供暖锅的压力温度检测及PLC控制装置的设计.doc

毕业设计说明书 供暖锅的压力、温度检测及 plc 控制装置的设计 学 院：电气学院 专 业：电气工程及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2012 年 6 月 摘 要 i 摘 要 本毕业设计是利用 plc 控制供暖锅炉的各个电机，主要包括以下部分：鼓 风机、引风机、炉排机、上煤机等电机的启停，并利用变频器来调整鼓风机的 速度，从而达到了控制供暖锅炉的压力和温度的目的。本设计的 plc 采用全自 动的控制方法，同时具有测量、显示、数据处理和报警的功能。采用了变频器 可以达到节约能源的目的，同时还有利于环保。plc 具有强大的数据处理功能， 它也可以扩展多个模块，增加其输入/输出口。 通过温度、压力传感器将电流信号传送至 em235，它是一个模拟量输入/ 输出模块，它可以将电流信号送至 plc 变为数字量，plc 将对这个信号进 行处理，将处理后的结果送至 em235，em235 将模拟信号即电流信号传送至 变频器进行调节。从而实现了对温度和压力的检测。 关键词： 供暖锅炉，变频器，plc abstract ii abstract this subject is about the plc control heating boiler control motor: blower, blower, grate, the coal machine motor start and stop, and controlled by frequency converter blower speed, thereby controlling the pressure and temperature of heating boiler. the design of the plc using automatic control method, simultaneously with the measurement, display, data processing and alarm function. converter with energy saving, environmental protection. plc has a powerful function of data processing, it also can be extended to multiple modules, increasing the input / output port. using the temperature, pressure sensor to the current signal to the analog input / output module of em235, the current signal is sent to the plc into digital quantity, plc on the signal processing, the processed results are sent to the em235, em235 analog signal is current signal is transmitted to the frequency regulator. to realize the temperature and pressure detection. key words: heating boiler， frequency converter， plc 目 录 iii 目 录 摘 要i abstract（英文摘要）ii 目 录 .iii 第一章 引 言 .1 1.1 课题的背景 1 1.2 供暖锅炉的发展1 第二章 设计内容及方案.3 2.1 设计内容3 2.2 设计方案4 第三章 变频器原理及其设置.6 3.1 西门子 mm420 变频器简介.6 3.2 变频器的调速原理8 3.3 变频器参数设置8 3.4 变频器的控制方式9 第四章 控制设备的选型.10 4.1 plc 的选型 10 4.2 em235 简介12 4.3 温度和压力传感器15 4.4 td200 文本显示器15 第五章 供暖锅炉控制系统硬件设计.18 5.1 主电路图18 5.2 控制电路图18 第六章 供暖锅炉控制系统软件设计.21 6.1 主要梯形图21 6.2 主要指令表25 结 论 .27 目 录 iv 参考文献 .28 致 谢 .29 附 录 .30 第一章 引 言 1 第一章 引 言 1.1课题的背景 以前的供暖锅炉的炉排都采用固定的方式，以煤或燃气做燃料，加煤操作 和除渣操作常用人工控制。