1、第十四章第十四章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)現(xiàn) 本章要點(diǎn)本章要點(diǎn): :1 1學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。2 2初步掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。初步掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。3 3學(xué)習(xí)實(shí)例，加深認(rèn)識(shí)與初步掌握單片機(jī)、儀表、學(xué)習(xí)實(shí)例，加深認(rèn)識(shí)與初步掌握單片機(jī)、儀表、 IPC IPC和和PLCPLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容14.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則14.2 控制工程的實(shí)現(xiàn)步驟控制工程的實(shí)現(xiàn)步驟14.3 控制工程的應(yīng)用實(shí)例控制工程的應(yīng)用實(shí)例 14.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則滿

2、足工藝要求滿足工藝要求滿足生產(chǎn)過程提出的要求和性能指標(biāo)滿足生產(chǎn)過程提出的要求和性能指標(biāo)可靠性要高可靠性要高用系統(tǒng)平均無(wú)故障和平均維修時(shí)間衡量用系統(tǒng)平均無(wú)故障和平均維修時(shí)間衡量操作性能要好操作性能要好使用方便和維護(hù)容易使用方便和維護(hù)容易實(shí)時(shí)性要強(qiáng)實(shí)時(shí)性要強(qiáng)對(duì)內(nèi)、外部時(shí)間及時(shí)做出響應(yīng)對(duì)內(nèi)、外部時(shí)間及時(shí)做出響應(yīng)通用性要好通用性要好硬軟件可移植硬軟件可移植經(jīng)濟(jì)效益要高經(jīng)濟(jì)效益要高系統(tǒng)性價(jià)比要高，投入產(chǎn)出比要低系統(tǒng)性價(jià)比要高，投入產(chǎn)出比要低 14.2控制工程的實(shí)現(xiàn)步驟控制工程的實(shí)現(xiàn)步驟主要知識(shí)點(diǎn)主要知識(shí)點(diǎn) 14.2.1 準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段 14.2.2 設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)階段 14.2.3 仿真及調(diào)試階段仿真及

3、調(diào)試階段 14.2.4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行階段現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行階段 14.2.1 14.2.1 準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段14.2.2 14.2.2 設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)階段1.1.總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) 根據(jù)控制對(duì)象要求，根據(jù)控制對(duì)象要求，確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式及控制確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式及控制 裝置與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的選擇，以及控制規(guī)律算法和其它特裝置與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的選擇，以及控制規(guī)律算法和其它特殊功能要求。主要包括以下內(nèi)容：殊功能要求。主要包括以下內(nèi)容：n確定系統(tǒng)的任務(wù)和控制方案確定系統(tǒng)的任務(wù)和控制方案n確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式n選擇現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備n確定控制算法確定控制算法n硬軟件功能的劃分硬軟件功能的劃分其它方面的考慮其

4、它方面的考慮（1 1）根據(jù)控制任務(wù)的復(fù)雜程度、控制精度以及實(shí)時(shí)性要求等選擇）根據(jù)控制任務(wù)的復(fù)雜程度、控制精度以及實(shí)時(shí)性要求等選擇主機(jī)板（包括總線類型、主機(jī)機(jī)型等）；主機(jī)板（包括總線類型、主機(jī)機(jī)型等）；（2 2） 根據(jù)根據(jù)AIAI、AOAO點(diǎn)數(shù)、分辨率和精度，以及采集速度等選點(diǎn)數(shù)、分辨率和精度，以及采集速度等選A AD D、D DA A板（包括通道數(shù)量、信號(hào)類別、量程范圍等）；板（包括通道數(shù)量、信號(hào)類別、量程范圍等）；（3 3）根據(jù)）根據(jù)DIDI、DODO點(diǎn)數(shù)和其它要求，選擇開關(guān)量輸入輸出板（包括點(diǎn)數(shù)和其它要求，選擇開關(guān)量輸入輸出板（包括通道數(shù)量、信號(hào)類別、交直流和功率大小等）；通道數(shù)量、信號(hào)類

5、別、交直流和功率大小等）；（4 4）根據(jù)人機(jī)聯(lián)系方式選擇相應(yīng)的接口板或顯示操作面板（包括）根據(jù)人機(jī)聯(lián)系方式選擇相應(yīng)的接口板或顯示操作面板（包括參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示、手動(dòng)自動(dòng)切換和異常報(bào)警等）；參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示、手動(dòng)自動(dòng)切換和異常報(bào)警等）；（5 5）根據(jù)需要選擇各種外設(shè)接口、通信板塊等；）根據(jù)需要選擇各種外設(shè)接口、通信板塊等；（6 6）根據(jù)工藝流程選擇測(cè)量裝置（包括被測(cè)參數(shù)種類、量程大）根據(jù)工藝流程選擇測(cè)量裝置（包括被測(cè)參數(shù)種類、量程大小、信號(hào)類別、型號(hào)規(guī)格等）；小、信號(hào)類別、型號(hào)規(guī)格等）；（7 7）根據(jù)工藝流程選擇執(zhí)行裝置（包括能源類型、信號(hào)類別、型）根據(jù)工藝流程選擇執(zhí)行裝置（包括能源類型、信

