畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述（2014屆）題目基于PLC的電加熱蓄熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院懷德學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣101校外指導(dǎo)老師專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)二一三年十二月題目基于PLC的電加熱蓄熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、前言1課題研究的意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)在人們的環(huán)保意識(shí)不斷的在提高，為了能節(jié)能使用電熱鍋爐供熱的人越來(lái)越多了，它的經(jīng)濟(jì)性、安全性及較高的自動(dòng)化程度也已被認(rèn)同。電熱鍋爐已成為工業(yè)及民用供熱、熱水和洗浴等使用場(chǎng)所的首選設(shè)備，它是隨著國(guó)家電價(jià)政策的調(diào)控及社會(huì)需要，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制中開(kāi)發(fā)出來(lái)的節(jié)能環(huán)保綠色產(chǎn)品，具有無(wú)污染、熱效率高、無(wú)燃料運(yùn)輸和儲(chǔ)備煩瑣等諸多優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在使用的絕大多數(shù)電熱鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還不完善，所以需要一種新的、高性能的電熱鍋爐控制系統(tǒng)來(lái)取代原來(lái)的控制系統(tǒng)，幫助完善原有的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在生產(chǎn)線控制的大多數(shù)是用繼電器、接觸器為主的控制裝置。使用繼電器電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)不斷出現(xiàn)問(wèn)題，其可靠性很差而本研究采用的是PLC來(lái)替代原有的控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)能大大減小控制設(shè)備的外部接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期縮短。同時(shí)還維護(hù)也改變得容易起來(lái)。更重要的是其可靠性很高。電熱鍋爐的自動(dòng)化控制從上世紀(jì)三、四十年代就開(kāi)始了，當(dāng)時(shí)大都為單參數(shù)儀表控制，進(jìn)入上世紀(jì)五十年代后，美國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)家都開(kāi)始進(jìn)行對(duì)鍋爐的操作和控制的進(jìn)一步研究。但由于當(dāng)時(shí)科技發(fā)展的局限性，對(duì)鍋爐的控制主要停留在使用汽動(dòng)儀表包括汽動(dòng)單元組合儀表和汽動(dòng)基地式儀表的階段，而且大多數(shù)鍋爐只是檢測(cè)工藝參數(shù)，不進(jìn)行自動(dòng)控制。到上世紀(jì)六十年代，在發(fā)達(dá)國(guó)家，鍋爐的控制主要以電動(dòng)單元組合儀表相當(dāng)于我國(guó)的DDZII,DDZIII儀表檢測(cè)與控制，還是以檢測(cè)報(bào)警為主，控制為輔助功能。到了上世紀(jì)七十年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)理論的發(fā)展，使得鍋爐的計(jì)算機(jī)控制成為可能。尤其是近一、二十年來(lái)，隨著先進(jìn)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，加之計(jì)算機(jī)各種性能的不斷增強(qiáng)，價(jià)格的大幅度下降，使鍋爐應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制很快得到了普及和應(yīng)用。許多發(fā)達(dá)國(guó)家都相繼開(kāi)發(fā)出了鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。如今在國(guó)外，鍋爐的控制己基本實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，在控制方法上都采用了現(xiàn)代控制理論中的最優(yōu)控制、多變量頻域、模糊控制等方法，因此，鍋爐的熱效率很高、鍋爐運(yùn)行平穩(wěn)，而且減少了對(duì)環(huán)境的污染。在國(guó)內(nèi)，由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制，中小企業(yè)鍋爐設(shè)備水平一直比較落后，大多數(shù)中小型鍋爐水平基本上停留在手動(dòng)和簡(jiǎn)單儀表操作的水平。80年代中后期，隨著先進(jìn)的控制技術(shù)引入我國(guó)的鍋爐控制，鍋爐的計(jì)算機(jī)控制得到了很大的發(fā)展。