1、摘要換熱站是供暖系統(tǒng)中重要的局部，與我們的工作和生活有著密切的關(guān)系，因此對(duì)它進(jìn)行平安可靠地供電和完善的系統(tǒng)控制是必不可少的。本文首先簡(jiǎn)單介紹了換熱站的供暖方式，主要介紹了換熱站的弱點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這是換熱站正常運(yùn)行的先決條件，換熱站的結(jié)構(gòu)、換熱站的工作原理以及系統(tǒng)構(gòu)成并對(duì)控制方案作了詳細(xì)介紹。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出

2、過奉獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽效勞；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡木植炕蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表

3、或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要奉獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承當(dāng)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保存并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或局部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫設(shè)計(jì)過程1、學(xué)生在論文設(shè)計(jì)過程中的治學(xué)態(tài)度

4、、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格5、完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文設(shè)計(jì)質(zhì)量1、論文設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫標(biāo)準(zhǔn)？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文設(shè)計(jì)任務(wù)包括裝訂及附件？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文設(shè)計(jì)水平1、論文設(shè)計(jì)的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有

5、創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文設(shè)計(jì)說明書所表達(dá)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績(jī)： 優(yōu) 良 中 及格 不及格在所選等級(jí)前的內(nèi)畫“指導(dǎo)教師： 簽名 單位： 蓋章年 月 日評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文設(shè)計(jì)質(zhì)量1、論文設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫標(biāo)準(zhǔn)？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文設(shè)計(jì)任務(wù)包括裝訂及附件？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文設(shè)計(jì)水平1、論文設(shè)計(jì)的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文設(shè)計(jì)說明書所表達(dá)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績(jī)：

6、優(yōu) 良 中 及格 不及格在所選等級(jí)前的內(nèi)畫“評(píng)閱教師： 簽名 單位： 蓋章年 月 日教研室或辯論小組及教學(xué)系意見教研室或辯論小組評(píng)價(jià)：一、辯論過程1、畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的根本要點(diǎn)和見解的表達(dá)情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對(duì)辯論問題的反響、理解、表達(dá)情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生辯論過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文設(shè)計(jì)質(zhì)量1、論文設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫標(biāo)準(zhǔn)？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文設(shè)計(jì)任務(wù)包括裝訂及附件？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文設(shè)計(jì)水平1、論文設(shè)計(jì)的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？

7、設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文設(shè)計(jì)說明書所表達(dá)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格評(píng)定成績(jī)： 優(yōu) 良 中 及格 不及格在所選等級(jí)前的內(nèi)畫“教研室主任或辯論小組組長： 簽名年 月 日教學(xué)系意見：系主任： 簽名年 月 日目 錄1.緒論11.1 課題的提出背景及意義1 鍋爐控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1 燃?xì)馄仩t的控制特點(diǎn)3 本章小節(jié)42.可編程控制器52.1 可編程控制器概述5 可編程控制器背景及特點(diǎn)5 可編程控制器的結(jié)構(gòu)6 可編程控制器的工作原理72.2 S7-200系列PLC簡(jiǎn)介92.3 本章小結(jié)103.燃?xì)馄仩t系統(tǒng)及方案提出113.1 燃?xì)馄仩t系統(tǒng)分析113.1.1

8、燃?xì)馄仩t的構(gòu)成113.1.2 燃?xì)馄仩t系統(tǒng)工作原理113.2 燃?xì)馄仩t的自動(dòng)控制系統(tǒng)123.2.1 燃?xì)馄仩t控制系統(tǒng)組成123.2.2 燃?xì)馄仩t系統(tǒng)的控制原理12 燃?xì)馄仩t控制系統(tǒng)的方案提出143.3.1 控制系統(tǒng)方案選擇143.3.2 控制系統(tǒng)功能分析15 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)163.4 本章小結(jié)164.燃?xì)馄仩t控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)17 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)17 PLC機(jī)型選擇17 傳感器的選擇18 觸摸屏選擇19 主電路設(shè)計(jì)20 控制電路設(shè)計(jì)204.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)20 控制系統(tǒng)的軟件流程圖21 控制系統(tǒng)的PLC程序244.3 本章小結(jié)24結(jié)論25參考文獻(xiàn)26致謝27附

9、錄281. 緒論1.1 集中供暖的開展概述集中供暖是在十九世紀(jì)末期，伴隨經(jīng)濟(jì)的開展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在集中供暖技術(shù)的根底上開展起來的，它利用熱水或蒸汽作為熱媒，由集中的熱源向一個(gè)城市或較大區(qū)域供給熱能。集中供暖不僅為城市提供穩(wěn)定、可靠的熱源，改善人民生活，而且與傳統(tǒng)的分散供熱相比，能節(jié)約能源和減少污染，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.1.1 國外集中供暖開展概況集中供暖方式始于1877年，當(dāng)時(shí)在美國紐約，建立了第一個(gè)區(qū)域鍋爐房向附近14家用戶供熱。20世紀(jì)初期，一些工業(yè)興旺的國家，開始利用發(fā)電廠內(nèi)汽輪機(jī)的排氣，供給生產(chǎn)和生活用熱，其后逐漸成為現(xiàn)代化的熱電廠。在上世紀(jì)中，特別是二次世界大戰(zhàn)以后

