毕业设计23锅炉辅助系统的PLC设计

第 I 页 锅炉辅助系统 的 PLC 设计 摘要 目前，自动化技术日益完善与成熟，在工业生产和科学发展扮演了日益重要的角色。生产过程自动化的程度已成为衡量工业企业现代化水平的一个重要标志。 本 论 文主要介绍了 以下方面： 锅炉除灰、除渣系统方案 ;可编程控制器（ PLC） 的发展 、组成 和 工作原理 ;PLC在除灰、除渣系统中的应用 ； 组态软件的系统组成 、 强大的组态功能以及使用方法。 本论文的设计思想是以 气力除灰 为原理构建 锅炉 除灰、 除渣系统， 由此 把组态王强大的监控和显示功能与西门子 S7-200系列可编程控制器（ PLC）的现场控制完美的结合在一起 。我在设计过程中 利用 SIEMENS PPI通信协议实现上位机与下位机的关联， 构建了 完整的工业过程组态模拟控制系统。 然后是程序的设计以及系统设计的硬件构成等组成了本次的主体设计思路。 关键词： PLC，除灰，除渣， 组态 软件 第 II 页 The Design of PLC in Boiler Assistance System Abstract At present, with its perfection and maturity,automation technique,gradually plays a more important part in science development and industry production .The degree of automation technique used in product line has become an important mark of measuring the enterprise modernization level. This paper mainly introduces the project of the boiler removing dusts and residue system with the development and work principle and constitute of the PLC.It also introduces its application in boiler removing dusts and residue system, and the constitute and strong function and the concrete operation method of Kingview is also introduced.Design purpose this paper is to establish the boiler removing dusts and residue system with the principle of energy removing dusts. Therefore it can combine the supervision and manifestation function of Kingview with the spot control of SIEMENES S7 200 series PLC perfectly. In the course of my design,I make use of the SIEMENS PPI correspondence agreement to carry out the connection of honor machine and next machine,and establish an integration of the industrial process Kingview imitation control system. The design of the procedure and the hardware constitution of the system design are what this design is mainly about. Keywords:PLC， Removing dusts， Removing residue， Kingview software 第 III 页 目录 绪论 . 1 1 设计系统概述 . 3 1.1 锅炉除灰系统概述 . 3 1.1.1 气力除灰系统工作原理 . 4 1.2 除渣系统概述： . 7 2 S7 200可编程控制器介绍 . 10 2.1 可编程控制器（ PLC）简介 . 10 2.1.1 PLC的由来及定义 . 10 2.1.2 PLC分类及其发展概况 . 11 2.1.3 可编程逻辑控制器的主要功能和特点： . 12 2.1.4 可编程逻辑控制器的基本组成和工作原理： . 14 2.2 S7-200可编程控制器介绍： . 18 2.2.1 S7 200PLC 的特 点 . 