6、號(hào)類別、型號(hào)規(guī)格等）。號(hào)規(guī)格等）。2.2.硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)n編程語(yǔ)言的選擇編程語(yǔ)言的選擇n數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃n資源分配控制軟件的設(shè)計(jì)資源分配控制軟件的設(shè)計(jì) 1)1)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理程序2)2)控制算法程序控制算法程序3 3）控制量輸出程序）控制量輸出程序4 4）人機(jī)界面程序）人機(jī)界面程序5 5）實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序）實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序6 6）數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)通信程序）數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)通信程序n程序設(shè)計(jì)方法程序設(shè)計(jì)方法采用模塊化和自頂向下程序設(shè)計(jì)方法采用模塊化和自頂向下程序設(shè)計(jì)方法3 3軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 具體步驟具體步驟: :1 1硬件調(diào)試硬件

7、調(diào)試2 2軟件調(diào)試軟件調(diào)試3 3系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真4 4考機(jī)考機(jī)14.2.314.2.3仿真及調(diào)試階段仿真及調(diào)試階段 硬件的調(diào)試主要包括各種標(biāo)準(zhǔn)功能模板、輸入輸出信號(hào)、硬件的調(diào)試主要包括各種標(biāo)準(zhǔn)功能模板、輸入輸出信號(hào)、 現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行器及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的調(diào)試?，F(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行器及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的調(diào)試。 2 2軟件調(diào)試軟件調(diào)試 軟件調(diào)試的順序是子程序、功能模塊和主程序。軟件調(diào)試的順序是子程序、功能模塊和主程序。控制模塊控制模塊全局主程全局主程序調(diào)試序調(diào)試開環(huán)開環(huán)閉環(huán)閉環(huán)檢查檢查PIDPID控制模塊的開環(huán)階躍響應(yīng)特性控制模塊的開環(huán)階躍響應(yīng)特性即調(diào)節(jié)并確定較佳即調(diào)節(jié)并確定較佳P P、I I、D D參數(shù)參數(shù)檢

8、查檢查PIDPID控制模塊的反饋控制功能控制模塊的反饋控制功能整體調(diào)試的方法是自底向上逐步擴(kuò)大，整體調(diào)試的方法是自底向上逐步擴(kuò)大，采用子集、局部和全局三步調(diào)試方法進(jìn)行采用子集、局部和全局三步調(diào)試方法進(jìn)行整體調(diào)試整體調(diào)試1 1硬件調(diào)試硬件調(diào)試n系統(tǒng)仿真應(yīng)用相似原理和類比關(guān)系來(lái)研究事物，也就是系統(tǒng)仿真應(yīng)用相似原理和類比關(guān)系來(lái)研究事物，也就是 用模型來(lái)代替實(shí)際被控對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，也用模型來(lái)代替實(shí)際被控對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，也 稱為模擬調(diào)試。稱為模擬調(diào)試。n系統(tǒng)仿真類型：系統(tǒng)仿真類型： 全物理仿真（即在模擬環(huán)境條件下的全實(shí)物仿真）；全物理仿真（即在模擬環(huán)境條件下的全實(shí)物仿真）； 半物理仿真（即硬件閉

9、路動(dòng)態(tài)試驗(yàn)）；半物理仿真（即硬件閉路動(dòng)態(tài)試驗(yàn)）； 數(shù)字仿真（即計(jì)算機(jī)仿真）。數(shù)字仿真（即計(jì)算機(jī)仿真）。 4 4考機(jī)考機(jī) 在系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行，即進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間在系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行，即進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)，有時(shí)還要根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行特殊運(yùn)行條的運(yùn)行考驗(yàn)，有時(shí)還要根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行特殊運(yùn)行條件的考驗(yàn)，如高溫和低溫劇變運(yùn)行試驗(yàn)、振動(dòng)和抗電磁干擾試件的考驗(yàn)，如高溫和低溫劇變運(yùn)行試驗(yàn)、振動(dòng)和抗電磁干擾試驗(yàn)、電源電壓劇變和掉電試驗(yàn)等。驗(yàn)、電源電壓劇變和掉電試驗(yàn)等。 3 3系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真在線調(diào)試前還要進(jìn)行下列檢查：在線調(diào)試前還要進(jìn)行下列檢查：1 1檢測(cè)元件、變送器、