10、，西方一些興旺國家的城鎮(zhèn)集中供暖事業(yè)得到迅速開展。原蘇聯(lián)和東歐國家的集中供暖事業(yè)長期以來是實(shí)行以積極開展熱電廠為主的開展政策。原蘇聯(lián)集中供暖規(guī)模，居世界首位。1980年原蘇聯(lián)熱電廠的總裝機(jī)容量為9600萬KW。國工業(yè)與民用的年總供熱兩中，70%由集中供暖方式提供。全國熱電廠總年供暖量約為55億GJ。莫斯科的集中供暖系統(tǒng)是世界上規(guī)模最大的供暖系統(tǒng)。據(jù)1980年資料，市區(qū)有14座熱電廠，供暖機(jī)組78臺(tái)，總?cè)萘繛?85萬千瓦，供暖能力達(dá)45200GJ/h。熱網(wǎng)干線長達(dá)3000多千米向500多個(gè)工業(yè)企業(yè)和四萬多座建筑供暖，其城市集中供暖普及率接近100%。地處寒冷氣候的北歐國家，如瑞典、丹麥、芬蘭等國

11、家，在第二次世界大戰(zhàn)以后集中供暖事業(yè)開展迅速，城市集中供暖普及率都較高。據(jù)1982年資料，如瑞典首都斯德哥爾摩市，集中供暖普及率為35%；丹麥集中供暖系統(tǒng)普及全國城鎮(zhèn)，向全國1/3以上的居民供暖和熱水供給。第二次世界大戰(zhàn)后德國在廢墟中進(jìn)行重建工作，為開展集中供暖提供了有力的條件。目前除柏林、漢堡、慕尼黑等城市已有規(guī)模較大的集中供暖系統(tǒng)外，在魯爾地區(qū)和萊茵河下游，還建立了聯(lián)結(jié)幾個(gè)城市的城際供暖系統(tǒng)。在一些工業(yè)興旺較早的國家中，如美、英、法等國家，早期多以鍋爐房供暖來開展集中供暖事業(yè)，鍋爐房供暖占較大比例。不過這些國家已非常重視開展熱電聯(lián)產(chǎn)的集中供暖方式。1.1.2 國內(nèi)集中供暖開展概況我國早在遠(yuǎn)

12、古時(shí)期，就有鉆木取火的床說，西安半坡村挖掘出土的新石器時(shí)代仰韶文化時(shí)期的房屋中，就發(fā)現(xiàn)有長方形的灶坑，屋頂有小孔用以排煙，還有雙聯(lián)造型的火炕，而這些利用煙氣供暖的方式，如火爐、火炕燈在我國北方農(nóng)村還被廣泛使用著在舊中國，只有在大城市位數(shù)很少的建筑中，裝設(shè)了集中式供暖系統(tǒng)，被視為高貴的建筑設(shè)備。在工廠中，對(duì)生產(chǎn)工藝用熱，多只裝設(shè)簡(jiǎn)陋的供暖設(shè)備，供暖事業(yè)根底非常薄弱。我國城市集中供暖真正起步是在50年代開始的，黨的十一屆三中全會(huì)以后，特別是國務(wù)院1986年下發(fā)?關(guān)于加強(qiáng)城市集中供熱管理工作的報(bào)告?，對(duì)我國的集中供暖事業(yè)的開展起到了極大的推動(dòng)作用。1992年，全國有117個(gè)城市建設(shè)了集中供暖措施，供

13、暖面積到達(dá)21262平方米，“三北地區(qū)集中供暖普及率到達(dá)12%，1993年，全國有158個(gè)城市建設(shè)了集中供暖措施，供暖面積到達(dá)32832平方米，“三北地區(qū)集中供暖普及率到達(dá)18%。到1996年，我國已有286個(gè)城市建設(shè)了集中供暖系統(tǒng)，供暖面積到達(dá)73400萬平方米，“三北地區(qū)集中供暖普及率到達(dá)26%。尤其近幾年，隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長和生活水平的提高，越來越多的城市建設(shè)了集中供暖系統(tǒng)。雖然我國這些年來集中供暖事業(yè)取得了迅速開展，但是和國外相比，我國目前采暖系統(tǒng)相當(dāng)落后，具體表達(dá)在供暖質(zhì)量差，即室溫冷熱不均，系統(tǒng)效率低下，不僅多耗成倍能量，而且用戶不能自行調(diào)節(jié)室溫。當(dāng)前采暖收費(fèi)大多按照面積計(jì)算，無助

14、于用戶節(jié)能意識(shí)，以至于出現(xiàn)一些不正?，F(xiàn)象。如室溫過高開窗，室溫過低投訴，使得設(shè)計(jì)人員及業(yè)主盡量加大供熱量，造成效率低、高能耗的重復(fù)浪費(fèi)。我國能源緊缺，而采暖用能十分浪費(fèi)。據(jù)資料顯示，我國住宅建筑采暖能耗總消耗9。6%，采暖能耗不僅造成資源浪費(fèi)，而且是大氣污染的一個(gè)重要因素。在功能上，興旺國家通常室內(nèi)溫度保持22攝氏度，我國僅為16攝氏度，而且我國的供暖質(zhì)量很差，室溫冷熱不均，系統(tǒng)熱效率低下，大多數(shù)地方?jīng)]有采取按戶計(jì)費(fèi)，用戶也不能自行設(shè)定和調(diào)節(jié)室溫等等。我國城市集中供暖目前存在的能源浪費(fèi)主要來源與：建筑的保暖隔熱和氣密性能差；采暖系統(tǒng)相當(dāng)落后。造成結(jié)果是：低效率，我國供暖采暖系統(tǒng)普遍存在低負(fù)荷、

