第十四章计算机控制技术及其应用

1、第十四章第十四章 控制系统设计与工程实现控制系统设计与工程实现本章要点本章要点: :1 1学习计算机控制系统的设计原则。学习计算机控制系统的设计原则。2 2初步掌握计算机控制系统的设计步骤。初步掌握计算机控制系统的设计步骤。3 3学习实例，加深认识与初步掌握单片机、学习实例，加深认识与初步掌握单片机、IPCIPC和和 PLCPLC控制系统的设计思路。控制系统的设计思路。本章主要内容本章主要内容14.1 控制系统的设计原则控制系统的设计原则14.2 控制工程的实现步骤控制工程的实现步骤14.3 控制工程的应用实例控制工程的应用实例 前面讨论了计算机控制系统各部分的结构组成、工作前面讨论了计算机控

2、制系统各部分的结构组成、工作原理、硬件和软件技术、控制规律算法以及典型的控制装原理、硬件和软件技术、控制规律算法以及典型的控制装置类型，这就为计算机控制系统的设计与工程实现奠定了置类型，这就为计算机控制系统的设计与工程实现奠定了基础。基础。14.1 控制系统的设计原则控制系统的设计原则 对于不同的控制对象，系统的设计方案和具体的技术指标是不对于不同的控制对象，系统的设计方案和具体的技术指标是不同的，但控制系统的设计原则是相同的。同的，但控制系统的设计原则是相同的。满足工艺要求满足工艺要求满足生产过程提出的要求和性能指标满足生产过程提出的要求和性能指标可靠性要高可靠性要高通常用系统平均无故障和平

3、均维修时间衡量通常用系统平均无故障和平均维修时间衡量操作性能要好操作性能要好使用方便和维护容易使用方便和维护容易实时性要强实时性要强对内外部时间及时做出响应对内外部时间及时做出响应通用性要好通用性要好硬软件可移植硬软件可移植1. 经济效益要高经济效益要高14.214.2控制工程的实现步骤控制工程的实现步骤主要知识点主要知识点 14.2.1 准备阶段准备阶段 14.2.2 设计阶段设计阶段 14.2.3 仿真及调试阶段仿真及调试阶段 14.2.4 现场调试运行阶段现场调试运行阶段 14.2.1 14.2.1 准备阶段准备阶段14.2.2 14.2.2 设计阶段设计阶段 控制系统的设计阶段又分为总

4、体设计、硬件设计、软控制系统的设计阶段又分为总体设计、硬件设计、软件设计等几个步骤。件设计等几个步骤。1.总体设计总体设计 根据控制对象要求，根据控制对象要求，确定系统的构成方式及控制确定系统的构成方式及控制 装置与现场装置与现场设备的选择，以及控制规律算法和其它特殊功能要求。主要包括以设备的选择，以及控制规律算法和其它特殊功能要求。主要包括以下内容：下内容：确定系统的任务和控制方案确定系统的任务和控制方案确定系统的构成方式确定系统的构成方式选择现场设备选择现场设备确定控制算法确定控制算法硬软件功能的划分硬软件功能的划分其它方面的考虑其它方面的考虑具体来讲：具体来讲：确定系统的任务和控制方案确

5、定系统采用开闭环，进而确定确定系统的任务和控制方案确定系统采用开闭环，进而确定整个系统是采用整个系统是采用DDCDDC、SCCSCC、DCSDCS或或FCSFCS。确定系统的构成方式确定系统的构成方式控制装置机型的选择，控制装置机型的选择，可供选择，如单可供选择，如单片机、可编程调节器、片机、可编程调节器、IPCIPC、PLCPLC和和DCSDCS、FCSFCS等。等。选择现场设备选择现场设备主要包含传感器、变送器和执行器的选择主要包含传感器、变送器和执行器的选择确定控制算法确定控制算法控制算法的选择与系统的数学模型有关。控制算法的选择与系统的数学模型有关。一般一般简单的生产过程常采用简单的生

