论文__变频调速在供暖锅炉控制.doc

1、目录第一章 变频调速在供暖锅炉控制中的应用1。1变频调速基本原理1.2变频调速节能分析第二章 锅炉控制系统原理 2。1偏差控制方式 2.2 PID控制方式 2。3循环流量控制 2.4燃烧过程控制第三章 锅炉控制系统总体设计3.1系统功能分析3。2系统方案设计3.2。1总体设计思路3。2.2系统结构3.3系统硬件配置第四章 锅炉控制系统的硬件设计4.1系统主电路的设计4.2系统控制电路的设计4.3系统主要元器件的选择4.3。1 PLC的选型4。3.2通信网络配置4。3.3变频器的选型4.3。4传感器的选型4。3.5其他主要元器件的选择第五章 系统软件的设计5。1 S7-300系列PLC简介5。1

2、。1 S7300编程方式简介5。1。2 S7300 PLC的存储区5.2PLC控制程序设计5.2.1 PLC控制流程图5。2。2 PLC控制程序参考文献第一章 变频调速在供暖锅炉控制中的应用1.1变频调速基本原理目前，随着大规模集成电路和微电子技术的发展，变频调速技术己经发展为一项成熟的交流调速技术.变频调速器作为该技术的主要应用产品经过几代技术更新，己日趋完善，能够适应较为恶劣的工业生产环境,且能提供较为完善的控制功能，能满足各种生产设备异步电动机调速的要求。变频 调 速 技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：其中表示电机转速；为电动机工作电源频率;为电机转差率;为电机

3、磁极对数。通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交一直一交电源变换技术，集电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。1。2变频调速节能分析变频调速应用于锅炉系统的风机和水泵等电机的自动控制中，其节能效果明显。本节将以风机节能为例,详细分析其节能效果。水泵的节能分析类似。由流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速与流量，压力以及轴功率具有如下关系： 即流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。图2-1给出了风机中风门调节和变频调速二种控制方式下风路的压力-风量关系及功率风量关系。其中，曲线1是风机在额定

4、转速下的曲线,曲线2是风机在某一较低速度下的曲线，曲线3是风门开度最大时的曲线，曲线4是风机在某一较小开度下的曲线可以看出当实阮工况风量由下降到时，如果在风机以额定转速运转的条件调节风门开度，则工况点沿曲线1由点移到点；如果在风门开度最大的条件下用变频器调节风机的转速，则工况点沿曲线3由点移到点。显然，点与点的风量相同，但点的压力要比点压力小得多.因此，风机在变频调速运行方式下,风机转速可大大降低,节能效果明显。图2-1变频调速在风机中的节能分析曲线5为变频控制方式下的曲线，曲线6为风门调节方式下的曲线.可以看出，在相同的风量下,变频控制方式比风门调节方式能耗更小,二者之差可由下述经验公式表示

5、:其中为风机运行时实际风量；为风门开度为最大，且电机运行在额定转速时的风量；为风门开度为最大，且电机运行在额定转速时的功率。假设有一台lO的热水锅炉：引风机：55，鼓风机：22，共7则由变频调节与风门调节相比较可知：80%风量时每小时节能=28.36660%风量时每小时节能=41.888如果按全年运行7000小时计算,其中80%风量运行5000小时:60风量运行2000小时，则全年节能由此可见，其节能效果非常显著。目前，变频调速技术己逐渐为许多企业所认识和接受，随着这项技术的不断发展和完善，它必将得到更加广泛的应用，也必将为认识和接受它的企业带来可观的经济效益。第二章 锅炉控制系统原理2。1

6、偏差控制方式偏差控制是指当热工参数实际采集值与用户设定值之间存在偏差时，系统通过调节某些量来减小偏差,直至实际采集值等于用户设定值为止。但这只是一种理想设计，在实际应用中,由于系统误差的存在，实际采集值不可能等于用户设定值.因此,引入“回差”的概念，即给用户设定值一个可以接受的范围，在此范围内都可认为达到系统设定值.例如锅炉的出水温度设定值为,温控回差为,则当出水温度满足式(3-1）时即可。 (3-1)2。2 PID控制方式偏差控制只能输出开关量信号,对于连续调节的设备，则需要过程控制系统中最常用的控制规律PID控制方式。PID控制，即按偏差的比例（P)、积分（1）、微分（D)控制，是控制系统

7、中应用最为广泛的一种控制规律.实际运行的经验和理论的分析都表明,运用这种控制规律对许多工业过程进行控制时，都能得到满意的结果。PID调节器既能消除静差，改善系统的静态特性，又能加快过渡过程,提高系统的稳定性,改善系统的动态特性，是一种比较完善的调节规律,主要应用于温度控制和压力控制等过程控制系统中，以克服时间响应滞后，得到较好的控制指标。 PID被控对象 + - 图3-1 PID控制系统1、 PID控制器的基本形式PID控制分两种基本形式,即模拟PID控制器和数字PID控制器.模拟PID控制器如图31所示，理想控制规律为 （3-2）其中，为比例增益，与比例带成倒数关系,即，为积分时间常数，为微

