樓宇自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)---供熱系統(tǒng)自動(dòng)控制

1、<p>　　評(píng)定成績： </p><p>　　《樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)報(bào)告 </p><p>　　題 目：供熱系統(tǒng)自動(dòng)控制</p><p>　　系 、 部： 自動(dòng)化 </p><p>　　指導(dǎo)教師： <

2、;/p><p>　　專 業(yè)： 電器工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　完成時(shí)間： 2011年12月19日 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　西門子PLC介紹3<

3、;/p><p>　　二傳感器與變送器5</p><p>　　2.1壓力變送器工作原理5</p><p>　　2.2壓力變送器選型5</p><p>　　2.3溫度傳感器選型5</p><p>　　三、PLC-PID控制的實(shí)現(xiàn)8</p><p>　　四、供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案9</p>

4、;<p>　　4.1.1監(jiān)控功能10</p><p>　　4.1.2監(jiān)控點(diǎn)位設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1.3熱水二次循環(huán)泵控制10</p><p>　　4.1.4變頻器連接控制11</p><p>　　4.1.5 補(bǔ)水泵控制系統(tǒng)（因要維持熱供水末端壓差恒定需加補(bǔ)水設(shè)計(jì)）12</p><p&g

5、t;　　4.1.5.1補(bǔ)水泵系統(tǒng)方案圖12</p><p>　　4.2供熱系統(tǒng)連鎖控制15</p><p>　　4.3供熱系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)節(jié)控制17</p><p>　　4.4供熱系統(tǒng)連鎖控制流程圖18</p><p>　　4.5供熱系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)原理框圖19</p><p>　　4.6使用西門子PLC STEP

6、7完成供熱系統(tǒng)連鎖控制和PID調(diào)節(jié)編程及仿真20</p><p><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p>　　供熱系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)</p><p>　　主要內(nèi)容：1、供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)監(jiān)控點(diǎn)版/位及常用傳感器，電氣控制一、二次接線圖和

7、原理圖設(shè)計(jì)。</p><p>　　2、供熱系統(tǒng)連鎖控制；</p><p>　　3、供熱系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)節(jié)控制；</p><p>　　4、供熱系統(tǒng)連鎖控制流程圖；</p><p>　　5、供熱系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)原理框圖；</p><p>　　6、使用西門子PLC STEP7完成供熱系統(tǒng)連鎖控制和PID調(diào)節(jié)編程及仿真。</p

8、><p>　　摘要： 我國北方城市冬季供熱期較長，分散式鍋爐供熱所占比重較大，供熱質(zhì)量的好壞將對(duì)減少城市環(huán)境污染、節(jié)約能源起到重要作用。從供熱的角度考慮，應(yīng)在節(jié)省能源的條件下使用戶感到舒適為目標(biāo)。目前一般的供熱系統(tǒng)均采用PID控制算法、回水的平均溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種算法具有簡單、參數(shù)調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)由于環(huán)境溫度發(fā)生變化，用戶需求熱量也相應(yīng)變化。因此為了滿足這一要求，可以通過控制鍋爐出口一次高溫水的流量和溫度，使得一次

9、高溫水和熱交換站交換的二次低溫水的溫度隨室外溫度而變化。本設(shè)計(jì)采用西門子PLC對(duì)供暖系統(tǒng)進(jìn)行控制，具有實(shí)用、安全可靠、操作簡單、節(jié)能效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵字：供熱系統(tǒng)、溫度控制、PID、PLC</p><p>　　一、西門子PLC介紹</p><p>　　德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、

10、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。</p><p>　　SIMAT

11、IC S7-300 PLC</p><p>　　S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-3

12、00操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣

13、可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易</p><p><b>　　二、傳感器與變送器</b></p><p>　　這一部分是控制系統(tǒng)的底層，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理和變送等工作。這些數(shù)據(jù)主要包括鍋爐的出水溫度

14、、出水壓力、以及總出水溫度、總出水壓力、總回水壓力等。變送器將采集的溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)并傳送給可編程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　2.1壓力變送器工作原理</p><p>　　PMC系列壓力變送器采用了先進(jìn)的電子陶瓷技術(shù)、厚膜電子技術(shù)、SMT 技術(shù)和PFM 信號(hào)傳輸技術(shù)，測量元件內(nèi)無中介液體,是完全固體的。其工作原理是：介質(zhì)壓力直接作用于陶瓷膜片,使測量膜片