10、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須通過校檢測(cè)元件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須通過校驗(yàn)，保證精確度要求。作為檢查，可進(jìn)行一些現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。驗(yàn)，保證精確度要求。作為檢查，可進(jìn)行一些現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。2 2各種電氣接線和測(cè)量導(dǎo)管必須經(jīng)過檢查，保證連接正各種電氣接線和測(cè)量導(dǎo)管必須經(jīng)過檢查，保證連接正確。確。3.3.檢查系統(tǒng)干擾情況和接地情況，如果不符合要求，應(yīng)采檢查系統(tǒng)干擾情況和接地情況，如果不符合要求，應(yīng)采取措施。取措施。4 4對(duì)安全防護(hù)措施也要檢查。對(duì)安全防護(hù)措施也要檢查。14.2.4 14.2.4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行階段現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行階段主要內(nèi)容主要內(nèi)容14.3.1 水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)14.3.2

11、 循環(huán)水裝置循環(huán)水裝置IPC系統(tǒng)系統(tǒng)14.3.3 中水回用中水回用PLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)14.3.4 聚合釜溫壓儀表控制系統(tǒng)聚合釜溫壓儀表控制系統(tǒng)14.3.5 基于基于PLC與與IPC的鍋爐綜合控制系統(tǒng)的鍋爐綜合控制系統(tǒng) 14.3 14.3 控制工程的應(yīng)用實(shí)例控制工程的應(yīng)用實(shí)例1 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 2 2硬件電路硬件電路 3 3程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)14.3.1 14.3.1 水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)5V+12V+5V+330AT89C205112MHXTAL2XTAL1P1.1P1.0P1.3P1.23305V+81k81kKM30PF30PFZbc圖 15-8 水槽水位控制

12、電路ABC220VKA1 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 2 2硬件電路硬件電路 5V+12V+5V+330AT89C205112MHXTAL2XTAL1P1.1P1.0P1.3P1.23305V+81k81kKM30PF30PFZbc圖 15-8 水槽水位控制電路ABC220VKA3 3程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)C(P1.1) b(P1.0) 水位 操作 00B點(diǎn)以下 水泵啟動(dòng) 01B、C之間 維持原狀 10系統(tǒng)故障 故障報(bào)警 11C點(diǎn)以上 水泵停止 1 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 2 2硬件電路硬件電路 3 3軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)14.3.2 14.3.2 循環(huán)水裝置循環(huán)水裝置IPCIPC系統(tǒng)系統(tǒng)（1）工藝流程）工藝流程1

13、 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 1010點(diǎn)參數(shù)檢測(cè)功能點(diǎn)參數(shù)檢測(cè)功能 2222個(gè)參數(shù)設(shè)定功能個(gè)參數(shù)設(shè)定功能 1010個(gè)參數(shù)標(biāo)定功能個(gè)參數(shù)標(biāo)定功能 PIDPID控制功能控制功能 工藝計(jì)算、列表繪圖功能工藝計(jì)算、列表繪圖功能 其他功能指標(biāo)其他功能指標(biāo) （2 2）控制要求）控制要求2 2硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) （1 1）采用中斷方式完成）采用中斷方式完成 3 3 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)（2 2）在主程序中完成）在主程序中完成1 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 2 2硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 3 3程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)14.3.3 14.3.3 中水回用中水回用PLCPLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)格柵機(jī)調(diào)節(jié)池生化池 壓濾罐清水池集水池加藥 加氯 排掉 回

14、用 風(fēng)機(jī) 反沖洗 污水 （1 1）工藝流程）工藝流程 1 1系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述（2 2）控制要求）控制要求構(gòu)成構(gòu)成1414臺(tái)泵和電機(jī)，臺(tái)泵和電機(jī)，4 4個(gè)池的水位檢測(cè)。個(gè)池的水位檢測(cè)。水位計(jì)的作用水位計(jì)的作用使用時(shí)聲光報(bào)警；在全自動(dòng)、分組自動(dòng)、半自使用時(shí)聲光報(bào)警；在全自動(dòng)、分組自動(dòng)、半自動(dòng)控制方式下，水位計(jì)的上限、下限分別作為該池排水泵自動(dòng)控制方式下，水位計(jì)的上限、下限分別作為該池排水泵自 動(dòng)開、動(dòng)開、停的停的PLCPLC輸入信號(hào)。輸入信號(hào)。手動(dòng)控制方式手動(dòng)控制方式手動(dòng)操作按鈕開停手動(dòng)操作按鈕開停1414個(gè)負(fù)荷，不受水位影響。個(gè)負(fù)荷，不受水位影響。生化半自動(dòng)控制方式生化半自動(dòng)控制方式由生化池水位