15、低效率運(yùn)行，實(shí)際供暖面積平均只有設(shè)備能力的40%左右。管網(wǎng)輸送效率低，管道泄漏和偷水現(xiàn)象嚴(yán)重；缺乏控制手段：我國供暖系統(tǒng)只有簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)手段，水力水平失調(diào)、垂直失調(diào)嚴(yán)重：沒有恒溫裝置，供熱缺乏和過度時(shí)，沒有有效的調(diào)節(jié)手段；缺乏計(jì)量手段：采暖系統(tǒng)一般不設(shè)熱表，沒有計(jì)量收費(fèi)造成用戶不會(huì)主動(dòng)去節(jié)能，沒有計(jì)量也造成了管理運(yùn)行人員沒有具體數(shù)量上的依據(jù)來運(yùn)行管理。換熱站的開展為改變了之前供熱系統(tǒng)的眾多缺陷。1.2換熱站的簡(jiǎn)介及運(yùn)行現(xiàn)狀換熱站與鍋爐房是根本不同的。鍋爐房是用燃料把水或其他介質(zhì)加熱到具有一定參數(shù)的地方；而換熱站是為了把鍋爐房生產(chǎn)的高溫?zé)崴哂?00C轉(zhuǎn)換成能夠直接給用戶供熱的熱水低于100C。鍋

16、爐房是生產(chǎn)地，其主要設(shè)備有：鍋爐、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵、和各種輔助設(shè)備上煤機(jī)，除渣機(jī)等，其中鍋爐是主體。而換熱站是個(gè)中轉(zhuǎn)站，現(xiàn)在換熱站的主要換熱方式有：換熱板、混水等。說白了換熱站就像一個(gè)大的過水熱，唯一不同的是它很大.它們都屬于供熱系統(tǒng)的一局部，又各自具有不同的功能。其工藝流程是：鍋爐房高溫?zé)崴畵Q熱站低溫?zé)崴脩舻蜏責(zé)崴畵Q熱站低溫?zé)崴仩t房通常換熱站內(nèi)部設(shè)備可分為兩個(gè)局部，即采暖系統(tǒng)和民用生活系統(tǒng)，目前我國換熱站大局部沒有民用熱水設(shè)施。今后隨著國民經(jīng)濟(jì)的開展，人民生活水平的提高在換熱站內(nèi)應(yīng)該普及生活熱水系統(tǒng)，來提高集中供暖的效益。換熱站的主要設(shè)備有：離心水泵、汽-水換熱器、熱水儲(chǔ)水箱、過濾

17、器、補(bǔ)水泵調(diào)節(jié)閥熱媒參數(shù)調(diào)節(jié)和檢測(cè)儀表、防止用戶熱水供給裝置生銹和結(jié)垢的設(shè)備等。換熱站內(nèi)還安裝有熱量表以及調(diào)節(jié)供熱量的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。但是目前來說大局部換熱站還不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化無人值守，大局部缺乏控制手段，耗能嚴(yán)重造成資源的許多不必要的浪費(fèi)。1.3課題的來源及意義隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷開展，人們對(duì)供暖質(zhì)量的需求也在逐步提高。在傳統(tǒng)供熱模式下，為滿足供熱需求，換熱站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)多為人工調(diào)節(jié)，隨著室外溫度及熱負(fù)荷的不斷改變，不斷的人工調(diào)節(jié)二次供水溫度以保證用戶室內(nèi)能夠維持恒定的溫度。在這種情況下，人工手動(dòng)調(diào)節(jié)必然存在著較大偏差，只能夠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)到達(dá)粗調(diào)節(jié)，不能夠 居民對(duì)室內(nèi)溫度恒定。為了改變這一情況，多

18、年以來供熱行業(yè)一直在探討開發(fā)能充分適應(yīng)熱負(fù)荷不斷變化的細(xì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式，以適應(yīng)熱負(fù)荷變化較大、調(diào)節(jié)頻率較高對(duì)系統(tǒng)平衡能力的需求，滿足熱用戶的合理需求，到達(dá)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的。目前，由微機(jī)監(jiān)控?fù)Q熱站從技術(shù)上滿足了這種需求，其原理是通過變送器遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)有線或者無線方式將信號(hào)傳遞到控制中心進(jìn)行中央監(jiān)控，同時(shí)將控制信號(hào)以組態(tài)模式實(shí)時(shí)反響，控制電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)二次供、回水溫度的合理控制和處理突發(fā)事故。無人值守?fù)Q熱站具有以下特點(diǎn)：運(yùn)行人員少，人員培訓(xùn)時(shí)間段，界面人格化，且能只管的監(jiān)控?fù)Q熱站的運(yùn)行情況；可以科學(xué)的根據(jù)天氣情況及負(fù)荷變化通過適時(shí)反響自動(dòng)進(jìn)行蒸汽流量細(xì)調(diào)節(jié)，降低直接本錢；既

19、可以循環(huán)監(jiān)控各換熱站的運(yùn)行參數(shù)，又能抽調(diào)某個(gè)換熱站的運(yùn)行狀態(tài)，保證了系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)時(shí)性；可以設(shè)定系統(tǒng)臨界參數(shù)，系統(tǒng)異常時(shí)在控制中心實(shí)現(xiàn)報(bào)警，在必要時(shí)能及時(shí)的將控制信號(hào)自動(dòng)反響到電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，處理突然事故，保證了系統(tǒng)的平安性。從理論上，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、PLC、傳感器數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和測(cè)控技術(shù)，需做到換熱站在整個(gè)運(yùn)行期間無需人員巡視時(shí)可行的，但是相應(yīng)的硬件設(shè)施投入相對(duì)過大。因此從企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā)，應(yīng)以遠(yuǎn)程監(jiān)控影像平安運(yùn)行參數(shù)為主，輔以人員巡查，到達(dá)無人值守的目的。本課題來源于平安小區(qū)換熱站的控制與技術(shù)，如何隨時(shí)了解換熱站的工作情況和有關(guān)信息，并根據(jù)這些信息和室外溫度對(duì)換熱站進(jìn)行及時(shí)調(diào)控，使供暖系統(tǒng)始終