15、產(chǎn)生偏移。膜片位移產(chǎn)生的電容量,由與其直接連接的電子部件檢測、放大和轉(zhuǎn)換為0～20mA DC的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。</p><p>　　2.2壓力變送器選型</p><p>　　壓力檢測元件采用E+H 公司的PMC133型壓力變送器。PMC133 型壓力變送器相對(duì)壓力的最大測量范圍為0～40MPa , 最小測量范圍為0～1kPa , 更換測量元件可以改變壓力測量范圍。變送器由WYJ 穩(wěn)壓電源供給

16、12.5～30VDC 電壓,能夠準(zhǔn)確地將出水口的壓力信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成4～20mA DC 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。</p><p>　　2.3溫度傳感器選型</p><p>　　用DS18B20 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測，這種測量方法需要溫度傳感器的精度高,體積小,測量電路簡單,而且能夠在高溫下工作。所以我們選用美國DALLAS 公司生產(chǎn)的數(shù)字輸出IC 溫度傳感器DS18B20 ,其特性如下：</p>

17、<p>　　獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線就可以實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊</p><p>　　在使用中不需要任何外圍元件</p><p>　　可用數(shù)據(jù)線供電,電壓范圍：+3.0～+5.5V</p><p>　　測溫范圍：-55～+125℃</p><p>　　通過編程可實(shí)現(xiàn)9～12

18、位的數(shù)字讀數(shù)方式,分辨率可達(dá)0.0625℃</p><p>　　12 位精度的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750 ms </p><p>　　用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值</p><p>　　支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能,多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫負(fù)壓特性,電源極性接反時(shí),溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作每個(gè)DS18B20 都分配了一個(gè)獨(dú)一無二的64

19、 位序列碼,允許多個(gè)DS18B20 上工作在同一條一線總線上,從而減少了系統(tǒng)傳感器接口。DS18B20 有兩種封裝模式：3腳和8腳封裝,其中3腳封裝比較常用,我們選用3腳TO-92小體積封裝。</p><p>　　用DS18B20 為溫度傳感器有許多優(yōu)點(diǎn),但實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候,由于DS18B20 采用的是1-Wire 總線協(xié)議方式,即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,因此,對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B2

20、0 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。</p><p>　　單總線訪問DS18B20 時(shí)的一線工作協(xié)議流程：初始化總線上所有器件——對(duì)ROM 發(fā)操作指令——發(fā)存儲(chǔ)器操作指令——數(shù)據(jù)處理。操作過程的工作時(shí)序包括初始化時(shí)序,讀時(shí)序和寫時(shí)序。</p><p>　　在接入系統(tǒng)之前,先用讀序列號(hào)的程序讀出每個(gè)DS18B20 的序列號(hào),然后每個(gè)序列號(hào)分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中的編號(hào)1～n ,讀的

21、時(shí)候把要讀的那個(gè)DS18B20掛在總線上, 讀完后再換另一個(gè), 同時(shí)記錄每個(gè)DS18B20 的序列號(hào)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),初始化完成后,匹配序列號(hào),然后讀對(duì)應(yīng)傳感器的溫度值,讀完后,匹配下一個(gè)序列號(hào),再讀對(duì)應(yīng)傳感器的溫度值,直到讀完總線上所有的傳感器,接著再讀下一輪。</p><p>　　DS18B20 可通過兩種方式供電：寄生電源方式和外加電源工作方式。寄生電源方式不需外加電源,當(dāng)總線(信號(hào)線) 為高時(shí)穩(wěn)定電源的提供是

22、通過單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn),總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電,在此種方式下VDD接地。外加電源工作方式需要外加電源正負(fù)極分別接引腳VDD及GND 。</p><p>　　本系統(tǒng)選用外加電源工作方式,采用此種方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力,保證工作的穩(wěn)定性。</p><p>　　我們采用外加電源的工作方式,在同一條總線上同時(shí)掛接135個(gè)DS18B20 可以穩(wěn)定,準(zhǔn)確的測量溫度值。能夠滿

23、足我們實(shí)際檢測的要求。在實(shí)際的工程應(yīng)用中,由于DS18B20 要放在水里測量溫度,我們用圓柱狀的不銹鋼的傳感器外殼套在DS18B20 上對(duì)其進(jìn)行密封,以防止進(jìn)水短路,同時(shí)可以增加它的耐壓,耐腐蝕性能。當(dāng)某個(gè)DS18B20損壞后,我們把好的DS18B20 先讀出其序列號(hào),再換接到系統(tǒng)中。</p><p>　　以18B20為核心組成的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)見下圖</p><p>　　圖1 18B20

