PDF《基于 PLC的锅炉 内胆水温控制系统设计》

P L C ,工控机与集敝控制系统 PL CJ PC&

DCS '

P L c&

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2 0

0 6年12月 基于 P L C的锅炉内胆水温控制系统设计 De s i g n o f B o i l e r I n n e r W a t e r , t e mp e r a t u r e Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n PL C 宁波大学 信息辩学与工程掌院 毛趺辉 M∞ 岫i摘要:基于P I C的锅炉内胆水温控制系统采用P I C作为控制系统的核心,使用西门予公司的s

7 …

3 0

0 系列 P L c 编程软件 中的 P I D功能块来实现控制算法 ,通过和计算机的通信实现数据的 自动处理和操作的远程控制.

监控画面采用西门子公司的 Wi n c c 组态软件来制作,从而实现对 K 、T 卜T三个参数的在线修改,以及 实时监视被控对象的运行状态 . 关键词:可编程控制器 闭环 P I D 组态软件 Ab s t r a c t : T h e c o n t r o l s y s t e m o f wa t e r - t e mp e r a t u r e i n s i d e t h e b o i l e r a d o p t s P LC a s i t s c o n t r o l s y s t e m k e r n e l , a n d u s e t h e P I D f u n c t i o n b l o c k t o a c h i e v e c o n t r o l a l g o r i t h m b y p r o g r a mmi n g s o f t wa r e o f S i e me n s Co mp a n y '

S S

7 ―

3 0

0 s e r i e s P L C. a nd t h i s s y s t e m C o u l d a u t o ma t i c a l l y h a n d l e d a t a a nd r e mo t e l y o p e r a t e t h r o u g h t h e c o mmu n i c a t i o n b e t we e n P L C a nd c o mp u t e r s . T h e c o n t r o l mo n i t o r s o f t wa r e a d o p t s S i e me n s C o mp a n y '

S Wi n c c

5 .

1 c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e . p u r s u a n t l y c a n a c h i e v e a d j u s t me n t s o f c o n t r o l p a ra me t e r s o n l i n e a n d mo n i t o r t h e r u n n i n g s t a t e o f c o n t r o l l e d o b j e c t o n r e a l t i m e . Ke ywo r d: P LC Cl o s e dL o o p PI D Co n f ig u r a t i o nS o f t wa r e 【 中图分类号】T P

2 7

3 【 文献标识码】B 文章编号

1 6

0 6 ―

5 1

2 3 (

2 0

0 6 )

1 2 -

0 0

5 l 一09l引育

1 .

1 P L C控制柜的组成 (

1 )电源部分 (

2 )C P U模块 西门子S

7 -3

0 0 P L C,型号为C P U3

1 5 -

2 : D P, gl 成了MP I 接口,可以很方便的在 P L C站点、撵作站OS 编程器 P G、操作员面板建立较小规模的通讯 .它还集 成了P ROF I BUS - DP接口,通过DP可以组建更大范嗣 的分布 式 自动 化结 构.工作 电压: DC

2 4 Vl 通讯方式 z CP5

6 1 1网卡进行通讯 , 通讯协议 ;

P R O F I B US ― DP . (

3 ) 模拟量输入模块 采用西t q ~S M3

3 1 ―

7 N F

0 0 - OAB O模拟量辘 ^ 模块. 输入所采集 的信号至控制单元.规格 AI

8 X l

6 b i t , (

4 ) 模拟量输出模块 采用西门子 S M3

3 2 ―5 HD0 l -OABO模拟量输出模 块.输出控制信号至执行机构.规格t AO

4 X l

2 b i t (

5 》 数字量模块 本系统采用西门予. S M3

2 3 -l BH0

1 -

0 AA0数字量模 块,该模块集成了 8路数字量输入通道和 8路数字量输 出 穗遭 锅炉内胆水温控制系统没用到此模块 .但在硬 件组态时 需编入硬件组态.

1 l 2基于 P L C的锅炉内胆水温控制的系统结构 参见图 I,系统控审

4 过程为 : 在锅炉内胆温度闭环控 制系统中,用P t

1 0 0铂电阻检测炉温,温度变送器将P t l O

0 圈1 基于 维普资讯 http://www.cqvip.com ( I q , C I m

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0 B 年l

2 月PLC工控机 与 集散 控 制系统 P L C. I PC &

D CS 输出的微弱电压信号转换为标准量程的电压信号,然后 送给PL C 的模拟量输入模块,经A/D转换后得到与温度 成比例的数字量,C PU将它与温度给定值比较,并按 P I D 控制算法对误差值进行运算,将运算结果( 数字最) 送给 PL C的模拟量输出模块,经D/A转换后变为电流信号, 用来控制三相可控硅移相调压装置的导通角大小,通过 它控制电加热管两端的电压 ,实现对温度的闭环控制. 设计所需要的过程控制系统为 AE2

0 0

0 A 型过程控 制实验装置 ,如图2所示 .

2 锅炉内胆水温控制系统的软件设计

2 .

