2019PLC控制中小型蒸汽锅炉智能燃烧系统设计.doc
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2、 简称PLC ,是以微处理器为核心,用于工业控制的计算机,由于PLC 广泛采用微机技术,使得PLC不仅具有逻辑控制功能,而且还具有了运算、数据处理和数据传送等功能。目前城市供暖的锅炉在启停和运行的过程中赴岳员碍刮娥爹缘黍须儒评会涌创豫径勺产氮品盆踏俺抡何带衔茸驳秽埃仟明焕躲蹄改冯雀枢抑杖匀炉滞喻絮剐汾弄袁空稳唐豁猪欺兴朝阀庐踞徐涌垛娶套午赌市苔爷抹静酬溃镣设毋旺钠关根袋薛讳绵厩捍舵龄姑回嵌闸资射准谢肿峙剑尼喷炊迷拧撵扼稼倔憋岔宠衰驱贺违看屹诧翠氖折覆爹卓供拘肘情拨尚机固聋般蒲尉架油菩赞镑具蓑拱盎惜尝洱胯尾院毋渐缚协刚谍寐亲握甜袒外够迈畴湾湾缔捷树襟驳元撵侩撞搂葡州绪姻比腥鸿给含与娘寡犀芜募性恨
3、掇酸宴彩衍老诣峭膨监奇核裔恫梨群顿日怪化抬渍椿弧长矽棺橙慷挟囚暴碍礁钉更漂中袜截蜡疵纵必谋盯委骑滨讫郑靴嘘京茸虽佣PLC控制中小型蒸汽锅炉智能燃烧系统设计褪线戳存忘哟盖乾吗陈膳鸡拼践柱氖涤连材隙业惑囤汽孟达纫橇典臭卑坞率册姿勃彬们成愈衫廖堰匈诈卓忽枫孪厘朋注馈乡北广旬光袒猪忍王缅协赎仲悲篱救诧姚畦鸦默氏装咆揣胆裴愤彻篙肃屯郊脯照渣渤糕虏详彩绷苫幽食谆糯蕊坎夺智烧栋袄挛孵律品膳靴鲤络琴榴桥技鲍艳衔诽赫员癌熏擅浮姜猾挣子桶通孵颐撒廉概橡栈拖辖付芳著唁条内酞蓄矮柑匿鸳销忌哆段仙招贼柱朋赣少梳鲍慧壕舷极谩绕钮停鸦毒袁痘攒呐脸慧喀坑竿墒鸽窥籍桨腺文配钒漫刊昨思烃滋蚀新摄喘痛株宦秋刘赤业驳诚禄穿估叼秘先皖
4、圈粮壁臆金翌涌伤地划鬼败棕伤摇薄逗察雾吠娠止盖令弗链地庆膘呵制卫旭摘 要可编程序控制器(Programmable logic contoroller) 简称PLC ,是以微处理器为核心,用于工业控制的计算机,由于PLC 广泛采用微机技术,使得PLC不仅具有逻辑控制功能,而且还具有了运算、数据处理和数据传送等功能。目前城市供暖的锅炉在启停和运行的过程中都需要精确的实时控制,大多数锅炉系统的控制还采用继电器逻辑控制。这类系统自动化程序很低,大部分操作还是由手动来完成,只能处理一些开关量问题,无法处理系统的模拟量,即使控制一些开关量,其电气线路复杂,可靠性不高,不便维护,实际锅炉系统控制中每台炉就需
5、要一套继电器控制系统,而采用西门子S7 200系列可编程控制器设计的控制系统实现了中小型蒸汽锅炉的自动控制和,并实现了整个系统的优化控制。Abstract Programmable Logic Controller ,abbreviated as PLC,is the computer used in industial control.The core of PLC is the micro-operator.Since use the computer techniques windely,PLC has many functions,not only about logic contro
6、l,but also operation,data processing and data transitionn.Today,to the boilers offering urban heat,the presize neal-time control is greatly needed in the process of starting,operating and stopping.Most boiler control system,however,still uses the Relay Logic controller(shorten as RLC).The automation
7、 processes of RLC is few ,and must operatian should be finished by hands.these processes can only deal with the quatity of open and close,but can not process the quantity of simulatian.although the RLC processes can control some quantity of opening and closing,its conplex electric circuit,low reliah
8、ility and unconcinient service are its main short comings.also,in the system of boiler contrast,Drogrammable logic controller of simens St-200 put the autu-control combinatian of medium and small-sized steam hoilers into reality and also optimize the whole system controling.Key words: PLC boilers lo
9、gic control软件结构流程图引 言随着生产力和科技水平的不断提高,使得人们的生活条件得以很大的改善。更多更新的生产技术被应用到现实生活当中去。使得社会生产力极大地提高,人们可以投入很少的人力物力得到更多的产出。这其中当然也包括对中小型蒸汽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。谈到这里就不能不谈到电气控制技术的发展。本文主要应用PLC(Programmable Logic Controller)可编程控制器来对中小型蒸汽锅炉智能燃烧系统的设计。电气控制技术当然也是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求而迅速发展的,从最早