8、分时间常数，为控制量,为偏差。比例控制能迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除静态误差,过大,可能会引起系统的不稳定；积分控制的作用是，只要系统存在误差,积分控制作屏就不断地积累，输出控制量以消除静态误差，因而，只要有足够的时间积分作用将能完全消除误差，但调节动作缓慢；微分控制加快系统的动态响应速度，减少调整时间，从而改善系统的动态特性。在计算机控制系统中减少调整时间,从而改善系统的动态特性.PID控制规律的实现必须用数值逼近的方法。当采样周期足够短时，用求和代替积分，使模拟PID离散化变为差分方程，如式（3-3）所示. （33）增量型的控制方程为： （3-4）其中称为比例增益；称为积

9、分系数；称为微分系数。以上是PID控制的理论控制方程,但在实际应用中，要根据控制系统的特点，做适当的改进。2、 PID控制器的改进计算机控制是一种比较准确的控制方式,只要系统偏差存在且大于传感器的精度范围，计算机就不断进行控制量增量的计算，并输出相应的控制信号给执行机构，改变执行机构的状态,这样容易产生某些动作过于频繁而引起振荡。为避免控制动作过于频繁以消除振荡，在实际工程应用中，通常在PID控制系统中增加一个死区环节，相应的算式为 (3-5)其中： 为人为设定的一个死区，是一个可调参数，其具体数值可根据实际控制对象由试验确定。太小，使调节过于频繁,达不到稳定控制量的目的；太大，则系统将产生较

10、大的滞后.在锅炉的燃烧控制系统中，为避免风机和炉排转速频繁地改变，可适当地为出水温度设定一个死区，如，1。在锅炉控制系统中，当启动/停止电机或大幅度改变温度、压力等设定值时,由于短时间内产生很大的偏差,往往会产生严重的积分饱和现象,以致造成很大的超调和长时间的振荡。为克服这个缺点，可采用积分分离的方法，即偏差较大时,取消积分作用；当偏差较小时才将积分作用投入。亦即：当时，采用PD控制:当时,采用PID控制。积分分离阀值应根据具体对象及控制要求确定。例如出水温度的控制，可以选定为5或10等,依据控制精度要求而定.综上所述，锅炉控制系统中燃烧控制和水泵控制所采用的PID控制方式，作出死区设定和积分

11、分离两项改进措施,以达到稳定控制温度和压力等信号的目的。3、经验凑试法整定P旧参数PID控制器参数整定主要整定比例系数K,、积分时间界和微分时间几等参数。增大比例系数一般会加快系统的响应，在有静差的情况下有利于消除静差.但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变差。增大积分时间常数,相当于减小积分系数，积分作用减弱，有利于减小超调，减小振荡，但系统静差的消除将随之变慢。增大微分时间常数有利于加快系统响应，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。在凑试时，可参考3个参数对控制过程的影响趋势,对参数实行先比例，后积分，再微分的整定步骤。（1)首先整定比例却分。即将比例系

12、数由小变大，并观察相应的系统响应，直到反应快，超调小的响应曲线。如果系统没有消除静差或静差己小到允许范围内，并且响应曲线已属满意，那么只须用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。(2）如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求,则须加入积分环节。整定时首先置积分时间T,为一较大值并将经第夕步整定得到的比例系数,略为减小(如缩小为原值的0。8倍）,然后减小积分时间,使在保持系统良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中,可根据控制效果反复改变比例系数与积分时间,以期得到满意的控制过程和整定参数。(3)若使用比例积分调节器（PI控制器)消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加

13、入微分环节,构成完整的PID控制器。在整定时,可先置微分时间为零。在第二步整定的基础上，增大,同时相应地改变比例系数和管道，积分时间，逐步凑试,以获得满意的调节效果和控制参数。3.2循环流量控制锅炉管网系统的一个任务是通过循环泵将出水缸内的热水输送到用户供热并回到回水缸.循环流量控制同样采用偏差控制和PID控制相结合的控制方式。偏差控制设定出水压力范围,当出水压力实际值不在设定范围内时，调节流量，直到出水压力达到要求为止。PID控制在偏差控制的基础上对出水压力进行微调，其原理如图33所示。循环泵系统根据出水压力的设定值与采集到的出水压力的实时数据，通过PID算法将出水压力值控制在设定值附近。其

