,做以下分析：（1)热风机的主电路风机的运行可以通过一个继电器来控制，主要控制风机的电机通断。风机工作运行必须有熔断器、热继电器来保护电路,主要功能有过电流保护、短路保护和过载保护.下图３。2为热电机的主电路图：图3。2热风机主电路图（2）热风机控制电路控制电路原理图如下图３.3所示,依照电路原理图可知:SB１为手动/自动切换开关.按下总启动开关SB2，接触器线圈ＫM10得电，KM10常开触点闭合,形成自锁。若是手动操作，将旋钮开关ＳB1打到手动档位，将SB6旋转到开启档位,接触器KM5得电，其常开触点闭合,热风机开始运行;将SＢ6旋转到停止档位，接触器KM5失电,其常闭触点断开，热风机停止运行.若是自动控制,将开关ＳＢ1旋转到自动档位，由PLC控制器控制，当接触器KM5得电时,其常开触点闭合,热风机运行。图3。3热风机控制电路图２．正反转设备在执行设备里，通风扇和遮阳帘属于非开关设备,也就是正反转设备，他们的控制电路很相似,现在以遮阳帘为例来分析一下主电路图和控制电路原理图。(1)遮阳帘主电路下图３.4为遮阳帘的主电路图。由电路图可知，接触器KＭ３、ＫＭ4主要是控制遮阳帘电机正反转；熔断器FU2主要是在电路中起到过电流保护，应对短路;热继电器FR2的作用主要是电机的过载保护.图3.4遮阳帘主电路图（2）遮阳帘的控制电路遮阳帘的控制电路原理图如下图３.５所示.由其电路原理图可以分析得：旋钮ＳB1为手动/自动选择开关,按钮SB2为总启动开关,按下SＢ2,交流接触器KM１0得电,其常开触点闭合,形成自锁;若手动操作，将旋钮旋转到手动位置，SB4为开帘、闭帘切换开关，当ＳB4切换到开帘开关时,接触器KM3得电,其常开触点闭合,电动机正转，当其开帘程度达到最大程度时，碰到限位开关SＱ1，其常闭触点断开,接触器KM3失电，电动机停止转动;当SＢ4切换到闭帘开关时，接触器KＭ4得电，其常开触点闭合,电动机反转，待关闭到最大限度时,限位开关ＳＱ２常闭触点断开，ＫM4失电，电动机停止运行。SＢ３为紧急停止开关,当按下SＢ3时，接触器KM1０失电，其常闭触点断开，电动机停止运行。若自动运行时,旋钮开关SB１旋转到自动位置，遮阳帘运行受到PLＣ控制,中间接触器KM３得电时,其常开触点闭合，电动机正转运行,遮阳帘打开;中间接触器KM4得电时,其常开触点闭合，电动机反转，遮阳帘闭合。图3.5遮阳帘控制电路原理图３．２PＬC简介3．２。1ＰLC的产生和系统组成19６9年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC,开创了工业控制新时代。ＰＬC随着计算机和微电子技术的发展,由最初的1位机发展到８位机，并随着微处理器CＰU和微型计算机技术在PＬC中的应用，形成了现代意义上的PLＣ。目前，PLC已经使用16位、32位高性能微处理器，并实