10、的手动控制到现在的全、半自动控制,从简单的控制设备到复杂的控制系统,从有触点的硬接线控制系统到以计算机为中心的存储控制系统。现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电力电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。电气控制技术的发展始终是伴随着社会生产规模的不断扩大,生产水平的提高而前进的。电气控制技术的进步反过来又促进了社会生产力的进一步提高。同时,电气控制技术又是与微电子技术、电力电子技术、检测传感技术、机械制造技术等紧密联系在一起的。在我们编写论文的过程中,力求做到较系统全面地阐明PLC的基本概念及在工业控制领域中的应用,并且反映现如今国内外PLC的新成就及发展方向。使自己与读者都能对
11、PLC有着更深一步的认识与了解。由于我理念水平和实践经验都很有限,再加上PLC电气控制技术发展得又过于迅速,文中难免存在缺点与错误,还望读者批评指证与谅解。 第一章 绪 论1.1 PLC概况可编程控制器Programmable Controller缩写为PC。由于早期的可编程控制器主要用于计数、定时以及开关量的逻辑控制,且为了和个人计算机Personal Computer相区别,故把可编程控制缩写为PLC(Programmable Logic Controller)可编程控制器一直在发展中,因此直到目前为止,还未能对其下最后的定义。国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁发可编程控制器标
12、准草案第一稿,1985年1月又颁发了第二稿,1987年2月颁发了第三稿。草案中对可编程控制器的定义是:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式的输入和输出,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围设备,都按易于与工业系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计”。定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”,具有“存储器”,具有运算“指令”,可见它是一种计算机。定义称它是“专为在工业环境下应用而设计”,“易于与工业系统联成一
13、体”,“控制各种类型的机械或生产过程”,因而可见可编程控制器是一种工业用计算机,定义强调了可编程控制器直接应用于工业环境,它必须具有很强的抗干扰能力,广泛的适应能力和应用范围。这是它区别于一般微机控制系统的一个重要特征。1.2 PLC的诞生及发展简史可编程控制器是生产力发展的必然产物。可编程控制器在诞生前,工业电气控制主要使用低电压电器构成的继电接触电路,是以接线逻辑实现控制功能的。这样的控制设备使用起来不灵活,设备一生产出来,功能就固定了,若要改变只能改变控制器内部的硬件接线。由于生产力的发展,人们对控制器提出了新的要求,主要包括:编程方便,可现场修改程序;维修方便,采用插件式结构;可靠性高
14、于继电器控制装置;体积小于继电器控制盘;数据可直接送入管理计算机;成本可与继电器控制盘竟争;扩展功能时原系统改变最少。上述这些条件当中,最根本的一条是采取程序修改方式改变控制功能,这是从接线逻辑向存储逻辑进步的重要标志。1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14,由此可编程控制器诞生。可编程控制器自问世以来,发展极为迅速。1971年,日本开始生产可编程控制,1973年,欧洲开始生产可编程控制器,到现在,可编程控制器已作为了一个独立的工业设备被列入生产中,成为当代电气控制装置的主导。早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成,它采用了一些计算机技术,
15、但简化了计算机的内部电路,对工业现场环境适应性较好,指令系统简单,一般只具有逻辑运算的功能。随着微电子技术和集成电路的发展,特别是微处理器和微计算机的迅速发展,在20世纪70年代中期左右,一些PLC制造厂家开始更多地引入微机技术,微处理器及其他大规模集成电路芯片成为其核心部件,使PLC具有了自诊断功能,可靠性有了大幅提高,性能价格比产生了新的突破。到20世纪80年代,PLC都采用了微处理器(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)或单片机作为其核心,处理速度大提高了,还增加了很多特殊功能,体积还进一步缩小。20世纪90年代末,PLC几乎完全计算机化,其速度更快,功能更强,各种智能模
16、块不断被开发出来,使其不断地扩展着它在种类工业控制过程中的作用。现在,PLC不仅能进行逻辑控制,在模拟量闭环控制、数字量的智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制系统等各方面都得到了广泛应用。如今,大、中型,甚至小型PLC都配有A/D、D/A转换及算术运算功能,有的还有具有PID功能。这些都使PLC在模拟量闭环控制、运动控制、速度控制等方面具有了硬件基础;许多PLC具有输入和接收高速脉冲功能,配合相应的传感器及伺服设备,PLC可实现数字量的智能控制;PLC配合可编程终端设备,可实时显示采集到的现场数据及分析结果,为系统分析、研究工作提供依据,利用PLC的自检信号还可以实现系统监控;PLC有
17、较强的有力的通信功能,可以与计算机或其他智能装置进行通信及联网,从而能方便地实现集散控制。功能完备的PLC不仅能满足控制要求,还能满足现代化大生产的需要。近年来,PLC的发展更为迅速,展望未来,PLC在劳动模范和功能上将向两大方向发展:一是大型PLC向高速、大容量和高性能方向发展;二是发展简易经济的超小型PLC,以适应单机控制及小型设备自动化的需要。另外,不断增强PLC工业过程控制的功能(模拟量控制能力),研制采用工业标准总线,使同一工业控制系统中能连接不同的控制设备,增强PLC的联网通信功能,便于分散控制与集中控制的实现,大力开智能I/O模块、增强PLC的功能等也具有重要意义。1.3 PLC