14、控制采用前述改进PID控制算法与参数整定方法.压力调节PID变频器管网系统设定值 出水压力 图33循环流量PID控制原理图3。3燃烧过程控制供暖锅炉燃烧系统是一个多变量输入、多变量输出、大惯性、大滞后且相互影响的一个复杂系统.当锅炉的负荷变化时，所有的被调量都会发生变化,而当改变任一调节量时，也会影响到其他被调量.锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应负荷的需要，同时还要保证锅炉安全经济运行。燃烧控制系统的任务主要有三点:（1）稳定锅炉的出水温度，始终保持在设定值附近.出水温度的设定值与室外温度以及消耗热量(负荷）的变化相关,以出水温度为信号，改变燃煤量和风煤比,达到出水温

15、度与设定值一致.同时测量系统的回水温度和炉膛温度，若回水温度过低则适当加大给煤量，反之则适当减少给煤量；若炉膛温度过高则适当减少给煤量，反之则适当加大给煤量。（2）保证锅炉燃烧过程的经济性。对于给定出水温度的情况下，需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态.开始运行时，可根据经验设定风煤比，使耗煤量与鼓风量成比例关系，同时根据出水温度的变化对鼓风量进行前馈控制，然后通过测量烟气含氧量，运用偏差控制调节风煤比，使燃煤充分燃烧。(3）调节鼓风量与引风量,保持炉膛压力在一定的负压范围内。炉膛负压的变化，反映了引风量与鼓风量的不相适应.如果炉膛负压太小,炉膛容易想外喷火，危及设备与工作人

16、员的安全。负压过大，炉膛的漏风量增大，增加引风机的电耗和烟气带走的热量损失。本系统中根据鼓风量的变化，对引风量进行前馈控制。根据经验设定炉膛负压,并测量炉膛负压，运行PID算法控制炉膛负压保持在一定的范围内,从而调节引风量,确定引风机的转速。第四章 锅炉控制系统总体设计4.1系统功能分析本系统供暖锅炉自动控制系统,主要由进口变频器、可编程控制器、压力变送器、温度变送器和泵房机组以及电气控制柜等组成。根据设计要求,系统具有以下功能：（1）手动/自动控制电动机起停控制要求具有自动和手动两种功能。通过工控机和可编程控制器对锅炉系统中的鼓风机、引风机、炉排电机、循环泵和补水泵实现控制。工作泵出现故障后

17、自动切换到备用泵.（2)过温超过报警按要求，锅炉控制系统必须包含超温超压报警功能，当系统中的温度、压力等信号超过上下限时，必须提示报警信息，对某些重要参数，还设置了报警联动功能,即超限时停炉或停泵处理.(3）监控设计根据用户需求，人机界面及故障报警功能，计算机还可以产生相应的各种参数报表，供随时查询和打印参数变化实时趋势图和历史趋势图、报警记录和数据记录报表等。(4)系统性能指标出水温度要求80回水温度要求40出口压力为50Pa4。2系统方案设计4.2.1总体设计思路本文针对供暖锅炉自动控制系统,设计一套基于变频调速技术的锅炉监控系统。锅炉供暖系统中的风机和水泵通过变频器来调节电机的转速，通过

18、工控机和可编程控制器对锅炉系统中的鼓风机、引风机、炉排电机、循环水泵实现控制.控制系统以两台工业控制机作为上位机，以西门子S7300可编程控制器为下位机。上位机采用高可靠性的工业控制计算机，通过监控软件完成人机界面及故障报警功能，下位机采用西门子公司S7300可编程控制器，实现锅炉燃烧系统和管网系统的自动控制，控制水平和硬件可靠性大大提高。4。2.2系统结构本系统属于热水锅炉供暖系统，主要通过热水循环给用户供暖,一般分为燃烧控制系统、循环泵控制系统和补水泵控制系统。本系统采用集中控制，分为三层,系统结构框图如图4-l所示:主控机西门子S7-300系列可编程序控制器辅控机变频器变频器变频器电气控

19、制回路电气控制回路电气控制回路传感器与变送器传感器与变频器传感器与变频器1#引风机2#鼓风机3# 、4#循环泵图41 锅炉控制系统结构示意图管理层: 系统采用两台工控机作为上位机,其中一台作为主控机，另一台为辅控机,构成双机冗余系统.通过MPI多点接口与下位机PLC进行通讯，对现场锅炉的运行进行集中监控、统一调度，实现对锅炉的远程控制。操作人员也随时可以通过计算机，了解现场每台锅炉的运行状况，并对风机、水泵等电机进行启停控制和参数设定。另一方面，关于锅炉运行及网管系统的各种历史数据，则存储在计算机的数据库中.在需要的时候，可以在计算机显示器上显示,或由打印机打印出来.现场控制层： 该层以西门子