20、在一個(gè)最正確工況下運(yùn)行，從而獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，這就是本課題的研究目的所在。1.4課題研究所要實(shí)現(xiàn)的控制功能本課題包括以下根本控制功能：1.運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)功能該熱交換站主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容有一次熱媒側(cè)供回水溫度、二次熱水流量、二次供回水溫度、供回水壓差、室內(nèi)外溫度、供熱水泵工作、故障及手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換狀態(tài)等。并進(jìn)行信號(hào)處理后在彩色顯示器上顯示，同時(shí)還顯示運(yùn)行模擬圖、主要工藝參數(shù)的變化曲線等畫面。1供水溫度的自動(dòng)控制：根據(jù)裝設(shè)在熱水出水管處的溫度傳感器檢測(cè)的溫度值與設(shè)定值的偏差，自動(dòng)調(diào)節(jié)二次側(cè)供熱水泵的頻率，實(shí)現(xiàn)水泵的變頻調(diào)節(jié)。實(shí)際使用中當(dāng)高溫水側(cè)流量變化時(shí)，出口溫度就降低，用一般反響由于存在較大

21、的慣性滯后可能使供水溫度產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)偏差，為此在系統(tǒng)中應(yīng)參加流量前饋補(bǔ)償信號(hào)。2供回水壓差控制：測(cè)量供回水壓差控制其旁通閥的開度，以維持壓差設(shè)定值；3當(dāng)供熱泵停止運(yùn)行時(shí)，一次熱媒電動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)閉；3. 報(bào)警功能：系統(tǒng)將對(duì)運(yùn)行參數(shù)越限、運(yùn)行故障和設(shè)備故障報(bào)警并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。4豐富的實(shí)時(shí)管理功能：操作人員可方便地在線修改各受控輸出的設(shè)定值、越限報(bào)警值和故障報(bào)警值。維修人員可方便地調(diào)整內(nèi)部參數(shù)，使之適應(yīng)系統(tǒng)的大幅度調(diào)整，如更換儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。具有各種不同的顯示畫面，可定時(shí)和隨機(jī)打印生產(chǎn)運(yùn)行日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表等統(tǒng)計(jì)報(bào)表。1.5 本章小節(jié)通過前面對(duì)集中供暖系統(tǒng)現(xiàn)狀、目前換熱站運(yùn)行情況和對(duì)本課題的

22、分析介紹可知，換熱站集中供暖已經(jīng)普及但大多數(shù)還是存在著控制手段過于簡(jiǎn)單，耗能嚴(yán)重等問題，“節(jié)能已經(jīng)成為時(shí)下最流行的話題，如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制是本課題所要研究的重點(diǎn)問題。本課題主要是用PLC實(shí)現(xiàn)換熱站的底層控制。換熱站的PLC控制系統(tǒng)主要由可編程控制器PLC、人機(jī)界面HMI、各種傳感器等組成。在該控制系統(tǒng)中，各種傳感器變送器將檢測(cè)到的參數(shù)供水溫度、壓力、流量等傳送給PLC，經(jīng)PLC處理后，通過變頻器控制循環(huán)泵、補(bǔ)水泵，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥從而實(shí)現(xiàn)換熱站的自動(dòng)控制。PLC是換熱站控制系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。2. 可編程控制器概述2.1 可編程控制器的定義及開展2.1.1 可編程控制器的定義可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC，是

23、一種專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能，用來對(duì)各種機(jī)械和生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，PLC與以往所講的機(jī)械式的順序控制器在“可編程方面有質(zhì)的區(qū)別。由于PLC引入了微處理機(jī)及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等新一代電子器件，并用規(guī)定的指令進(jìn)行編程，所以能靈活地修改程序，即它是用軟件方式來實(shí)現(xiàn)“可編程的目的。2.1.2 可編程控制器的產(chǎn)生及開展1969年，在美國出現(xiàn)了第一臺(tái)可編程控制器。初期的PLC只是用于邏輯控制場(chǎng)合，僅僅代替了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。70年代初，隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生與開展，PLC采用微處理器為核心

24、，功能得到增強(qiáng)。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面，PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言，除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速開展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高，功能進(jìn)一步增強(qiáng)，處理速度大大提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了PLC軟、硬件功能。PLC在編程語言、控制功能、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)通信等方面與工業(yè)計(jì)算機(jī)已不相

25、上下。至今PLC已漸漸成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流計(jì)算機(jī)。經(jīng)過40年的開展，現(xiàn)在已經(jīng)成為工業(yè)控制的三大支柱PLC、工業(yè)機(jī)器人和CAD/CAM之一。長期以來，PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制而發(fā)揮著巨大作用，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了廣泛、可靠的控制應(yīng)用。這主要是源于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供平安可靠和比擬完善的解決方案，適合當(dāng)前自動(dòng)化工業(yè)企業(yè)的需要。2.2 可編程控制器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)2.2.1 可編程控制器的結(jié)構(gòu)不同種類的可編程控制器結(jié)構(gòu)多種多樣，但其一般結(jié)構(gòu)根本相同，都是以微處理器為核心，連接各種外圍擴(kuò)展電路。整體式結(jié)構(gòu)PLC通常由中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)、輸入/輸出單元(I/O