24、組成的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)</p><p>　　三、PLC-PID控制的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　PLC的PID控制的設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化寫成離散形式的PID控制方程，再根據(jù)離散方程進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖2 連續(xù)閉環(huán)控制方框圖</p><p>　　在系統(tǒng)中，典型的PID閉環(huán)系統(tǒng)如圖1所示，在圖中s

25、pn是給定值，pv(t)是反饋量，c(t)是系統(tǒng)的輸出量，PID 控制的輸入輸出關(guān)系式為：</p><p>　　M(t)=Kp[e(t)+1/Tie(t)dt+1/Tdde(t)/dt]+M0 (1)</p><p>　　式（1）中： M (t) 為控制器的輸出量； M0 為輸出的初始值： e(t) = sp(t ) - pv(t ) 為誤差信號(hào)； Kp為比例

26、系數(shù)； Ti 為積分時(shí)間常數(shù)； Td 為微分時(shí)間常數(shù)[2]。</p><p>　　式（1）的右邊前 3 項(xiàng)是比例、積分、微分部分，它們與誤差，誤差的積分和微分成正比。</p><p>　　假設(shè)采樣周期為 Ts，系統(tǒng)開始的時(shí)刻為 t=0，用矩形積分近似精確積分，用差分近似精確微分，將式（1）離散化，第 n 次采樣時(shí)控制器的輸出為： Mn=Kpen+Ki+Kd(en-en-1)+M0

27、(2) </p><p>　　式（2）中，en-1為第n-1次采樣時(shí)的誤差值；Ki為積分系數(shù)；Kd為微分系數(shù)。</p><p>　　基于 PLC 的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖 2 所示。圖 2中的虛線部分在 PLC 內(nèi)。其中 spn 、 pvn 、en 、Mn分別為模擬量在 sp(t ) 、 pv(t ) 、 e(t ) 、 M (t ) 在第 n 次采樣時(shí)的數(shù)字量。</p>

28、<p>　　圖3 PLC閉環(huán)系統(tǒng)方框圖</p><p>　　在許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要 P、I、D 中的一種或兩種控制類型。</p><p>　　PID 控制有兩個(gè)輸入量：給定值(sp)和過程變量(pv)。多數(shù)工藝要求給定值是固定的值，如加熱爐溫度的給定值。過程變量是經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換和計(jì)算后得到的被控量的實(shí)測值，如加熱爐溫度的測量值。給定值與過程變量都是與被控對(duì)象有關(guān)的值，

29、對(duì)于不同的系統(tǒng)，它們的大小、范圍與工程單位有很大的區(qū)別。應(yīng)用 PLC 的 PID 指令對(duì)這些量進(jìn)行運(yùn)算之前，必須將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的浮點(diǎn)數(shù)(實(shí)數(shù))。</p><p>　　四、供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　4.1供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)監(jiān)控點(diǎn)版/位及常用傳感器，電氣控制一、二次接線圖和原理圖設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1.1監(jiān)控功能</b

30、></p><p>　　監(jiān)控末端熱水壓力，通過相應(yīng)分區(qū)對(duì)熱水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制，變頻泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，維持熱水末端壓力恒定。</p><p>　　監(jiān)控?fù)Q熱器水溫度，通過閉環(huán)調(diào)節(jié)（PID）熱水兩通調(diào)節(jié)閥開度（控制其流量），保持溫度為設(shè)定值。</p><p>　　所有設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，故障報(bào)警，圖形顯示。</p><p>　　生活熱水循環(huán)泵兩兩互為備份

31、，發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)切換并報(bào)警。</p><p>　　設(shè)備運(yùn)行資料記錄，列表報(bào)告，趨勢圖顯示，運(yùn)行時(shí)間累計(jì)。 </p><p>　　4.1.2監(jiān)控點(diǎn)位設(shè)計(jì)</p><p>　　熱水系統(tǒng)末端壓力監(jiān)測。</p><p>　　換熱器出水溫度監(jiān)測。</p><p>　　熱水二次循環(huán)泵啟/?？刂啤⑦\(yùn)行狀態(tài)、手/自動(dòng)狀態(tài)，故障報(bào)警狀態(tài)