20、S7-300系列可编程控制器为核心，一方面通过MPI多点接口与上位机通讯，接收上位机管理层的控制命令。另一方面运用RS-485总线与各变频器进行通信，分别对鼓、引风机、炉排电机、循环泵和补水泵等进行启停控制和电机的转速设定,一旦电机启动完毕，即使PLC与上位机通讯故障,系统仍能正常运行.现场数据采集与变送层： 这一层是集散控制系统的最底层，主要完成现场数据的采集、预处理和变送等工作.这些数据主要包括锅炉的出水温度、出水压力、锅筒压力、炉膛温度、炉膛压力以及总出水温度、总出水压力、总回水压力等。变送器将采集的温度、压力等物理量转换成电压或电流信号并传送给可编程控制器进行数据处理。4。3系统硬件配

21、置(1）主机系统采用两台工业控制计算机，其中一台为主控机,另一台为辅控机，分别安装于主控室和辅控室，构成双机冗余系统.监控组态用三维力控组态软PCAuto3。6，力控是运行在Windows98/NT/2000/XP操作系统上的一种监控组态软件。使用力控用户可以方便、快速地构造不同需求的数据采集与监控系统。(2)可编程控制器本系统选用西门子公司S7300系列可编程控制器,S7300是模块化中小型PLC系统,它能满足中等性能要求的应用。模块化，无风扇结构，易于实现分布,易于用户掌握等特点使得S7300成为各种从小规模到中等控制要求控制任务的方便又经济的解决方案。多种性能递增的CPU和丰富的且带有许

22、多方便功能I/O扩展模块(包括信号模块SM、通信处理器CP、接口模块IM等），使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。（3)仪表设备为了提高仪表的抗干扰能力，选用DDZIII型仪表，仪表输出为420mA电流,保证系统的可靠性。仪表主要包括：温度变送器、流量变送器、压力变送器、液位变送器、微压变送器、含氧量变送器等. (4）变频控制室包括电源控制柜、锅炉变频控制柜、循环泵变频控制柜.变频器全部采用日本三菱公司FR系列低噪声、高性能、多功能变频器,根据电机功率选择不同的型号。控制柜内配置各种型号大小的断路器、接触器(施耐德)、继电器等低压电器设备，以完成电机的启、停控制.第五章 锅炉控制系统的硬

23、件设计5.1系统主电路的设计根据本设计的要求，本系统风机和循环泵采用变频启动和调速。变频器输入电源前面接入一个自动空气开关，来实现电机、变频器的过流过载保护接通，虽然变频器本身就有欠压、过压，过流、过载等保护功能，但是对于有工频运行的水泵电动机，还需要在工频电源下面接入相应的热继电器，来实现电机的过流过载保护。图5-1控制系统的主回路本系统采用4台变频器连接4台电动机，其中1号变频器控制引风电机，功率为90KW，变频工作方式,电机通过一个接触器和变频器输出电源相联，2号变频器控制鼓风机，功率为37KW,变频工作方式，电机通过一个接触器与变频输出电源连接。3号变频器控制一台循环泵，4号变频器控制

24、一台循环泵，功率都为75KW，一台作为备用，均采用变频工作方式.补水泵，炉排电机等采用工频运行方式，功率为5KW。变频器主电路电源输入端子（R， S, T)经过隔离开关与三相电源连接,变频器主电路输出端子（U. V， W）经接触器接至三相电动机上，如图51所示。按下启动按钮，系统开始工作，使接触器线圈KM1、KM2、KM3带电并保持，从而使接触器KM1、KM2、KM3动作,1#变频器、3变频器接通电源，电动机变频运行.5。2系统控制电路的设计在控制电路的设计中，首先要考虑弱电和强电之间的隔离的问题。在整个控制系统中，所有控制电机、接触器的动作，都是按照PLC的程序逻辑来完成的.为了保护PLC设

25、备，PLC输出端口并不是直接和交流接触器连接，而是通过中间继电器去控制电机动作。在PLC输出端口和交流接触器之间引入中间继电器，其目的是为了实现系统中的强电和弱电之间的隔离,保护系统，延长系统的使用寿命，增强系统工作的可靠性。系统要实现手动自动、欠压、过压保护，电机的故障指示,变频器的故障指示以及报警输出，模拟量的输入、输出模块。 控制电路中还必须考虑系统电机的当前工作状态指示灯的设计，为了节省PLC的输出端口,在电路中可以采用PLC输出端子的中间继电器的相应常开触点的断开和闭合来控制相应电机指示灯的亮和熄灭，指示当前系统电机的工作状态。其控制电路图如图5-2所示。引风机变频调速控制电路如图2