1 P L C白勺硬件组态控制程序设计 P L C的硬件组态.S TE P 7是西 门子公司针对 S 7系列PLC所开发的一款编程软件,可以通过 MPI 接口实 现PC和P LC之间的通讯.并在PC上对P LC下载和上 载程序.进行组态,组态结束后,在CPU为'

STOP'

模式下点击瘸, 将PLC的硬件组态下载到PLC中.维态结果如图 3所示. 瞳3 硬件组态结果

2 .

2 P L C的控制程序设计 (

1 ) 在'

Blocks中添加所需编程模块,进行编程. 设计中主要用到的编穰模块为 F B

4 .具体添加的模块见 图4所示.图4 程序所建立的模块 (

2 ) 创建 符号表 .如图5 、图5所示,其中用符 号 AI

1 定义为 '

锅炉水温信号 '

的采样通道 , 在模拟 量 输入模块 中的地址为 '

I W 2'

. AI

3 定义为 '

夹套水 温信 号 '

的采样 通道,在模 拟量输入 模块中的地 址为'

IW4'

. AQ

1 定义为 '

电加热控制信号 '

的输出通道 , 在模拟量输出模块中的地址为 '

Q W l 6'

.其余为创建 模块后系统 自动生成的. 图5 符号表之一 图6 符号表之二 (

3 ) P LC编程 .使用 S TE P 7编程软件中的 L AD形式( 即梯形 图形式) 编程. ・打开组织块 OBl ,在OB1中编写 '

夹套温度采集 '

的梯 形图,如图7所示 - ・打开组织块 0B

3 5 ,在OB

3 5中编写 '

锅炉内胆水 维普资讯 http://www.cqvip.com P L C 工控机 与 集散 控{ l } q 系统 P L C. I P C &

DCS '

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2 0 o 6年12月 温PID控制 '

梯形图( 如图8) ,也是本课题 中主要涉及 的程 序・・编好 程序后, 鼠 标点 击l潮将各 个 块的 程 序下 载到PLC中I ・将PLC置于 R U N 模式,运行程序 . 图7 '

夹套漏度采集 '

梯形圈 图8 锅炉内胆水涅 P I D控制梯形图 (

4 ) 程序设计详解 图7中所示的程序在本设计中不是重点,锅炉夹套 温度 的采 集主 要 是一 个参考,水 循环 通 路就 是经过夹 套来给内胆降 温 ,当夹 套 温度 高说 明水 循环 中的 水温 高了,对 内胆的降温效果变差 .网络

1 ( '

Ne t wo r k1 '

) 主要作用是将 读入 的整型 数据转 换 成浮点 数格 式的数 据, AI

3 对应于模拟量输入模块 中的地址为 '

I W4'

,先 将模拟量转 换后的数字量存人双 字格式 的PLC的位存 储MD2

0 .然后经过一个整型转换成浮点型的块 '

DI ― R'

将 数据 转换 成 浮点 数 ,且将 数 据保 存在MD24中.'

Ne t wo r k

1 '

对应的语句表( S TL ) 程序见下文的左边 . '

夹套温度采 集'

H~ : w o r k I : ^( L I

3 l

2 0 T S ^

1 琅a. R T 烈.ooI:褂 a 梯形图所 对 应的 语 句表程 序;

冀t-Odc

2 : ^ ( L 皿24L1.000000e4002帐T皿裙.IIlfOYS^VECLR^)J舶LL/l矗T:舯 P 弧.∞3皿2B2.;

4∞O・删-D32O网络2 ( '

Ne t wo r k 2'

) 主要作用是将对应的浮点数格 式的数据进行标准化.公式为: MD3 2中的数据 =MD2

4 中的数据 ・ (

1 0

0 /

2 7

6 4

8 ) .其中块 MUL ― R 用于浮点 数 的乘法 运算 , '

D I V ―R '

用 于浮点 数 的除法 运算 . '

N e t wo r k

2 '

对应的语句表( S T L ) 程序见图4 ―1 7的右边. 图7中的程序中所示的程序为本设计的主要程序 .用 于实现对锅炉内胆水温的P I D控制.网络 l ( '

Ne t wo r k

1 '

) 主要用于启停 P I D控制模块 F B

4 1 ,DB

1 . DB X0 .