6、产过程常采用PIDPID控制；对于工况复杂工艺要求高控制；对于工况复杂工艺要求高的生产过程，采取如串级、前馈、自适应、最少拍控制、纯的生产过程，采取如串级、前馈、自适应、最少拍控制、纯滞后补偿或大林控制、模糊控制等算法。滞后补偿或大林控制、模糊控制等算法。硬软件功能的划分硬软件功能的划分系统设计时，硬、软件功能的划分要综合系统设计时，硬、软件功能的划分要综合考虑。考虑原则是视控制系统的应用环境与今后的生考虑。考虑原则是视控制系统的应用环境与今后的生产数量而定。产数量而定。其它方面的考虑其它方面的考虑应考虑人机界面、系统的机柜或机箱的结构应考虑人机界面、系统的机柜或机箱的结构设计、抗干扰等方面的

7、问题。最后初步估算一下成本，做出设计、抗干扰等方面的问题。最后初步估算一下成本，做出工程概算。工程概算。2.2.硬件设计硬件设计 对于通用控制系统，可以通过市场提供的各种总线式系统装置对于通用控制系统，可以通过市场提供的各种总线式系统装置进行硬件设计。进行硬件设计。选择内容一般包括：选择内容一般包括：（1 1）根据控制任务的复杂程度、控制精度以及实时性要求等选择）根据控制任务的复杂程度、控制精度以及实时性要求等选择主机板（包括总线类型、主机机型等）；主机板（包括总线类型、主机机型等）；（2 2） 根据根据AIAI、AOAO点数、分辨率和精度，以及采集速度等选点数、分辨率和精度，以及采集速度等选

8、A AD D、D DA A板（包括通道数量、信号类别、量程范围等）；板（包括通道数量、信号类别、量程范围等）；（3 3）根据）根据DIDI、DODO点数和其它要求，选择开关量输入输出板（包括点数和其它要求，选择开关量输入输出板（包括通道数量、信号类别、交直流和功率大小等）；通道数量、信号类别、交直流和功率大小等）；（4 4）根据人机联系方式选择相应的接口板或显示操作面板（包括）根据人机联系方式选择相应的接口板或显示操作面板（包括参数设定、状态显示、手动自动切换和异常报警等）；参数设定、状态显示、手动自动切换和异常报警等）；（5 5）根据需要选择各种外设接口、通信板块等；）根据需要选择各种外设接

9、口、通信板块等；（6 6）根据工艺流程选择测量装置（包括被测参数种类、量程大）根据工艺流程选择测量装置（包括被测参数种类、量程大小、信号类别、型号规格等）；小、信号类别、型号规格等）；（7 7）根据工艺流程选择执行装置（包括能源类型、信号类别、型）根据工艺流程选择执行装置（包括能源类型、信号类别、型号规格等）。号规格等）。3软件设计软件设计软件设计应考虑以下几个方面：软件设计应考虑以下几个方面：编程语言的选择编程语言的选择常用语言有汇编语言、高级语言、组态语言常用语言有汇编语言、高级语言、组态语言数据类型和数据结构规划数据类型和数据结构规划数据类型分为逻辑型和数值型。数据类型分为逻辑型和数值型

10、。数据结构是指按顺序结构、链形结构、树形结构来存数据结构是指按顺序结构、链形结构、树形结构来存放数放数资源分配资源分配ROMROM、RAMRAM、定时器、定时器/ /计数器、中断源、计数器、中断源、I/OI/O地址分配地址分配控制软件的设计控制软件的设计1)1)数据采集和数据处理程序数据采集和数据处理程序2)2)控制算法程序控制算法程序3 3）控制量输出程序）控制量输出程序4 4）人机界面程序）人机界面程序5 5）实时时钟和中断处理程序）实时时钟和中断处理程序6 6）数据管理和数据通信程序）数据管理和数据通信程序程序设计方法程序设计方法可采用模块化和自顶向下程序设计方法可采用模块化和自顶向下程

11、序设计方法 离离线仿真及调试阶段一般在实验室进行，首先进行线仿真及调试阶段一般在实验室进行，首先进行硬件调试与软件调试，然后进行硬件软件统调，最后考机硬件调试与软件调试，然后进行硬件软件统调，最后考机运行，为现场投运做好准备。运行，为现场投运做好准备。具体步骤具体步骤: :1 1硬件调试硬件调试2 2软件调试软件调试3 3系统仿真系统仿真4 4考机考机14.2.314.2.3仿真及调试阶段仿真及调试阶段1硬件调试硬件调试 硬件的调试主要包括各种标准功能模板、输入输出信号、硬件的调试主要包括各种标准功能模板、输入输出信号、现场现场仪表和执行器及通信网络系统的调试。仪表和执行器及通信网络系统的调试

