基于PLC的供暖锅炉多功能控制系统设计

基于PLC的供暖锅炉多功能控制系统设计摘要:随着自动化水平的不断提高，供暖方式也在不断向前发展。实现供暖锅炉多种功能的自动化控制则显得十分必要。本设计选用的控制器为S7-200PLC，编写程序的软件是STEP7-micro/win，通过PLC控制实现供暖锅炉的水力、热力平衡，使整个热网安全、节能、高效、平稳运行。并设置了数据采集模块，故障报警电路，手动和自动切换控制系统，实现了二次供水系统的自动控制等功能。本文首先介绍了供暖锅炉的结构组成及工作原理，接着介绍所设计的供暖系统的软件设计和硬件设计，及各部分需要完成的功能，然后讲述如何编写程序实现相应功能，并在PLC平台上进行模拟实验，进行仿真测试。通过设计由PLC控制的供暖锅炉系统实现相应功能，对生活中居民区供暖系统有着实际的借鉴意义，因此对基于s7-200PLC的供暖锅炉多功能控制系统的研究对日常生活有着重大意义。关键词：PLC，供暖锅炉，s7-200，控制系统TheDesignofMulti-functionControlSystemOFHeatingBoilerBasedonPLCAbstract：Withtheenhancementoftheautomationlevel,heatingmethodsarealsoconstantlymovingforward.Therealizationoftheautomationcontrolofmulti-functionalheatingboilersisverynecessary.S7-200PLCcontrollerwasadoptedinthisdesign,andSTEP7-micro/winsoftwarewasusedtowriteprograms.ByPLCcontrol,thebalanceofwaterpowerandheatingpoweroftheheatingboilerwasrealized,whichenablesthewholeheatsupplynetworktobesafe,energy-saving,efficientandtooperatesmoothly.Dataacquisitionmodule,faultalarmingcircuitandmanualandautomaticswitchingcontrolsystemweresetuptoachievefunctionslikeautomaticcontrolofsecondarywatersupplysystem.Thestructureandworkingprincipleoftheheatingboilerwereintroduced,sowerethedesignofthesoftwareandhardwareoftheheatingsystemandthefunctionsofeachpart.ThenhowtowritetheprogramsforeachcorrespondingfunctionwaselaboratedandsimulationexperimentwasconductedonthePLCplatformforsimulationtest.ThereiscertainpracticalreferencesignificancefortheheatingsystemofresidentialareasbydesigningtheheatingboilersystemcontrolledbyPCLwhichrealizescorrespondingfunctions.Therefore,thestudyofmulti-functioncontrolsystemwhichisbasedons7-200PLCisofgreatsignificancefordailylife.Keywords:PLC,heatingboilers,S7-200,controlsystem目录1前言.11.1选题背景