锅炉内胆水温控制Word文件下载.docx
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整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
其中储水箱侧面有一个进水阀和出水阀，当水箱需要更换水时，可把球阀打开将水直接接入或排出。
1.2检测仪表
1．压力传感器、变送器：
三个液位传感器分别用来对上、中、下三个水箱的液位进行检测，其量程为0～5KP，精度为0.5级。
采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。
采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源，输出：
4～20mADC。
2．温度传感器：
装置中采用了六个Pt100铂热电阻温度传感器，分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（有3个测试点）以及上水箱出口的水温。
Pt100测温范围：
-200～+420℃。
经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成4～20mA直流电流信号。
Pt100传感器精度高，热补偿性较好。
3．流量传感器、变送器：
三个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测。
它的优点是测量精度高，反应快。
采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源。
流量范围：
0～1.2m3/h；
精度：
1.0%；
输出：
4．锅炉防干烧保护装置：
为保证实验效果好、不降低锅炉加热功率的前提下，本套装置配备了良好的防干烧保护系统，当锅炉内胆液位低于红色警戒水位线时，保护装置将切断调压模块输出电压，以有效保护电加热管不被干烧损坏。
1.3执行机构
1．电动调节阀：
采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。
电动调节阀型号为：
QSVP-16K。
电源为单相220V，控制信号为4～20mADC或1～5VDC，输出为4～20mADC的阀位信号，使用和校正非常方便。
2．水泵：
本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为30升/分，扬程为8米，功率为180W。
泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。
本装置采用两只磁力驱动泵,一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。
3．电磁阀：
本套装置共有17支优质电磁阀配合控制器完成所有实验项目，其阀体为黄铜材质，磁力连接栓为不锈钢榜及弹簧、弹杆、橡皮膜片，以防止生锈，它具有体积小、流量大、耐高温、耐高压、动作快、寿命长等特点。
1.5控制屏组件
1．通讯线介绍
“THJ-4型高级过程控制系统实验平台”可以挂智能仪表、远程数据采集和S7-200PLC挂件，并可控制对象系统完成相应的实验。
屏中布有485通讯线线，从正面看控制屏时，从左边数的五个通讯口挂在一条485总线上，然后引出来一根通讯线，通讯头上标有“1”的字样；
最右边的通讯口单独从控制屏后引出一个通讯头，上面标有“6”的字样。
485通讯线主要用于仪表和远程数据采集模块与计算机的通讯，485通讯方式与计算机建立通讯时需接一个转换器到计算机串口上。
THJ-4-3面板是与对象系统通过2号42芯和3号19芯电缆线相连的接口板，可取来对象上的信号，也可将控制屏上的信号通过它送出；
面板上有24V开关电源的输出端子，它不但控制着面板上三路24V直流输出，而且控制着对象系统所有变送器的电源。
2．交流变频控制挂件
MicroMaster440变频器，控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC，交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。
有关变频器的使用请参考使用手册中相关的内容。
3．三相移相SCR调压装置
采用三相可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA标准电流信号，其移相触发角与输入控制电流成正比。
输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现锅炉温度的连续控制。
1.6实验控制系统流程图
图1.1实验控制系统流程图
本实验主要涉及两路信号，一路是现场测量信号锅炉内胆温度，另外一路是控制移项调压模块输出的控制信号。
锅炉内胆温度的检测装置为PT100热电阻，PT100热电阻检测到的信号传送给温度变送器，本系统采用带PROFIBUS-PA通讯接口的温度变送器，挂接在PROFIBUS-PA总线上，PROFIBUS-PA总线通过LINK和COUPLER组成的DP链路与PROFIBUS-DP总线交换数据，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2DP，这样就完成了现场测量信号到CPU的传送。
本实验的执行机构为移项调压模块，移项调压模块所需的控制信号是4到20mA电流信号。
控制信号由控制器CPU315-2DP发出，经由PROFIBUS-DP总线到达分布式I/O模块ET200M，模拟量输出模块SM332和分布式I/O模块ET200M直接相连，最后模拟量输出4到20mA电流信号控制移项调压模块的输出电压。
1.7控制原理框图
本实验系统结构图和方框图如下图所示。
以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量。
本实验要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。
