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西门子plc控制论文plc相关论文西门子PLC在真空蒸汽炉控制中的应用摘要:真空蒸汽炉经过数十年的发展,已日趋完善,并得到用户的普遍认可与欢迎。目前该产品已广泛应用于国内十几个油田,并逐步发展为传统加热的替代产品,其主要控制系统多数采用PLC模式。而在众多的PLC控制系统中,德国西门子公司的S7-200系统令人信服地将先进的操作管理、优越的控制功能和系统的安全可靠性最完美地结合在一起,非常广泛的并应用在真空蒸汽炉控制中。关键词:西门子PLC;真空蒸汽炉根据真空蒸汽炉锅炉控制系统要求,选定的S7-200系统采用最先进可靠的硬件和软件,具有开放的网络结构,是一套操作和工程技术标准化、综合过程自动化与工厂自动化、高可靠全自动冗余的PLC系统。可满足小规模企业生产、控制、优化管理的需要。1.系统配置及功能说明1.1系统组成:-中央处理单元(CPU)各种CPU有各种不同的性能,例如,有的CPU上集成有输入/输出点,有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通讯接口等。_信号模块(SM)用于数字量和模拟量输入/输出。_通讯处理器(CP)用于连接网络和点对点连接_功能模块(FM)用于高速计数,定位操作(开环或闭环控制)和闭环控制。_负载电源模块(PS)为控制器、输入/输出、通讯等卡件停工稳定的电源系统。_触摸屏为用户提供小巧的人机界面以满足各种工况下的控制要求。1.2系统主要硬件配置纵览如下:1)SIEMENSS7-200CPU单元CPU-224。2)SIEMENSS7-200模拟量扩展模块EM231、EM232、EM235。3)SIEMENSS7-200数字量扩展模块EM221、EM222、EM223。4)SIEMENSS7-200以太网通讯模块CP243-1。5)SIEMENS触摸屏SIMATICTP270。6)SIEMENSS7-200远程通讯modemEM241。1.3编制控制过程所应用的软件如下:1)SIEMENSS7-200编程软件STEP7-Micro/Win32。2)WinCCflexible2005SP1操作屏组态软件。2.控制功能说明2.1概述本控制系统采用西门子S7-200作为核心控制部件,独特的触摸屏设计。软硬件采用模块化设计,结构与功能设计合理,操作简单,智能化程度高,采用高性能的电源,在100-254V的电压下能够正常使用,具有较强的抗干扰能力。可对锅炉的当前工作状态实时监控,并对故障进行自动识别及处理,使系统安全、可靠地运行。2.2产品特点1)配置非常灵活,提供多种型号,无论是要求功能强大,还是要求价格经济,都能让用户获得满意的选择。2)高可靠性,所有的I/O接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器,其滤波时间常数一般为10~20ms.各模块均采用屏蔽措施,以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能,一旦电源或其他软,硬件发生异常情况,CPU立即采用有效措施,以防止故障扩大。3)采用模块化结构为了适应各种工业控制需要。PLC的各个部件,包括CPU,电源,I/O等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合,有利于系统的维护。4)安装简单,维修方便。各种模块上均有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的方法,使系统迅速恢复运行。5)采用先进的PID自动调节,可实现无人自动控制;平易近人的人机界面,方便操作人员、维护人员的学习和工作。2.3主要用途及适用范围本控制柜可以与各种输出标准电流、电压信号的传感器或变送器配合使用,将真空蒸气锅炉的各种气体、液体、蒸汽或烟气介质的温度、压力、液位等参数进行显示、调节、报警。如有需要,还可实现远程电话诊断和程序修改。本系统可广泛应用于各种锅炉控制,可实现无人自动控制和远程监控。2.4工作环境条件1)本系统要求环境温度在0-55℃,如果周围环境超过55℃,控制间内要安装电风扇强迫通风或用空调降温。2)为了保证PLC的绝缘性能,空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。3)应使PLC远离强烈的震动源,防止振动频率为10-55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时,必须采取减震措施,如采用减震胶等。