.11.2研究的目的与意义.11.3课题研究内容及其可行性.21.3.1课题研究内容.21.3.2课题可行性.22供暖锅炉概述.42.1锅炉简介.42.2供暖锅炉结构.42.3供暖锅炉种类及特点.42.3.1供暖锅炉种类.42.3.2供暖锅炉特点.52.4供暖锅炉工作原理.52.5供暖锅炉功能实现.63供暖锅炉控制系统设计.73.1控制方案设计.73.2S7-200PLC在系统中的应用.83.2.1PLC的产生与发展.83.2.2S7-200系列概述.123.2.2S7-200系列内部结构.123.2.3S7-200系列工作原理.153.2.4S7-200系列的特点及功能.153.2.5PLC与变频器通讯.163.3供暖锅炉硬件设计.173.3.1电路连接.173.3.2传感器的选择.193.3.3变频器的选择.194供暖锅炉的软件设计.214.1S7-200逻辑设计.214.2供暖系统的软件编程.214.2.1编程语言简介.214.2.2STEP7-micro/win在系统中的应用.224.2.3各模块程序流程图.225供暖锅炉系统程序及仿真.255.1供暖锅炉系统各模块程序.255.1.1供暖锅炉换热系统主程序.255.1.2初始化程序.265.1.3模拟量处理部分程序.285.1.4手动控制部分程序.295.1.5自动控制部分程序.305.2S7-200SIM2.0软件仿真.306结论.35参考文献.36致谢.3801前言1.1选题背景我们通常所说的供暖锅炉是民用生活锅炉的一种，科技发展，岁月变迁，我们的安全常识和意识也在不断提高，常压热水锅炉因其安全性较高，所以人们日常生活所用的基本是这一类锅炉，蒸汽锅炉已不断被淘汰1。在规模不断扩大的工业生产中，以及在人们需求不断增加的日常生活中，锅炉这一充当动力和热源的必需品，也不断适应环境和发展的需要，容量、参数指标及安全性相应提高。环境保护问题越来越重视受到我国的重视，提出了“节能减排”新政策。可编程控制器是在继电器-接触器的基础上逐步发展起来的，其综合了继电器-接触器控制、计算机技术、通信技术以及自动化技术等相关学科，在多种控制系统中都得到了广泛应用。再此之后又引入了微处理器，进入了实用化发展阶段。20世纪末，PLC更加适应于现代工业的需要。随着科技飞速发展，PLC技术已融入人们日常生活的方方面面，具有的通信的能力，构成了可编程控制系统，人机界面也逐步完善。研究基于PLC的供暖锅炉控制系统具有重要应用价值，特别是加入报警、数据采集等多种功能的集中供暖控制系统，将成为未来广泛研究应用的领域。1.2研究的目的与意义随着现代科技和工业的发展，社会资源不断被消耗，不可再生资源不断地减少，导致能源价格飞速上涨，成本不断提高。在开采资源的同时，不可避免地破坏了原有的生态环境，带来了大量的环境污染。因此，环保、节能减排等概念日益受到各国的高度重视。绿色、环保也成为当代社会发展的重要课题，引导着各个行业的发展方向。锅炉市场生长的趋势逐渐转向热效能高、环保、节能等特点2。锅炉也向着更加环保更加安全性能更加优秀的方向发展，未来几年，现有的传统燃气、燃油、燃煤、电、太阳能等锅炉将被逐渐直至完全被更新取代，等次新型锅炉冷凝式汽锅的有害物质排放情况虽有所改善，但在一定的条件下，仍然会造成一些损害。虽然随着科技发展，供暖锅炉的功能在不断强大与完善，但是性能安全节能方面仍不能满足生产发展的需要。PLC以其强大的功能，可以实现复杂的逻辑控制，它与供暖锅炉的结合，大大的提高了锅炉的各项参数。研究基于PLC的供暖锅炉的1控制系统具有重要应用价值，特别是加入多种功能的智能控制系统，将成为未来广泛研究深入的领域。1.3课题研究内容及其可行性1.3.1课题研究内容研究这个课题，目的是通过PLC可编程控制器与传感器、变送器的结合应用来对供暖锅炉进行控制，从而达到现实应用中的要求，在保证安全系数的前提下更加高效的供暖，满足人们需求。通过研究这个课题，要加深对PLC和供暖锅炉的理解，充分掌握以下内容。