随着机械化的发展逐渐采用自动化的方式，在此期 间人们想到了链条式的，可以自动控制的炉排。 炉膛在刚发明出不久，它其实并不高，由此见得煤的使用率不高。之后， 人们对炉膛有了更深刻的研究，有了更深的认识，对炉膛进行改造，加装了炉 拱和更好的通风系统。从而大大提高了效率。 之前的锅炉通过控制挡风板来控制调节进气量，这种方式过于浪费能源， 鼓风机，经常处于满负荷运转状态。造成了不必要的损失。同时也对环境造成 了较大的污染。这种落后的调节方式势必遭到历史的淘汰。改善资源的利用率， 节约能源的困境逐渐显露在人类面前。 1.2 供暖锅炉的发展 随着改革开放的不断深入，社会取得了巨大的成就，人们幸福指数大大提 高，人们更加在意供热质量，每到冬季，我国的北方便变得寒冷，许多地方都 采用集中供暖的方式为用户供暖。而原有的设备相对落后，与时代脱节。多数 采用手工操作，这样的话就离不开人。这样便既不节约时间也不节约精力，极 不科学，有悖于科学发展观。这一情况需要进一步的优化，为了提高能源利用 率，使自动化的控制方式在锅炉控制系统中得到应用，将 plc 应用于锅炉控制， 将落后的方式逐渐淘汰，新方法逐渐推广。 变频器的一大功能是能够完成无级调速。变频调速备受人们青睐，它是较 为先进的控制速度的方式之一。它要比异步电动机调压调速方式更为可靠。而 串级调速的方式不具有平滑性。在锅炉系统中它逐渐地引人关注。要想把鼓风 机控制好，人们想到用变频器控制它。 往往在锅炉的燃烧控制系统中，人们对风速、风量等控制对象的调整根据 第一章 引 言 2 生产的实际情况来满足客户的需求。而现在人们还采用惯有的方法即调节风门， 改变挡板的开度的大小，由此来调整被控制的装置。在这种情况下，风机一直 处于全速运行状态，这样的运行则使得能量白白的浪费在风门和挡板处。 近年来，为贯彻和落实科学发展观，同时也为广大用户着想，变频调速器 逐渐受到人们的青睐。它的操作方便、维护容易等优势是其它装置所不具备的， 它的功能更加强大，所以采用变频器调速的手段开始逐渐取代原有控制方案。 第二章 设计内容及方案 3 第二章 设计内容及方案 2.1 设计内容 为了加强对学生智能的培养，更好的使理论与实践相结合，真正做到增长 知识与发展能力的统一，本次毕业设计的基本任务，是着重提高学生在电力电 子技术、电气控制方面的实践技能和科学作风，将理论和实践更好的统一起来， 加深认识。通过本次毕业设计，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能， 逐渐熟悉开展科学实践的程序办法。通过“供暖锅炉的 plc 控制”的毕业设计， 期望实现以下的目的：1 了解供暖锅的工作工程；2 熟悉 plc 的使用，同时对 其编程方法和调试步骤有较为深刻的认识；3 温度、压力的检测的方法以及对 模拟信号的处理；4 保护环节在控制系统中的应用；5 通过毕业设计写作，掌 握其基本方法、步骤及要求。供暖锅炉的工作示意图如图 2-1 所示。 图 2-1 供暖锅炉的工作示意图 随着社会的发展，对环境要求的提高，居民对生活质量的提高，对家庭供 暖的要求也不断提高，这要求供暖的质量，确保安全、可靠、经济。特安排此 次毕业设计，主要目的是培养同学的分析问题和解决问题的能力，加深理论与 实际的结合的能力，涉及的主要内容为可编程控制器的使用、编程方法、调试 及运行，以及电力电子技术中有关变频的技术，变频器的挑选和操作，其它必 备的知识。 第二章 设计内容及方案 4 2.2 设计方案 plc 的作用是接收现场数据采集单元传来的数据，控制现场的变频器和风 机等执行机构。plc 是整个控制系统的核心部件，采用西门子 s7-200 系列可编 程逻辑控制器，cpu226，它的运算能力以及通讯能力比其它 plc 优越，可方 便地进行数据处理和通讯。 输入单元可以将现场的压力和温度收集起来。温度传感器同时还有压力变 送器等负责接收各个信号。其中，对于模拟信号的输入和输出，较为广泛使用 的是德国西门子公司出产的 em235 模块，它的模拟量输入模块可以收集各种 传感器送来的 4ma20ma 信号，同样模拟量输出模块可以输出 4ma20ma 信 号，利用它输入到变频器来调节变频器的频率。 执行单元由各个风机、变频器等组成。 plc 程序要用梯形图来制作，这个程序可划分为多个小部分，例如有数据 采集，也包含数据处理，同时具有故障报警等功能，它们各自的功能是： 数据采集部分收集各个温度和压力参数，以便做出判断。 故障报警与处理模块是比较重要的一部分，它判断系统是否正常工作，并 在出现故障时发出报警信号。 