至90年代，鍋爐的自動(dòng)化控制己成為一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域，利用單片機(jī)、可編程序控制器PLC、工業(yè)計(jì)算機(jī)以及引進(jìn)的國(guó)外控制設(shè)備開(kāi)發(fā)的各種控制系統(tǒng)，已逐漸用于對(duì)原有鍋爐的技術(shù)改造中，并向與新建爐體配套的方向發(fā)展，許多新的控制方法，諸如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家控制等自動(dòng)控制的最新成果也在鍋爐自動(dòng)控制中得到了嘗試和應(yīng)用。但由于控制技術(shù)單一，或控制算法的建模往往不能反映真實(shí)的鍋爐燃燒狀況，導(dǎo)致在工程實(shí)踐中并不怎么成功，不能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益，挫傷了用戶在工業(yè)鍋爐上用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的積極性。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，為了進(jìn)一步改善鍋爐操作狀況，降低能耗，確保安全運(yùn)行，減少對(duì)大氣的污染，同時(shí)隨著人工智能理論的發(fā)展成熟，智能控制技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，對(duì)新一代鍋爐計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已勢(shì)在必行且條件成熟。12課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題2研究目標(biāo)運(yùn)用PLC程序控制電熱鍋爐的電加熱過(guò)程研究?jī)?nèi)容1對(duì)電熱鍋爐控制系統(tǒng)及可編程控制器（PLC）作了比較全面的總結(jié)和介紹。2闡述電熱鍋爐控制系統(tǒng)的分類(lèi)、特點(diǎn)及信號(hào)控制。3確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)電熱鍋爐系統(tǒng)的控制，完成了加熱器和可編程控制器（PLC）的選擇。4系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)，完成了PLC的選型、I/O點(diǎn)數(shù)分配與PLC的連接。5在分析電熱鍋爐控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出軟件流程圖。6對(duì)改造后的電熱鍋爐控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬調(diào)試。擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題保證用PLC編程的電加熱蓄熱系統(tǒng)程序?qū)﹄姛徨仩t控制的準(zhǔn)確、安全、可靠。二、設(shè)計(jì)方案的確定1方案的原理、特點(diǎn)與選擇依據(jù)34本次設(shè)計(jì)選用西門(mén)子S7200系列的PLC。其優(yōu)點(diǎn)是具有極高的可靠性、極豐富的指令集、容易掌握、便于操作、豐富的內(nèi)置集成及豐富擴(kuò)展模塊等。1電加熱蓄熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為三個(gè)部分A電加熱蓄熱系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)B電加熱蓄熱系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及其程序的模擬C電加熱蓄熱系統(tǒng)的監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)2電加熱蓄熱系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)A信號(hào)控制系統(tǒng)信號(hào)控制系統(tǒng)如圖1所示。圖1電加熱蓄熱控制系統(tǒng)框圖PLC輸入接口輸出接口自動(dòng)手動(dòng)電加熱管循環(huán)泵補(bǔ)水泵報(bào)警電鈴運(yùn)行方式選擇運(yùn)行控制信號(hào)安全保護(hù)信號(hào)啟動(dòng)停止溫度傳感器壓力傳感器電流檢測(cè)電壓檢測(cè)用PLC控制的電熱鍋爐主要有加熱控制、補(bǔ)水控制、水循環(huán)控制三部分組成。有自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式，平時(shí)只需設(shè)定為自動(dòng)模式（設(shè)置好預(yù)定水溫、水液面），讓PLC控制整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行工作，如遇到問(wèn)題時(shí)，報(bào)警電鈴響起，通知工作人員過(guò)來(lái)處理即可；當(dāng)有特殊情況時(shí)（停水、檢修），可切換為手動(dòng)模式人工控制。5B電加熱蓄熱系統(tǒng)的加熱、補(bǔ)水、水循環(huán)電路圖6電氣控制系統(tǒng)主接線如圖2所示。圖2電加熱蓄熱系統(tǒng)的主接線電路圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)采用如圖2所示的主接線電路圖。