18 2.2.2 S7 200PLC 的基本指令 . 19 3 工业组态软件 组态王介绍 . 21 3.1 组态软件介绍 . 21 3.1.1 组态软件的发展概况 . 21 3.1.2 组态王简介 . 22 3.1.3 组态王的特点： . 23 3.2 组态王 6.5版本介绍 . 24 3.2.1 工程管理器 . 24 3.2.2 工程浏览器 . 25 3.2.3 信息窗口 . 25 4 组态王和 PLC在控制系统中的实现 . 27 4.1 锅炉除灰系统 . 27 4.1.1 锅炉除灰系统 I/O分配表 . 27 4.1.2 锅炉除灰系统硬件构成 . 28 第 IV 页 4.1.3 除灰系统程序设计 . 28 4.1.4 组态王下创建除灰系统画面 . 32 4.2 锅炉除渣系统 . 42 4.2.1 锅炉除渣系统 I/O分配表 . 42 4.2.2 锅炉除渣系统硬件构成 . 44 4.2.3 除渣系统程序设计 . 45 4.2.4 组态王下创建除渣系统画面 . 48 4.2.5 除渣系统中所有定义的变量 . 48 4.3 上下位机通信连接 . 50 4.3.1 下装程序 . 50 4.3.2 组 态王 I/O 设备测试 . 51 5 实验结果和结论 . 53 参考文献 . 54 附录 . 55 附录一 锅炉除灰系统 PLC程序 . 55 附录二 锅炉除渣系统 PLC程序 . 64 致谢 . 77 第 1 页 绪论 社会 的需求是促使技术不断更新，产品不断改朝换代最基本的原动力。组态软件的出现使得自动化领域又发生了一次深刻的变革。借助控制技术、计算机技术和微电子技术，自动化控制将更好地融入到工业、农业、国防、民用生产和第三产业的各个领域当中。社会正朝着自动化、智能化、信息化，朝着高效率、高品质、绿色无污染的方向发展。 随着计算机技术、通信技术和网络技术的发展，新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济及开发周期短等优点。 PC机（包括工控机 ）相比以前的专用系统具有明显的优势：首先 PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已日臻完善成熟；由 PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本； PC 的软件资源和硬件资源丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在 PC技术向工业控制领域的渗透中，监控组态软件起到了越来越重要的作用。 组态（ Configuration）为模块化任意组合。通用组态软件主要特点有（ 1）延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变 时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；（ 2）封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；（ 3）通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（ PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的 I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限 制。 在 PLC（可编程序控制器）问世之前，工业控制领域中以继电器控制占主导地位。但是随着 PLC 的出现，继电器控制系统的缺点（体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差）就充分显示了出来。可编程序控制器（ Programmable Controller,英文速写为 PC、 后又称为 PLC）是以微处理器为 第 2 页 基础，综合了计算机技术 、 半导体集成技术 、 自动控制技术 、 数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动化控制装置。它面向控制过程 、 面向用户 、 适应工业环境 、 操作方便 、 可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱（ PLC、机器人和 CAD/CAM）之一。 PLC 控制技术代表着当前程序控制的先进水平， PLC装置已成为自动化系统的基本装置。近年来，在工业控制的各个领域中， PLC更是得到了广泛的应用，充分展示了高稳定性，极强的适应性。 本次设计围绕组态软件技术和可编程控制器技术，以组态王和西门子S7-200系列可编程控制器为例，实现 PLC 在锅炉辅助系统中控制。 第 3 页 1 设计 系统概述 本次设计以锅炉辅助系统 PLC（包括气力除灰控制系统和除渣控制系统）为背景，西门子 S7-200CPU226 作为控制器， 用工业组态软件组态王 6.5软件进行上位机监控。