数据处理部分是重中之重。它根据采集到的回水温度，同时还要测量炉膛 的负压，依靠偏差算法，控制变频器的频率。 在本设计中变频器控制鼓风机来控制其风速，而引风机，炉排机，上煤机 等由 plc 直接控制。鼓风机向炉膛送风的大小直接影响着温度，由此看出对于 温度的控制鼓风机是关键。但这里面也有引风机和上煤机的参与。测锅炉的温 度即间接地测量水管中的回水的温度。温度变送器将信号传至 plc,plc 再对信 号处理，处理后的信号再传至变频器，依靠设计的编程，变频器再控制鼓风机。 温度的控制由此实现。鼓风机速度的变化必然导致压力的变化，若炉膛负压在 要求范围内，则不需调整，若炉膛负压超过规定范围，应按照控制压力优先的 原则，会对鼓风机有相应的调速。 水压的控制要通过控制鼓风机，采用压力变送器接受压力信号，控制水的 第二章 设计内容及方案 5 压力保持在规定的值。 温度的实现：温度的传感器要用到热电偶，它将温度信号经过一系列的变 化转化为 4ma20ma 的标准电流信号，而且这个电流信号还要和温度信号建 立一个关系，这个关系最好是线性关系。将此信号送至 em235 模块，在进入 plc，经过一系列处理好变为和温度等值的数，显示该数，同时与设定值作比 较。经过 plc 的处理输出 4 ma20ma 的信号，这个信号会经过 em235 模块， 送至变频器，再由变频器控制鼓风机。 压力的控制方法同温度的控制方法类似，不再赘述。控制图见图 2-2。 plcplc td200 上煤机 正反转 引风机 炉排机 出渣机 plc em235 压力、温度 信号 补水泵 变频器鼓风机 图 2-2 系统控制图 第三章 变频器原理及其设置 6 第三章 变频器原理及其设置 3.1 西门子mm420变频器简介 西门子 mm420 系列变频器是专门用于控制三相交流电机的转速的装置。 这个系列有多种型号，从单相供电电压，额定功率为 120w 三相电源电压，额 定功率 11kw，供用户选择。该驱动器是由微处理器控制，并与现代先进技术 水平的 igbt 作为功率输出部分。 选用的 mm420 额定参数为： 电源电压：380v 额定输出功率：0.75kw 额定输入电流：9.9a 额定输出电流：3.9a 外形尺寸：a 型 操作面板：基本操作板（bop） mm420 变频器的内部方块图如图 3-1。 进行主电路接线时，变频器模块面板上的 l1、l2、l3 插孔接三相电源， 接地插孔接保护地线。三个电动机的插孔 u、v、w 则与三相电动机连接到一 块。 mm420 西门子变频器模块面板上引出了 mm420 的数字输入点： din1（端子）；din2（端子）；din3（端子）；内部电源+24v（端子 ）；内部电源 0v（端子）。数字输入量端子可连接到 plc 的输出点（端 子接一个输出公共端，例如 2l）。当变频器命令参数 p0700=2（外部端子控 制）时，可由 plc 控制变频器的启动/停止以及变速运行等。 第三章 变频器原理及其设置 7 图 3-1 变频器内部方块图 基本操作面板的功能概述： bop 具有 7 段显示的功能，而且它能够显示五位数字，它可以显示故障， 第三章 变频器原理及其设置 8 而且能够报警。同样能够设定数值。 3.2 变频器的调速原理 变频器顾名思义是把工频电通过既定好的变化转换成其它各种频率的交流 电，这样就使电动机的运行方式处于改变速度的运行的状态。当今时代采用的 变频器都流行 vvvf 变频方式，首先让工频交流电和整流器连接起来，通过它 继而变为直流电源，之后把直流电源进行进一步的变换，转换后的频率可以进 一步调节，同样转换后的电压也可以进一步地调节，将此信号传送至电动机。 变频器的电路主要包括四个部分，具体的来说：第一部分即最先开始的是整流 环节，第二部分为中间直流部分，紧随其后的是第三部分是逆变环节，最后的 是第四部分为控制环节。变频器的调速技术的作用机理是依赖电动机的转速与 工作时的电源的输入频率成正比的关系得到的即： psfn160 其中表示电机转速； n f 为电动机正常工作时的电源的频率； s 为电动机的转差率； p 为电动机所固有的磁极对数。 由以上的公式得，频率变化了转速也随之变化，这就是变频器调速的原理。 3.3 变频器参数设置 对 bop 面板的参数的设置如表 3-1 所示。 表 3-1 bop 参数 参数设定的值参数设定的值 p00031p00101 p01000p02051 p03001p0304380 p030577p030730000 第三章 变频器原理及其设置 9 3.4 变频器的控制方式 变频器的控制方式有很多，本毕业设计采用的是 u/f 控制方式即 u/f=常数 控制方式 。