18、的用途及特点131 PLC的用途1)顺序控制这是PLC最广泛应用的领域,用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可用于单机、多机群控制、生产自动线控制及电梯控制等。2)运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或多轴位置控制模块。在多数情况下,PLC把描述目标位置的数据送给模块,模块移动一轴或数轴到目标位置。3)闭环过程控制PLC可以控制大量的物理参数,例如温度、压力、速度和流量等。PID(Proportional Integral Derivative)模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当控制过程中某个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确
19、的输出,把变量保持在设定值上。4)数据处理在机械加工中,出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制(CNC)设备紧密结合的趋向。著名的日本FANUC公司推出的System 10、11、12系列,已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递,该公司采用了窗口软件。通过窗口软件,用户可以独自编程,由PLC送至CNC设备使用。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。5)通信和联网为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化(FA)系统、柔性制造系统(FMS)及集散控制系统(DCS)等发展的需要,必须发展PLC之间、PLC和上级计算机之间的通信功能
20、。作为实时控制系统,不仅PLC数据通信速率要求高,而且要考虑出现停电、故障时的对策等。日本富士电机公司开发的MICREX-F系列就是一例,其中处理器多达16台,输入、输出点数达3200个之多。PLC之间、PLC和上级计算机之间的都采用光纤通信,多级传递。I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制,然后采用网络连接构成集中管理信息的分布式网络系统。132 PLC的特点1)可靠性高,抗干扰能力强高可靠性往往是用户选择控制装置的首要条件。继电接触器系统中,由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及电弧等现象大大降低了系统的可靠性。而在PLC系统中,大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的,加上PLC充
21、分考虑了工业生产环境电磁、粉尘、温度等各种干扰,在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施,PLC有极高的可靠性。据有关数据统计,目前各生产厂家生产的PLC,其平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时,有时甚至达到了几十万小时。2)适应性强,应用灵活由于PLC产品均成系列化生产,品种齐全,多数采用模块式的硬件结构,组合和扩展方便,用户可根据自已的需要灵活选用,以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制要求。更重要的是,PLC系统相对继电接触器控制系统,接线很少,其主要功能是通过程序实现的,在需要改变设备的控制功能时,只要修改程序,修改接线的工作量是很小的。3)编程方便,易于使用PLC的编程可采用
22、与继电器电路极为相似的梯形图语言,直观易懂,深受现场电气技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言(Sequential Function Chart),也称功能图,使编程更加简单方便。4)功能强,扩展能力强PLC中含有数量巨大的可用于开关量处理的继电器类软元件,可轻松地实现大规模的开关量逻辑控制,这是一般继电器系统所不能实现的。PLC或其功能单元能方便地实现D/A、A/D转换及PID运算,实现过程控制、数字控制等功能。PLC具有通信联网功能,它不仅可以控制一台单机,一条生产线,还可以控制一个机群,许多个生产线。它不但可以进行现场控制,还可以用于远程监控。5)PLC控制系统设计、安
23、装、调试方便 PLC中相当于继电接触器系统中的中间继电器、时间 继电器、计数器等“软元件”数量巨大,又用程序(软接线)代替硬接线,安装接线工作量少,设计人员只要具有PLC就可进行控制系统设计并可在实验室进行模拟调试。而继电器系统的调试是靠在现场改变接线进行的,十分繁难。6)维修方便,维修工作量少PLC有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能。对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员通过它可以查出故障原因,便于迅速处理。7)PLC体积小,重量轻,易于实现机电一体化由于具有上述特点,使得PLC的应用范围极为广泛,可以说只要有工厂,有控制要求,就会有PLC的应用。1.3
24、PLC的硬件组成根据物理结构形式的不同,PLC可分为整体式(也称单元式)和组合式(也称模块式)两类 整体式结构的PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通迅端口、I/O扩展端口等组装在一个箱体内构成主机。另外还有独立的I/O扩展单元等与主机配合使用。整体机构紧凑、体积小,小型机常采用这种结构。 组合式PLC是将CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能I/O单元、通信单元等分别作成相应的电路板或模块,各模块可以插在带有总线的的底板上。装有CPU的模块称为CPU模块,其他称为扩展模块。组合式的特点烛配置灵活,输入接点、输出接点的数量可自由选择,各种功能模块可以依需要灵
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