掌握S7-200系列PLC的结构原理，各部分的功能，以及各种编程语言，通过对PLC可编程控制器的复习，熟悉掌握S7-200PLC的梯形图的编程方法。掌握供暖锅炉的工作原理和组成，通过查阅资料，了解国内外供暖系统和控制的状况，供暖锅炉的发展前景。会硬件电路连接，会设计编写程序，并将程序装载入S7-200sim2.0仿真软件上，程序运行，可以模拟供暖锅炉控制系统运行情况，并检查分析及相应的修改。掌握西门子S7-200系列编程软件，熟悉STEP7-micro/win编程环境，了解各编程语言，并会用相应语言编写程序实现供暖锅炉的特定功能。在本设计的供暖锅炉中，热源烧制的的热量，由送至各换热站，高温高压热水一次网然后各站把一次网的通过换热器转换，并将热能传递给中的高温高压热水二次网，再由二次网的水将热能供给至热用户处2。同时，经冷却后的回水会再次循环水地返回到的之中。换热站的能够驱动中的二次网回水管循环水泵二次网。一次和二次网均设有传感器，报警电路等。本课题主要要求根据供暖循环水流动锅炉的工作原理及控制特点，设计该类型供暖系统的PLC控制过程，包括锅炉功能选择，PLC的选型，PLC电路设计和程序设计。1.3.2课题可行性由于供暖锅炉控制系统实现的功能不是很多，属于小型系统，考虑选用s7-200系列的PLC完成相关功能。2使用的控制元件有换热器一侧的，该阀门的主要作用是控制电动调节阀一次网供热的流量，与此同时，也能够控制的供热量。在和换热器二次网一次网两侧均安装温度传感器和一个室外温度传感器，根据室外的温度，来确定二二次网次测供水的温度值3。编程软件选用西门子公司研发的STEP7-micro/win，它具有功能丰富的指令盒，并且支持程序运行监控功能，可以方便的完成程序的编写，调试，下载，上传等。因此，在以上基础上，编程设计控制的供暖系统是可以完成供暖效果良好，水力热力平衡条件的，此课题是可以完成的。整体的操作具有可行性。32供暖锅炉概述2.1锅炉简介锅炉是一种日常生活中常见的，它能够将化学能、电能等其它形能量转换设备式的能量，转换成热水热气或者，经过传输设备进行输出。它产生的有机的热载体这些能量，可以供人们日常生活所用，比如供暖供热，也可以转化成机械能，带动设备运转工作，也可以进一步转化成电能。还有专门为人们生活提供热水的叫做。用来产生蒸汽，通常被简称为锅炉，这种锅炉用途相当广泛，热水锅炉蒸汽锅炉可用于机器车辆、火力发电站、轮船和工矿企业等等。在现代社会，锅炉给人们的生产生活带来了巨大的便利，成为了一种不可或缺的设备。2.2供暖锅炉结构我们日常生活中所用到的供暖锅炉主要由、配电箱、电脑控制系统、锅炉本体加热器、换热器、循环水泵烟囱等组成。其供暖系统结构简易图如图2.1所示。图2.1供暖系统结构示意图2.3供暖锅炉种类及特点2.3.1供暖锅炉种类供暖锅炉的分类主要有：（1）按燃料进行分类：燃油取暖锅炉、电热取暖锅炉、燃气供暖锅炉、燃煤供暖锅炉等；4（2）按介质不同进行分类：热水锅炉、热风炉；（3）按结构不同进行分类：立式采暖锅炉、卧式采暖锅炉。2.3.2供暖锅炉特点燃气式供暖锅炉采用电脑式采暖锅炉控制器，它拥有的所有功能被存储在一个小小的芯片上。锅炉开机由一个按键进行控制，定时、定温运行可实现全自动控制的功能，用户可以自行设定启、停炉的时间。一旦设置完成，我们就可以忙其他工作，而不需要再费时费力的看守4。燃油式燃烧系统所采用的燃烧器比较先进，其过程可实现全自动程序化控制，点火鼓风，油风量的比例调节等等均可做到自动化控制，节能环保，同时带有的熄火保护装置更加确保了燃烧的安全。燃煤式锅炉通常是按照常压进行设计的。煤从进入炉膛开始，直至燃烧完毕，通常要经过干燥、挥发形成焦炭、分着火燃烧、焦炭燃烧形成灰渣这几个阶段，大的通气口设在炉膛顶端，运行过程处于无压状态，燃烧运行更加安全可靠。2.4供暖锅炉工作原理供暖锅炉控制系统属于过程控制系统，它将出水压力、回水压力、炉膛负压、出水温度、回水温度等参数作为控制的目标。水温主要靠燃烧和来调节，压热循环力的大小由来调节。