12、。2 2软件调试软件调试 软件调试的顺序是子程序、功能模块和主程序。软件调试的顺序是子程序、功能模块和主程序。控制模块全局主程序调试开环闭环检查PID控制模块的开环阶跃响应特性即调节并确定较佳P、I、D参数检查PID控制模块的反馈控制功能整体调试的方法是自底向上逐步扩大，采用子集、局部和全局三步调试方法进行整体调试3系统仿真系统仿真系统仿真应用相似原理和类比关系来研究事物，也就是系统仿真应用相似原理和类比关系来研究事物，也就是 用模型来代替实际被控对象进行实验和研究，也用模型来代替实际被控对象进行实验和研究，也 称为模拟调试。称为模拟调试。系统仿真类型：系统仿真类型： 全物理仿真（即在模拟环境

13、条件下的全实物仿真）；全物理仿真（即在模拟环境条件下的全实物仿真）； 半物理仿真（即硬件闭路动态试验）；半物理仿真（即硬件闭路动态试验）； 数字仿真（即计算机仿真）。数字仿真（即计算机仿真）。4 4考机考机 在系统仿真的基础上，还要进行考机运行，即进行长时间在系统仿真的基础上，还要进行考机运行，即进行长时间的运行考验，有时还要根据实际的运行环境，进行特殊运行条的运行考验，有时还要根据实际的运行环境，进行特殊运行条件的考验，如高温和低温剧变运行试验、振动和抗电磁干扰试件的考验，如高温和低温剧变运行试验、振动和抗电磁干扰试验、电源电压剧变和掉电试验等。验、电源电压剧变和掉电试验等。 系统离线仿真和

14、调试后便可将控制系统和生产过程联接在一系统离线仿真和调试后便可将控制系统和生产过程联接在一起，进行在线现场调试和运行，最后经过签字验收，才标志着工程起，进行在线现场调试和运行，最后经过签字验收，才标志着工程项目的最终完成。在线调试前还要进行下列检查：项目的最终完成。在线调试前还要进行下列检查：1 1检测元件、变送器、显示仪表、调节阀等必须通过校验，保证检测元件、变送器、显示仪表、调节阀等必须通过校验，保证 精确度要求。作为检查，可进行一些现场校验。精确度要求。作为检查，可进行一些现场校验。2 2各种电气接线和测量导管必须经过检查，保证连接正确。各种电气接线和测量导管必须经过检查，保证连接正确。

15、3.3.检查系统干扰情况和接地情况，如果不符合要求，应采取措施。检查系统干扰情况和接地情况，如果不符合要求，应采取措施。4 4对安全防护措施也要检查。对安全防护措施也要检查。 14.2.4 14.2.4 现场调试运行阶段现场调试运行阶段主要内容14.3.1 水槽水位单片机控制系统水槽水位单片机控制系统14.3.2 循环水装置循环水装置IPC系统系统14.3.3 中水回用中水回用PLC控制系统控制系统14.3.4 火电厂火电厂DCS控制系统控制系统14.3 14.3 控制工程的应用实例控制工程的应用实例1 1系统概述系统概述 2 2硬件电路硬件电路 3 3程序设计程序设计14.3.1 水槽水位单

16、片机控制系统水槽水位单片机控制系统 对于小型测控系统或者某些专用的智能化仪器仪表，一般对于小型测控系统或者某些专用的智能化仪器仪表，一般可采用以单片机为核心、配以接口电路和外围设备、再编制应可采用以单片机为核心、配以接口电路和外围设备、再编制应用程序的模式来实现。下面以一个简单介绍水槽水位控制系统。用程序的模式来实现。下面以一个简单介绍水槽水位控制系统。5V+12V+5V+330AT89C205112MHXTAL2XTAL1P1.1P1.0P1.3P1.23305V+81k81kKM30PF30PFZbc图 15-8 水槽水位控制电路ABC220VKA1系统概述系统概述 工工艺要求：当水位升到