26、1所示。手动控制时，首先扳动转换开关SA1，使电动机启动时，按下启动按钮SB2，接触器KM1吸合并自保，电动机启动，运行指示灯HL1亮.当接触器KM1吸合时，中间继电器KA1接通，变频器STF接通,变频器启动。当变频器故障输出时，开始报警HA1铃响，报警指示灯亮.按下复位按钮SB3，中间继电器KA2接通，常闭触头KA2打开，解除报警，变频器停止运行.使电动机停止时，按下按钮SB2，接触器线圈失电，主触头KM1打开，电动机停止.自动控制时，扳动转换开关SA1，通过PLC编程控制，来完成电动机的自动控制。图5-2 控制系统的控制回路5。3系统主要元器件的选择5。3.1 PLC的选型一、PLC系统配

27、置根据系统控制要求,统计出本系统对主PLC的I/O总能力要求为：开关量输入64点,开关量输出32点，模拟量输入8通道。综合考虑系统对PLC运算能力的要求等因素，选用西门子的S7300系列PLC，CPU模块选用CPU3152DP。具体配置如图54所示： 图54 配置图PSCPU IMDI（1）DI（2）DO（1）DO（2）AI AO6ES7 307-1KA000AA06ES7 3153AF00-0AB06ES7 3603AA010AA06ES7 3211BL000AA06ES7 321-1BL00-0AA06ES7 3221HH01-0AA06ES7 322-1HH01-0AA06ES7 331

28、-7KF020AB06ES7 3325HD01-0AB0S7- 300系列可编程控制器是模块化结构设计,各个单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。系统组成:（l）电源负载模块(PS307）：用于将SIMATIC S7300连接到120/230VAC电源，输出24VD,它与CPU模块和其他信号模块之间通过电缆连接，而不是通过背板总线谁接。(2）中央处理单元（CPU315-2DP）：集成128KRAM，用MMC存储卡最大可扩展到8MB；对二进制何浮点运算具有较高的处理性能；可用于大规模的I/O配置；集成有PROFIBUS-DP接口；CPU模块除完成执行用户程序的主要任务外，还为S7-300背板总

29、线提供5V直流电源，并通过MPI多点接口与其他中央处理器或编程装置通信.(3)接口模块(IM360)：用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。如果用户的自控系统任务需要多于8个信号模块或通信处理器时,可通过IM360扩展1个机架，最长1米，每个机架上可以插入8个模块，电源也是由此扩展提供。(4）信号模块（SM)：使不同的过程信号电平和57300的内部信号电平相匹配，主要数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322、模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332等。每个信号模块都配有自编码的螺紧型前连接器,外部过程信号可方便地连在信号模块的前连接器上。特别指出的是模拟量输

30、入模块独具特色，它可以接入热电偶、热电阻、4-20mA电流、0-10V电压等18种不同的信号,输入量程范围很宽。(5）通讯处理器（CP340)：西门子公司实现点到点串口通信的低成本解决方案口：RS232C（V24);20mA(TTY）；RS422/485(X.27）。固化有3964(R）协议和ACSII协议两个标准通信协议.二、PLC的I/O分配表PLC输入、输出点数的确定根据控制系统设计要求和所需控制的现场设备数量加以确定。（1）PLC的开关输入端口包括系统的启动、停止按钮，电机启动、停止按钮,手动/自动按钮、变频器故障及检修复位、以及变频器工频、变频运行信号，另外PLC输入端口还包括电动机

31、的热保护继电器输入，输入形式是热继电器的常开触点。其开关输入端口的分配如表5-5所示。表55 开关量输入分配表序号 名称文字符号端口地址 11引风机手动/自动SA1I0.0 21#引风机停止SB1I0。1 31引风机启动SB2I0。2 41引风机故障KH1I0。3 52鼓风机手动/自动SA2I0。4 62#鼓风机停止SB3I0。5 72#鼓风机启动SB4I0.6 82鼓风机故障KH2I0.7 93#循环泵手动/自动SA3I1。0 103循环泵停止SB5I1。1 113循环泵启动SB6I1。2 123循环泵故障KH3I1。3 134#循环泵手动/自动SA4I1.4 144循环泵停止SB7I1.5

32、 154循环泵启动SB8I1.6 164循环泵故障KH4I1.7 171变频器故障KA2I2.0 182#变频器故障KA3I2。1 193#变频器故障KA5I2.2 204#变频器故障KA6I2.3 211#变频器报警控制KA7I2。4 222变频器报警控制KA8I2。5 233变频器报警控制KA9I2。6 244变频器报警控制KA10I2。7251工频电动机手动/自动SA5I3。0 261#工频电动机停止SB9I3.1 271工频电动机启动SB10I3.2 281#工频电动机故障KH5I3.3 292#工频电动机手动/自动SA6I3。4 302工频电动机停止SB11I3。5 312#工频电动