下面简要介绍一下设计要求： 一般来说，锅炉设备的组成主要包括两部分：一部分是锅炉本体，由锅筒、炉排减速机、燃烧室、对流管束、过热器、省煤器和空气预热器等组成；另一部分是锅炉的辅助和附属设备，主要由通风装置、给水和蒸汽供应装置、运煤和除渣装置、除尘装置和锅炉安全附件等组成。任何一种设备出现问题，都会影响锅炉的 “ 出力 ” 和整体效果。 应根据具体情况选择合适的除尘、除渣装置。 1.1 锅炉除灰系统概述 锅炉煤粉燃烧后将产生大量的煤灰 ,煤灰若由烟卤排出 ,势必对大气造成污染 .为了保护大气环境 ,早期的电厂一般都采用水除灰的办法 ,这不仅浪费 ,污染水资源 ,而且增加了回收煤灰的难度 ,故推出气力除灰技术 ,即将煤灰吸收到灰斗中 ,再在气压的作用下输送到灰库 ,从而实现煤灰回收利用。 锅炉除尘器经历过从干式旋风除尘 -多管旋风除尘 -麻石水膜除尘 -静电除尘的过程。目前，随着国家对环境保护的重视程度和环境保护要求的日益提高，以及滤袋的国产化和使用寿命的延长，锅炉尾部除尘又有回到布袋除尘的趋势。 目前最常用的除灰方法是气力除灰 ,气力 除灰 是清洁生产的一个重要环节，它是以密封式输送管道代替传统的 机械输送物料的一种工艺过程，具有如下特点： 布置灵活、输送距离长 节能高效 集中输送和回收利用 在特殊粉体输送中更具优势 为无泄漏输送、无二次污染 第 4 页 气力除灰 在火力发电厂、化工厂、水泥厂、制药厂、粮食加工厂等的一些原材料、粉粒料在输送生产工程中产生的环境污染越来越得到广泛的重视。气力 除灰 技术于是 也 得到了逐步的推广。 1.1.1 气力除灰系统工作原理 每台锅炉的气力除灰系统各有除灰管线 3 条，一条为复合斜多管飞灰发送装置，另两条为空预器飞灰发送装置。 (1)复合斜多管飞灰发送装置： 复合斜多管飞灰发送装 置设有一个主灰斗和两个副灰斗，每个灰斗均设有料位检测装置，只要有任意一个料位计指示料位高，则进行一次气力除灰过程。除了料位信号外，还设有时间信号，当时间信号到时也自动进行一次气力除灰过程。 (2)空预器飞灰发送装置： 每台锅炉空气预热器设有两个灰斗，即两套飞灰发送装置。两套装置公用一条输灰管，任意一台发送器料位高信号到，则两台发送器同时发送。同时，每套发送装置还设有时间信号，当发送时间到时，系统将自动进行一次发送过程。 下图为只有一条管线的除灰装置示意图。 图 1.1 除灰装置示意图 第 5 页 (3)飞灰发送过程： 复合斜多管飞灰发送过程与空预器飞灰发送过程相同，现以复合斜多管飞灰发送过程为例， 作如下说明 ： 当任意料位高信号或时间信号到时，该系统将进行飞灰发送过程。 首先对总的输送气源压力和仪用气源压力进行判断，如果 在 5 秒钟内检测到 两个压力中有任意一个为低信号，则停止发送过程，并进行报警。 压力信号满足时，同时关闭三个灰斗的进料阀，然后给密封圈加压（密封阀得电）。 对密封压力信号进行检测，如果密封压力信号在 5 秒种之内仍然为低信号时，则发送过程停止，并进 行密封压力低报警。 密封压力信号满足后，打开出料阀，并对出料阀开到位信号进行检测。如果在 5 秒钟之内到位信号没有到，则停止发送过程，并进行出料阀未到位报警。 出料阀开到位信号检测到以后，应依次打开进气阀和补气阀， 进行除灰过程。在吹灰过程 40秒完成之后将对该系统管线压力进行检测， 如果在 5秒钟之内检测到的管线压力仍然为高信号，则表明灰并没有被吹掉或有堵灰情况发生，此时应停止除灰过程，并进行报警。 当灰被吹掉之后，表明除灰的目的已经达到，之后应该依次关掉进气阀 、补气阀 以及密封阀，最后打开三个灰斗的进料阀，除灰 过程结束。 若系统运行过程中发生故障报警，则所有打开的阀门立刻关闭，待故障排除后按动复位按钮即可消除报警信号，系统才可以再次启动。 以下为此次除灰系统流程图： 第 6 页 开 始是 否 满 足 除 灰 条 件 ?Y E SN O密 封 圈 加 压气 源 压 力 到 否 ?N ON ON ON OY E SY E SY E SY E S密 封 压 力 到 否 ?打 开 出 料 阀关 闭 进 料 阀出 料 阀 开 到 位 否 ?打 开 进 气 阀延 时 3 秒 打 开 补 气 阀气 力 除 灰 4 0 秒管 道 压 力 低 ?关 闭 进 气 阀关 闭 补 气 阀关 闭 出 料 阀密 封 圈 泄 压打 开 进 料 阀停 止 除 灰 过 程 并 报 警图 1.2 除灰系统流程图 第 7 页 1.2 除渣系统概述： 除渣控制系统的任务是在锅炉运行过程中排出的渣后能及时、高效、清洁地将灰渣从锅炉底部的灰渣输送到灰渣库。 锅炉的排渣系统由底渣冷却、底渣输送、渣仓及配套卸渣设备组成。冷渣系统的主要设备有高温排渣阀和冷渣器等组成，底渣输送系统的主要设 备有埋刮板除渣机（或皮带输送机）、斗式提升机等组成，渣仓及配套卸渣设备主要有脉冲布袋除尘器、干渣散装机、双轴搅拌加湿机、真空压力释放阀等组成。 