15、的上限與下限自動(dòng)控制生由生化池水位的上限與下限自動(dòng)控制生化泵的開、停，而加藥計(jì)量泵、化泵的開、停，而加藥計(jì)量泵、CLO2CLO2發(fā)生器的開、停由手動(dòng)操作。發(fā)生器的開、停由手動(dòng)操作。分組自動(dòng)控制方式分組自動(dòng)控制方式整個(gè)系統(tǒng)分調(diào)節(jié)池水位、生化池水位、清整個(gè)系統(tǒng)分調(diào)節(jié)池水位、生化池水位、清水池水位、集水池水位、溢流泵、羅茨風(fēng)機(jī)自動(dòng)機(jī)組。水池水位、集水池水位、溢流泵、羅茨風(fēng)機(jī)自動(dòng)機(jī)組。控制要求：當(dāng)按下分組自動(dòng)按鈕時(shí)，被按下按鈕的燈閃亮，控制要求：當(dāng)按下分組自動(dòng)按鈕時(shí)，被按下按鈕的燈閃亮，當(dāng)選當(dāng)選定定 主、備電機(jī)按鈕后，分組自動(dòng)按鈕指示燈長(zhǎng)亮；當(dāng)主、備電機(jī)按鈕后，分組自動(dòng)按鈕指示燈長(zhǎng)亮；當(dāng) 水位達(dá)到上水

16、位達(dá)到上限時(shí)，限時(shí)， 電機(jī)停止而按鈕指示燈轉(zhuǎn)為閃亮。電機(jī)停止而按鈕指示燈轉(zhuǎn)為閃亮。全自動(dòng)方式控制要求全自動(dòng)方式控制要求即全自動(dòng)準(zhǔn)備按鈕啟動(dòng)后系統(tǒng)進(jìn)入全自即全自動(dòng)準(zhǔn)備按鈕啟動(dòng)后系統(tǒng)進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)硬件設(shè)計(jì)包括：硬件設(shè)計(jì)包括：PLC PLC 系統(tǒng)配置、系統(tǒng)配置、 PLC PLC 接線圖、中文顯示器接線圖、中文顯示器（1 1）PLC PLC 系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置 工藝要求：工藝要求： 1414臺(tái)被控設(shè)備開、啟、臺(tái)被控設(shè)備開、啟、4 4種控制方式種控制方式 運(yùn)行、停止、故障狀態(tài)的燈指示運(yùn)行、停止、故障狀態(tài)的燈指示PLCPLC配置：采用軟件編程方法配置：采用軟件編程方法 1 1個(gè)帶燈按鈕表示個(gè)帶

17、燈按鈕表示1 1臺(tái)設(shè)備的全部控制與狀態(tài)指臺(tái)設(shè)備的全部控制與狀態(tài)指 示功能，加上示功能，加上4 4種控制方式及其切換種控制方式及其切換 需配置需配置2424個(gè)帶燈按鈕個(gè)帶燈按鈕 整個(gè)系統(tǒng)需要開關(guān)量輸入整個(gè)系統(tǒng)需要開關(guān)量輸入4040點(diǎn)與開關(guān)量輸出點(diǎn)與開關(guān)量輸出3232點(diǎn)點(diǎn) 選用德國(guó)選用德國(guó)SIEMENSSIEMENS的的S7-200S7-200主機(jī)主機(jī)CPU226CPU226， 有開關(guān)量有開關(guān)量2424輸入輸入1616輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)， 數(shù)字量擴(kuò)展模塊數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223EM223， 提供開關(guān)量提供開關(guān)量1616輸入輸入/16/16輸出點(diǎn)輸出點(diǎn)2 2硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)1 K A2 K A3 K A

18、7 K A1 0 K A9 K A4 K A5 K A6 K A1 1 K A1 2 K A8 K A1 3 K A1 4 K A1 A N2 A N3 A N1 8 A N1 9 A N2 0 A N4 A N9 A N8 A N1 6 A N1 2 A N1 5 A N1 3 A N1 7 A N2 1 A N2 2 A N2 3 A N2 4 A N1 號(hào) 風(fēng) 機(jī)2 號(hào) 風(fēng) 機(jī)2 號(hào) 生 化 泵1 號(hào) 生 化 泵集 水 池 泵反 洗 水 泵C L O 2 發(fā) 生 器1 號(hào) 調(diào) 節(jié) 泵2 號(hào) 調(diào) 節(jié) 泵柵 格 機(jī)計(jì) 量 泵2 號(hào) 溢 流 泵熱 風(fēng) 幕1 號(hào) 溢 流 泵1 號(hào) 風(fēng) 機(jī) 燈2