所谓 u/f 控制，就是通过变频器调整输出侧的电压频率比，来改 变电动机在调速过程中机械特性的控制方式。 经由简易方便的方法调整电源频率并不能满足对异步电动机调速控制的需 要。而能够满足对异步电动机调速控制的变频器应当是一个能将保持不变的电 压，保持不变的交流电调节为可以变化电压，可以变化频率交流电的变换器。 在 u/f 控制的方式中，为了得到比较满意的转矩特性，变频器的输出电压频率 f 和输出电压幅值 u 变为可调。这就是人们把变频器称为 vvvf 变频器的原因。 模拟量的控制：变频器所输出的频率要受到连接它的模拟电压或电流信号 来调整。这个电压或电流与变频器的所输出的频率建立一定的关系，由此实现 调速的目的。对于电压的信号，通常情况下取 010v。而对于电流信号人们一 般往往取 420ma。 由于 plc 不具有直接接收模拟量信号的功能，而且也不能直接输出模拟量 信号，所以要用到模拟扩展模块。plc 可以控制它输出相应的模拟信号，由此 扩展了变频器的输入信号。进一步地调节了变频器所具有的输出频率，电动机 的转速得以按照既定规律变化。 在本次毕业设计中，温度和压力的采集都是电流信号，而且变频器要无极 调速。由此可以看出，要使变频器正常工作的方式是采用模拟量控制的方式。 p03080.8p031050 p03350p06402 p07001p10002 p112015p112120 p11355p13000 p19101p39001 第四章 控制设备的选型 10 第四章 控制设备的选型 4.1 plc的选型 cpu 22x 主机的技术指标如表 4-1 所列。 表 4-1 cpu 22x 系列的技术指标 项目名称cpu221cpu222cpu224cpu226cpu226xm 用户程序区4kb4kb8kb8kb16kb 数据存储区2kb2kb5kb5kbl 0kb 主机数字量输入/输出 点数 6/48/614/1024/1624/16 模拟量输入/输出点数 无16/1632/3232/3232/32 最大输入/输出点数256256256256256 定时器256256256256256 计数器256256256256256 允许最大的扩展模块无2 模块7 模块7 模块7 模块 s7-200 cpu 22x 的电源，对于每个型号，西门子厂家都提供 24v dc 和 120v/240vac 两种电源供电的 cpu 类型。可在主机模块外壳的侧面看到电源 规格。输入接口电路也分有连接外信号源直流和交流这二个型号。输出接口电 路主要有三种类型，第一种也是较为常用的即交流继电器输出型，第二种是直 流晶体管，第三种是晶闸管输出型。cpu 22x 系列 plc 可为用户给出五个型 号各异的 10 种基本单元 cpu 供用户选用，其类型及参数如表 4-2 所示。 第四章 控制设备的选型 11 表 4-2 s7-200 系列 cpu 的电源 型号电源/输入/输出类型主机 i/o 点数 dc/dc/dc cpu 221 ac/dc/继电器 6 输入/4 输出 dc/dc/dc cpu 222 ac/dc/继电器 8 输入/6 输出 dc/dc/dc ac/dc/继电器cpu 224 ac/dc/继电器 14 输入/10 输出 dc/dc/dc cpu 226 ac/dc/继电器 24 输入/16 输出 dc/dc/dc cpu 226xm ac/dc/继电器 24 输入/16 输出 表 4-2 中的电源/输入/输出类型的含义，如为 dc/dc/dc，则表示电源 的输入的类型为直流 24v，输出的类型为直 24v 的晶体管型。如为 ac/dc 继电器，则表示电源类型为 220v 交流，输入类型为 24v 的直流， 输出类型则为继电器型。 cpu 22x 电源供电接线 的图如图 4-1。 图（a）直流供电 图（b）交流供电 图 4-1 cpu 22x 电源供电接线图 为使操作更加简单，将鼓风机、炉排机、上煤机正转和出渣机启动按钮 设为一个。这样做的好处是节省了按钮，操作人员更加一目了然地工作 i/0 分配表见表 4-3。 