17、上限艺要求：当水位升到上限C C以上时，水泵应停止供水；当水位以上时，水泵应停止供水；当水位降到下限降到下限B B以下时，应启动水泵供水；当水位处于下限以下时，应启动水泵供水；当水位处于下限B B与上限与上限C C之之间，水泵应维持原有的工作状态。间，水泵应维持原有的工作状态。 A代表水位的下下限。代表水位的下下限。2 2硬件电路硬件电路 根据工艺要求，设计的控制系统硬件电路下图所示。主要组成根据工艺要求，设计的控制系统硬件电路下图所示。主要组成部分的功能如下：部分的功能如下：5V+12V+5V+330AT89C205112MHXTAL2XTAL1P1.1P1.0P1.3P1.23305V+8

18、1k81kKM30PF30PFZbc图 15-8 水槽水位控制电路ABC220VKAC(P1.1) b(P1.0) 水位 操作 00B点以下 水泵启动 01B、C之间 维持原状 10系统故障 故障报警 11C点以上 水泵停止 (1)(1)系统核心部分：采用低档型系统核心部分：采用低档型AT89C2051AT89C2051单片机，用单片机，用P1.0P1.0和和P1.1P1.1端作为水位信号的采集输入口，端作为水位信号的采集输入口，P1.2P1.2和和P1.3P1.3端作为控制与端作为控制与报警输出口。报警输出口。(2)(2)水位测量部分：电极水位测量部分：电极A A接接+5V+5V电源，电极电

19、源，电极B B、C C各通过一个电阻各通过一个电阻与地相连。与地相连。b b点电平与点电平与c c点电平分别接到点电平分别接到P1.0P1.0和和P1.1P1.1输入输入端，可以代表水位的各种状态与操作要求，共有端，可以代表水位的各种状态与操作要求，共有4 4种组种组 合，合，如下：如下：第一种组合当水位降到下限第一种组合当水位降到下限B B以下时，电极以下时，电极B B与电极与电极C C在水面上在水面上方悬空，方悬空，b b点、点、c c点呈低电平，这时应启动水泵供水中；点呈低电平，这时应启动水泵供水中；第二种组合第二种组合-当水位处于下限与上限之间，由于水的导电作用，电当水位处于下限与上限

20、之间，由于水的导电作用，电极极B B连到电极连到电极A A及及+5V+5V，则，则b b点呈高电平，而电极点呈高电平，而电极C C仍悬空则仍悬空则c c点为低电平，这时不论水位处于上升或下降趋势，水泵都应点为低电平，这时不论水位处于上升或下降趋势，水泵都应继续维持原有的工作状态；继续维持原有的工作状态；第四种组合当水位上升达到上限时，电极第四种组合当水位上升达到上限时，电极B B、C C通过水导体连到通过水导体连到 电极电极A A及及+5V+5V，因此，因此b b、c c点呈高电平，这时水泵停止供水；点呈高电平，这时水泵停止供水；第三种组合即水位达到电极第三种组合即水位达到电极C C却未达到电

21、极却未达到电极B B，即，即c c点为高电平点为高电平而而b b点为低电平，这在正常情况下是不可能发生的，作为一点为低电平，这在正常情况下是不可能发生的，作为一种故障状态，在设计中还是应考虑的。种故障状态，在设计中还是应考虑的。(3) (3) 控制报警部分：由控制报警部分：由P1.2P1.2端输出高电平，经反相器使光耦隔离器端输出高电平，经反相器使光耦隔离器导通，继电器线圈导通，继电器线圈KMKM得电，常开触点得电，常开触点KAKA闭合，启动水泵运转；当闭合，启动水泵运转；当P1.2P1.2端输出低电平，经反相器使光耦隔离器截止，继电器线圈端输出低电平，经反相器使光耦隔离器截止，继电器线圈J

22、J失失电，常开触点断开，则使水泵停转。由电，常开触点断开，则使水泵停转。由P1.3P1.3端输出高电平，经反相端输出高电平，经反相器变为低电平，驱动一支发光二极管发光进行故障报警。器变为低电平，驱动一支发光二极管发光进行故障报警。3 3程序设计程序设计C(P1.1) b(P1.0) 水位 操作 00B点以下 水泵启动 01B、C之间 维持原状 10系统故障 故障报警 11C点以上 水泵停止 1 1系统概述系统概述 2 2硬件电路硬件电路 3 3软件设计软件设计14.3.2 循环水装置循环水装置IPC系统系统 在以模拟量为主的中小规模控制条件下，应优先选择在以模拟量为主的中小规模控制条件下，应优