19、號(hào) 風(fēng) 機(jī) 燈1 號(hào) 生 化 泵 燈2 號(hào) 生 化 泵 燈1 號(hào) 調(diào) 節(jié) 泵 燈2 號(hào) 調(diào) 節(jié) 泵 燈1 號(hào) 溢 流 泵 燈2 號(hào) 溢 流 泵 燈全 自 動(dòng) 準(zhǔn) 備 燈全 自 動(dòng) 啟 動(dòng) 燈調(diào) 節(jié) 池 自 動(dòng) 燈生 化 池 自 動(dòng) 燈清 水 動(dòng) 啟 動(dòng) 燈集 水 池 自 動(dòng) 燈溢 流 泵 自 動(dòng) 燈風(fēng) 機(jī) 自 動(dòng) 燈生 化 半 自 動(dòng) 燈報(bào) 警 燈蜂 鳴 器 1 號(hào) 風(fēng) 機(jī) 2 號(hào) 風(fēng) 機(jī) 1 號(hào) 生 化 泵 2 號(hào) 生 化 泵集 水 池 泵反 洗 水 泵 C L O 2 發(fā) 生 器 1 號(hào) 調(diào) 節(jié) 泵 2 號(hào) 調(diào) 節(jié) 泵柵 格 機(jī) 計(jì) 量 泵 1 號(hào) 溢 流 泵 2 號(hào) 溢 流 泵熱 風(fēng) 幕

20、全 自 動(dòng) 準(zhǔn) 備全 自 動(dòng) 開 停 調(diào) 節(jié) 池 上 上 限調(diào) 節(jié) 池 上 限調(diào) 節(jié) 池 下 限 調(diào) 節(jié) 池 下 下 限生 化 池 上 上 限生 化 池 上 限生 化 池 下 限 生 化 池 下 下 限 集 水 池 上 上 限集 水 池 上 限集 水 池 下 限 集 水 池 下 下 限 清 水 池 上 上 限清 水 池 上 限清 水 池 下 限 清 水 池 下 下 限調(diào) 節(jié) 池 自 動(dòng)生 化 池 自 動(dòng)清 水 池 自 動(dòng) 集 水 池 自 動(dòng)溢 流 泵 自 動(dòng) 風(fēng) 機(jī) 自 動(dòng) 生 化 半 自 動(dòng) 消 除 警 報(bào)圖 1 5 - 1 5 P L C 輸 入 輸 出 接 線 圖I 0 .0I 0 .1

21、I 0 .2I 0 .6I 0 .5I 0 .4I 0 .3I 0 .7I 1 .0I 1 .1I 1 .2I 1 .6I 1 .5I 1 .4I 1 .3I 1 .7I 2 .0I 2 .1I 2 .2I 2 .6I 2 .5I 2 .4I 2 .3I 2 .7I 3 .0I 3 .1I 3 .2I 3 .6I 3 .5I 3 .4I 3 .3I 3 .7I 4 .0I 4 .1I 4 .2I 4 .6I 4 .5I 4 .4I 4 .3I 4 .71 7 A N1 8 A N1 9 A N2 3 A N2 2 A N2 1 A N2 0 A N2 4 A N1 A N2 A N3 A N7

22、 A N6 A N5 A N4 A N8 A N9 A N1 0 A N1 1 A N1 5 A N1 4 A N1 3 A N1 2 A N1 6 A NQ 0 .0Q 0 .1Q 0 .2Q 0 .6Q 0 .5Q 0 .4Q 0 .3Q 0 .7Q 1 . 0Q 1 .1Q 1 .2Q 1 .6Q 1 .5Q 1 .4Q 1 .3Q 1 .7Q 2 .0Q 2 .1Q 2 .2Q 2 .6Q 2 .5Q 2 .4Q 2 .3Q 2 .7Q 3 .0Q 3 .1Q 3 .2Q 3 .6Q 3 .5Q 3 .4Q 3 .3Q 3 .7 S 7 - 2 0 0 C P U 2 2 6E M 2

23、 2 32 4 V D C2 2 0 V A C（2 2） PLCPLC 輸輸 入入 輸輸 出出 接接 線線 圖圖 （3 3）中文顯示器）中文顯示器 操作界面選用操作界面選用TD200TD200中文文本顯示器。中文文本顯示器。 特點(diǎn)：簡(jiǎn)潔、價(jià)格低、操作界面連接簡(jiǎn)單不需要獨(dú)立電特點(diǎn)：簡(jiǎn)潔、價(jià)格低、操作界面連接簡(jiǎn)單不需要獨(dú)立電 源，用電纜連接到源，用電纜連接到S7-200CPUS7-200CPU的的PPI PPI 接口上接口上 3 3程序設(shè)程序設(shè) 計(jì)計(jì)14.3.4 14.3.4 聚合釜溫壓儀表控制系統(tǒng)聚合釜溫壓儀表控制系統(tǒng)1 1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述2 2 總體方案總體方案3 3 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)4