32、監(jiān)測。</p><p>　　熱水二次循環(huán)泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。</p><p>　　生活熱水循環(huán)泵啟/?？刂啤⑦\(yùn)行狀態(tài)、手/自動(dòng)狀態(tài)，故障報(bào)警狀態(tài)監(jiān)測。</p><p>　　換熱器熱水閥開度控制（流量控制）。 </p><p>　　4.1.3熱水二次循環(huán)泵控制</p><p>　　循環(huán)泵控制系統(tǒng)有4臺(tái)循環(huán)泵，本系統(tǒng)配置兩臺(tái)變頻

33、器，另外一臺(tái)作為備用。每臺(tái)循環(huán)泵均通過變頻器啟動(dòng)，并根據(jù)負(fù)荷的變化切換到工頻運(yùn)行，變頻器啟動(dòng)下一臺(tái)循環(huán)泵，依次類推，最后其中一臺(tái)循環(huán)泵變頻運(yùn)行，其他工作循環(huán)泵工頻運(yùn)行，剩下循環(huán)泵處于停止?fàn)顟B(tài)作為備用。系統(tǒng)的電氣控制圖如圖所示。</p><p>　　圖4 熱水二次循環(huán)泵系統(tǒng)電氣控制圖</p><p>　　4.1.4變頻器連接控制</p><p><b>　　

34、圖5 變頻器接線圖</b></p><p>　　在此控制系統(tǒng)中，整個(gè)信息的反饋是靠壓力變送器，在PLC的配合下通過反饋回的壓力信號(hào)來調(diào)整當(dāng)前調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速。 </p><p>　　變頻器和PLC的聯(lián)系，是靠硬件電器來聯(lián)接的，具體參數(shù)的聯(lián)系都是與上位機(jī)的通訊來實(shí)現(xiàn)的，選用的s7-200PLC和Asc601變頻器均有內(nèi)置的Rs485接口。</p><p>　　

35、圖6 變頻器接線原理圖</p><p>　　4.1.5 補(bǔ)水泵控制系統(tǒng)（因要維持熱供水末端壓差恒定需加補(bǔ)水設(shè)計(jì)）</p><p>　　4.1.5.1補(bǔ)水泵系統(tǒng)方案圖</p><p>　　圖7 補(bǔ)水系統(tǒng)方案圖</p><p>　　在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用2臺(tái)變頻器，其中1#,3#水泵電機(jī)有變頻/工頻兩種工作狀態(tài)，每臺(tái)電機(jī)都通過兩個(gè)接觸器與工頻電源

36、和變頻器輸出電源相聯(lián)，變頻器輸入電源前面接入一個(gè)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電流來確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量適當(dāng)選擇[4]。</p><p>　　在控制電路的設(shè)計(jì)中，首先要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問題。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，所有控制電機(jī)、閥門接觸器的動(dòng)作，都是按照PLC的程序邏輯來完成的。</p><p>　　為了保護(hù)PLC設(shè)備，PLC輸出

37、端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機(jī)或者閥門的動(dòng)作。在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)系統(tǒng)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。</p><p>　　由于每臺(tái)電機(jī)的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機(jī)當(dāng)前的工作電流，必須在每臺(tái)電機(jī)三相輸入電源前面都接入兩個(gè)電流互感器，電流互感器和熱繼電器、兩個(gè)電流表連接，如圖8所示。&l

38、t;/p><p>　　圖8 電流互感器的接線圖</p><p>　　圖8是電流互感器的接線圖，兩個(gè)電流表一個(gè)安裝在控制柜上，另一個(gè)安裝在操作臺(tái)上，可以方便地觀察電機(jī)的三相工作電流，便于工作人員監(jiān)測電機(jī)的工作狀態(tài)，同時(shí)熱繼電器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的過熱保護(hù)。</p><p>　　補(bǔ)水泵有三臺(tái)，1#、2#、3#。其中1#和3#補(bǔ)水泵配有變頻器。當(dāng)1#補(bǔ)水泵采用變頻控制啟動(dòng)后仍不

39、能滿足要求時(shí)，讓1#補(bǔ)水泵工作于工頻同時(shí)啟動(dòng)2#補(bǔ)水泵，2#補(bǔ)水泵采用工頻控制。以此類推啟動(dòng)3#。</p><p>　　圖9 補(bǔ)水泵系統(tǒng)電氣控制圖</p><p>　　變頻器主電路電源輸入端子(R, S, T)經(jīng)過空氣開關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子(U, V, W)經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子(U, V, W)的任意兩相。特別是對(duì)于有變頻/