23、先选择IPCIPC控制控制装置，下面介绍用一台装置，下面介绍用一台STDSTD总线总线IPCIPC控制循环水动态模拟试验装置的控制循环水动态模拟试验装置的实例。实例。1系统概述系统概述 大型化工企业普遍采用冷却水循环使用技术，但循环冷却水同大型化工企业普遍采用冷却水循环使用技术，但循环冷却水同时带来设备的结垢与腐蚀问题，为此利用循环水动态模拟试验装置，时带来设备的结垢与腐蚀问题，为此利用循环水动态模拟试验装置，模拟生产现场的流态水质、流速、金属材质和循环冷却水进出口温模拟生产现场的流态水质、流速、金属材质和循环冷却水进出口温度等主要参数，来评价稳定水质的配方、阻垢效果及寻求相应的操度等主要参数

24、，来评价稳定水质的配方、阻垢效果及寻求相应的操作工艺条件。作工艺条件。（1）工艺流程）工艺流程（2）控制要求）控制要求1010点参数检测功能点参数检测功能 入口水温、出口水温、蒸汽温度、冷却塔底温度，共入口水温、出口水温、蒸汽温度、冷却塔底温度，共8 8路温路温度，量程为度，量程为0 0100100，检测精度为，检测精度为0 02 2级。两路循环水流量，级。两路循环水流量，量程为量程为2002001200L1200Lh h，检测精度为，检测精度为1 1级。还有计算显示出入口级。还有计算显示出入口温差、瞬时污垢热阻、水阀与风阀门开度、试验时间与剩余时温差、瞬时污垢热阻、水阀与风阀门开度、试验时间

25、与剩余时间。间。2222个参数设定功能个参数设定功能 换热器试管直径与长度、流量与温度的给定值、换热器试管直径与长度、流量与温度的给定值、PIDPID控制控制的比例系数、积分时间、微分时间以及即时时间与试验时间。的比例系数、积分时间、微分时间以及即时时间与试验时间。1010个参数标定功能个参数标定功能 对对8 8路温度、路温度、2 2路流量进行现场标定。路流量进行现场标定。PIDPID控制功能控制功能实时控制实时控制2 2路入口水温与路入口水温与2 2路循环水流量，温度控制精度：路循环水流量，温度控制精度：设定值设定值 0 055；流量控制精度：设定值；流量控制精度：设定值2 2 FSFS（F

26、SFS即即Full ScaleFull Scale，意为满刻度或满量程）。，意为满刻度或满量程）。工艺计算、列表绘图功能工艺计算、列表绘图功能根据污垢热阻计算公式计算并显示出瞬时污垢热阻，而且根据污垢热阻计算公式计算并显示出瞬时污垢热阻，而且自动生成试自动生成试 验数据列表。自动绘制时间验数据列表。自动绘制时间- -污垢热阻曲线。污垢热阻曲线。其他功能指标其他功能指标 所有参数的采样、计算、控制周期均为所有参数的采样、计算、控制周期均为0.25S0.25S，刷新显示，刷新显示周期为周期为2S2S，试验数据记录时间间隔按工艺要求而定，数据保存，试验数据记录时间间隔按工艺要求而定，数据保存时间为时

27、间为1010年，系统内部设有软件硬件自诊断、自恢复功能，具年，系统内部设有软件硬件自诊断、自恢复功能，具有永不有永不“死机死机”的高度可靠性。的高度可靠性。上述所有参数均以汉字分屏幕显示，且附有提示菜单以便操作。上述所有参数均以汉字分屏幕显示，且附有提示菜单以便操作。2硬件设计硬件设计 根据上述系统功能及技术指标的要求，采用一台现成的根据上述系统功能及技术指标的要求，采用一台现成的STDSTD总线总线IPCIPC较为适宜。选用北京工业大学电子工厂的较为适宜。选用北京工业大学电子工厂的IPCIPC产品，共由产品，共由1010块功能模板及外设组成。块功能模板及外设组成。3 软件设计软件设计该软件主