24、4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)1 1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述n1）工藝流程）工藝流程當(dāng)反應(yīng)物流入聚合釜中，開當(dāng)反應(yīng)物流入聚合釜中，開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生氣體，排出口引到氣相始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生氣體，排出口引到氣相色譜儀進(jìn)行在線檢測(cè)氣體的成分和含量。釜內(nèi)色譜儀進(jìn)行在線檢測(cè)氣體的成分和含量。釜內(nèi)的反應(yīng)物介質(zhì)為酸性腐蝕性氣體，且產(chǎn)生很高的反應(yīng)物介質(zhì)為酸性腐蝕性氣體，且產(chǎn)生很高的壓力。的壓力。n2）測(cè)控要求）測(cè)控要求溫度常態(tài)溫度常態(tài)200oC5oC，壓力，壓力最高最高10Mpa。要求計(jì)算機(jī)顯示屏上能實(shí)時(shí)顯要求計(jì)算機(jī)顯示屏上能實(shí)時(shí)顯示、記錄示、記錄4個(gè)釜中的個(gè)釜中的4點(diǎn)溫度與壓力的數(shù)據(jù)變化點(diǎn)溫度與壓力的數(shù)據(jù)變化，而且顯

25、示記錄參數(shù)的時(shí)間周期可以在秒、分，而且顯示記錄參數(shù)的時(shí)間周期可以在秒、分、時(shí)之間任意調(diào)整。電加熱器的功率為、時(shí)之間任意調(diào)整。電加熱器的功率為1000W、220VAC。2 2 總體方案總體方案 該例采用底層測(cè)控、上層監(jiān)視的上、該例采用底層測(cè)控、上層監(jiān)視的上、下兩層控制方案。因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)只有下兩層控制方案。因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)只有4個(gè)個(gè)溫度控制回路和溫度控制回路和4個(gè)壓力檢測(cè)參數(shù)，且溫個(gè)壓力檢測(cè)參數(shù)，且溫度、壓力傳感器的輸出信號(hào)均是模擬量度、壓力傳感器的輸出信號(hào)均是模擬量信號(hào)，所以底層測(cè)控裝置采用智能型數(shù)信號(hào)，所以底層測(cè)控裝置采用智能型數(shù)字儀表，同時(shí)通過字儀表，同時(shí)通過RS485現(xiàn)場(chǎng)總線連接現(xiàn)場(chǎng)總線連接到

26、上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集、到上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)列表、操作顯示，以及信號(hào)處理、數(shù)據(jù)列表、操作顯示，以及人機(jī)對(duì)話等多個(gè)任務(wù)。人機(jī)對(duì)話等多個(gè)任務(wù)。3 3 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)1）工藝控制流程圖設(shè)計(jì)）工藝控制流程圖設(shè)計(jì) （1）溫度傳感器）溫度傳感器 WREK-191E型鎧裝熱電型鎧裝熱電偶，規(guī)格偶，規(guī)格1.51003000mm。 （2）壓力傳感器）壓力傳感器 離子束薄膜壓力傳感器，離子束薄膜壓力傳感器，型號(hào)型號(hào)TQ-551，量程，量程016MPa，工作電壓，工作電壓24V，輸出電流，輸出電流420mA，精度為，精度為0.1 ，適應(yīng)，適應(yīng)于于-40+400的溫度環(huán)境，而且具

27、有高穩(wěn)定的溫度環(huán)境，而且具有高穩(wěn)定性、抗震動(dòng)沖擊、耐腐蝕的全不銹鋼結(jié)構(gòu)。性、抗震動(dòng)沖擊、耐腐蝕的全不銹鋼結(jié)構(gòu)。 2）測(cè)量傳感器選型）測(cè)量傳感器選型 3）溫度顯示控制儀選型）溫度顯示控制儀選型 選用選用4臺(tái)廈門宇光電子公司的臺(tái)廈門宇光電子公司的AI人工人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器智能工業(yè)調(diào)節(jié)器/溫度控制器，型號(hào)為溫度控制器，型號(hào)為AI708/A/G/S。4）壓力巡回檢測(cè)儀表選型）壓力巡回檢測(cè)儀表選型 選用廈門宇光電子公司的選用廈門宇光電子公司的AI系列儀系列儀表，型號(hào)為表，型號(hào)為AI704M/A/J5/J5/S4 。5）測(cè)控系統(tǒng)及儀表盤設(shè)計(jì)）測(cè)控系統(tǒng)及儀表盤設(shè)計(jì) 4 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)采用亞控公司的組態(tài)