第四章 控制设备的选型 12 表 4-3 i/0 分配表 输入/输 出地址 符号输入/输出设备 输入/输出 地址 符号 输入/输出设 备 i0.0sb1 鼓风机、炉排机、上煤机正转 和出渣机启动 q0.0km1 引风机星型 继电器 i0.1sb2引风机启动q0.1km2 引风机三角 形热继电器 i0.2sb3上煤机反转q0.2km3 鼓风机继电 器 i0.3sb4 鼓风机、炉排机、上煤机和出 渣机停止 q0.3km4 上煤机正转 继电器 i0.4sb5引风机停止q0.4km5 上煤机反转 继电器 i0.5sb6补水泵启动q0.5km6 出渣机继电 器 i0.6sb7补水泵停止q0.6km7 补水泵继电 器 i0.7sb8引风机热继电器动合触点q0.7km8炉排继电器 i1.0sb9上煤机热继电器动合触点q1.0l1超温指示灯 i1.1sb10补水泵热继电器动合触点q1.1l2超压指示灯 i1.2sb11出渣机热继电器动合触点q1.2ka变频器正转 i1.3sb12变频器正转启动q1.3kr1 引风机热继 电器 i1.4sb13变频器正转停止q1.4kr2 上煤机热继 电器 i1.5sb14变频器故障q1.5kr3 补水泵热继 电器 q1.6kr4 出渣机热继 电器 因为本设计使用了 14 个输入端子，15 个输出端子。外接的信号为交流的 信号，输出接口电路为交流继电器。对比分析知本设计应采用的是 cup 226 型 号。 4.2 em235简介 em235 是广为熟知的、使用率极高的，而且广泛被人接受的模拟量扩展模 第四章 控制设备的选型 13 块，它有四个输入和一个输出。本设计中要采集温度和压力信号，需要两个模 拟量输入，同时还要将信号输送到变频器，需要一个模拟量输出。em235 很合 适。以下将对它进行进一步地说明。其接线图，如图 4-2。 图4-2 em235模拟量扩展的模块 图 4-2 说明了模拟量扩展模块的接线方法，如果接电压信号，则需要把正、 负极直接和 x和 x相连；如果接电流信号，则需将 rx 和 x短接后再接 入电流输入信号的“”端；什么都没连的通道只要把 x和 x短接即可。 鉴于这一模块，它的输入端子必须设置同一个量程，同理它的分辨率也必 须是统一的。下表 4-4 将说明 dip 开关对这个模块的设置。 表 4-4 dip 开关设置 em235 开关 sw1 sw2 sw3 sw4 sw5 sw6 单/双极性选择增益选择衰减选择 on单极性 off 双极性 off off x1 off on x10 onoff x100 onon 无效 onoff off 0.8 第四章 控制设备的选型 14 off onoff 0.4 off off on 0.2 由表可得出结论，sw6 的作用是确定究竟是单极性还是双极性。当 sw6 的显示状态为 on 时，则意味着模块为单极性的输入，sw6 的显示状态为 off 时，则意味着为模块为双极性的输入。输入模拟量的增益选择由两个开关 即由 sw4 和 sw5 共同决定，模拟量的衰减选择则由三个开关共同控制管理， 分别为 sw1，sw2，sw3。 根据之前 6 个 dip 开关的功能进行排列组合，所含有的输入设置如下表 4- 5： 表 4-5 dip 开关的功能的所有组合 单极性 sw1 sw2sw3 sw4 sw5 sw6 满量程输入分辨率 onoffoffonoffon0 到 50mv 12.5v offonoffonoffon0 到 100mv 25v onoffoffoffonon0 到 500mv125ua offonoffoffonon0 到 1v 250v onoffoffoffoffon0 到 5v1.25mv onoffoffoffoffon0 到 20ma 5a offonoffoffoffon0 到 10v 2.5mv 双极性 sw1 sw2sw3sw4sw5sw6 满量程输入分辨率 onoff off onoff off 25mv 12.5v off onoff onoff off 50mv 25v off off ononoff off 100mv 50v onoff off off onoff 250mv 125v off onoff off onoff 500 250v off off onoff onoff 1v 500v onoff off off off off 2.5v 1.25mv off onoff off off off 5v 2.5mv off off onoff off off 10v 5mv 第四章 控制设备的选型 15 6 个 dip 开关的确定也即意味着在这个模块的输入部分的定型。开关设置 也只有在重新上电后才能生效。 本设计采用单极性，因为温度和压力都为正数，而且单极性操作的话会更 加简单。所以 dip 开关设置为 100001。 寻址方式：都是按照扩展顺序进行的。模拟量所具有的数据格式的大小通 常为一个字长，因此得出地址须从带有偶数的字节开始。每个模拟量所应有至 少两个通道，按此规律发展。 4.3 温度和压力传感器 热电偶：测温原理为两个不同的组件两端连接合成回路，在接点处产生电 动势将这种迹象称为热电效应。