0 是个控制 位,在Wi n c c . 组态软件中定义为一个过程二进制变量,用 于控制网络 l的 通和断 .网络 1对应的 sTL程序为 : Ne t wo r k l :启停 P I D模块 A DB1. DBX 0.

0 / /置1,启动 P I D程序 J NB 一001//置0,等待 CALL C ONT― C , DB41 / /调用 P I D功能模 块COM ― RST : = //当为 TURE时 .初始化 M AN― ON : = // 为 1时手动值 被设置 为操作值 PVPER― ON : =TRU E //TURE使用外围设备输入的过程 变量接通 P ― S E L : = / /为1时打开比例( P) 操作 I : = _ S EL 抽瓜如^,m讯维普资讯 http://www.cqvip.com l H _ c | l F J

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S o c e 年1

2 月PLC.工控机 与 集散 控制 系统 P L C. I PC &

DCS / /为l时打开积分( I ) 操作 I NT― H0 L Dl = //积分分量保持 I 』TL ON{ = //积分分量初始化接通 D , S E L : = . 、/ /为l时打开微分( D) 操作 CYCLE : = //采样时间 S P_ I NT : ;

//内部设定值输入 P V. I N l = //浮点格式的过程变量输入 P V― P E R : = AI l //外设输入的I /O格式的过程变量值 M AN l ;

//操作员手接口输入的手动值 GA1 N : // 比例增益输入 TI - //积分时间输入 TD : //微分时间输入 虬LAG { ;

//微分操作的延迟时间输入 DE ADB― W : //死 区宽度 L MN― HL M //控制器输 出的上限值 L MN― L L M = = //控制器输出的下限值 P V― F AC : = //输入过程变量的系数 P V_ OF F l = //输入过程变量的偏移量 L M N― F AC l = //控制器输出量的系数 L M N. OF F : 一// 控制器 输出量 的偏移量 I ― l TL VALl = //积分操作的初始值 Dl SV : = //扰动输入变量 LM N = = // 浮点格 式的控 制器 输出值 L MN― P E R : = AQ1 / / I /O格式的控制器输 出值 Q LMN― HLM : // 控制器输 出超 出上限 QL MN― L LM : = //控制器输出超出下限 LMN― P : . // 控制器输 出值 中的 比例分量 : L MN_ I : = // 控制器输 出值 中的积分分量 L M N― D : = // 控制器 输出值 中的微 分分量 PV : = // 格 式化 的过程 变量值 输出 . '

E R : = 、 //死区处理后的误差输出 一001:NOP

0 网络2 ( '

Ne t wo r k2 '

) 用于控制模拟量输出模块的输 出映像区地址 Qw

1 6中的内 容是否清零,在PI D模块 F B

4 1停止工作时 .同时将模拟量输 出清零.网络 2对 应的 S TL程序为 : . Ne t wo r k

2 : 模拟量输出清零 AN DB1 . DBX

0 .

0 , ,置l.等祷 J NB 一002//置

0 ,将QW

1 6中的内容清零 L O T AQl 一002:NOP

0 2 .

3 监控画面的设计 . W i r l C C 是西门子公司开发的上位机组态软件 .通过Wi nC C可以与S TE P 7通讯.对控制对象进行远程检 测和控制.监控设计画面如图9所示.脚本程序编辑如 图10所示 . 组态界面设计完毕,保存并激活 WI NC C.运行工 程,可以查看变量曲线的变化,通过对 PI D相应控制参 数 的设定 ,就可 以让测量值 跟踪设定值 ,达到 P I D 控制 维普资讯 http://www.cqvip.com P L C .工控机 与集散控制 系统 PL C. I PC &

DCS ( P L C&

F A )

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0 6年12月 豳9 镊妒内胆沮度控制监控两蕾 图1

0 W, l c 程序编辑 的目的,实现在计算机上对控制对象的监控.

3 基于P L C 的锅炉内胆水........