此次设计由于时间和条件的限制只完成其之一部分的控制，主要是灰渣输送过程，其除渣系统示意图如下： 图 1.3 除渣系统示意图 使系统处于自动状态，然后按动“系统选择”按钮对 A、 B系统进行选择，按动系统启动按钮，系统开始启动，启动顺序如下： 按照 A、 B 系统的选择，从 M6 埋刮板输送机开始，间隔 8 秒钟按下列顺序进行启动： M6 M5 M4 G1。若启动过程无故障，当 G1电 动给料机正常运行 5秒钟后，“系统运行”灯亮，表明系统启动过程已经结束，进入正常工作状态。正常工作时运行的设备显示为红色。 在启动过程中如果某设备有故障发生 ,选择 A系统为例，则按启动顺序，除 第 8 页 进行报警外，其 对 应的 B 系统的设备将自动启动，而在其之后的设备仍按照原来的 A系统进行启动。例如 M6A启动时发生故障，则 M6B将自动启动。 要求电动给料机 G1A只有在 M4A运行时才运行， G1B只有在 M4B运行时才运行。三通分料器 S1（ S2），只有在 M5B（ M6B）运行时才打向 B 侧，其余时刻均打向 A 侧。只有在 M6A 运行且 S2 已 A 侧到位，或 M6B 运行且 S2 已 B 侧到位时才能启动 5#埋刮板；同理，只有在 M5A 运行且 S1已 A侧到位，或者 M5B 运行且S1已 B侧到位时才能启动 4#埋刮板。 系统正常启动后，“系统运行”灯将亮。如果在系统运行过程中某设备由于故障而停止时，则其备用系统将自动启动，即可以实现自动切换；正常运行时若按动“系统停止”按钮，系统将按与启动顺序相反的顺序停止；当 AB两系统都发生故障时，或者 G1A与 M4B、 G1B与 M4A都发生事故，此时系统不能正常运行，系统总报警灯将成红色闪烁状态，同时系统将自动停止，其停止规则为：当任意设备 AB两侧都发生事故 ，则在其之前正常工作的 设备将立刻停止， 而在其之后正常工作的 设备将 按照与启动顺序相反的顺序 延时 5 秒 自动停止； 系统中还设有“复位”按钮，当有故障发生时（相应的设备呈 红色 闪烁状态），应对其进行记录，待故障被排除后，按动“复位”按钮，即可消除故障状态。 系统才可以再次启动。 同时系统中还设有急停按钮， 如果 系统运行过程中发生人为事故或是需要所有设备立刻停止时，按动此按钮即可让所有设备立刻停止。 以下为除渣系统的部分流程图： 第 9 页 开 始启 动 M 6 A 启 动 M 6 BM 6 B 是 否 故 障M 6 B 事 故 报 警系 统 故 障 停 止M 6 A 是 否 故 障M 6 A 事 故 报 警M 6 A 是 否 故 障M 6 B 是 否 故 障进 入 下 一 步系 统 A / B 选 择选 择 A 系 统 选 择 B 系 统N O Y E SY E SN O N OY E SY E SN O图 1.4部分除渣系 统流程图 以上为此次设计的控制 要求， 从系统的可行性和难易程度以及经济方面考虑，我采用德国西门子公司出品的小型可编程控制器 S7 200 来编程控制，同时使用北京亚控公司产品组态王 6.5 来实现上位机监控！ 其中可编程控制器S7 200将在第二章中作详细介绍，组态王 6.5将在第三章中作详细介绍。 第 10 页 2 S7 200 可编程控制器 介绍 2.1 可编程控制器（ PLC）简介 2.1.1 PLC 的由来及定义 在 20 世纪 60 年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电 器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期越来越短，这样，继电器控制装置就经常的需要重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一状况，美国通用汽车公司在 1968 年公开招标，要求用新的控制装置来取代继电器控制装置，并提出十项招标指标： (1)编程方便，可随时修改程序。 (2)维修方便，采用模块化结构。 (3)可靠性高于继电器控制装置。 (4)体积小于继电器控制装置。 (5)数据可直接输入管理计算机。 (6)成本可于继电器控制装置竞争。 (7)输入可以是交流 115v。 (8)输出为交流 115v,2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等。 (9)在扩展时，原系统只要很小的变更。 (10)用户程序存储器容量至少能扩展到 4k。 1969年，美国数字设备公司（ DEC） 研制出第一台 PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，并取得了满意的效果，可编程控制器至此诞生。 PLC问世以来，尽管时间不长，但是它的发展十分迅速。为了使这一新型工业控制装置的生产和发展标准化，美国电气制造商协会 (NEMA)经过四年的调查工作，于 1980年首先将其正式命名 PC(Programmable Controller)，并给出了其定义。