在本系统中应用的控制方式，为了提高供循环泵和补水泵PID暖系统的质量和效率，节约能源，本次模拟供暖系统的主要创新部分在于没有将实验研究的主体放在加热锅炉控制进出料量的部分，而是以另一个供暖系统中非常重要的环节换热环节为重点，系统考虑结合可编程逻辑控制器，压力变送器，继电器，循环水泵和温度传感器等硬件设备，实现供暖系统的自动控制。热源产生的热量，由送至各，各分站把一次网的通过换热器转换，传递一次网换热站高温高压热水给中的，再由的水将热能输送至热用户处5。冷却后的回水二次网循环水二次网再次返回到的中。的驱动二次网中的循环水流动。二次网回水管换热站循环水泵52.5供暖锅炉功能实现为了保证有一个在处，我们用换热器二次网循恒定的预设定温度二次网出水口环水泵作为其控制设备，该水泵控制供水流速，使换热器的二次网平稳运行。我们在每个换热站还安装了，系统所提供的预设定值是根据室外温度和室外温度传感器供热站给定值计算得出的。为了提高供暖系统的质量和效率，节约能源，本次模拟供暖系统的主要创新部分在于没有将实验研究的主体放在加热锅炉控制进出料量的部分，而是以另一个供暖系统中非常重要的环节换热环节为重点，系统考虑结合可编程逻辑控制器，压力变送器，继电器，循环水泵和温度传感器等硬件设备，实现供暖系统的自动控制。本设计使用西门子S7-200PLC可编程控制器作为供暖系统的核心，配合硬件与软件实现供暖系统的以下功能：（1）保证锅炉燃烧过程的经济性，控制鼓风量和进料量。保证热网水力、热力平衡，使热能分布均匀，保证供暖效果；（2）数据采集，利用控制器，采集各传感器和变送器的数据，调节各控制阀门和水泵；（3）故障报警处理，系统出现故障时及时报警；（4）可进行手动和自动切换控制；（5）二次供水温度自动控制。主要的实验方法是在锅炉和输水管中安装压力变送器和温度传感器，通过传感器和压力变送器检测炉内和水管中温度及压力并将该压力和温度反馈到PLC控制器，经A/D转换后，所得数据与PLC内部设定数据进行比较，控制器处理数据并发送相应指令改变变频器频率来调节电机转速从而控制锅炉鼓风量、进料量、出水量和回水量，使系统的温度和压力稳定地保持在设定值附近。此外，系统初始化后可供选择的有自动和手动控制两种模式。系统运行过程中，若出现压力或温度超过系统给定上/下限的数值，则触发报警电路坐故障报警处理。63供暖锅炉控制系统设计3.1控制方案设计控制，即按（P）、积分（I）、微分（D）控制，是一种广泛应用PID偏差的比例在控制系统中的控制规律7。理论的分析和实际的运行经验都证明，这种应用在工业过程的控制中时，工作性能稳定，调节方便，价格低廉，能够控制规律得到较为满意的结果。每部分都有各自的功用。其中，比例项用于达到控制器设定值；积分项的作PI用是；则改善系统的。随着技术不断地增消除系统静差微分项动态响应速度PID强，运行速度和质量也在不断地提高；不但可以完成顺序控制的功能，还可以完成复杂的闭环控制。如图3.1是一种常见的闭环控制系统的构成。图3.1闭环控制系统作为闭环控制的重要特征，人们引入了“误差”的概念，它被定义为：在闭环控制系统中，利用给定的输入与实际输出，经过测量装置转换后的sptct反馈量之间的作为控制量。它是控制理论中非常重要的一个概念，能通过pvt差值et对误差的测量调节来实现对系统的控制。在实际闭环控制系统中，误差是一个。因此，为了消除系统et很小的变化量在稳态的输出误差，改善系统的动态响应性能，达到对系统进行更精确控制的目的，就有必要对误差进行放大（比例调节P）、积分（积分调节I）和微分（微分调节D），这样才能保证系统具有良好的动、，有效地中的执行机构。静态性能控制系统在自动控制系统中，调节器是用来对进行、微分等处理的一种误差放大积分常用，当调节器具有“放大”、“积分”、“微分”的功能时，即可以称为调节器。装置PI7在恒压供水自动控制系统的产品开发和应用实践中，系统的调节功能变频PID经常是采用控制器、软件以及变频器内置来实现的，三种方法各具有优PIDPIDPID缺点，本设计选用算法的实现方法。