28、王軟件進(jìn)行編程采用亞控公司的組態(tài)王軟件進(jìn)行編程 。14.3.5 14.3.5 基于基于PLCPLC與與IPCIPC的鍋爐的鍋爐 綜合控制系統(tǒng)綜合控制系統(tǒng) 1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述2 總體方案總體方案3 硬件構(gòu)成硬件構(gòu)成4 控制策略控制策略5 PLC軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)6 操作站軟件設(shè)計(jì)操作站軟件設(shè)計(jì)1 1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 鍋爐房配備鍋爐房配備2臺(tái)臺(tái)10t/h熱水鍋爐、熱水鍋爐、1臺(tái)臺(tái)20t/h熱水鍋熱水鍋爐和爐和1臺(tái)臺(tái)6t/h蒸汽鍋爐，均為鏈條爐。其中蒸汽鍋爐蒸汽鍋爐，均為鏈條爐。其中蒸汽鍋爐用于為浴池、食堂、中央空調(diào)等提供蒸汽，必要時(shí)增用于為浴池、食堂、中央空調(diào)等提供蒸汽，必要時(shí)增加汽水換熱裝置用

29、于補(bǔ)充供熱。加汽水換熱裝置用于補(bǔ)充供熱。3臺(tái)熱水鍋爐用于全院臺(tái)熱水鍋爐用于全院教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)和家屬區(qū)的供暖。在設(shè)計(jì)中將全部供教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)和家屬區(qū)的供暖。在設(shè)計(jì)中將全部供暖面積按地勢(shì)及所處地理位置劃分成暖面積按地勢(shì)及所處地理位置劃分成5個(gè)獨(dú)立的供熱區(qū)個(gè)獨(dú)立的供熱區(qū)域，分別為高區(qū)教學(xué)區(qū)、低區(qū)教學(xué)區(qū)、高區(qū)生活區(qū)、域，分別為高區(qū)教學(xué)區(qū)、低區(qū)教學(xué)區(qū)、高區(qū)生活區(qū)、低區(qū)生活區(qū)和綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，每個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)換熱站低區(qū)生活區(qū)和綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，每個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)換熱站，配兩臺(tái)板式水，配兩臺(tái)板式水-水換熱器實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域的獨(dú)立供熱。水換熱器實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域的獨(dú)立供熱。這樣，這樣，3臺(tái)熱水鍋爐作為供熱系統(tǒng)的一次網(wǎng)循環(huán)，臺(tái)熱水鍋

30、爐作為供熱系統(tǒng)的一次網(wǎng)循環(huán)，5個(gè)個(gè)換熱站作為二次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)校園的供熱任務(wù)。換熱站作為二次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)校園的供熱任務(wù)。4臺(tái)臺(tái)鍋爐的鼓風(fēng)、引風(fēng)以及一次、二次網(wǎng)循環(huán)泵均采用變鍋爐的鼓風(fēng)、引風(fēng)以及一次、二次網(wǎng)循環(huán)泵均采用變頻調(diào)速器進(jìn)行控制。頻調(diào)速器進(jìn)行控制。 1）對(duì)象簡(jiǎn)介）對(duì)象簡(jiǎn)介 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)1臺(tái)蒸汽鍋爐、臺(tái)蒸汽鍋爐、3臺(tái)臺(tái)熱水鍋爐和熱水鍋爐和5個(gè)換熱站的監(jiān)視和控制，具體如下。個(gè)換熱站的監(jiān)視和控制，具體如下。（1）蒸汽鍋爐的控制回路包括：蒸汽鍋爐的控制回路包括：汽包水位控制、蒸汽壓汽包水位控制、蒸汽壓力控制、鼓風(fēng)控制、爐膛負(fù)壓控制。力控制、鼓風(fēng)控制、爐膛