26、)、電源、擴(kuò)展接口和通信接口等幾局部構(gòu)成?？删幊炭刂破鹘Y(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。SQSBSA輸入單元電源單元存儲(chǔ)器通信CPU擴(kuò)展輸出單元KMYVHL圖2-1 PLC結(jié)構(gòu)圖1. 中央處理單元CPU作為PLC的核心，發(fā)揮著類似人類大腦的作用。CPU一般由控制器、運(yùn)算器和存放器組成，還包括必要的控制接口電路，這些電路被封裝在一個(gè)芯片上。微處理器是可編程控制器的運(yùn)算控制中心，由它實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)內(nèi)部各局部的工作。其主要任務(wù)有以下幾個(gè)。1控制接收與存儲(chǔ)用戶的程序和數(shù)據(jù)；2用掃描的方式通過不斷接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)開關(guān)量、模擬量，并存入相應(yīng)的元件映像存放器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；3診斷PLC內(nèi)部電

27、路的工作故障和編程中的語法錯(cuò)誤等；4PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后按命令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運(yùn)算等；5根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像存放器的內(nèi)容，經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制或數(shù)據(jù)通信等功能；6在雙處理器協(xié)調(diào)中，CPU還與數(shù)據(jù)處理器交換信息。2. 存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元主要存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。其中系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接更改。而用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器程序區(qū)和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)區(qū)兩局部。用戶程序存儲(chǔ)器用來存放用戶針對(duì)各種具體控制任務(wù)，用PLC的編程語

28、言編寫的各種應(yīng)用程序，其內(nèi)容可由用戶任意修改或增減；用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來存放用戶程序中所使用器件的ON/OFF狀態(tài)和各種數(shù)據(jù)等，它的大小關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指標(biāo)之一。3. 輸入/輸出單元I/O單元輸入/輸出單元是PLC的CPU與現(xiàn)場(chǎng)I/O裝置或其他外部設(shè)備之間連接的接口部件。輸入/輸出單元包括兩局部：一是與被控設(shè)備相連的輸出接口電路和與輸入器件相連的輸入接口電路；另一局部是輸入和輸出映像存放器。輸入單元接收來自用戶設(shè)備的各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)以及其他一些傳感器的信號(hào)。通過接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接收和識(shí)別的低電壓信號(hào)，送給CPU進(jìn)行

29、運(yùn)算處理。輸出單元將CPU輸出的低電壓信號(hào)變換為控制器件所能接受的電壓、電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)接觸器、信號(hào)燈、電磁閥和電磁開關(guān)等，進(jìn)行必要的功率放大。4. 電源單元可編程控制器電源單元包括系統(tǒng)的電源、保護(hù)電路及備用電池。電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓，PLC電源一般使用220V的交流電，同時(shí)還向外部提供24V直流電源，可作為某些傳感器的電源。5. 擴(kuò)展接口單元擴(kuò)展接口單元用于將擴(kuò)展模塊與根本單元CPU主機(jī)相連，使PLC的配置靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。各功能模塊與PLC主機(jī)連接只需簡(jiǎn)單的插線即可，非常方便。6. 通信接口單元為了實(shí)現(xiàn)“人機(jī)或“機(jī)機(jī)之間的對(duì)話，PLC配有多種通信接口，

30、并且PLC通過這些通信接口可以與編程器、人機(jī)接口、打印機(jī)和其他的PLC或計(jì)算機(jī)相連。7. 編程器PLC的編程器是用來生成PLC的用戶程序，并對(duì)程序進(jìn)行編輯、修改、調(diào)試的外部專用設(shè)備，編程器實(shí)現(xiàn)了人與PLC的對(duì)話。2.2.2 可編程控制器的特點(diǎn)隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速開展，PLC的功能得到大大的增強(qiáng)，具有以下特點(diǎn)：1可靠性高 PLC的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。這是PLC首要的特點(diǎn)。2具有豐富的I/O接口模塊 PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了

31、組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。3采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4通用性強(qiáng) PLC及外圍擴(kuò)展模塊種類繁多，可由各種模塊靈活組成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。5編程簡(jiǎn)單 PLC采用梯形圖語言，具有與繼電器控制邏輯線路類似的結(jié)構(gòu)，并且梯形圖語言形象直觀，因此很容易被初學(xué)者掌握。6功能完善 在PLC內(nèi)部由于采用了微處理器，能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比擬、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制I/O等諸多功能

32、，使輸入/輸出系統(tǒng)功能完善、性能可靠。2.3 可編程控制器的工作原理可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理根底上，即通過執(zhí)行反響控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。PLC是按集中輸入、集中輸出、周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。CPU從第一次指令執(zhí)行開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到結(jié)束，然后返回第一條指令開始新一輪的掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。PLC工作過程的中心內(nèi)容如圖2-2所示，分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新3個(gè)階段。1. 輸入采樣PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，一次性讀入所有輸入端子的通

33、電狀態(tài)，并將讀入信息存入內(nèi)存中相應(yīng)的映像存放器。輸入映像存放器被刷新后進(jìn)入程序執(zhí)行階段。程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段輸入映像存放器與外界隔離，無論輸入信號(hào)如何變化，其映像存放器內(nèi)容均保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新用戶輸入設(shè)備輸入端子輸入電路輸入映像存放器輸出映像存放器I0.1Q0.0讀讀寫寫讀輸出鎖存器輸出端子輸出電路用戶輸出設(shè)備掃描周期才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。所以，一般情況下輸入信號(hào)的寬度要大于一個(gè)掃描周期，否那么很可能造成信號(hào)的喪失。圖2-2 PLC工作過程的中心內(nèi)容圖2. 程序執(zhí)行根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原那么，PLC按從左到右、從上到下的步驟順序執(zhí)