33、机启动SB12I3.6 322#工频电动机故障KH6I3.7 333工频电动机手动/自动SA7I4。0 343#工频电动机停止SB13I4.1 353#工频电动机启动SB14I4。2 363工频电动机故障KH7I4.3 374工频电动机手动/自动SA8I4。4 384#工频电动机停止SB15I4.5 394#工频电动机启动SB16I4.6 404工频电动机故障KH8I4。7 415工频电动机手动/自动SA9I5.0 425#工频电动机停止SB17I5.1 435#工频电动机启动SB18I5.2 445工频电动机故障KH9I5.3 456#工频电动机手动/自动SA10I5.4 466工频电动机停

34、止SB19I5。5 476#工频电动机启动SB20I5.6 486引风机手动/自动KH10I5.7 497工频电动机手动/自动SA11I6。0 507#工频电动机停止SB21I6。1 517工频电动机启动SB22I6。2 527工频电动机故障KH11I6.3 538工频电动机手动/自动SA12I6。4 548#工频电动机停止SB23I6。5 558工频电动机启动SB24I6.6 568#工频电动机故障KH12I6.7 579工频电动机手动/自动SA13I7。0 589工频电动机停止SB25I7。1599#工频电动机启动SB26I7.2 609#工频电动机故障KH13I7.3 6110工频电动机

35、手动/自动SA14I7.4 6210工频电动机停止SB27I7。5 6310工频电动机启动SB28I7。6 6410工频电动机故障KH14I7。7（2）PLC的输出端口包括各种故障指示以及变频器故障给PLC的信号，PLC与这些交流接触器的连接是通过中间继电器来实现的,可以实现控制系统中的强电和弱电之间的隔离,保护PLC设备，增强系统工作的可靠性。以上的配置都留有余量，为以后的系统扩展提供方便.开关输出端口的分配表如5-6所示。表5-6 开关量输出分配表序号 名称文字符号端口地址 11引风机控制KM1Q8.0 2 2#鼓风机控制KM2Q8.1 3 3循环泵控制KM3Q8.2 4 4#循环泵控制K

36、M4Q8.3 5 1#变频器启动/停止KA1Q8.4 6 2#变频器启动/停止KA11Q8。5 7 3变频器启动/停止KA12Q8.6 8 4变频器启动/停止KA13Q8。7 91工频电动机控制KM5Q9。0 10 2工频电动机控制KM6Q9.1 11 3#工频电动机控制KM7Q9。2 12 4工频电动机控制KM8Q9。3 13 5#工频电动机控制KM9Q9.4 14 6工频电动机控制KM10Q9.5 15 7工频电动机控制KM11Q9.6 16 8工频电动机控制KM12Q9。7 17 9#工频电动机控制KM13Q10。0 18 10工频电动机控制KM14Q10.1 19 1引风机机启动指示H

37、L1Q10。220 1引风机机停止指示HL2Q10.3 21 2#鼓风机机启动指示HL3Q10.4 22 2#鼓风机机停止指示HL4Q10.5 23 3#循环泵机启动指示HL5Q10.6 24 3循环泵机停止指示HL6Q10.7 254循环泵机启动指示HL7Q11。0 26 4#循环泵机停止指示HL8Q11。1 27 1#变频器报警指示HL9Q11.2 28 2#变频器报警指示HL10Q11。3 293#变频器报警指示HL11Q11.4 304变频器报警指示HL12Q11.5 31备用-Q11。6 32备用-Q11.7（3)模拟量输入输出点的分配表表5-7 模拟量输入分配表序号 名称文字符号端

38、口地址 1 温度模拟量采集 CH0 2 水位模拟量采集 CH1 3 压力模拟量采集 -CH2表5-8 模拟量输出分配表序号 名称文字符号端口地址 11变频器频率调节QI0 22#变频器频率调节 -QI1 33#变频器频率调节 QI2 44变频器频率调节 -QI35。3。2通信网络配置在系统的网络配置中，图中上位机采用两台研华工控机IPC610，构成双机冗余系统，每台工控机配置一块西门子CP5611MPI多点接口通讯卡，通过MPI接口与下位机S7300进行通讯。下位机采用S7300系列PLC,CPU315一2DP，内部集成有MPI接口，用于与上位机全局通讯、PLC在线编程。配置CP340RS一4

39、22/485通讯模块，通过RS一485总线传输接口与4台三菱变频器进行通讯。 本系统中S7-300通过CP340与1-4#变频器之间的通信,设置CP340参数，通信协议设置为ASCll协议，选择自由信息报文格式，波特率9.6bps。然后按照变频器通信协议在PLC程序中组建发送数据报文，设定变频器频率，读取变频器频率、电流、电压、功率等参数。5.3.3变频器的选型变频器是把电压，频率固定的交流电变换成电压，频率分别可调的交流电的变换器。变频调速器与外界的联系点基本上分三部分:一是主电路接线端，包括工频电网的输入端（R，S,T），接电机的频率，电压连续可调的输出端（U，V，W）.二是控制端子，包括