ILC用对模拟量进行控制时，可以采用以下的几种方法：LC（1）使用过程控制模块I这种模块的是由生产厂家预先设计好并存放在模块当中的。在P控制程序P使用的过程中，用户不需要自行设计程序，而只是设置一些常用的参数。一块模块可以控制几路甚至，因此在使用时非常的便捷。当然，这种模块几十路的闭环回路的价格相对较高，一般只在大型的控制系统中才会使用。（2）使用功能指令PID现在很多的都有供控制用的，如的指令。但是在LCI功能指令0S73PID实际的工作当中，它们事实上只是用于控制的子程序，与模拟量的输入/输出模PID块一起使用，这样就可以得到类似于过程控制模块的效果。因此，价格相对便宜得多。（3）用自编的程序实现I闭环控制有的没有过程和控制用的，有时虽然可以使用PLCID控制模块PI功能指令的，但又希望采用某种的控制算法。在这种情况下，就需ID控制指令改进型ID要用户自行编制的控制程序，实现特殊的要求。I本供暖系统需要对循环水泵和补水泵等设备进行变频改造，控制器采集压力变送器返回的数据，通过改变循环热水的流量，并通过改变变频器的泵的转速来调节频率改变补水泵转速来调节系统的回水压力，使水箱内的水位保持在一定的范围之内。供暖系统通过室外的温度传感器，返回数值确定，通过改变二次供水的温度值变频器频率高低来改变温控阀调节一次侧的热流量。同时还能够根据各处温度或压力的异常做出及时的报警处理。根据实际情况，一般能够选择自动和手动两种控制模式。供暖系统简易框图如图3.2所示。3.2S7-200PLC在系统中的应用83.2.1PLC的产生与发展1960年随着小型计算机的问世以及大型规模的开发生产，人们逐渐达成共识，图3.2供暖系统简易框图传统的继电器控制接触器势必要由小型工业控制计算机来代替，这是一种不可阻挡的发展趋势。但受限于当时的科学技术水平，小型工业控制计算机的输入、输出电路不通用，而且编程技术相对复杂，因此在当时并没有得到推广和应用。20世纪60年代后期美国汽车制造业的竞争力日益激烈。为了满足生产工艺的需要，在1968年，通用汽车公司第一次公开招标，为减小当时系统耗电多，体积大的不足，对新一代控制系统提出了具体的要求：基本的继电器控制系统设计周期较短，更换方便，接线简单且成本低廉；计算机的功能和和继电器的控制系统可通过某种方式结合在一起，并且要比计算机编程简单易学，易于使用；系统的通用性好。按照上述的要求，美国数字设备公司研制出世界上第一台可编程逻辑控制器，实现了自动化生产控制的目的。在此之后，日本、德国等国家也相继出台政策，投入大量人力和资金，取得了一定的研究成果。虽然当时的产品有类似电脑设计的想法，但仍主要用于顺序控制领域，属于逻辑运算的范畴，因此它被称为，即PC（Programmable逻辑控制器），后又为了区别改称可编程逻辑控制器PLC。在20世纪70年代末，随着微电子技术和计算机技术的日益发展，具有更高计算功能的可编程逻辑控制器也得到了快速发展，不仅硬盘被取代更换，逻辑编程取代布线逻辑，还具备了运算功能和数据传输的功能，真正成为了工业计算机控制设备。不仅如此，该逻辑控制器又兼具小型化或超小型化的特点，功能采用微电脑技术，具有超出原有顺序控制和逻辑控制局限的工业控制能力，因此又叫9，也称为PC（Programmable控制器）。然而，由于PC机与PC可编程逻辑控制器（个人计算机）容易相互混淆，因此都习惯于缩写成PLC。1969年美国的数字设备公司（DEC）成功研制出了，这是目前世界上比较PLC公认的第一台。在此之前，从用户的角度，美国GM公司提出新一代的控制器PLC应该具备十大特征，这十大特征分别是：（1）编程方便，可在现场修改程序；（2）维修方便，最好是插件式；（3）可靠性高于继电器控制柜；（4）体积小于继电器控制柜；（5）可将数据直接送入管理计算机；（6）在成本上可与继电器控制竞争；（7）输入可以是交流115V；（8）为了能够直接驱动电磁阀工作，输出交流至少115V/2A以上；（9）在扩展时，原有系统只有很小的变更；（10）系统要有至少能扩展到4K字节的用户程序存储容量。