热电偶温度就是利用这个原理，对于它，一端 被称为工作端，直接用于介质温度的测量，另一端则被称为冷端，冷端则会和 显示仪表连接，表明热电偶所具有的热电动势可以显示被测介质的温度。 测温范围：本设计的温度为 40上下在热电偶的测量范围之内。热电偶完 全满足需要。 yht3015 压力变送器，接管嘴和外壳均采用不锈钢材质，具有很强的抗腐 蚀性和长期稳定性。传感器在宽温度的范围内进行了温度补偿，保证了传感器 的技术指标。有多种压力接口螺纹形式和接线方式，能最大限度的满足客户需 要。广泛应用于气/液压力测控系统、工业设备、医疗设备、制冷设备、恒压供 水、过程控制等领域。 其量程为：0200kpa；输出信号：0/0.5/1.0-4.0/4.5/5.0/10v(三线制)， 420ma(两/三线制)；零点误差：0.5% fs；满度误差：1.0% fs；安全过载 能力：150%。 4.4 td200文本显示器 s7-200 td 设备是一个物优价廉的人机界面(hmi)，使技术人员或用户能够 与应用程序进行信息交流。 td 设备提供了更多功能，例如层级式用户自定义菜单。 td 200c 和 td 第四章 控制设备的选型 16 200 与使用 td200 早期版本（早于 td 200 3.0 的版本，这些版本仅支持来自 s7-200 cpu 的位使能消息）创建的项目完全兼容。 您可以使用现存的 td 200c 或 td 200 设备，而不必修改 s7-200 cpu 中 的控制程序。 s7-200 产品系列可分为四种 td 设备： td 200c：具有 2 行文本显示，每行能够容纳 20 个字符，总共可容纳 40 个字符。td200c 的面板允许用户完全灵活地设计键盘布局和面板。用户可以 创建最多包含 20 个不同大小的按键（键）的自定义键盘，这些按键可以放到 任何背景图片上，并且可以具有不同的形状、颜色或字体。 td 设备由 s7-200 cpu 通过 td/cpu 电缆供电。td 200、td 200c 设备还 可以由加装独立的电源来实现供电。 td 设备包含以下元素：文本显示区域，通信端口，当和一个或多个 s7- 200 cpu 的网络中时，每个 td 设备都是一个网络主站。 s7-200 的 cpu 在变量存储区的参数模块中存储报警和画面的文本、嵌入 变量和格式的资料。 可以使用软件自带的“文本显示向导”来组态该参数块在 v 存储区中的起 始地址，然后“文本显示向导”将分配存储 td 设备信息所需的存储区的空间。 如果为 s7-200 的 cpu 组态多个参数块（每个参数块在 v 存储区中都具有 不同的地址范围）的话，则可以将若干 td 设备绑定到该 s7-200 cpu。可以为 用于每个 td 设备的特定参数块组态 v 存储区地址。 当操作员使用 td 设备上的固有按键来选择画面时，td 设备将从（存储在 s7-200 cpu 的 v 存储区中的）参数块读取画面的信息，并显示相应的画面。 在组态报警时，还需要组态报警位以启动特定报警。用户程序的逻辑将设置此 报警位以在 td 设备上显示相应的报警。在为报警创建文本时，也要指定报警 位。 第四章 控制设备的选型 17 如果将报警组态为需要操作员确认，则该报警还具有一个确认位。td 设 备不断轮询这些报警位，以确定已启动哪些报警。要在 td 设备上显示报警， s7-200 中的 cpu 含有的用户程序首先必须为特定的报警设置报警位。当用户 程序设置了某个报警位后，td 设备就会从 s7-200 cpu 的参数块中读取该报警 位，并显示相应的报警信号。 td 设备必须与 s7-200 cpu 建立联系后即通信才能读取参数块的东西。 必须将 td 设备组态为以与 s7-200 cpu 相同的波特率进行联系。在接通电源 时，td 设备会从 s7-200 cpu 中分析数据。使用软件的文本显示向导可以执行 以下任务：1，组态 td 设备参数；2，创建要在 td 设备上呈现的画面和相应 的报警；3，为 td 设备创建语言集（仅限于 td 200、td 200c 和 td400c）； 4，为提供方便特将参数块分配在 v 存储区。 s7-200 cpu 将 td 设备的组态数据存储在参数块中。将项目（用户程序和 数据块）下载到 s7-200 cpu 时，参数块也将作为数据块的一部分下载。 具体操作过程如下： 单击“工具”菜单下的“文本显示器”，弹出文本显示向导简介画面，单 击下一步按钮，弹出“选择 td 型号和版本”的页面，选择使用的 td 的具体 型号和版本，如选择 td200c 1.0 版。 