40、工頻兩種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動(dòng)和變頻輸出電源拖動(dòng)兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻/工頻的切換過程中會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。</p><p>　　控制電路之中存在電路之間互鎖的問題，由于控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)分組的組內(nèi)自動(dòng)循環(huán)，所以電路的自鎖包括組內(nèi)互鎖和組間互鎖。組內(nèi)互鎖是指同一組中電動(dòng)機(jī)的互鎖，組間互鎖是指不同機(jī)組之間電動(dòng)機(jī)的互鎖。在實(shí)現(xiàn)組內(nèi)互鎖的時(shí)候，嚴(yán)禁出現(xiàn)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)接在工

41、頻電源和變頻電源的情況，同時(shí)要求變頻器始終只與一臺(tái)電動(dòng)機(jī)相連，而且當(dāng)大容量電動(dòng)機(jī)變頻工作的時(shí)候，小容量電動(dòng)機(jī)要么是工頻工作運(yùn)行，要么是停止工作。</p><p>　　所以在大容量電動(dòng)機(jī)變頻工作的時(shí)候，要自動(dòng)切斷小容量電動(dòng)機(jī)的變頻控制電路。控制電路的組間互鎖是通過輸入按鈕，控制PLC的輸入端口來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)選擇一組機(jī)組運(yùn)行時(shí)，按下另一組起動(dòng)按鈕則為無效操作。 </p><p>　　控制電路中還

42、必須考慮系統(tǒng)電機(jī)和閥門的當(dāng)前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)，為了節(jié)省PLC的輸出端口，在電路中可以采用PLC輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點(diǎn)的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機(jī)和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)和閥門的工作狀態(tài)。</p><p>　　4.2供熱系統(tǒng)連鎖控制</p><p>　　圖10 熱水二次循環(huán)泵連鎖控制圖</p><p>　　圖11 生活熱水循環(huán)泵連鎖控制

43、圖</p><p>　　圖12 補(bǔ)水泵連鎖控制圖</p><p>　　手動(dòng)控制時(shí)，首先扳動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1吸合并自保，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，運(yùn)行指示燈HL1亮。當(dāng)接觸器KM1吸合時(shí)，中間繼電器KA1接通，變頻器STF接通，變頻器起動(dòng)。當(dāng)變頻器故障輸出時(shí)，開始報(bào)警HA1響鈴，報(bào)警指示燈亮。按下復(fù)位按鈕SB3，中間繼電器KA2接通，常閉觸頭KA2打開，解除

44、報(bào)警，變頻器停止運(yùn)行。使電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，按下按鈕SB2，接觸器線圈失電，主觸頭KM1打開，電動(dòng)機(jī)停止。</p><p>　　自動(dòng)控制時(shí)，扳動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1，通過PLC編程控制，來完成電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制。</p><p>　　4.3供熱系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)節(jié)控制</p><p>　　系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)室外溫度計(jì)算出鍋爐一次供水溫度的設(shè)定值，在二次供水流量恒定的情況下，控制輸出

45、不同的二次供水溫度和一次供水溫度，來實(shí)現(xiàn)按需供熱。作為供熱系統(tǒng)的整體供熱策略，二次供水溫度和供水末端壓力控制至關(guān)重要，我們根據(jù)供/回水溫度確定熱水二次循環(huán)泵和補(bǔ)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)控制。</p><p>　　圖13 供熱系統(tǒng)運(yùn)行圖</p><p>　　圖14 熱交換系統(tǒng)原理圖</p><p>　　4.4供熱系統(tǒng)連鎖控制流程圖</p><p>

46、　　供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)程序框圖如圖15所示，對(duì)于自動(dòng)控制運(yùn)行的供熱系統(tǒng)，其安全性和可靠性是系統(tǒng)的兩個(gè)重要指標(biāo)。系統(tǒng)對(duì)超出要求的溫度、壓力、流量信號(hào)必需進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)采集的信號(hào)是否正常，例如相鄰采樣的溫度信號(hào)如果跳變異常則認(rèn)為是非正常信號(hào)。</p><p>　　圖15 供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)程序框圖</p><p>　　4.5供熱系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)原理框圖</p><