以后国际电工委员会 (IEC)又先后颁布了 PLC标准的草案第一稿、第二 第 11 页 稿，在 1987 年 2 月通过了对它的定义 :“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为 工业环境应用而设计制造的计算机，它具有丰富的输入 /输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件则需根据控制要求进行设计编制。 2.1.2 PLC 分类及其 发展概况 随着工业可编程控制器的迅猛发展， PLC发展呈现出多元化，其种类繁多且各有特点。 PLC按照信息点数来分可分为小型 PLC，中型 PLC和大型 PLC。 (1)小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 点数一般在 128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量 I/O 以外，还可以连接模拟量 I/O 以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。 (2)中型 PLC 中型 PLC采用模块化结构，其 I/O 点数一般在 256 1024 点之间。 I/O的处理方式除了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。 (3)大型 PLC 一般 I/O点数在 1024点以上的称为大型 PLC。大型 PLC 的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型 PLC 还可以采用三 CPU 构成 第 12 页 表决式系统，使机器的可靠性更高。 PLC按结构形式还可以分为整体式，模块式和叠装式三种。 (1)整体式 PLC：整体式 PLC是将电源、 CPU、 I/O部件都集中在一个机箱内。其结构紧凑、体积小、价格低。一般小型 PLC 采用这种结构。整体式 PLC 由于不同 I/O点数的基本单元和扩展单元组成。基本单元内有 CPU、 I/O和电源。扩展单元内只有 I/O 和电源。 整体式 PLC 一般配备有特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使 PLC的功能得以扩展。 (2)模块式 PLC：模块式结构式将 PLC 各部分分成若干个单独的模块，如电源模块、 CPU模块、 I/O模块合格功能模块。模块式 PLC配置灵活，装配方便，便于扩展和维修。一般大、中型 PLC宜采用模块式结构。 (3)叠装式 PLC： 将整体适和模块式结合起来，称为叠装式 PLC。它除了基本单元外还有扩展模块和特殊功能模块，配置比较方便。叠装式 PLC 集整体式PLC与模块式 PLC有点于一身，它结构紧凑、体积小、配置灵活、安装方便。 随 着 PLC功能的不断完善，性能价格比的不断提高， PLC 的应用面也越来越广 。目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电子、机械制造、汽车、船舶、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行各业。 可编程控制器的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了 可编程逻辑控制器的发展。而 可编程逻辑控制器 的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。 今后， 可编程逻辑控制器 主要在下面几个方面发展：（ 1）小型化、专业化、低成本方向 发展。（ 2）系列化、标准化、模块化方向发展。（ 3）高速大容量、高性能方面发展。（ 4）网络化方面发展。 2.1.3 可编程逻辑控制器的主要功能和特点： 随着 PLC 的不断发展， 可编程逻辑控制器 已从小规模的单机顺序控制发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域，能组成工厂自动化的 可编程逻辑控制器 综合控制系统。 PLC的功能来看，它的应用范围大致包括以下几个方面： 第 13 页 (1)逻辑控制： PLC具有逻辑运算功能，可以实现各种通断控制。 (2)定时控制： PLC具有定时控制功能。它为用户提供几十个甚至上千个计时器，其计时时 间设定值既可以由用户在编制用户程序时设定，也可以由操作人员在工业现场通过人一机对话装置实时地设定，完成定时或延时控制。计时器的实际计时值也可以通过人一机对话装置实时地读出或修改。 (3)计数控制： PLC具有计数控制功能。它为用户提供几十个甚至上千个计数器，其计数设定值的设定方式同计时器计时时间设定值的一样。