34、行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就會(huì)從輸入映像存放器中讀入對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像存放器讀入對(duì)應(yīng)元件的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像存放器中。對(duì)于每個(gè)元件來說，元件映像存放器中所存放的內(nèi)容會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。對(duì)元件映像存放器來說，每一個(gè)元件的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。3. 輸出刷新在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像存放器中所有輸出繼電器的狀態(tài)接通/斷開在輸入刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過隔離電路，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。在用戶程序執(zhí)行階段PLC對(duì)輸入、輸出的處理必須遵循以下規(guī)那么。1) 輸入映像存放器內(nèi)容，由上一個(gè)掃描周期輸入端子在輸入采樣

35、期間狀態(tài)決定；2) 輸出映像存放器狀態(tài)，由程序執(zhí)行期間輸出指令的執(zhí)行結(jié)果斷定；3) 輸出鎖存器的狀態(tài)，由上一次輸出刷新期間輸出映像存放器的狀態(tài)決定；4) 輸出端子的狀態(tài)，由輸出鎖存器來決定；5) 執(zhí)行程序時(shí)所用的I/O狀態(tài)值，取決于輸入、輸出映像存放器的狀態(tài)?？傊?，PLC是以掃描的方式處理信息，連續(xù)地、順序地、循環(huán)地逐條地執(zhí)行程序，在任何時(shí)刻它只能執(zhí)行一條指令，即以“串行處理方式進(jìn)行工作。PLC采用循環(huán)巡回掃描工作方式，而大、中型PLC還增加了中斷工作方式。圖2 PLC循環(huán)順序掃描工作流程圖用戶將用戶程序設(shè)計(jì)、調(diào)試后，用編程器鍵入PLC的存儲(chǔ)器中，并將現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)和被驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件相應(yīng)地接在

36、輸入模板的輸入端和輸出模板的輸出端上，然后用PLC的控制開關(guān)使其處于運(yùn)行工作方式，PLC就以循環(huán)掃描的工作方式進(jìn)行工作。在輸入信號(hào)、用戶程序的控制上，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，完成預(yù)期的控制任務(wù)。PLC的典型的循環(huán)順序掃描工作過程如圖2所示。從圖2中可以看出，一個(gè)典型的可編程序控制器在一個(gè)掃描周期中要完成六個(gè)掃描過程。從掃描過程中的某個(gè)掃描過程開始，順序掃描后又回到該過程成為一個(gè)掃描周期。進(jìn)行一個(gè)掃描周期所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期時(shí)間。2.4可編程控制器的分類目前，PLC應(yīng)用廣泛，國內(nèi)外生產(chǎn)廠家眾多，所生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品更是品種繁多，其型號(hào)、規(guī)格和性能各不相同。通常，可以按照結(jié)構(gòu)形式的不同及功能的差異

37、進(jìn)行大致的分類。1、按結(jié)構(gòu)形式分按照結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式、模塊式、分散式三種。1整體式結(jié)構(gòu)PLC是將輸入/輸出接口路、CPU、存儲(chǔ)器、穩(wěn)壓電源封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，殼體外側(cè)封裝有I/O接線端子、電源接線端子、擴(kuò)展接口、和通信接口。S7-200就屬于整體式結(jié)構(gòu)PLC。2模塊式結(jié)構(gòu)PLC為總線結(jié)構(gòu)，在總線板上有假設(shè)干個(gè)總線插槽，每個(gè)插槽上課安裝一個(gè)PLC模塊。不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，根據(jù)控制系統(tǒng)的要求配置相應(yīng)的模塊如：CPU模塊、電源模塊、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊以及其他特殊功能模塊等。S7-300和S7-400屬于模塊PLC。3分散式結(jié)構(gòu)是將PLC的CPU、電源、存儲(chǔ)器集中存

38、放在控制室內(nèi)，將各擴(kuò)展模塊分散放置在各個(gè)工作站，用通信接口進(jìn)行連接，由CPU集中控制。2、按I/O點(diǎn)數(shù)分類按功能、輸入輸出點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量不同，PLC可分為微型、小型、中型和大型四類。1微型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)在64點(diǎn)以內(nèi)，程序存儲(chǔ)容量小于1K字節(jié)。具有邏輯運(yùn)算功能，并有定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。SIEMENS LOGO!PLC屬于微型機(jī)。2小型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)在64256點(diǎn)之間，程序存儲(chǔ)容量小于4K字節(jié)。它不但有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等根本功能而且有少量模擬量I/O、通信等功能。S7-200系列PLC屬于小型機(jī)。3中型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)在2562048點(diǎn)之間，程序存儲(chǔ)容量可達(dá)16K字節(jié)，結(jié)構(gòu)形式多為模塊式。S7-

39、300屬于中型機(jī)。4大型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，程序存儲(chǔ)容量大于16K字節(jié)。S7-400屬于大型機(jī)。2.5可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域在興旺的工業(yè)國家 ,PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)。隨著 PLC性能價(jià)格比的不斷提高 ,一些過去使用專用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合 ,也轉(zhuǎn)向使用 PLC。PLC的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大 ,可歸納為如下幾個(gè)方面。1、開關(guān)量的邏輯控制這是 PLC 最根本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。PLC 取代繼電器控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)邏輯控制。例如：機(jī)床電氣控制，沖床、鑄造機(jī)械、運(yùn)輸帶、包裝機(jī)械的控制，注塑機(jī)的控制，化工系統(tǒng)中各種泵和電

40、磁閥的控制，冶金企業(yè)的高爐上料系統(tǒng)、軋機(jī)、連鑄機(jī)、飛剪的控制，電鍍生產(chǎn)線、啤酒灌裝生產(chǎn)線、汽車配裝線、電視機(jī)和收音機(jī)的生產(chǎn)線控制等。2、運(yùn)動(dòng)控制PLC可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。早期直接用開關(guān)量 I/O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家生產(chǎn)的 PLC 幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能。PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械。例如:金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)械、配裝機(jī)械、機(jī)器人和電梯等。3、閉環(huán)過程控制過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量 I/O模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的 A/D,D/A轉(zhuǎn)換 ,并對(duì)模擬量進(jìn)