40、外部信号控制变频调速器工作的端子，变频带调速器工作状态指示端子，变频器与微机或其他变频的通讯接口.三是操作面板包括液晶显示屏和键盘。一、变频器频率范围的设定1、基本频率与最高频率电动机的额定频率称为变频器的基本频率，当频率给定信号为最大值时,变频器的给定频率，称为最高频率,在上升时间一定的情况下，最高频率决定了变频器输出频率的变化速度。2、上限频率与下限频率上限频率与下限频率是调速控制系统所要求变频器的工作范围，它们的大小应根据实际工作情况设定。二、变频器及其型号根据设计题目要求，按照电动机的额定功率，最大使用电机容量,本设计选用三菱FRF540（L)-SFRF540LS系列变频器节能型、一般

41、负载适用FRF500（L）1。功率范围：75900KW（3相380V，FRF540（L）系列)2采用最佳励磁控制方式,实现更高节能运行。3内置PID,变频器/工频切换和可以实现多泵循环运行功能。4柔性PWM，实现更低噪音运行。5内置RS485通信口.675KW以上随机带DC电抗器技术规格:FRF540L-S系列型号FRF540L-CH400VS75KS90KS110KS132KS160KS185KS220KS250KS315KS400K适用电机容量(KW）（注1）轻载变转矩7590110132160185220250315400可变转矩7590110110132160185220280375输

42、出额定电流（A）轻载变转矩144180216260302360432477610750可变转矩144180214216260302360432547722过载能力（注3)轻载变转矩110 60s秒 （反时限特性）可变转矩120% 60秒 ，150% 0.5秒 （反时限特性）电压（注4)三相,380V至480V 电源额定输入交流电压/频率三相，380V至480V 50Hz/60Hz交流电压允许波动范围323至528V 50Hz/60Hz频率允许波动范围±5%电源容（KVA）（注5）轻载变转矩110137165198230274329363464571变转矩110137165165198

43、230274329417550保护结构开放型（IP00)冷却方式强制风冷大约重量（kg）415766666668120120 220235（注）：1。表示适用电机容量是以使用三菱标准4极电机时的最大适用容量。2.额定输出容量是指，输出电压为200V级时，220V时的容量；输出电压为400V级时，440V时的容量。 3.过载能力是以过电流与变频器的额定电流之比的百分数（）表示的。反复使用时，必须等待变频器和电机降到100%负荷时的温度以下。 4。最大输出电压不能大于电源电压，在电源电压以下可以任意设定最大输出电压. 5.电源容量随着电源侧的阻抗(包括输入电抗器和电线)的值而变化。 本设计所所选变

44、频器的型号：基本型号最大使用电机容量（KW )输出额定电流（A)电压等级(v）FR-F540L-90KCH90180400FRF54037KCH3770400FRF540L-75K-CH75144400FRF540L-75KCH751444005.3。4传感器的选型一、压力传感器的选型本设计中采用CYB-20S普通型压力传感器。CYB-20S系列压力变送器使用CYB-10S压力传感器为敏感元件,和电子线路做成一体化结构,输出为420mA、05V标准信号， 适合工业自动化系统配套。CYB20S为圆柱型全不锈钢结构，体积小，零点和灵敏度可从外部直接调整，使用方便。二、液位传感器的选型本设计采用光电

45、传感器OPG01,该光电传感器包含一个红外LED和光接收器.从LED的光直接到达传感器顶端的棱镜，当没有液体存在时,LED中的光在棱镜中被反射到接受器.当上升的液体侵入棱镜时，光被折射到液体中，只有少许或无光到达接受器。感应这个变化,接受器开动了单元中的电动开关，外部报警或控制电路从而工作。5。3。5其他主要元器件的选择1、根据题目设计依据,主要参数计算。额定电流的计算：90KW引风机的额定电流:(A）37KW鼓风机的额定电流：(A)75KW循环泵的额定电流：(A）5KW工频电动机的额定电流:（A）2、选择电器元件，编制电器原理图元件明细表，见表附录1。第六章系统软件的设计6。1 S7-300

46、系列PLC简介6.1。1S7-300编程方式简介S7300的编程语言是STEP7，STEP7继承了STEPS语言结构化程序设计的优点，用文件块的形式管理用户程序及程序运行所需的数据。如果这些文件块是子程序,可以通过调用语句,将他们组成结构化用户程序.这样，PLC的程序组织明确，结构清晰，易于修改。STEP7支持的编程语言非常丰富，有LAD（梯形图）、STL以语句表）、SCL(标准控制语言）、FBD（功能块图)、GRAPH(顺序控制)、HiGraph（状态图)、CFC(连续功能图)等,用户可以选择一种编程，如果需要,也可以混合几种语言编程。这些编程语言都是面向用户的，它使控制程序的编程大大简化，