一般计数器的计数频率较低，如需对频率较高的信号进行计数，则需要选用高速计数器模块，其最高计数频率可达 5OkHz;或者选用具有内部高速计数器的 PLC，例如日本三菱公司的 FX系列 PLC可以提供计数频率最高达 1OkHz 的内部高速计数器。计数器的实际计数值也可以通过人一机对话装置实时地读出或修改。 (4)步进 (顺序 )控制： PLC具有步进 (顺序 )控制功能。在新一代的 PLC中，还可以采用 IEC 规定的用于顺序控制的标准化语言 顺序功能图编制用户程序，使得 PLC 在实现按照事件或输入状态的顺序控制相应输出的场合显得更简便。 (5)PID控制： PLC具有 PID控制功能。 PLC可以接模拟量输入和输出模拟量信号。为了既能完成对模拟量的 PID 控制，又不加重 PLC 的 CPU 负担，因此，一般选用专门的 (PID)控制模块实现 PID 的控制。 (6)数据处理： PLC具有数据处理能力。它能进行这种算术运算、数据比较、数据传送、数制转换、数据显示和打印、数据通信等功能。新一代的大、中型PLC还能进行函数运算、浮点运算等。 (7)通信和联网：新一代的各类 PLC 都具有通信功能。它既可以进行 远程 控制，又能实现 PLC 和 PLC、 PLC和计算机之间的通信。因此，使用 PLC可以很方便地构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，是实现工厂自动化的理想控制器。 (8)其它： PLC 还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，例如 :定位控制模块， CRT 模块 等 。 可 编程逻辑控制器 主要有下面几个特点：（ 1）可靠性高，抗干扰能力强。（ 2）适应性强，应用灵活。（ 3）编程方便，易于使用。（ 4）控制系统设计、安装、 第 14 页 调试方便。（ 5）维修方便、维修工作量小。（ 6）网络化。 2.1.4 可编程逻辑控制器 的基本组成和工作原理： PLC实质上是一种工业控制计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故 可编程逻辑控制器 与计算的组成十分相似。从硬件结构看，它也有中央处理器（ CPU）、存储器、输入 /输出（ I/O）接口、电源等组成。 可编程控制 器的基本组成如下图所示 : 图 2.1 可编程控制器的基本组成图 PLC各部分的作用 （ 1）中央处理单元 中央处理单元是 PLC 的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处理器是 PLC 的运算和控制中心，由它实现逻辑运算、数字运算、协调控制系统内部各部分的工作。它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。其主要任务有：控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中；诊断电源、 PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误 等； PLC 进入运行状态后，存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传递、逻辑运算或数字运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄 第 15 页 存器的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。 （ 2）存储器 PLC系统中的存贮器配有系统程序存贮器和用户程序存储器。 系统程序存储器 ： 系统程序存储器用于存放 PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在 PROM或 EPROM 存储器中，用户不可访问或修改。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它关系到 PLC 的性能。系统程序包括系统监控程序、 用户指令解释程序、标准程序模块、系统调用、管理等程序以及各种关系参数等。 用户程序存储器 ： 用户程序存储器 由 用户程序区、数据区、参数区 三部分构成 。用户程序区用于存放用户竟编程器输入的应用程序。为了调试和修改方便，总是先把用户程序存放在随机读写存储器 RAM 中，经过运行考核，修改完善，达到设计要求后，再把它固化到 EPROM 中，替代 RAM使用。 （ 3）输入、输出单元 输入、输出单元是可编程序控制器的 CPU 与现场输入、输出装置或其他外部设备之间的连接接口部件。输入单元将现场的输入信号，经过输入单元接口电路的转换，变换 为中央处理器能接受和识别的低电压信号，送给中央处理器进行运算；输出单元则将中央处理器输出的低电压信号变换为控制期间所能接受的电压、电流信号，以驱动信号灯、电磁阀、电磁开关等。