单击下一步按钮，弹出“标准菜单和更新速度”对话框，确定是否使用密 码保护，如果需要则选择密码保护项，并输入密码，如不需要可以直接单击下 一步按钮。 在弹出的“本地化”对话框中选择想显示文本的语言种类，选择“简体中 文”，单击按钮“下一步”弹出“配置键盘按键”对话框，选择面板上 f1、f2、f3、f4、shift+f1、shift+f2、 shift+f3 、shift+f4。按下与 动作对应的数据位是置位，单击按钮“下一步”，弹出“菜单简介”对话框， 定义用户菜单。单击按钮“下一步”，弹出“定义菜单”对话框，定义用户菜 单，输入菜单单击“添加屏幕”。单击按钮“下一步”，单击确定“是”为菜 单“1”添加屏幕写入温度（）。单击“插入 plc 数据”按钮，选择 vw112，设定小数点右侧位数。用户菜单完成。单击按钮“下一步”。单击按 第四章 控制设备的选型 18 钮“下一步”，弹出“分配存储区”对话框选择与 td200 内部参数对应的 plc 内的数据地址为 vw106。单击按钮“下一步”，弹出“分配存储区对话框”选 择“否”，不将 vw0 作为默认偏移量。单击完成。弹出“完成”对话框。单 击确定“是”确认已实现了 td200 配置向导。 第五章 供暖锅炉控制系统硬件设计 19 第五章 供暖锅炉控制系统硬件设计 5.1 主电路图 本毕业设计的主电路图含有六个电动机。鼓风机采用变频器控制，由于变 频器采用了 u/f 控制方式，故不需要加热继电器。引风机采用星三角降压启动， 保障了电动机的安全运行。上煤机采用正反转控制。炉排机因需要等到煤燃烧 一段时间后在工作，否则煤会不完全燃烧，因此，炉排机应间歇式地工作，炉 排机不需要添加热继电器。补水泵和出渣机工作过程类似，只要整个供暖锅炉 控制系统开始启动，出渣机就要工作。而对于补水泵，只有在水管管道漏水， 并且使水箱中的液位低于预定位置时，才会开始工作。同时在主电路上和个分 支电路上各加了熔断器，给予保护。其电路图如图 5-1 所示。 5.2 控制电路图 控制电路由 plc，em235 模块、同时还有 td200 文本显示器和西门子 mm420 变频器组成。em235 的作用是接收温度和压力的模拟量电流信号。它 把这个信号输送到 plc 内部，plc 在对其进行进一步的运算和处理，同时 td200 会显示当前的温度和压力值。plc 将处理后的信号传送至 em235 模块， 由 em235 模块将模拟量电流送至变频器，变频器再对鼓风机进行变频调速。 当温度和压力超过规定值后，报警指示灯会工作亮。其控制电路图如图 5-2 所 示。 第五章 供暖锅炉控制系统硬件设计 20 r s t ain+ ain- 正转 u v w m1 3 m3 3 m4 3 m5 3 m6 3 l1 l2 l3 fu1 fu2 km3 fu3 kr1 u v w km2 fu4 fu5 fu6 fu7 km8km4 km5 km6 km7 u v w km1 kr2 kr4kr3 qk 鼓风机 引风机 炉排机上煤机 出渣机 补水泵 输入控制 电流 pe 图 5-1 主电路图 第五章 供暖锅炉控制系统硬件设计 21 td200 f1f2f3f4 1l0.70.60.50.42l0.30.20.10.01.71.61.51.41.31.21.13l1.0l1n 0.01m0.41.21.11.00.50.60.71.30.30.20.12.22.42.42.52.62.7ml2m1.51.61.72.02.11.4+ cpu226 220v ra a+ a- rb b+ b- rc c+ c- rd d+ d- m l+ m0 v0 i0 em235 温度 电流信号 压力 电流信号 ain+ ain- r s t m1 u v w pe mm420 输出控制电流 正转 q1.2 故障 i1.5 l1 l2 l3 220v sb1 sb2 sb3 sb4 sb5 sb6 sb7 sb8 sb9 sb10 sb11 sb12 sb13 sb14 km1 km2 km4 km5 km6 km7 km8 l1 l2 ka kr1 kr2 kr3 kr4 km3 图 5-2 控制系统接线图 第六章 供暖锅炉控制系统软件设计 22 第六章 供暖锅炉控制系统软件设计 6.1 主要梯形图 梯形图如下： 为了节省按键，使操作更简便，将鼓风机、炉排机、上煤机和出渣机共用 一个按钮。 引风机采用星三角降压启动，且须在鼓风机启动后才可启动引风机 第六章 供暖锅炉控制系统软件设计 23 上煤机采用正反转，为此要采用电气连锁 当水位达到液位的下限的时候，补水泵启动，当水位达到液位的上限时， 补水泵停止。 第六章 供暖锅炉控制系统软件设计 24 数据的采集要使用定时器中断 将采集的温度电流信号转化为 420ma 标准信号。