四組電加熱管分別由接觸器QA1、QA2、QA3、QA4控制，QA11、QA12、QA13、QA14為其短路、過(guò)載保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)；循環(huán)泵分別由接觸器QA5、QA6控制，QA15、QA16為其短路保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)，BB1、BB2為其電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器；補(bǔ)水泵分別由接觸器QA7、QA8控制，QA17、QA18為其短路保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)，BB3、BB4為其電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器。C電加熱蓄熱系統(tǒng)的模擬仿真STEP7MICRO/WIN程序語(yǔ)言PLC控制程序采用西門(mén)子公司提供的STEP7MICROWIN編程軟件開(kāi)發(fā)。該軟件的SIMATIC指令集包含三種語(yǔ)言，即語(yǔ)句表STL語(yǔ)言、梯形圖LAD語(yǔ)言、功能塊圖FWD語(yǔ)言。7語(yǔ)句表STL語(yǔ)言類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別適合于來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言。梯形圖LAD語(yǔ)言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語(yǔ)言，與計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級(jí)語(yǔ)言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖FWD的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。PLC控制程序由一個(gè)主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成，編譯后通過(guò)PC/PPI電纜把程序下載到PLC，控制任務(wù)的完成，是通過(guò)在RUN模式下主機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。8電加熱蓄熱系統(tǒng)PLC程序的軟件模擬仿真模擬仿真軟件的使用界面如圖3所示。圖3模擬仿真軟件的使用界面本設(shè)計(jì)使用的是S7200PLC仿真軟件S7200SIMULATORV2。該仿真軟件可以仿真大量的S7200指令，支持常用的位觸點(diǎn)指令、定時(shí)器指令、計(jì)數(shù)器指令、比較指令、邏輯運(yùn)算指令和大部分的數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等，仿真程序提供了數(shù)字信號(hào)輸入開(kāi)關(guān)、兩個(gè)模擬電位器和LED輸出顯示，仿真程序同時(shí)還支持對(duì)TD200文本顯示器的仿真。首先用STEP7MICRO/WIN軟件將四層電梯PLC程序?qū)С?，文件的擴(kuò)展名自動(dòng)變?yōu)锳WL格式，進(jìn)入仿真軟件界面，輸入密碼，雙擊CPU，在下拉菜單中選擇CPU226，將導(dǎo)出的程序載入S7200SIMULATOR仿真軟件，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，仿真開(kāi)始。910D電加熱蓄熱控制系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用MCGS軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。它是用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運(yùn)行于MICROSOFTWINDOWS95/98/ME/NT/2000/XP等操作系統(tǒng)。MCGS具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功地應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。11122設(shè)計(jì)步驟對(duì)于電加熱管的控制采用模糊控制。根據(jù)鍋爐的出水溫度，與設(shè)定的鍋爐下限溫度和上限溫度進(jìn)行比較，按照一定的時(shí)間投入或切除加熱組。當(dāng)溫度達(dá)到上限與下限溫度中間值時(shí)，每加、減一組加熱組后，將采集回來(lái)的溫度與設(shè)定值進(jìn)行比較，來(lái)決定是否繼續(xù)加、減加熱組。1外圍接線圖PLC的外圍接線圖如圖4所示。圖4PLC外圍接線圖本設(shè)計(jì)的PLC外圍接線圖如圖4所示。通過(guò)一系列的輸入信號(hào)、保護(hù)信號(hào)和感應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、加熱管和報(bào)警電鈴的控制，從而達(dá)到要預(yù)期的功能。132流程圖手動(dòng)控制的流程圖如圖5所示。圖5手動(dòng)控制流程圖自動(dòng)控制的流程圖如圖6所示。