所有输入、输出单元均带有光耦合电路，其目的是把 PLC 与外部电路隔离开来，以提高 PLC 的抗干扰能力 。 （ 4）编程器 编程器是 PLC 的重要外部设备。它的作用是供用户进行程序的编程、编辑、调试和监视等。编程器有简易型和智能型两类。简易型编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转换位语句表格式，才能送入。智能编程器由程图形编程器，它可以联机，也可 以脱机编程，具有 LCD（液晶显示器）或（ CRT）图形显示功能，可直接输入梯形图和通过屏幕对话。 （ 5）电源单元 电源单元是 PLC 的电源供给部分。它的作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。有的电源单元还向外提供 24V 隔离直流电源，可供 第 16 页 开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。 （ 6）外围接口 外围接口主要包括：扩展接口、通信街口、智能 I/O接口。 PLC除上述五部分外，随机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程，实现监控以及网络通讯，常用的外部设备有编程器，打印机，盒式磁带录音机，计算机等。 PLC的工作原理简述如下： 可编程控制器是一种工业控制计算机，故他的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，即使通过执行反应控制要求的用户程序实现的。但 CPU 是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能最一件事。所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，便成为时间上的串行 ，由于计算速度极高。各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入 输出响应是滞后的。概括 而言， PLC 的工作方式是一个不断循环的顺序扫描方式。每一次扫描所用的时间称为一个扫描周期或工作周期。 CPU从第一条指令开始，按顺序逐条的执行用户程序直道用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。 PLC工作的全过程可用图 2.2所示的运行框图来表示。 第 17 页 电 源 O N内 部 处 理输 入 处 理 （ 输 入 传 送 ， 远 程 I / O ）通 信 服 务 （ 外 设 ， C P U ， 总 线 服 务 ）更 新 时 钟 ， 特 殊 寄 存 器C P U 运 行 方 式执 行 程 序输 出 处 理执 行 自 诊 断P L C 正 常存 放 自 诊 断 错 误 结 果致 命 错 误C P U 强 制 为 S T O P S T O PR U NYNNY图 2.2 PLC 运行框图 第 18 页 PLC整个运行过程可分为三部分： 第一部分是上电处理。机器上电后对 PLC 系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化， I/O模块配置检查，停电保持范围设定及其他初始化处理。 第二部分是扫描过程。 PLC上电处理完成以后进入扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，再次进 行时钟、特殊寄存器更新。当 CPU处于 STOP方式时 ， 转入执行自诊断检查。当 CPU处于 RUN方式时， 还要完成用户程序的执行和输出处理，在转入执行自诊断检查。 第三部分是出错处理。 PLC 每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定 PLC自身的动作是否正常，如 CPU、电池电压、程序存储器、 I/O、通信等是否异常或出错，如检查出现异常时， CPU面板上的 LED 及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时， CPU被强制为 STOP方式，所有的扫描 停止。 2.2 S7-200 可编程控制器介绍 ： 2.2.1 S7 200 PLC 的特点 西门子公司的 S7-200可编程控制器是西门子公司研发的一种小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。 S7-200在下列领域已得到了广泛的应用：机床电气、纺织机械、印刷机械、塑料机械、包装机械、烟草机械、冲压机械、铸造机械、运输岱、食品工业、化学工业、陶瓷工业、环保设备、电力自动化设备、实验室设备、电梯、中央空调、真空装置、恒压供水和换工系统中各种泵和电磁阀的控制等。 