这10项指标沿用至今，代表了现代PLC的最基本的功能，其核心要求可归纳为以下四点：（1）计算机代替继电器控制盘；（2）用程序代替硬接线；（3）输入/输出电平可与外部装置直接相联；（4）结构易于扩展。美国数字设备公司（DEC）研制出的世界上第一台可编程序控制器被命名为PDP-14，在实验室模拟仿真成功之后，又在GM公司的汽车自动装配线上进行了首次试用，结果表明性能良好，极大地提高了工作效率。PDP-14具有新兴计算机的可编程性、灵活性和通用性等优点，又保留了继电器控制系统原有的外部特性，在当时引起了巨大的社会反响，开创了PLC的新纪元。可编程控制器从产生到现在，经历了四次换代，总结如下表：受限于当时的以及相关元器件的生产能力，导致早期的主要还计算机发展水平PLC是由中小规模集成电路和分立元件所组成，仅仅能够完成一些简单的、计数等基本功能，发展仍处在起步阶段。在20世纪70年代初期，逻辑控制及定时10的出现引起了人们的广泛重视。将微处理器引入到可编程控制器中，在原微处理器有功能的基础上，增加在运算、等功能，标志着具有真正计PLC数据的处理和传送算机特征的工业控制装置的诞生。此时的将梯形图作为设备最主要的可编程控制器编程语言，并以继电器命名参加处理运算的元器件，之所以这样设计，是由于它与继电器的电路图十分地相似，这样就使得原来熟悉继电器工作的技术人员较快的适应新装置，节省时间，提表3.1可编程控制器的发展代次代次器件功能第一代1位微处理器逻辑控制功能第二代8位微处理器产品系列化第三代高性能8位微处理器以及位片式微处理器处理速度高，向多功能以及联网通信发展第四代16位、32位微处理器以及高性能位片式微处理器逻辑、运动、数据处理、联网功能的名副其实的多功能高工作效率。此时的可以看作是继电器和微机技术常规控制概念相结合的产物。PLC20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入到当中，使得功能更加丰富，得到了较快的飞跃。可编程控制器、设计、PID功能、模拟量运更小型体积更高的运算速度更可靠的工业抗干扰算及极高的性价比等众多优势，奠定了在现代工业化生产中的地位。20世纪80PLC年代初，在先进工业国家中，开始获得较为广泛的应用。这个时期内，可编程控制器它的发展的特点可以概括为、大规模、。这个阶段内高速度高性能产品系列化的另一个特点，就是世界上生产的国家逐渐增多，产量逐渐上升。种种现象标志着可编程控制器已步入了成熟阶段。20世纪末期至今，从发展的角度来看，逐渐适应现代工业的生产可编程控制器需要，符合科技的发展趋势。从控制能力的角度来看，应用于不同场合的特殊功能单元被研制成功，并逐步应用到转速、位移、压力、温度等复杂的场合当中；从控11制规模的角度来看，大型机和超小型机相继被推出，并朝着巨型化和微型化两级发展；从产品的配套能力的角度来看，各种通信单元和人机界面单元的出现，使工业控制设备的配套变得比以前更加的容易。目前，在机械制造、冶金钢可编程控制器铁、石油化工、汽车、轻工业等行业中都起到了不可替代的作用，并且在今后的生产生活中，依然会发挥出积极的影响。3.2.2S7-200系列概述是西门子公司生产的S7系列中的重要产品之一，是西门子全集成自0S72PLC动化的核心组成部分。它以强大的运算处理能力、强大的控制能力、灵活的通信扩展能力、可靠的稳定性和低廉的价格迅速占领了应用市场6，具有极高的性价比。系列在相当多的领域，包括（DCS）中充分了发挥其强0集散自动化系统大的功能。除了五种不同CPU的全面基本功能之外，一系列可升级的专用的扩展模块也由模块化系统向用户开放提供，对功能性的要求得到了极大的满足。S7-200系列实物如图3.3所示，常用的型号如图3.4所示。图3.3S7-200系列PLC根据系统的控制要求，需要实现数据采集、自动/手动切换和故障报警等各种功能。因此，考虑到将来发展的需要，有必要选择I/O端子数多的PLC，最终选择德国西门子公司生产的。该型号具有结构紧凑、指令丰富、扩展性良0S72CPU6好、维护方便和价格低廉等优点，同时该PLC也可以满足所控制系统对PLC对I/O点数的需求。