31、負(fù)壓控制。（2）熱水鍋爐的控制回路包括：熱水鍋爐的控制回路包括：出水溫度控制、鼓風(fēng)（出水溫度控制、鼓風(fēng)（控制、爐膛負(fù)壓控制?？刂?、爐膛負(fù)壓控制。（3）一次循環(huán)系統(tǒng)的控制回路包括：一次循環(huán)系統(tǒng)的控制回路包括：循環(huán)壓力控制、補(bǔ)循環(huán)壓力控制、補(bǔ)水壓力控制。水壓力控制。（4）二次換熱站的控制回路包括：二次換熱站的控制回路包括：循環(huán)壓力（控制、二循環(huán)壓力（控制、二次網(wǎng)出水溫度控制、補(bǔ)水壓力控制。次網(wǎng)出水溫度控制、補(bǔ)水壓力控制。 其中，蒸汽鍋爐測(cè)量點(diǎn)有汽包水位等其中，蒸汽鍋爐測(cè)量點(diǎn)有汽包水位等20個(gè)、熱水個(gè)、熱水鍋爐測(cè)量點(diǎn)鍋爐測(cè)量點(diǎn)19個(gè)、換熱站及公共部分測(cè)量點(diǎn)個(gè)、換熱站及公共部分測(cè)量點(diǎn)40個(gè)。個(gè)。 2）

32、控制任務(wù)）控制任務(wù)2 2 總體方案總體方案吸收了吸收了DCS、PLC與與FCS的各方優(yōu)的各方優(yōu)點(diǎn)，采用點(diǎn)，采用IPC+組態(tài)組態(tài)軟件軟件+PLC構(gòu)成的分構(gòu)成的分散型控制系統(tǒng)方案，散型控制系統(tǒng)方案，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由管理其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由管理層、監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)層、監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)控制層三個(gè)層次構(gòu)控制層三個(gè)層次構(gòu)成成 。3 3 硬件構(gòu)成硬件構(gòu)成1）操作站）操作站選用研華公司生產(chǎn)的選用研華公司生產(chǎn)的Pentium 4工控機(jī)，并配置工控機(jī)，并配置10/100MHz以太網(wǎng)卡和支持以太網(wǎng)卡和支持Profibus、MPI、PPI等總線方式的等總線方式的5611通通訊卡。訊卡。2）現(xiàn)場(chǎng)控制站）現(xiàn)場(chǎng)控制站 （1）1#控制站?？刂普?/p>

33、。即即PLC1控制控制1#、2#和和3#熱熱水鍋爐水鍋爐 。（2）2#控制站?？刂普尽＜醇碢LC2負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)4#蒸汽鍋爐、公蒸汽鍋爐、公共部分和五個(gè)換熱站的控制與監(jiān)測(cè)任務(wù)共部分和五個(gè)換熱站的控制與監(jiān)測(cè)任務(wù) 。（3）操作臺(tái)與儀表。）操作臺(tái)與儀表。操作臺(tái)上安裝有計(jì)算機(jī)操作臺(tái)上安裝有計(jì)算機(jī)、顯示儀表、手操器及變頻器的啟動(dòng)停、顯示儀表、手操器及變頻器的啟動(dòng)停止按鈕等。止按鈕等。（4）變頻器。）變頻器。整個(gè)系統(tǒng)共有整個(gè)系統(tǒng)共有22臺(tái)變頻器，全臺(tái)變頻器，全部選用美國(guó)羅克韋爾公司（原美國(guó)部選用美國(guó)羅克韋爾公司（原美國(guó)AB公司）公司）的風(fēng)機(jī)、泵類專用變頻器的風(fēng)機(jī)、泵類專用變頻器PowerFlex400系系列。列

34、。4 4 控制策略控制策略1）數(shù)據(jù)采集與處理）數(shù)據(jù)采集與處理 PLC負(fù)責(zé)，采集并進(jìn)行數(shù)字濾波、負(fù)責(zé)，采集并進(jìn)行數(shù)字濾波、量綱標(biāo)度變換、熱電阻、熱電偶的線性化等處理工作。量綱標(biāo)度變換、熱電阻、熱電偶的線性化等處理工作。2）汽包水位控制）汽包水位控制采用串級(jí)加前饋構(gòu)成的三沖量控制策略采用串級(jí)加前饋構(gòu)成的三沖量控制策略 。3）蒸汽壓力控制）蒸汽壓力控制采用智能采用智能PID算法控制汽壓回路，引入算法控制汽壓回路，引入蒸汽流量做為前饋量以快速消除負(fù)荷擾動(dòng)蒸汽流量做為前饋量以快速消除負(fù)荷擾動(dòng) 。4）鍋爐鼓風(fēng)控制）鍋爐鼓風(fēng)控制 自動(dòng)尋優(yōu)算法自動(dòng)尋優(yōu)算法 。5）爐膛負(fù)壓控制）爐膛負(fù)壓控制取鼓風(fēng)量作為負(fù)壓控制回路的前饋量消取鼓風(fēng)量作為負(fù)壓控制回路的前饋量消除擾動(dòng)。除擾動(dòng)。6）出水溫度控制）出水溫度控制 鍋爐出水溫度的設(shè)定曲線是一條與室鍋爐出水溫度的設(shè)定