S7-200系列 PLC 属于整体式（单元式）结构， 其特点是非常紧凑。它将所有 的模板都装入一个机体内，构成一个整体。这样体积小巧，成本低，安装方便。整体式 PLC可以直接装入机床火电控柜中，它是机电一体化特有产品。 S7-200的可靠性高，可用梯形图、语句表（即指令表）和功能块等 3种语言来编程。它的指令丰富，指令功能强，易于掌握、操作方便。 S7-200可编程控制器内置有高速计数器、高速输出、 PID控制器、 RS-485 编程接口、 PPI通信协议、 MPI通信协议和自由方式通信功能， I/O端子排可以很容易地拆卸。最大可扩展到 248点数字量 I/O或 35路模拟量 I/O， 最多有 26KB 程序和数据存储空 第 19 页 间。 2.2.2 S7 200PLC 的基本指令 （ 1） 位逻辑指令 位逻辑指令依靠两个数字 1 和 0 进行工作，这两个数字组成二进制系统，数字 1和 0称之为二进制数或间称为位。在触点与线圈中， 1表示启动或通电，0表示没有启动或没有通电。 功能及说明：常开触点在其线圈不带电时，触电是断开的，触电的状态为OFF或为 0。当线圈带电时，其触电是闭合的触点的状态是 ON或是 1。该指令用于网络块逻辑运算开始的常开触点与母线的连接；常闭触点在其线圈不带电时，触电是闭合的，触电的状态为 0或为 1。当线圈带电 时，其触电是断开的，触点的状态是 FFO 或是 0。该指令用于网络块逻辑运算开始的常闭触点与母线的连接。 （ 2） 定时器指令和计数器指令 S7 200 PLC为用户提供了三种类型的定时器：接通延时定时器 TON，记忆接通延时定时器 TONR，断电延时定时器 TOF。 S7 200 PLC定时器有 3个精度等级。 1ms、 10ms、 100ms。 定时器的定时时间 T的计算： T=设定值精度等级 说明：接通延时定时器用于单一时间间隔的定时。记忆接通延时定时器具有记忆功能，它用于对许多间隔的累计定时，而断电延时定时器用于断电后的单一时 间间隔计时。 同样也有三种计数器：加计数器 CTU。减计数器 CTD，加减计数器 CTUD。 加计数器由加计数器标志符 CTU，计数脉冲输入端 CU，加计数器的复位信号输入端 R，加计数器的设定值 PV 和计数器编号 Cn 组成。它的最大计数值为32767。减计数器和加减计数器的组成与加计数器类似。 （ 3） 比较指令 比较指令是将两个操作数按指定条件进行比较。条件成立时，触电就闭合，所以比较指令实际上也是一种位指令。在实际用于中，使用比较指令为上下限 第 20 页 控制以及数值条件判断提供了方便。比较指令的类型有：字节比较，整数比较。双字整数比 较和实数比较。字节比较时无符号的，其他类型为有符号的。 比较指令的关系符有：等于 =、大于 、小于 、大于等于 =、小于等于 =等 6种。 说明 :当比较数 1和比较数 2的关系符合比较符的条件时，比较触电闭合，后面的电路被接通。否则比较触电断开、后面的电路不接通，比较指令相当于一行条件的常开触点，当比较关系成立时，触电闭合；不成立时，触电断开。 此外 PLC 还有一些其他指令，如：程序控制指令，通信指令，输入输出指令，中断指令，转移指令，表操作指令等。 S7 200PLC指令丰富，指令功能强，易于掌握、操作方 便 ,且它具有通信和联网功能 ,可以 方便的与组态软件实现上下位机的连接的来完成整个工业过程组态模拟控制系统。本次设计将采用它来 编写程序来 控制锅炉除灰 、除渣系统。 第 21 页 3 工业组态软件 组态王介绍 3.1 组态软件介绍 组态的概念最早来自于英文 Configuration,它指一些数据采集与过程控制的专用软件，它是在自动化控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简洁的使用方法，其预置的各种软件模块可以非常容易的实现和完成监控层的各种功能，并能同时支持各种厂家 的计算机和 I/O 设备，与高性能的工控计算机和网络系统结合，向控制层和管理层提供软硬件的接口，进行系统集成。组态软件的出现是伴随着当今控制界主流产品 DCS 而出现。由于每一套 DCS 都是比较通用的控制系统，可以应用到很多领域中，为了使用户在不需要编代码程序的情况下便可以生成自己需要的应用系统，每个 DCS 厂商在 DCS 中都预装了系统软件及应用软件，而其中的应用软件实际上就是组态软件。 3.1.1 组态软件的发展概况 目前世界上的组态软件有几十种之多国际上比较知名的代表产品例如：美国 Wonder Ware公司的 Intuch、美国 Intellution 公司的 Fix、德国西门子公司的 WINCC、澳大利亚 CITECH公司的 Citech、北京亚控科技发展公司的组态王（ Kingview）、三维科技公司的力控、昆仑软件公司的 MCGS 等等。大多数组态软件都可运行在 Windows98/NT 环境下，比较理想的环境是 Windows2000 和Windows NT。组态软件