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1、基于PLC的汽包水位自动控制系统设计摘 要以某厂的35Th蒸汽锅炉为对象，结合蒸汽锅炉的结构，设计了一套基于PLC的汽包水位自动控制系统设计。系统设计采用罗克韦尔自动化公司的ControlLogix系列PLC，配置Logix 5550型号的1756-L1 M2处理器模块，模拟量输入采用1756-OB16D模块，数字量输出采用1756-IF6I模块，以太网通讯接口采用1756-ENBT模块，设备网通讯接口采用1756-DNB模块，控制系统使用编程软件RSLogix5000来设计锅炉控制的梯形图。为了维持汽包水位的稳定，采用了三冲量串级控制，有效克服了“虚假水位对汽包水位控制的影响。系统采用工控机
2、作为上位机，并使用罗克韦尔自动化公司的RSView32进行监控界面的设计，这样能够使得在上位机上实时监控系统的运行状况并可以设置系统的工作参数。使用罗克韦尔RSLINX软件完成系统通讯网络的组建，来完成以太网，设备网之间的通讯。控制系统遵循的PID参数整定的工程整定方法，并模拟研究，最总完成系统设计，PLC在锅炉汽包水位控制系统的最终完成。关键词：汽包水位控制 三冲量 PID控制 PLC 工业以太网 The Design of the Boiler Drum Water LevelControl System with PLCABSTRACTIn a factory 35T / h steam
3、 boiler for the object, binding steam boiler drum level design of a PLC automatic control system design is based.System design using Rockwell Automations ControlLogix series PLC, configure the Logix 5550 model 1756-L1 M2 processor module, analog input using the 1756-OB16D modules, digital output mod
4、ules using the 1756-IF6I, Ethernet communication interface uses 1756-ENBT module, network communication equipment interface with 1756-DNB module, control systems use programming software to design the boiler control RSLogix5000 ladder. In order to maintain the stability of drum level, using a three-
5、impulse cascade control, effectively overcome the impact of the false water level of drum level control.System uses IPC as a host computer, and using Rockwell Automations RSView32 monitoring interface design, so the PC can be made in real-time monitoring system on the operating conditions and operat
6、ing parameters of the system can be set. Rockwell RSLINX software to complete the formation of the communication network system to complete the communication Ethernet network between devices. PID parameter tuning control system engineering followed tuning methods and simulation studies, most of the
7、total completion of the system design, PLC in the boiler drum level control system finalized.KEY WORDS: Steam drum water level Three impulses control PID controlPLC Industrial Ethernet目录第1章 绪论11.1 锅炉控制的发展和现状11.2 本设计的主要工作2第2章 控制系统方案设计32.1 原始资料介绍32.2 汽包水位的影响因素72.2.1 给水扰动的影响72.2.2 汽轮机耗气量扰动的影响82.2.3出水量扰
8、动的影响92.3 汽包水位控制方案的设计92.4 控制算法及其参数整定142.4.1 PID算法介绍142.4.2 三冲量控制系统参数的计算15第3章 AB工业网络以及控制硬件选型183.1 概述183.1.1 信息层EtherNet/IP193.1.2 控制网ControlNet193.1.3 设备网DeviceNet203.2 控制器的选型及控制平台213.2.1 控制器选型步骤213.2.2 罗克韦尔ControlLogix平台223.3 Logix5550处理器243.4 ControlLogix I/O模块263.5 PowerFlex 40变频器263.5.1 变频器的工作原理26
