吉林化工学院信控学院专业综合设计说明书之老阳三干创作创作时间：二零二一年六月三十日换热站控制系统设计学生学号：学生姓名：专业班级：指导教师：职 称：起止日期：吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology创作时间：二零二一年六月三十日专业综合设计任务书一、 设计题目换热站控制系统设计二、 适用专业测控技术与仪器专业 三、设计目的1. 了解换热机组工艺流程；2. 了解温度、压力、液位及流量等工艺参数的信号丈量及传输方法；3. 掌握PLC各种典范信号（二线制、四线制变送器及热电阻、热电偶）接线方法;4. 掌握PID控制算法及其在PLC中的编程和离线仿真及调试方法；5. 熟悉自控工程实践设计及应用的一般步伐和实现方法.四、设计任务及要求某换热站工艺流程如下图所示，一次网进水由热水锅炉加热,经板式换热器与二次网进行 换热后再返回锅炉•二次网循环水由循环泵P201加压后进行换热器，加热后进入管网对居民控制要求：1. 二次网供水温度PID控制：通过一次网调节阀V101进行供水温度定值控制；2. 二次网供水压力PID控制：通过循环泵调频进行供水压力定值控制；3. 补水箱水位限值控制：水箱水位小于低限时开补水阀，年夜于高限时关补水阀；4. 二次网回水压力限值控制：回水压力小于低限时启动补水泵年夜于高限时停泵；5. 连锁控制（选做）：水箱水位小于低低限时，补水泵禁止运行；二次网回水压力小 于低低限时，循环泵禁止运行；6. 流量/热量累计（选做）：增加一次网流量和回水温度仪表实现流量和热量累计.五、设计内容1. 总结IO点表,并进行PLC系统选型；2. 设计控制系统IO信号接线图纸；3. 按上述控制要求编写和设计PLC控制法式；4. 设计上位机把持画面,包括工艺流程画面、把持画面、趋势及报警等画面5. 撰写设计说明书.六、设计时间及进度安插设计时间共三周,具体安插如下表周次设计内容设计时间第一周熟悉工艺流程和控制要求，总结IO点表,查找相关设计 资料，进行PLC系统选型,循环泵和补水泵电气控制原理设计 （选做），仪表选型（选做）,IO信号接线设计•基本PLC法 式设计，掌握二、四线制及热电阻接线方法，掌握信号传输与 变换直线转换计算.第二周PLC法式设计；把持画面设计；趋势图和报警画面设 计（选做）；仿真调试•学习PID控制器基本工作原理，掌握 控制系统离线仿真调试方法.第三周完善法式和画面，撰写专业综合设计说明书第1章摘要1第2章换热站系统的工艺22.2 系统的工艺流程 22.3 系统的功能及控制要求2 第3章系统硬件选型43.1 PLC的选型43.2 I/O 点表 43.3 电源选型 43.4 CPU 选型 53.5 数字量输入输出模块选型53.6 硬件选型表5第4章换热站的接线设计64.1 主回路和二次回路 64.2 数字量输入/输出回路 6第5章下位机控制系统设计85.1 分析控制要求 85.3 编纂符号表8第6章上位机监控画面设计1 36.1 Wi ncc组态软件简介136.2 Wi ncc组态软件使用136.3 变量的链接146.4 画面的建立 156.5 液位报警画面的建立1 76.6 变量记录与温度历史趋势176.7 压力实时趋势 186.8 PID仿真调节画面1921结论 20 参考文第 1 章 摘要随着年夜规模集成电路和微处置器在PLC中的应用，使PLC的功能不竭获得 增强，产物获得飞速发展•由于PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠 性高、抗干扰能力强、编程简单等特点•因此PLC在工业自动化控制特别是顺序 控制中的位置，在可预见的将来，是无法取代的，备受国内外工程技术人员和工业 界厂商的极年夜关注.通过PLC和上位机对二次网供水管道的压力和二次网回水管道的压力进行 自动监控，同时在PLC中采纳PID算法，从而可以通过控制循环泵和补水泵的转 速来实现恒压控制，同时也通过对二次网供水温度的自动监控，从而通过控制一 次网进水处的调节阀开度来实现恒温控制，实现了换热站系统的自动运行与人机 交互.文中介绍了一种基于PLC和WINCC的温度自动控制系统方案,针对过程控制 装置中的换热站供水温度控制系统，通过介绍系统软硬件构成及其特点.论述了 PLC和WINCC如何实现温度监控.实践证明，该系统具有良好的人机界面,能方便 地修改参数，实现对整个换热系统工艺流程的控制•系统上位机采纳西门子 WINCC 工程组态软件,实现系统启动和停止的控制、参数设定、报警组态、历史 数据查询、报表打印等功能.第 2 章 换热站系统的工艺换热站系统的构成(1) 换热站就地监控系统：以S7_300控制器为核心，现场的温度、压力、 流量、热量、液位、阀门开度、变频器频率、泵的起停状态等传到控制器，由其 进行判断和处置,从而实现现场的就地控制.(2) 现场仪表和执行机构：包括压力、温度、液位、流量、热量等传感器 和变送器、阀门执行器等执行机构.(3) 通讯系统：以远程数据网络传输介质，实现中心控制室和换热站就地 监控系统的通讯；以双绞线(以太网)为传输介质，实现中控室内部工作站与厂 区办公管理系统通讯.2.2 系统的工艺流程某换热站工艺流程如下图所示,一次网进水由热水锅炉加热,经板式换热器与 二次网进行换热后再返回锅炉.