47、p>　　圖16 熱水二次溫度控制原理框圖</p><p>　　圖17 熱水一次溫度控制原理框圖</p><p>　　圖18 供水末端壓力控制原理框圖</p><p>　　4.6使用西門子PLC STEP7完成供熱系統(tǒng)連鎖控制和PID調(diào)節(jié)編程及仿真</p><p>　　4.6.1 PLC程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)</p><p>

48、;　?。?）PLC模擬量模塊轉(zhuǎn)換程序</p><p><b>　　程序代碼</b></p><p>　　// 采樣 ：這段代碼主要作用是把16位（一個(gè)字）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)類型的數(shù)據(jù)，并且啟動(dòng)計(jì)數(shù)器和累加器</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　ITD LW0, LD26

49、 //16整數(shù)轉(zhuǎn)換為32位整數(shù)</p><p>　　DTR LD26, LD30 //32位整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)</p><p>　　+R LD30, LD12 //啟動(dòng)累加器</p><p>　　INCW LW16 //啟

50、動(dòng)計(jì)數(shù)器</p><p>　　Network 2 </p><p>　　// 濾波與轉(zhuǎn)換：這段代碼通過一系列運(yùn)算進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波，并且將數(shù)值轉(zhuǎn)換為可讀性很好</p><p>　　// 同時(shí)累加器與計(jì)數(shù)器歸零便于下一次采集使用。</p><p>　　LDW>= LW16, LW6 //比較當(dāng)前采樣次數(shù)是否

51、等于預(yù)制采樣次數(shù)</p><p>　　ITD LW6, LD42</p><p>　　DTR LD42, LD46 //將采樣次數(shù)有16位整數(shù)轉(zhuǎn)換位32位實(shí)數(shù)</p><p>　　MOVR LD12, LD18</p><p>　　/R LD46, LD18

52、 //求出采樣平均值</p><p>　　MOVR 0.0, LD12 //清空累加器</p><p>　　MOVW +0, LW16 //清空計(jì)數(shù)器</p><p>　　-R 6400.0, LD18</p><p>　　*R LD8,

53、LD18 //轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)值</p><p>　　+R LD2, LD18 //修正</p><p>　　Network 3 </p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　MOVR LD18, LD22

54、 //輸出</p><p>　　Network 4 </p><p>　　LD SM0.0 //返回主程序</p><p><b>　　求比例值的子程序</b></p><p>　　Network 1 </p><p>　　// 根據(jù)實(shí)際值的上下

55、限和 PLC采集值的上下限，計(jì)算出實(shí)際值與采集值的比例</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　MOVR LD0, LD20</p><p>　　-R LD4, LD20 //實(shí)際值上限減去實(shí)際值下限，求出差值1</p><p>　　MOVR LD8, LD24&l

56、t;/p><p>　　-R LD12, LD24 //采集值上限減去采集值下限，求出差值2</p><p>　　MOVR LD20, LD16</p><p>　　/R LD24, LD16 //差值1除以差值2求出比例值</p><p>　　Network

57、2 </p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　CRET //返回主程序</p><p><b>　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序</b></p><p>　　Network 1 </p><p>　　LD SM0.0&

58、lt;/p><p>　　MOVW LW0, LW12 //輸入值</p><p>　　-I LW2, LW12 //模塊采集值下限</p><p>　　ITD LW12, LD14</p><p>　　DTR LD14, LD18</p>

59、<p>　　MOVR LD18, LD8 //dived是模塊采集值上下限差值</p><p>　　/R LD4, LD8 //輸出結(jié)果</p><p>　　Network 2 </p><p><b>　　// 返回主程序</b></p&g

60、t;<p>　　LD SM0.0</p><p>　　CRET// 返回主程序</p><p>　?。?）變頻控制子程序</p><p>　　Network 1 // 變頻器給定 </p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　MOVW VW940, VW

61、3600 //VW940為頻率給定值輸入，范圍0－ 50HZ</p><p><b>　　AENO</b></p><p>　　*I +256, VW3600 //數(shù)據(jù)乘以256</p><p><b>　　AENO</b></p><p>

62、;　　MOVW VW3600, VW3602</p><p><b>　　AENO</b></p><p>　　+I +6400, VW3602 //數(shù)據(jù)＋6400</p><p><b>　　AENO</b></p><p>　　MOVW VW3602,