圖6自動(dòng)控制流程圖Y自動(dòng)N見(jiàn)圖5工作時(shí)段的溫度、壓力、水位極限設(shè)置啟動(dòng)Y故障故障處理N啟動(dòng)運(yùn)行模式相應(yīng)的控制溫度啟/停相應(yīng)的水泵第一組加熱管啟動(dòng)第N組加熱管啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入模糊控制狀態(tài)手動(dòng)循環(huán)泵手動(dòng)開(kāi)/關(guān)補(bǔ)水泵手動(dòng)開(kāi)/關(guān)加熱管1手動(dòng)開(kāi)/關(guān)加熱管4手動(dòng)開(kāi)/關(guān)Y見(jiàn)圖6N系統(tǒng)停止的流程圖如圖7所示。圖7系統(tǒng)停止流程圖3端口地址分配表1I/O分配表序號(hào)名稱地址輸入信號(hào)1鍋爐自動(dòng)位I002鍋爐手動(dòng)位I013據(jù)出水溫I024據(jù)室外溫I035循環(huán)泵自動(dòng)I046循環(huán)泵手動(dòng)I057循環(huán)泵1啟動(dòng)I068循環(huán)泵2啟動(dòng)I079定時(shí)加熱I1010循環(huán)定時(shí)按鈕I1111手投1管I1212手投2管I1313手投3管I1414手投4管I1515超壓保護(hù)I2016超溫保護(hù)I2117水箱壓力上限I2218水箱壓力下限I2319循環(huán)泵1缺相I2420循環(huán)泵2缺相I2521補(bǔ)水泵1缺相I2622補(bǔ)水泵2缺相I2723加熱管1缺相I3024加熱管2缺相I3125加熱管3缺相I32停止NY系統(tǒng)循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、加熱管按優(yōu)先原理先后停止見(jiàn)圖5、6結(jié)束續(xù)表26加熱管4缺相I3327循環(huán)泵1手停I3428循環(huán)泵2手停I3529系統(tǒng)啟動(dòng)I3630警鈴消除I37輸出信號(hào)1循環(huán)泵1Q002循環(huán)泵2Q013補(bǔ)水泵1Q024補(bǔ)水泵2Q035加熱管1Q046加熱管2Q057加熱管3Q068加熱管4Q079超溫報(bào)警Q1010超壓報(bào)警Q1111循環(huán)泵1燈Q2012循環(huán)泵2燈Q2113補(bǔ)水泵1燈Q2214補(bǔ)水泵2燈Q2315加熱管1燈Q2416加熱管2燈Q2517加熱管3燈Q2618加熱管4燈Q27三、階段性設(shè)計(jì)計(jì)劃、設(shè)計(jì)目標(biāo)與應(yīng)用價(jià)值1設(shè)計(jì)計(jì)劃周次工作內(nèi)容預(yù)定目標(biāo)1114外文資料翻譯、文獻(xiàn)綜述提交翻譯及文獻(xiàn)綜述1516設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過(guò)程控制流程圖提交設(shè)計(jì)流程圖1719選定PLC，設(shè)計(jì)電氣原理圖、模塊選定以及分配編程元件地址提交電氣原理圖，PLC的編程元件地址分配表13完成控制程序結(jié)構(gòu)圖以及編寫(xiě)梯形圖程序提交程序清單34組態(tài)軟件的仿真設(shè)計(jì)完成組態(tài)仿真56系統(tǒng)調(diào)試對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試78整理文檔、撰寫(xiě)論文文檔整理結(jié)束，論文撰寫(xiě)工作結(jié)束2應(yīng)用價(jià)值本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于PLC的電加熱蓄熱控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要以PLC為核心，利用PLC的強(qiáng)大控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐加熱系統(tǒng)的控制。利用PLC控制電熱鍋爐加熱，具有接線簡(jiǎn)單、編程直觀、擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。當(dāng)需要改動(dòng)電熱鍋爐加熱過(guò)程中的某些功能時(shí)，硬件接線上只需改動(dòng)相應(yīng)的輸入信號(hào)，軟件上只需改動(dòng)相應(yīng)控制的功能，要改動(dòng)的地方都較少。且本系統(tǒng)控制方案全面，人機(jī)界面友好，易于控制，有效應(yīng)對(duì)各種故障情況，有較好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。四、參考文獻(xiàn)1高正中，張仁彥，隋濤西門(mén)子S7200CNPLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用北京電子工業(yè)出版社，20102張運(yùn)剛，宋小春西門(mén)子S7200系列北京人民郵電出版社，20103吳明亮，蔡夕忠可編程控制器實(shí)訓(xùn)教程北京化學(xué)工業(yè)出版社，20054袁任光可編程控制器選用與系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例北京機(jī)械工業(yè)出版社，20105李方園西門(mén)子S7200PLC從入門(mén)到實(shí)踐北京電子工業(yè)出版社，20106許翏，王淑英電