将它与 050建立一 个线性关系。 第六章 供暖锅炉控制系统软件设计 25 plc 将采集到的信号处理后，通过 em235 模块输出到变频器。 变频器接收到信号后，420ma 电流信号和 050hz 将建立线性关系，通 过变频器调节鼓风机的转速。 第六章 供暖锅炉控制系统软件设计 26 6.2 主要指令表 ld i0.0 /鼓风机、炉排机、上煤机和出渣机启动/ o m0.0 an i0.3 an i1.0 an i1.2 = m0.0 ld t37 /引风机启停，且采用星三角降压启动/ an q0.1 an i0.7 = q0.0 ton t38, 60 ld t38 an i0.7 an q0.0 an t39 = q0.1 ld i0.3 o i0.4 o i0.7 o m0.3 = m0.3 ld m0.3 ton t39, 600 ld m0.3 /上煤机正反转/ an q0.4 an i1.0 = q0.3 ld i0.5 /补水泵启停/ 第六章 供暖锅炉控制系统软件设计 27 o q0.6 an i0.6 an i1.1 = q0.6 ld sm0.0 /定时器中断/ movb 100, smb34 ld sm0.0 /温度信号采集/ movw aiw0, ac0 movw ac0, vw104 movw vw104, vw100 -i +6400, vw100 *i 50, vw100 /i 25600, vw100 movw vw100, vw116 *i +100, vw116 ld sm0.0 /温度信号输出/ movw vw118, vw108 -i +6400, vw108 *i 16, vw108 /i 25600, vw108 +i 4, vw108 movw vw108, aqw0 ld sm0.0 /变频器信号处理/ movw vw108, vw120 movw vw120, vw122 *i 25600, vw122 /i 16, vw122 +i 6400, vw122 结 论 28 结 论 通过对控制系统各种设备的调试，各个模块的连接，供暖锅炉控制系统达 到了预期的效果。供暖锅炉的压力和温度得到了有效地检测。初步掌握了工程 设计和组织实践的基本技能。通过供暖锅炉的 plc 控制的设计，了解了供暖锅 炉的工作过程。 供暖锅炉的各个电动机的运行在保护环节的支持下，可以稳定的运行。它 们状态的平稳为社会生产和生活提供了有力保障。温度和压力信号在 plc 的处 理下，得到了有效地检测。变频器的投入，有效地节约了资源，提高了燃煤的 使用效率。因此，在设计时这是一个亮点。整个锅炉的控制系统是一个十分复 杂的控制系统，它需要各个环节紧密配合，充分考虑到了各个环节之间的相互 影响，避免了各个分系统间的冲突。整个设计系统符合规范，为设备的正常工 作奠定了基础。所选择的器件完全符合规定的要求，既经济又可靠，满足了基 本的需要。 参 考 文 献 29 参考文献 1 于桂音，邓洪伟 .电气控制与 plc.北京：中国电力出版社 ，2010.150180 2 micromaster 420 变频器使用大全，2003.2040 3王兆明. 电气控制与 plc 技术.北京：清华大学出版社 ，2005.7080 4 刘华波. 西门子 s7-200plc 编程及应用案例精选 .北京:机械工业出版社 ， 2009.5055 5廖常初.plc 基础应用.北京：机械工业出版社 ，2003.122130 6 吕景泉.可编程序控制器及其应用 .北京：机械工业出版社 ，200l.5060 7 戴仙金.西门子 s7-200 系列 plc 应用与开发 .北京：中国水利水电出版社 , 2007.3035 8 谢克明,夏路易.可编程控制器原理与程序设计 .北京：电子工业出版 . 2008,7582 9李良仁.变频调速技术与应用北京：电子工业出版社，2004，4755 10 张凤珊.电气控制及可编程序控制器 .北京：中国轻工业出版社 ，2005，6470 11 钟肇新.可编程序控制器原理及应用 .广州：华南理工大学出版社 ，2002，98100 12 李仁.电器控制.北京:机械工业出版社 , 2000,88102 13 邵裕森.过程控制及仪表 .北京：机械工业出版社， 1998，1215 14 王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术 .北京：机械工业出版社， 2001，7780 15 韩安荣.通用变频器及其应用（第二版） .北京：机械工业出版社， 2000，5963.