123.2.2S7-200系列内部结构实际上是工业控制计算机的一种，常见的由中央处理单元（CPU）、PLCPLC等模块组成。/存储器（ROMA）、电源、输入输出单元图3.4S7-200的CPU类型13（1）中央处理单元CPU的功能如同大脑一样，首先检查用户编写的程序是否正确，然后根据编写好的程序接受外面的输入信号，再经过内部的处理（主要包括数据的传递、程序中的各种运算、输入输出信号的转换）之后，将系统所要输出的信号显示出来。同时，CPU还可以进行故障诊断。由于PLC使用的CPU不同，其处理数据的能力就会有强弱之分，运行速度也会有一定的差别。（2）存储器存储器类型主要分为三种：系统程序存储器、工作数据存储器和用户程序存储PLC器。A.系统程序存储器中储存的是生产厂家已经编写好的程序，用户不能自行PLC修改，它的作用主要有三个方面：一是控制的正常运行；二是将用户编写好的语言转换为机器的语言，从而使用户编写的程序能够正常地运行；三就是进行程序的调用、数据运算。其中，第三部分是最为重要的功能。B.工作数据存储器就是存储PLC运行时的工作信号，比如中间继电器的使用情况、输入输出口的开关状态等等。C.很明显就是用来存放用户自己编写好的程序。用户程序存储器（3）电源PLC的供电电源通常使用的是220V的交流电源。当然，也有DC24V进行供电的，比如DVP系列的PLC电源就可分为交流输入与直流输入两种情况。电源适配器的使用，一方面可以为、CPU板以及扩展单元等部分提供/IO板，在另一方面，能够为外部的输入元件提供DC24V的直流电压。工作电源（DC5V）（4）输入输出接口输入输出接口单元可用来连接PLC与工业现场。输入单元可以接收到传感器的模拟量信号和开关量，输出单元能够将CPU处理好的信号输出到外接的设备，比如传感器、变频器、指示灯等等。该系列的内部结构框图如图3.5所示。输入接口及模块电源CPU输出接口及模块14图3.5PLC基本结构框图3.2.3S7-200系列工作原理PLC控制系统的等效电路通常可分为三个部分，即、内部输入部分9。输入部分的功能就是采集输入信号，输出部分指的就控制电路部分和输出部分是系统的执行部件。控制逻辑是由内部的控制电路通过编程的方法来实现，从而的功能由软件编程来进行代替。分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。继电器PLCPLC执行程序通常可以分为三个阶段，依次为输入采样的阶段、的阶段。程序执行的阶段和输出刷新执行用户程序的具体过程如图3.6所示。PLC写写读读写I/O刷新I/O刷新图3.6执行用户程序过程3.2.4S7-200系列的特点及功能是一种小型的可编程序控制器，近乎完美地满足工业现场小规模的控制0S72要求，已成全球占有率最高的PLC产品，系列具有极高的性价比。0S72它结构紧凑，运算功能强大，具有诊断功能，人机界面完善，多种操作方式的选择，模块化的设计形式，安装方便，很强的保密技术等优秀的技术特点。PLC的功能主要包括：系统程序存储器用户程序存储器外设I/O接口用户输入设备输入端子输入电路输入映像寄存器元件映像寄存器输出锁存器输出电路输出端子用户输出设备151.控制功能（1）逻辑控制PLC软件编程带有逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量的控制。（2）定时控制PLC里面包含了，使用者可以自行设定、关断延时和若干个定时器接通延时等方式。定时脉冲（3）计数控制PLC中包含各种计数器，可以实现加减计数模式，也可以连接在码盘上进行位置的检测。2.数据处理功能（1）数学运算功能PLC可以实现加减乘除等基本运算，也可以实现三角函数、浮点运算，还可以实现大于、小于、等于的比较功能。（2）数据的处理数据的选择、组织、规格化、移动，并采用先入先出的处理方式。（3）模拟数据处理对于模拟数据的处理包含有PID算法、滤波、积分等功能。3.