28、要完成两方面的任务：该软件主要完成两方面的任务：（1 1）8 8路温度、两路流量的采集与处理，入口温度与流量的控制，路温度、两路流量的采集与处理，入口温度与流量的控制，定时存储实验数据；采用中断方式完成。定时存储实验数据；采用中断方式完成。 （2 2）允许操作者查看、打印各种数据，设定、标定各个参数。在）允许操作者查看、打印各种数据，设定、标定各个参数。在 主程序中完成。主程序中完成。初始化中主要完成对初始化中主要完成对CRTCRT、打印机工作方式、打印机工作方式设定，四个调节阀设定，四个调节阀门初始定位及软件标志设置等。门初始定位及软件标志设置等。系统有数检测画面、参数设定画面、参数标定画面

29、、数据列表画系统有数检测画面、参数设定画面、参数标定画面、数据列表画 面、热阻曲线画面和系统状态画面。面、热阻曲线画面和系统状态画面。 在以数字量为主的中小规模控制环境下，一般应首在以数字量为主的中小规模控制环境下，一般应首选选PLCPLC装置，下面介绍一个用西门子装置，下面介绍一个用西门子PLCPLC监控中水处理流监控中水处理流程的工程实例。程的工程实例。1 1系统概述系统概述 2 2硬件设计硬件设计 3 3程序设计程序设计14.3.3 14.3.3 中水回用中水回用PLCPLC控制系统控制系统1系统概述系统概述（1 1）工艺流程）工艺流程 中水处理主要工艺流程如图中水处理主要工艺流程如图1

30、4-814-8所示。生活污水首先通过格栅所示。生活污水首先通过格栅机滤除固态杂物，进入调节池缓冲，再进入生化池，利用生物接触机滤除固态杂物，进入调节池缓冲，再进入生化池，利用生物接触氧化、化学絮凝和机械过滤方法使水中氧化、化学絮凝和机械过滤方法使水中CODCOD、BOD5BOD5等几种水质指标等几种水质指标大幅度降低，再采用活性炭和碳纤维复合吸附过滤方式，使出水达大幅度降低，再采用活性炭和碳纤维复合吸附过滤方式，使出水达到生活使用要求。到生活使用要求。格栅机调节池生化池 压滤罐清水池集水池加药 加氯 排掉 回用 风机 反冲洗 污水 1 1系统概述系统概述（1 1）工艺流程）工艺流程 中水处理主

31、要工艺流程如图所示。生活污水首先通过格栅机滤中水处理主要工艺流程如图所示。生活污水首先通过格栅机滤除固态杂物，进入调节池缓冲，再进入生化池，利用生物接触氧化、除固态杂物，进入调节池缓冲，再进入生化池，利用生物接触氧化、化学絮凝和机械过滤方法使水中化学絮凝和机械过滤方法使水中CODCOD、BOD5BOD5等几种水质指标大幅度等几种水质指标大幅度降低，再采用活性炭和碳纤维复合吸附过滤方式，使出水达到生活降低，再采用活性炭和碳纤维复合吸附过滤方式，使出水达到生活使用要求。使用要求。（2）控制要求）控制要求构成构成1414台泵和电机，台泵和电机，4 4个池的水位检测。个池的水位检测。水位计的作用水位计

32、的作用使用时声光报警；在全自动、分组自动、半自使用时声光报警；在全自动、分组自动、半自动控制方式下，水位计的上限、下限分别作为该池排水泵自动控制方式下，水位计的上限、下限分别作为该池排水泵自动开、停的动开、停的PLCPLC输入信号。输入信号。手动控制方式手动控制方式手动操作按钮开停手动操作按钮开停1414个负荷，不受水位影响。个负荷，不受水位影响。生化半自动控制方式生化半自动控制方式由生化池水位的上限与下由生化池水位的上限与下 限自动控制限自动控制生化泵的开、停，而加药计量泵、生化泵的开、停，而加药计量泵、CLO2CLO2发生器的开、发生器的开、停由手动操作。停由手动操作。分组自动控制方式分组

33、自动控制方式整个系统分调节池水位、生化池水位、清整个系统分调节池水位、生化池水位、清水池水位、集水池水位、溢流泵、罗茨风机自动机组。水池水位、集水池水位、溢流泵、罗茨风机自动机组。控制要求：当按下分组自动按钮时，被按下按钮的灯闪亮，控制要求：当按下分组自动按钮时，被按下按钮的灯闪亮，当选定当选定 主、备电机按钮后，分组自动按钮指示灯长亮；当主、备电机按钮后，分组自动按钮指示灯长亮；当水位达到上限时，水位达到上限时， 电机停止而按钮指示灯转为闪亮。电机停止而按钮指示灯转为闪亮。全自动方式控制要求全自动方式控制要求即全自动准备按钮启动后系统进入全自即全自动准备按钮启动后系统进入全自动运行状态动运行