41、行閉環(huán) PID 控制 ,可用 PID 子程序來實(shí)現(xiàn) ,也可使用專用的 PID 模塊。PLC 的模擬量控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成型機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，還廣泛地應(yīng)用于輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力和建材等行業(yè)。4、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存貯在存儲(chǔ)器中的參考值比擬 ,也可以用通訊功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑵浯蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用在大、中型控制系統(tǒng) ,如柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。5、機(jī)器人控制機(jī)器人作為工業(yè)過程自動(dòng)生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，已成為未來工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的 3大支柱之一?，F(xiàn)

42、在許多機(jī)器人制造公司，選用 PLC作為機(jī)器人控制器來控制各種機(jī)械動(dòng)作。隨著PLC體積進(jìn)一步縮小，功能進(jìn)一步增強(qiáng)，PLC在機(jī)器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。6、通訊聯(lián)網(wǎng)PLC的通訊包括PLC之間的通訊、PLC與上位計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通訊。PLC和計(jì)算機(jī)具有接口，用雙絞線、同軸電纜或光纜將其聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理，分散控制的分布式控制系統(tǒng)。目前PLC與PLC的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的。PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些PLC生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線 ,并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏。2.6 本章小結(jié)本章主要對(duì)可編程控制器PLC進(jìn)行介紹，包括PLC的產(chǎn)生、定義、開展、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作原

43、理、應(yīng)用領(lǐng)域。PLC的開展緊隨現(xiàn)代化工業(yè)的開展，其技術(shù)也主要應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，是專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。PLC結(jié)構(gòu)中輸入/輸出接口電路形式多樣，相應(yīng)電路針對(duì)不同的輸入/輸出設(shè)備。PLC控制取代以中間繼電器和時(shí)間繼電器為主的繼電器邏輯。PLC是以集中輸入輸出、周期性掃描的方式進(jìn)行工作的。表達(dá)出PLC控制的高可靠性和功能完善通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。本課題選擇S7-200系列PLC，下面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。 3. S7-200PLC的介紹 S7-200PLC的硬件介紹S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一種小型PLC。它具有緊湊的結(jié)構(gòu)，良好的擴(kuò)展性能，豐富的指令功能，低廉的價(jià)格，極高的可靠

44、性，強(qiáng)大的通信能力等，已成為現(xiàn)代工業(yè)各種小型控制工程的理想控制器。適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200的STEP7Micro/WIM32編程軟件可以方便地在Windows環(huán)境下對(duì)PLC編程、調(diào)試、監(jiān)視和控制，使得PLC的編程更加方便、快捷。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。 S7-200PLC系統(tǒng)硬件組成工業(yè)軟件CPU主機(jī)人機(jī)接口I/O模塊通信模塊功能模塊S7-200系列PLC包含了一個(gè)單獨(dú)的CPU主機(jī)和各種可選擇的擴(kuò)展模塊，可以十分方便地組成不同模塊的控制器。也可以方便地

45、組成PLC-PLC網(wǎng)絡(luò)和PLC-微機(jī)網(wǎng)絡(luò)，完成規(guī)模更大的工程。S7-200 PLC系統(tǒng)硬件組成如圖3-1所示。圖3-1 PLC系統(tǒng)組成1. CPU主機(jī)CPU主機(jī)又稱作CPU模塊，也稱為本機(jī)。CPU主機(jī)本身就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。該模塊的主要功能是：采集的輸入信號(hào)通過中央處理器運(yùn)算后，將生成結(jié)果傳給輸出裝置，然后輸出點(diǎn)輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載做出處理。S7-200 PLC主機(jī)型號(hào)有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM等。CPU224XP為CPU224的改良型，CPU226XM為CPU226的增強(qiáng)型，功能有所加強(qiáng)。

46、其中CPU224集成了14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出，共有24點(diǎn)數(shù)字量I/O。2個(gè)模擬量電位器，最大可擴(kuò)展35AI/AO點(diǎn)；1個(gè)RS-485通信/編程口，2路獨(dú)立的(20kHz)高速脈沖輸出，具有PID控制器，6路高速計(jì)數(shù)器(30 kHz)。它具有強(qiáng)大的模擬量處理能力，因此是S7-200系列產(chǎn)品中使用最多的。CPU226集成了24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出，共有40點(diǎn)數(shù)字量I/O。2個(gè)模擬量電位器，最多可擴(kuò)展35AI/AO點(diǎn)；2路獨(dú)立的(20kHz)高速脈沖輸出，具有PID控制器，6路高速計(jì)數(shù)器(30 kHz)，與CPU224相比，增加了通信口數(shù)量，2個(gè)RS-485通信/編程口。它主要用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的

47、小型或中性控制系統(tǒng)。2. I/O模塊I/O模塊內(nèi)部沒有電源模塊，不可獨(dú)立工作，主要是為CPU主機(jī)效勞。當(dāng)CPU主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶就可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊，I/O模塊包括輸入模塊EM221、輸出模塊EM222和輸入/輸出模塊EM223等。3. 功能模塊當(dāng)需要完成某種特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，需要擴(kuò)展功能模塊。包括模擬量輸入模塊EM231、模擬量輸出模塊EM232、模擬量輸入/輸出模塊EM235、熱電偶溫度測(cè)量模塊EM231TC、熱電阻溫度測(cè)量模塊EM231RTD等。其中EM231模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為4；EM231TC模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為4；EM231RTD模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為