9、3.5.2 PowerFlex 40变频器的主要特点273.6 通讯网络模块28第4章 控制系统的设计304.1 系统整体的线路设计304.2 系统线路模块设计324.3 控制线路设计35第5章 控制系统软件设计375.1 程序流程设计375.2 DeviceNet 网络组态395.3 RSLogix5000程序设计445.3.1控制器组态445.3.2 I/O模块组态455.3.3通讯模块组态465.3.4梯形图程序设计46第6章 监控界面设计51结论54谢 辞1参考文献2附录3外文资料翻译5第1章 绪论1.1 锅炉控制的发展和现状蒸汽锅炉是企业重要动力设备，其任务供给合格稳定地蒸汽产品，以
10、满足负荷需要。锅炉蒸汽是一个十分复杂的控制对象，为了保证提供合格地蒸汽产品用以适应负荷需要，与其配套的设计控制系统须满足各种主要工艺参数的需要。保持锅炉汽包的水位在正常范围内是锅炉运行的一项重要安全性能指标，由于负荷、燃烧状况及给水流量的等因素变化，汽包水位会经常发生变化【1】。因此锅炉的汽包水位应当根据设备运行状况进行实时调节加以严格的控制以保证锅炉安全运行。传统控制方法是用以各种分立器件应用为基础，利用各种检测的器件对被控参数实时的进行检测并反馈给控制的器件，再根据自动控制理论有关算法完成相应运算并驱动调节机构完成相应动作，从而达到自动控制目的。但是这种控制方式受分立器件地性能影响大，系统
11、各部分之间影响比较大，自动化的水平不高，控制效果非常不理想，故容易出现故障，不利于系统长期安全、高效的运行。现在广泛使用控制技术还有DCS集散控制系统【2】。PLC是在70年代开发了数字控制器，是把CPU，RAM，ROM ，I/O接口和中断系统紧密结合，已被广泛应用于机械制造，冶金，化工，能源，交通等各种行业。随着计算机操作系统，应用软件，通信能力发展，极大地提高了PLC的通信能力，丰富了PLC编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力的快速发展。所以，不管是单层或多层机控制，生产线的控制和过程控制的，PLC技术都可以采用。 PLC控制锅炉技术是近几年发展起来的一项新技术，它是利用PLC的硬
12、件和软件，并加以用自动控制，节能来控制锅炉的几个技术紧密结合的产物。作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全，稳定，经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用PLC的控制技术，是能实现对锅炉运行过程自动检测、自动控制等多项的功能。它是以被控量是汽包水位，而调节量是汽包给水流量，通过对汽包水位的实时的检测并进行反馈，PLC对反馈信号，给定信号进行比较，然后根据控制的算法对二者偏差进行相应运算，运算的结果输出给执行机构来实现给水流量的调节，使汽包内部的水位达到动态平衡，从而控制使汽包水位变化在允许的范围之内。1.2 本设计的主要工作本设计的主要工作1.对工厂硬件的设备的调查我们首先要对工厂锅炉设备
13、执行检测的元件、执行的机构和控制的设备以及其它必要的设备进行查看并记录，并在此基础之画出锅炉的硬件设计，完成各种设备之间的接线与配置。 2.设计锅炉汽包水位的控制方案从锅炉的汽包水位动态性能出发，分析了影响锅炉汽包水位的主要因素，而这些因素影响的理论研究主要是锅炉汽包水位的动态性能。在此基础之上，在根据各个因素对锅炉的汽包水位影响采用汽包水位三冲量控制方案，使锅炉汽包水位稳定在允许的范围。3.控制算法的整定根据设计的调节项目的各种参数，控制对象的特性的控制器参数，以及它的静态，动态的方法的特征。在此基础上调整模拟和调整结果，从而进一步调整结果，以确定锅炉安全其可行性，并为后续的软件设计的基础。
14、4.工业网络以及PLC和监控界面的设计根据控制的设计要求，选择罗克韦尔工业三层网络，并用有PLC梯形图编程软件，并最终控制算法参数的设置，仿真结果。进而使用组态软件地界面设计，运行实时监控的功能，使整个系统的动态显示主机和监控系统界面相关操作实施有效监控。第2章 控制系统方案设计2.1 原始资料介绍根据控制的要求，我们首先要对我们要控制的锅炉设备进行清查，为以后的改造自动化控制提供必要的设备清单，这样，有利于改造的顺利进行，根据原始资料以下就是对传统控制设备的用作用以及型号的清查，并记录相关的数据。1. 锅炉水位传感器的型号传统系统设计的目的是控制水位稳定，而整个控制系统的基础是要对水位准确测
15、量，因此，水位是否准确测量直接关系到控制质量的优劣。锅炉水位控制合理的选择水位传感器，在水位控制系统的设计中起着关键作用。根据原始资料汽包水位应该控制在30010 mm，在根据过程控制仪表量程选择原则：仪表量程应为被测量参数的4/33/2倍。因此在所选传感器的最大量程为:400450 mm，可是汽包水位应该控制在30010 mm，所选选用的水位传感器的精度应该高于10/450=2.2%FS，因此选择该测量精度才可以满足要求。而该锅炉控制选用的是杭州美控自动化技术有限公司生产的MIK-P260型压阻式液位变送器可以满足控制要求，参数如下图图2-1 传感器的型号2. 流量传感器的型号流量传感器用来测量给水流量和蒸汽流量，这两个信号可以有效地改善控制的质量，因此合理的选择流量传感器是能够有效改善整个系统的控制质量。根据原始资料我们知道所要控制的是35t/h锅炉汽包水位，即该锅炉正常工作时，每小时蒸发35t蒸汽也就是有35t水被蒸发成为蒸汽。该控制系统选用的是杭州美控自动化技术有限公司生产的LWGY型液体涡轮流量传感器是一种新型流量计，它具有测量范围广，压损小，性能稳定，准确度高和安装，使用方便等优点，广泛应用于封闭