34、状态2硬件设计硬件设计硬件设计包括：硬件设计包括：PLC PLC 系统配置、系统配置、 PLC PLC 接线图、中文显示器接线图、中文显示器（1 1）PLC PLC 系统配置系统配置 工艺要求：工艺要求： 1414台被控设备开、启、台被控设备开、启、4 4种控制方式种控制方式 运行、停止、故障状态的灯指示运行、停止、故障状态的灯指示PLCPLC配置：采用软件编程方法配置：采用软件编程方法 1 1个带灯按钮表示个带灯按钮表示1 1台设备的全部控制与状态指台设备的全部控制与状态指 示功能，加上示功能，加上4 4种控制方式及其切换种控制方式及其切换 需配置需配置2424个带灯按钮个带灯按钮 整个系统

35、需要开关量输入整个系统需要开关量输入4040点与开关量输出点与开关量输出3232点点 选用德国选用德国SIEMENSSIEMENS的的S7-200S7-200主机主机CPU226CPU226， 有开关量有开关量2424输入输入1616输出点，输出点， 数字量扩展模块数字量扩展模块EM223EM223， 提供开关量提供开关量1616输入输入/16/16输出点输出点1 K A2 K A3 K A7 K A1 0 K A9 K A4 K A5 K A6 K A1 1 K A1 2 K A8 K A1 3 K A1 4 K A1 A N2 A N3 A N1 8 A N1 9 A N2 0 A N4

36、A N9 A N8 A N1 6 A N1 2 A N1 5 A N1 3 A N1 7 A N2 1 A N2 2 A N2 3 A N2 4 A N1 号 风 机2 号 风 机2 号 生 化 泵1 号 生 化 泵集 水 池 泵反 洗 水 泵C L O 2 发 生 器1 号 调 节 泵2 号 调 节 泵栅 格 机计 量 泵2 号 溢 流 泵热 风 幕1 号 溢 流 泵1 号 风 机 灯2 号 风 机 灯1 号 生 化 泵 灯2 号 生 化 泵 灯1 号 调 节 泵 灯2 号 调 节 泵 灯1 号 溢 流 泵 灯2 号 溢 流 泵 灯全 自 动 准 备 灯全 自 动 启 动 灯调 节 池 自

37、动 灯生 化 池 自 动 灯清 水 动 启 动 灯集 水 池 自 动 灯溢 流 泵 自 动 灯风 机 自 动 灯生 化 半 自 动 灯报 警 灯蜂 鸣 器 1 号 风 机 2 号 风 机 1 号 生 化 泵 2 号 生 化 泵集 水 池 泵反 洗 水 泵 C L O 2 发 生 器 1 号 调 节 泵 2 号 调 节 泵栅 格 机 计 量 泵 1 号 溢 流 泵 2 号 溢 流 泵热 风 幕全 自 动 准 备全 自 动 开 停 调 节 池 上 上 限调 节 池 上 限调 节 池 下 限 调 节 池 下 下 限生 化 池 上 上 限生 化 池 上 限生 化 池 下 限 生 化 池 下 下 限 集

38、 水 池 上 上 限集 水 池 上 限集 水 池 下 限 集 水 池 下 下 限 清 水 池 上 上 限清 水 池 上 限清 水 池 下 限 清 水 池 下 下 限调 节 池 自 动生 化 池 自 动清 水 池 自 动 集 水 池 自 动溢 流 泵 自 动 风 机 自 动 生 化 半 自 动 消 除 警 报图 1 5 - 1 5 P L C 输 入 输 出 接 线 图I 0 .0I 0 .1I 0 .2I 0 .6I 0 .5I 0 .4I 0 .3I 0 .7I 1 .0I 1 .1I 1 .2I 1 .6I 1 .5I 1 .4I 1 .3I 1 .7I 2 .0I 2 .1I 2 .2I