二次网循环水由循环泵P201加压后进行换热器， 加热后进入管网对居民住户进行循环供热.2.3系统的功能及控制要求本系统的功能可分为监视功能和控制功能：(1) 监视功能主要包括：数据处置和数据显示两部份.(2) 控制功能主要包括：对循环泵及补水泵的控制，以及一次网调节阀开度 和二次网补水阀启停的控制•控制要求：(1) 二次网供水温度PID控制：对二次网供水温度实时监控，通过对二次 网供水温度的PID运算，调节一次网调节阀V101的开度，从而进行供水温度定值 控制；(2) 二次网供水压力PID控制：对二次网供水压力实时监控，通过对二次 网供水压力的PID运算,控制变频器输出频率，间接地控制水泵的转速，从而进行 供水压力的定值控制；(3) 补水箱水位限值控制：通过液位变送器对水位实时监测，水当箱水位 小于低限时开补水阀，年夜于高限时关补水阀；(4) 二次网回水压力限值控制：通过压力变送器对二次网回水压力实时 监测，当回水压力小于低限时启动补水泵,年夜于高限时停泵；(5) 连锁控制：水箱水位小于低低限时，补水泵禁止运行；二次网回水压 力小于低低限时，循环泵禁止运行；(6) 流量/热量累计：增加一次网流量和回水温度仪表，实现流量和热量累 计.第3章系统硬件选型3.1 PLC的选型在本控制系统中,所需的开关量输入为6点，分别为补水泵的启动、停止、运行、故障和循环泵的运行、故障.所需的开关量输出为2点,分别为补水泵启 动、补水阀启动•考虑到系统的可扩展性和维修方便性，选择模块式PLC.S7_300 PLC —般包括CPU （中央处置单位）、存储器、输入输出接口、电源等.3.2 I/O点表表3-1 IO点表序号10标识中文说明10类型PLC地址量程1V101调节阀开度控制A0PQW2880-100%2V101调节阀开度反馈AIPIW2560-100%3V102补水阀启动D04P201循环泵频率控制A0PQW2900-50HZ5P201循环泵频率反馈AIPIW2580-50HZ8P201循环泵故障DI9P201循环泵运行DI10P201循环泵启动D011P202补水泵启动DI12P202补水泵停止DI13P202补水泵故障DI14P202补水泵运行DI15P202补水泵启动D016PT101一次网进水压力AIPIW26017TT101一次网进水温度AIPIW26218PT201二次网回水压力AIPIW26419TT201二次网回水温度AIPIW26620PT202二次网供水压力AIPIW26821PT202二次网供水温度AIPIW27022LT补水箱水位AIPIW2720-5m3. 3电源选型24V直流传感器电源可以作为CPU本机和数字量扩展模块的输入、扩展模 块（如模拟量模块）的供电电源以及外部传感器电源使用•如果容量不能满足所 有需求，则必需增加外部24V直流电源.此系统选用PS307 5A,型号为6ES7 307- 1EA01-0AA0.3.4 CPU选型300PLC中CPU作为整个控制系统的核心,主要有运算器、控制器、寄存器 及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，另外还有外围芯 片、总线接口及有关电路.由于本系统的设计中用到了变频器,考虑到变频器与 PLC 的 PROFIBUS 通讯，所以选择 CPU 6ES7 315-2EH14-0AB0.3.5 数字量输入输出模块选型输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单位.PLC的对外功能主要 是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的•输入模块和输出模块是PLC与 现场I/O装置或设备之间的连接部件•起着PLC与外部设备之间传递信息的作 用•通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视.由于所需的开关量输入为6点,所需的开关量输出为2点,所以选择16点输 入的DI模块和16点输出的DO模块即可,过剩的I/O点用来备用和扩展.因此选 择数字量输入型号为6ES7 321_lBH00_0AA0,数字量输出型号为6ES7 322_lBH00_0AA0.由于所需的模拟量输入为9路,所需的开关量输出为2路,所以选择两个8 路输入的DI模块和一个8路输出的DO模块即可，过剩的用来备用和扩展.因此 选择模拟量输入型号为6ES7 331-1KF02-0AB0,数字量输出型号为6ES7 332- 5HF00-0AB0.3.6 硬件选型表 为使系统平安可靠的运行,在进行硬件结构设计时,应充沛了解各硬件设备的工作原理,以便选择合适的型号,如表3-2所示.表3-2硬件选型表序列符号名称型号/规格个数1CPUCPU6ES7 315-2EH14-0AB012PS电源模块(5A)6ES7 307-1EA01-0AA013DI数字量输入模块16位6ES7 321-1BH00-0AA014DO数字量输出模块16位6ES7 322-1BH00-0AA015AI模拟量输入模块8路6ES7 331-1KF02-0AB026AO模拟量输出模块8路6ES7 332-5HF00-0AB017QS三相空气开关18FU熔断器19KM交流接触器CJX2-09210KH热继电器AC380V211KA继电器MY4N-J413SB按。