4)避免有腐蚀和易燃的气体,例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境,可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中,并安装空气净化装置。5)PLC供电电源为50至60Hz、100至254V的交流电,对于电源线来的干扰,PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境,可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。2.5控制过程说明1)燃烧器自动调节介质出口温度功能的实现(以下控制在无报警连锁情况下实现):①燃烧器启动时,先点燃最小火。②检测介质出口温度,当被加热介质出口温度低于其设定的温度预设值时,通过PID调节模件,线形连续增大火焰的大小,直到介质出口温度达到设定值时,火焰的大小将停留在这一位置。③检测介质出口温度,当被加热介质出口温度高于其设定的温度预设值时,通过PID调节模件,线形连续减小火焰的大小,直到介质出口温度达到设定值时,火焰的大小将停留在这一位置。④以上过程是连续进行的,只要在最小火和最大火的范围内,火焰的调节、被加热介质出口温度的调节都是连续进行的。⑤即使燃烧器的火焰减小到最小,被加热介质的温度仍然高过报警值,控制系统将发出信号关闭燃烧器,同时发出“温度高、燃烧器关闭”报警。当被加热介质的出口温度降低到设定值以下,燃烧器将自动启动,继续PID调节控制。⑥当介质流量和进口温度变化不大时,燃烧器火焰的大小及介质出口温度将保持在一个较小的范围内波动,出口温度比较平稳。⑦当介质流量和进口温度有较剧烈变化时,PID调节模块将需要一定的时间来调整回路的稳定,出口温度会出现一定的波动,直到火焰大小和介质出口温度达到一个新的平衡,控制系统将会恢复到正常稳定的状态。2)安全、完善的报警连锁控制本系统具有全面、完善的报警、连锁功能,能够保证现场出现不安全因素时及时地报警并关断各种危险燃料的管道(如燃油、可燃气等),以达到安全生产的目的,最大限度的保护国家和人民的生命财产安全。以下所有连锁,都为带电是正常状态,失电是连锁状态,以防止因线路问题而导致连锁不能及时发生的情况出现。①可燃气泄漏报警连锁:当可燃气检测仪检测到空气中的可燃气含量达到了设定值2%时,控制系统将会发出“燃气泄漏”的声光报警,当可燃气检测仪检测到空气中的可燃气含量达到了危险值3%时,立即停止燃烧器的工作,同时切断燃料管道并发出“可燃气泄漏”的声光报警。②燃烧器因各种故障不能正确点火报警连锁:当点火动作发生之后,燃烧器并没有正常燃烧,控制器将会发出连锁信号,停止燃烧器工作,发出“燃烧器启动失败”声光报警,同时关闭燃烧器,操作员应现场检测燃烧器,根据故障代码,排除故障,“复位”后,燃烧器才能再一次点火。如连续三次点火失败,操作员应报告设备责任人,安排专人检修。③被加热介质出口温度高报警连锁:当出口温度达到报警值时,发出“出口温度高”声光报警;当出口温度达到危险值时,立即关闭燃烧器并发出“出口温度危险”、“燃烧器关闭”声光报警。④炉内温度超限报警连锁:当蒸气炉内温度达到报警值时,系统发出“温度高”报警,当蒸气炉内温度达到危险值时,系统连锁关闭燃烧器,所有部件停止运行并发出“炉内温度危险”声光报警。⑤炉内压力超限报警连锁:当蒸气炉内压力达到报警值时,系统发出“压力高”报警,当蒸气炉内压力达到危险值时,系统连锁关闭燃烧器,所有部件停止运行并发出“压力危险”声光报警。⑥炉内水位报警连锁:连续监测炉内水位,当水位过高时,发出“水位高”报警;当水位低于报警值时,发出“水位低”声光报警;当水位低于危险值时,发出“水位危险”声光报警,同时连锁停止燃烧器。⑦监测炉内采暖水炉管的温度。2.6手/自动切换1)当控制系统出现故障,或介质波动较大,自动控制不能满足控制范围需要时,操作人员可将手/自动切换开关旋转到手动一侧,进行手动调节,在系统稳定后,切换回自动控制。2)在控制柜的面板上安设“紧急停车”旋钮,任何时刻,只要将“紧急停车”旋钮旋到“停车”方向,不论系统处在何种工况下,燃烧器都将立即停止工作。2.7远程通讯1)本系统可提供以太网通讯模块CP243-1实现远程通讯。可以支持工业以太网通讯,提供了一个标准的RJ-45网络接口,完全支持TCP/IP协议,支持标准的网络设备。2)本系统还可提供远程通讯modemEM241,可以进行远程编程服务。S7-200编程软件STEP7-Micro/Win32通过在本地PC机Windows系统安装的Modem,经电话线与远程安装S7-200系统进行编程和调试等服务。
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