63、 AQW2 //輸出給定值</p><p>　?。?） 熱水二次循環(huán)泵控制</p><p>　　二次循環(huán)泵控制程序主要實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵系統(tǒng)中水泵電機(jī)的啟/停控制、變頻器頻率設(shè)定、出水壓力PID控制等。系統(tǒng)根據(jù)供水壓力的設(shè)定值初步確定啟動(dòng)幾臺(tái)循環(huán)泵，每臺(tái)泵都通過變頻啟動(dòng)，切換到工頻運(yùn)行，最后其中一臺(tái)泵進(jìn)入變頻運(yùn)行，其它泵工頻運(yùn)行。然后通過壓力PID控制調(diào)節(jié)變頻器頻率，

64、以穩(wěn)定出水壓力。循環(huán)泵控制程序的設(shè)計(jì)流程圖如圖15所示。</p><p><b>　　（5）補(bǔ)水泵控制</b></p><p>　　補(bǔ)水泵控制程序主要實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水泵系統(tǒng)中水泵電機(jī)的啟/?？刂?、變頻器頻率設(shè)定、補(bǔ)水壓力PID控制等。補(bǔ)水泵系統(tǒng)用1#變頻器拖動(dòng)1#補(bǔ)水泵，2#變頻器拖動(dòng)3#補(bǔ)水泵。運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)回水壓力的設(shè)定值初步確定啟動(dòng)幾臺(tái)補(bǔ)水泵，若兩臺(tái)泵或者只用一臺(tái)即可

65、滿足供回水壓力，則只啟動(dòng)1#泵系統(tǒng)或3#泵系統(tǒng)(包括2#變頻器)，若需要兩臺(tái)以上泵才能達(dá)到回水壓力的設(shè)定值，則先用1#變頻器(或2#變頻器)啟動(dòng)1-2#泵(或3#泵)，切換到工頻運(yùn)行，然后再用2#變頻器(或1#變頻器)拖動(dòng)3#泵(或1-2#泵)，進(jìn)入變頻器運(yùn)行。最后通過壓力PID控制調(diào)節(jié)變頻器頻率，穩(wěn)定末端供水壓力。</p><p><b>　　致謝</b></p><p

66、>　　本設(shè)計(jì)是在我們這一組的同學(xué)們精誠合作下完成的。在課題進(jìn)行期間，老師為我們提供了良好的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)環(huán)境。使我在學(xué)到了好多知識(shí)，學(xué)會(huì)了能夠透徹的分析問題解決能力的能力。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在PLC的基本原理、PLC應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好

67、的基礎(chǔ)。</p><p>　　同時(shí)，感謝在我大學(xué)期間給與我?guī)椭乃欣蠋煟囵B(yǎng)了我熱愛學(xué)習(xí)、勤學(xué)好問、創(chuàng)新探索的能力，讓我學(xué)到了不少的知識(shí)，使我受益非淺，還培養(yǎng)了我解決問題和處理問題的能力，這是我在大學(xué)期間最值得慶幸的。</p><p>　　感謝本組同學(xué)在我遇到問題的時(shí)候?qū)ξ业募?xì)心講解，以及在生活中對(duì)我的幫助，給予我的關(guān)懷。由于時(shí)間和知識(shí)水平所限，論文中還可能會(huì)有許多紕漏或錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各

68、位老師和同學(xué)批評(píng)指正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]馮嘉花. 變頻調(diào)速改造鍋爐房55 kW循環(huán)水泵［J］.電氣時(shí)代，2007，26(5)：94～95</p><p>　　[2]呂景泉.可編程序控制器及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200l，6</p><p>　　[3]劉

69、法治.模糊控制技術(shù)在高樓恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)用[J].微機(jī)算機(jī)信息，2005，（7）：21～23</p><p>　　[4]劉星平.基于PLC及其網(wǎng)絡(luò)的智能爐溫控制系統(tǒng)[J].電氣應(yīng)用，2006.3 20-22</p><p>　　[5]吳春旺，陳 霞.鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)，2006，3，71-72</p><p>　　[6]楊　智,明麗萍,呂雪

70、艷.21世紀(jì)燃?xì)忮仩t在中國的發(fā)展前景[J].鍋爐制造，2001</p><p>　　[7]廖常初.PLC基礎(chǔ)應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003，6</p><p>　　[8]陳建明.等，電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006，2</p><p>　　[9]賀哲榮.流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006，1&