48、2。4. 通信模塊為組成各種層次的網(wǎng)絡(luò)而擴(kuò)展的專門應(yīng)用于通信的模塊為通信模塊。5. 人機(jī)接口人機(jī)接口是近些年P(guān)LC開展進(jìn)步的重要標(biāo)志之一，可以充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源，通過友好的界面輕松完成各種監(jiān)視、調(diào)整和控制任務(wù)。人機(jī)操作接口有文本顯示器TD200和TD400，觸摸屏TP170和TP270等。6. 工業(yè)軟件工業(yè)軟件是為了更好地管理和使用上述設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序。3.1.2 S7-200PLC擴(kuò)展模塊S7-200系列CPU主機(jī)提供一定數(shù)量的數(shù)字量I/O點(diǎn)，但在主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)不夠的情況下，就必須使用擴(kuò)展模塊來增加I/O點(diǎn)。開關(guān)量I/O擴(kuò)展模塊一般也叫數(shù)字量擴(kuò)展模塊。開關(guān)量輸入

49、模塊是用來接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的開關(guān)信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)不接受的低電壓信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)、外信號(hào)的電氣隔離。分組式的開關(guān)量輸入模塊是將輸入點(diǎn)分成假設(shè)干組，每一組有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的。開關(guān)量輸出模塊是將PLC內(nèi)部低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備的開關(guān)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)外信號(hào)的電氣隔離。典型的開關(guān)量輸入模塊和輸出模塊種類：1輸入擴(kuò)展模塊EM221有2種：8點(diǎn)DC輸入和8點(diǎn)AC輸出。2輸出擴(kuò)展模塊EM222有3種：8點(diǎn)DC晶體管輸出、8點(diǎn)AC輸出和8點(diǎn)繼電器輸出。3輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊EM223有6種：分別是4點(diǎn)8點(diǎn)、16點(diǎn)DC輸入/4點(diǎn)8點(diǎn)、16點(diǎn)輸出和4點(diǎn)8點(diǎn)、16點(diǎn)DC輸入/

50、4點(diǎn)8點(diǎn)、16點(diǎn)繼電器輸出。對(duì)于開關(guān)量輸入模塊，在選擇時(shí)沒有特殊要求，輸入端電源也可用PLC自帶的傳感器電源。S7-200PLC的開關(guān)量輸出模塊主要有繼電器輸出和晶體管輸出兩種方式。在工業(yè)控制中，壓力、溫度、流量和轉(zhuǎn)速等輸入量是模擬量，變頻器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和晶閘管調(diào)速裝置等設(shè)備要求輸出模擬量信號(hào)進(jìn)行控制。CPU主機(jī)一般只有數(shù)字量I/O接口，或者是僅具有少量的模擬量接口，所以就要進(jìn)行模擬量輸入和輸出模塊的擴(kuò)展才能滿足控制要求。模擬量擴(kuò)展模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并與PLC內(nèi)部總線相連，也有電氣隔離功能。模擬量輸入A/D模塊是將現(xiàn)場(chǎng)由傳感器檢測(cè)產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量；模

51、擬量輸出D/A模塊是將PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)輸出。模擬量擴(kuò)展模塊類型如下：1模擬量輸入擴(kuò)展2模擬量輸出擴(kuò)展模塊EM2323模擬量輸入/輸出混合模塊EM235EM232的模擬量輸出點(diǎn)數(shù)為2，信號(hào)輸出范圍：-10V到+10V，電流0到20MA。EM231模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為4，輸出阻抗大于等于10M，最大輸入電壓30V DC，最大輸入電流32MA。模擬量擴(kuò)展模塊的主要技術(shù)參數(shù)參見附錄表A-4，A-5，A-6。典型模擬量擴(kuò)展模塊的量程為-10V到+10V，-5到+5V和4到20MA等，可根據(jù)實(shí)際需要選用不同等級(jí)，同時(shí)還應(yīng)考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。特模擬量輸入模塊可用來直接接收傳感器信號(hào)。

52、溫度測(cè)量模塊專門為檢測(cè)溫度而設(shè)計(jì)。溫度測(cè)量模塊有熱電偶溫度測(cè)量模塊EN231 TC和熱電阻溫度測(cè)量模塊EM231RTD。EM235位控模塊是S7-200的特殊功能模塊，它能夠產(chǎn)生脈沖串用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的速度和位置開環(huán)控制。它與S7-200通過擴(kuò)展的I/O總線通信，它帶有8個(gè)數(shù)字輸出。1PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊 EM277是PROFIBUS-DP的現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊，用來將CPU224連接到PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。EM277通過RS-485通信接口連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的其他設(shè)備上。2AS-i接口模塊 AS-i接口模塊CP243-2是專門用于現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器和

53、傳感器接口的模塊，并且有集成模擬量處理和傳送單元。3工業(yè)以太網(wǎng)模塊 工業(yè)以太網(wǎng)根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEE802.3定義。S7-200PLC所應(yīng)用的工業(yè)以太網(wǎng)模塊主要有CP243-1和CP243-1 IT兩種。4調(diào)制解調(diào)器模塊調(diào)制解調(diào)器模塊EM241，可連接到模擬 線，應(yīng)用Modbus主/從協(xié)議實(shí)現(xiàn)S7-200PLC主機(jī)與遠(yuǎn)程PC機(jī)進(jìn)行通信，即實(shí)現(xiàn)PLC-TO-PC通信。 S7-200PLC的軟件介紹STEP7-Micro/WIN32是SIEMENS公司專為SIMATIC系列S7-200研制開發(fā)的編程軟件，它是基于Windows平臺(tái)的應(yīng)用軟件。STEP7-Micro/WIN32可以使用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為圖形編輯器，用于聯(lián)機(jī)或