输入/输出接口调理功能输入输出接口能够接受多种形式的信号，满足不同的应用环境，如可以接受和等等。传递开关量信号，模拟量信号4.通信、联网功能因为PLC在工作中需要通过PC将程序载入到内存当中，并且在还会与变频器、温控器或者伺服驱动器等设备相连接，这时就需要RS-232和通讯，这样就RS485可以实现多台PLC的连接。5.人机界面功能这个功能主要用于检测工作现场的运行状态，从而方便工作人员进行调试。最常见的就是西门子控制系统中的Wincc了。6.编程、调试为了适应不同场所、不同环境的应用需求，就需要对程序进行不断的修改与编译，适应更加复杂的环境，从而满足使用者的不同需求，扩大应用范围。163.2.5PLC与变频器通讯PLC与变频器的通讯，最需要注意的就是保持程序中的通讯协议与变频器的参数设置保持一致性，变频器参数的设置在前一节已经介绍过，这里介绍程序的设置：（1）MOVH86D1120设定通讯协议为9600,7,E,1；（2）RSTM1143通讯模式为MODBUSASCII；若是SETM1143通讯模式便是MODBUSRTU；当PLC通电启动时，M1002给一个瞬间的ON脉冲，将系统初始化，同时将寄存器D2与D10的内容清零；数据传送通过改变计数器C0的值来实现，初始时，C0的值是0，M0为ON，执行MODRD指令，读取变频器的主频率以及输出频率，并将其存放于寄存器D1073D1076中，并自动转成16进制数值存于D1050、D1051中，数据接收完一次，CO加1，此时C0为1，M1为ON，变频器读取D10的数值，确定转动方向，这次数据接受完之后，C0加1，此时C0等于2，M2为ON，变频器读取D2的数值，在本程序中表示变频器的主频率会随着D2值的变化而变化，这次数据接受完之后，C0加1，C0等于3,这时RSTC0，C0的值被置为0，继续下一次的数据接收。如此循环，变频器就一直接收数据，保持频率可以随着程序的变化而变化。程序执行时，如果出现通讯逾时的情况，那么表示通讯逾时的中间继电器M1129的状态为ON，C0计数器的数值加1，然后将M1129复位；如果出现数据传送错误的情况，那么表示数据错误的中间继电器M1140的状态为ON，然后将M1140复位；如果出现通讯地址发生错误的情况，那么表示该错误的中间继电器M1141的状态为ON，然后将M1141复位。如果在通信过程中没有出现错误，那么M1129、M1140、M1141的状态都不会为ON,程序正常运行，数据正常传送。3.3供暖锅炉硬件设计3.3.1电路连接17如图3.6所示，本设计采用西门子。可连接7个扩展模块，0S72CPU6N。集成24输入/16输出，共40个/最大扩展至248路的数字IO点或35路模拟量IO点。26k。6个独立的，2路/数字量I点字节程序和数据存储空间03kHz高速计数器独立的，具有控制器。0kHz高速脉冲输出ID图3.7PLC硬件电路连接如图3.8所示，模块有4路，2路。EM235模拟量输入模拟量输出本设计选用的是DVP16ES2，PLC与PC之间通讯采用通讯，通过HL-RS485340将USB数据转换为串口数据，再通过232/485转换器与PLC的COM3进行通讯，实验中用的是交流输入AC220V，电源应接L/N两端，如果将AC220V直接接在+24V端或者输入端，将会损坏PLC，接线如图3.9所示。图3.8EM235模块连接示意图18图3.9PLC的电源连接3.3.2传感器的选择工业用热电阻两大类。本设计选用温度传感器为一般分为铂热电阻和铜热电阻WZPPT100型铂热电阻。PT100是一个铂丝绕组,它主要用于记录和检测某地的温度。其铂丝阻值和温度基本成线性关系，电气性能很稳定。3.3.3变频器的选择本系统的变频器VFD，选择ABBACS510-01型号的变频器。变频器的主要作用，是把的交流电，从而满恒压恒频的交流电转换为变压变频足交流电动机变频调速的需求9。与变频器之间采用通讯，由于变频器PLCRS485通讯接口是接口，所以连接线用一根网线代替，变频器上自带口的RJ45PIN3（GND）、PIN4(SG-)、PIN5