47、对用户来说,开发、输入、调试和修改程序极为方便.本系统中主要采用LAD(梯形图)和STL（语句表）两种语言编程。LAD(梯形图)语言最接近于继电器控制系统中的电气控制原理图，是应用最多的一种编程语言，与计算机语言相比，梯形图可以看作是PLC的高级语言,几乎不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑，因此，它很容易被一般的电气工程设计和运行维护人员所接受，是初学者理想的编程工具。STL（语句表)语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自计算机领域的工程人员，它使用指令助记符创建用户程序,属于面向机器硬件的语言。通常,用户程序由组织块（OB）、功能块（FB，FC)、数据块（DB）构成。其中OB是系统操

48、作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行.OB块根据操作系统调用的条件(如时间中断、报警中断等)分成几种类型,这些类型有不同的优先级，高优先级的OB可以中断低优先级的OB。每个S7 CPU包含一套可编程OB块（随CPU而不同),不同的OB块执行特定的功能.OBI是主程序循环块，在任何情况下，它都是需要的.根据过程控制的复杂程度，可将所有程序放入OB1中进行线性编程，或将程序用不同的逻辑块加以结构化，通过OBI调用这些逻辑块。除了OB1，操作系统可以调用其它的OB块以响应确定事件。其他的OB块随所用的CPU性能和控制过程的要求而定。功能块（FB，FC）实际上是用户子程序，分

49、为带“记忆”功能块FB和不带“记忆”功能块FC。前者有一个数据结构与该功能块的参数表完全相同的数据块(DB）附属于该功能块,并随功能块的调用而打开，随功能块的结束而关闭。该附属数据块叫做背景数据块（Instance Data Block），存放在背景数据块中的数据在FB块结束时继续保持，即被“记忆”。功能块FC没有背景数据块，当FC完成操作后数据不能保持。数据块(DB)是用户定义的用于存储数据的存储区，也可以被打开或关闭。DB可以是属于某个FB的背景数据块，也可以是通用的全局数据块，用于FB或FC。S7 CPU还提供标准系统功能块（SFB，SFC),它们是预先编好的，经过测试集成在S7 CPU

50、中的功能数据库。用户可以直接调用它们,高效地编写自己的程序.由于它们是操作系统的一部分，不须将其作为用户程序下载到PLC。与FB块相似，SFB需要一个背景数据块，并将此DB块作为程序的一部分安装到CPU中。不同的CPU提供不同的SFB、SFC功能。 系统数据块（SDB)是为存放PLC参数所建立的系统数据存储区。用STEP7组态软件可以将PLC组态数据和其它操作参数存放于SDB中。6。1。2 S7300 PLC的存储区S7300CPU有三个基本存储区，其中：（1）系统存储区；RAM类型，用于存放操作数据（I/O、位存储、定时器、计数器等)。(2)装载存储区；物理上是CPU模块的部分RAM，加上内

51、置的EEPROM或选用可拆卸FEPROM卡,用于存放用户程序。（3)工作存储区:物理上占用cPu模块中的部分RAM，其存储内容是CPU运行时所执行的用户程序单元(逻辑块和数据块)的复制件.CPU工作存储区也为程序块的调用安排了一定数量的临时本地数据存储区或称L堆栈。L堆栈中的数据在程序块工作时有效，并一直保持,当新的块被调用时，L堆栈重新分配。此外，S7 CPU还有两个累加器、两个地址寄存器、两个数据块地址寄存器和一个状态字寄存器。CPU程序所能访问的存储区为系统存储区的全部、工作存储区中的数据块DB、暂时局部数据存储区、外设I/O存储区（P)等。6.2 PLC控制程序设计PLC控制程序采用西

52、门子编程软件STEP7V5。3设计，STEP7V5.3是专门用于SIMATIC S7300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件包，支持梯形图（LAD）语言、语句表（sTL）语言和功能块图（FBD）语一言。PLC控制程序由一个主程序和若干子程序构成，编程、调试等全部在计算机上完成，编译后通过MPI接口下载到PLC。整个编程的步骤如图6-1所示:开始设计系统控制方案生成一个项目组态硬件编写程序块编写程序块组态硬件传送程序到CPU并在线调试下载程序到CPU完成 图6-1 PLC控制程序设计流程图由图中可看出，程序的设计步骤有两种途径，一种是先组态硬件再编写程序块，另一种是先编写程序块再组态硬件。如果要生成一个多点输入输出的综合系统,应先组态硬件，这样STEP7自动根据硬件的位置确定好I/O点地址,有利于编程.本系统是一个输入输出点数多而烦杂的综合系统，故先组态硬件。6。2。1 PLC控制流程图在所设计的系统中,要实现设计任务的要求而进行程序的编制，在程序编制之前的工作是绘制流