39、 2 .6I 2 .5I 2 .4I 2 .3I 2 .7I 3 .0I 3 .1I 3 .2I 3 .6I 3 .5I 3 .4I 3 .3I 3 .7I 4 .0I 4 .1I 4 .2I 4 .6I 4 .5I 4 .4I 4 .3I 4 .71 7 A N1 8 A N1 9 A N2 3 A N2 2 A N2 1 A N2 0 A N2 4 A N1 A N2 A N3 A N7 A N6 A N5 A N4 A N8 A N9 A N1 0 A N1 1 A N1 5 A N1 4 A N1 3 A N1 2 A N1 6 A NQ 0 .0Q 0 .1Q 0 .2Q 0 .6Q

40、 0 .5Q 0 .4Q 0 .3Q 0 .7Q 1 . 0Q 1 .1Q 1 .2Q 1 .6Q 1 .5Q 1 .4Q 1 .3Q 1 .7Q 2 .0Q 2 .1Q 2 .2Q 2 .6Q 2 .5Q 2 .4Q 2 .3Q 2 .7Q 3 .0Q 3 .1Q 3 .2Q 3 .6Q 3 .5Q 3 .4Q 3 .3Q 3 .7 S 7 - 2 0 0 C P U 2 2 6E M 2 2 32 4 V D C2 2 0 V A C（2）PLC输输入入输输出出接接线线图图（3）中文显示器）中文显示器 操作界面选用操作界面选用TD200TD200中文文本显示器。中文文本显示器。 特点：简洁

41、、价格低的操作界面特点：简洁、价格低的操作界面连接简单连接简单不需要独立电源，用电缆连接到不需要独立电源，用电缆连接到S7-200CPUS7-200CPU的的PPIPPI接口上接口上 3程序设计程序设计14.3.4 火电厂火电厂DCS控制系统控制系统 近年来，近年来，DCS在火电厂过程控制领域的应用已经相当普及，应在火电厂过程控制领域的应用已经相当普及，应用水平提高得很快。用水平提高得很快。DCS从单一功能向多功能、一体化方向发从单一功能向多功能、一体化方向发展，已经实现了包括数据采集（展，已经实现了包括数据采集（DAS）、模拟量控制（）、模拟量控制（MCS）、）、开关量控制（开关量控制（SC

42、S）、汽轮机控制（）、汽轮机控制（DEH）、旁路控制）、旁路控制（BPS）、电气控制（）、电气控制（ECS）等多项功能，在减轻运行维护人）等多项功能，在减轻运行维护人员的劳动强度、提高火电厂的综合自动化水平、改善火电机组员的劳动强度、提高火电厂的综合自动化水平、改善火电机组运行安全经济性等多方面发挥了极为重要的作用。运行安全经济性等多方面发挥了极为重要的作用。 图图14-12所示为某所示为某300MW单元机组锅炉单元机组锅炉控制部分采用美国贝利公司控制部分采用美国贝利公司INFI-90系统的硬系统的硬件配置图，下面以其中的锅炉主蒸汽温度控件配置图，下面以其中的锅炉主蒸汽温度控制为例，给出一个制

43、为例，给出一个DCS在火电厂过程控制系在火电厂过程控制系统中应用的实例。统中应用的实例。14.3.4 火电厂火电厂DCS控制系统控制系统 DCS DCS系统集数据采集（系统集数据采集（DASDAS）、模拟量控制（）、模拟量控制（MCSMCS）、开关量控）、开关量控制（制（SCSSCS）、汽轮机控制（）、汽轮机控制（DEHDEH）、旁路控制（）、旁路控制（BPSBPS）、电气控制）、电气控制（ECSECS）等多项功能为一体，在减轻运行维护人员的劳动强度、提）等多项功能为一体，在减轻运行维护人员的劳动强度、提高火电厂的综合自动化水平、改善火电机组运行安全经济性等多方高火电厂的综合自动化水平、改善火电机组运行安全经济性等多方面发挥了极为重要的作用。面发挥了极为重要的作用。 本章以某本章以某300MW300MW单元机组锅炉控制部分采用美国贝利公司单元机组锅炉控制部分采用美国贝利公司INFI-INFI-9090系统的硬件配置图中的锅炉主蒸汽温度控制为例，给出一个系统的硬件配置图中的锅炉主蒸汽温度控制为例，给出一个DCSDCS在火电厂过程控制系统中