在锅炉夹套水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于锅炉夹套的温度升降是通过锅炉内胆的热传导来实现的，所以夹套温度的加热过程容量时延非常大，其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。
实验中用变频器支路以固定的小流量给锅炉内胆供循环水，以加快冷却。
图（b）为一个单回路的锅炉夹套温度控制系统的结构框图.实验前先给锅炉内胆打适量的水，而锅炉夹套为动态环水,变频器,齿轮泵，锅炉内胆组成循环供水系统。
实验投入运行后，变频器以固定得频率使锅炉夹套得水处于循环状态。
在单回路的锅炉夹套温度控制系统中，若没有循环水加以快速热交换，散热过程相对比较缓慢，温度调节得效果受对象特性和环境的限制，在精确和稳定性上存在着一定的误差。
当增加了循环水系统以后，有利于热交换并提高散热能力。
相比与静态温度控制实验，在控制的精确性，快速性上有很大的提高。
本系统控制的被控制量锅炉夹套水温，既控制任务是控制锅炉夹套水温等于给定值，并采取工业智能PID调节。
通讯信号传输的双向性，这样既完成了现场测量信号到CPU的传送，又使得CPU发出的控制信号能传送到模拟量输出模块，模拟量输出模块输出的4到20mA电流信号控制移项调压模块的输出电压。
本实验系统结构图和方框图如图1.2所示。
图1.2锅炉内胆温度特性测试系统
（a）结构图（b）方框图
可以采用两种方案对锅炉内胆的水温进行控制：
（一）锅炉夹套不加冷却水（静态）
（二）锅炉夹套加冷却水（动态）
显然，两种方案的控制效果是不一样的，后者比前者的升温过程稍慢，降温过程稍快。
无论操作者采用静态控制或者动态控制，本实验的上位监控界面操作都是一样的。
2上位机组态与程序设计
2.1组态软件介绍
本设计用组态软件的是西门子公司的WinCC，它是WindowsControlCenter（视窗控制中心）的简称，是HMI/SCADA软件中的后起之秀。
WinCC是Siemens公司的一种功能强大的工业控制软件。
它集成了SCADA、组态、脚本（Script）语言和OPC等先进技术，为用户提供了Windows操作系统环境下使用各种通用软件的功能。
WinCC继承了西门子公司的全集成自动化（TIA）产品的技术先进性和无缝集成的特点。
WinCC运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选择，使用方便灵活，功能齐全。
用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、趋势曲线等。
它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。
WinCC的另一个特点在于它的整体开放性，它可以方便的与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实际需要。
用户也可以将WinCC作为系统扩充的基础，通过开放式接口，开发其自身需要的应用系统。
WinCC由三大部分组成：
1、控制中心：
控制中心使用户通过WinCC应用进行浏览，并且对其数据进行一些操作。
从形式和操作上看，控制中心与Windows资源管理器相似。
2、系统控制器：
管理各站之间的系统通讯。
3、数据管理器：
在WinCC项目中用于处理中央任务的启动。
其主要任务是处理变量管理器，其通讯通道用于访问过程数据。
2.2WinCC的发展及应用
从面市伊始，用户就对SIMATICWinCC印象深刻。
一方面，是其高水平的创新，它使用户在早期就认识到即将到来的发展趋势并予以实现；
另一方面，是其基于标准的长期产品策略，可确保用户的投资利益。
依据这种战略思想，WinCC，这一运行于MicrosoftWindows2000和XP下的Windows控制中心，已发展成为欧洲市场中的领导者，乃至业界遵循的标准。
如果你想使设备和机器最优化运行，如果你想最大程度地提高工厂的可用性和生产效率，WinCC当是上乘之选。
突出的优点：
通用的应用程序；
适合所有工业领域的解决方案；
多语言支持，全球通用；
可以集成到所有自动化解决方案内；
内置所有操作和管理功能；
可简单、有效地进行组态；
可基于Web持续延展；
采用开放性标准，集成简便集成的Historian系统作为IT和商务集成的平台；
可用选件和附加件进行扩展；
“全集成自动化”的组成部分。
2.3Wincc监控组态与程序设计
变量系统是组态软件的重要组成部分。
在组态软件的运行环境下，工业现场的生产状况将实时地保存在变量的数值中，操作人员监控过程数据，他在计算机上发布的指令通过变量传送给生产现场。
WinCC的变量管理是变量管理器。
WinCC使用变量管理器来组态变量。
变量管理器对项目所使用的变量和通讯驱动程序进行管理。
WinCC与自动化控制系统间的通讯依靠通讯驱动程序来实现；
自动化控制系统与WinCC工程间的数据交换通过过程变量来实现。
变量管理器管理WinCC工程中使用的变量和通讯驱动程序。
它位于WinCC项目管理器的浏览窗口中。
WinCC的变量按照功能可分为外部变量、内部变量、系统变量和脚本变量四种类型。
1、新建新驱动器连接
在WINCC变量中建立SIEMENSS7PROTOCOLSUIT,选择MPI，新建驱动程序连接，点击系统参数，选择逻辑设备名称为“CP5611”，如图：
图2.1WINCC系统参数设置
再进入选择参数窗口，设置插槽号为2，PLC315—2DP的插槽号为2。
如下图所示：
图2.2WINCC连接参数设置
2、建立外部变量
以变量d为例右击新建变量命名为“d”，然后选择类型为浮点数32位变量，数据选择为DB，DB号为42,因为在STEP7中我们建立的PID设为DB42，最后地址设置为DB28，点击确定完成地址属性设置。
图2.3地址属性
图2.4新建变量
按上面步骤建立所有外部变量，如图2.5及表2.1
图2.5外部变量
表2.1外部变量
名称
数据类型
参数地址
程序中名称
man-on
二进制变量
DB42,D0.1
MAN_ON
p-select
DB42,D0.3
P_SEL
i-select
DB42,D0.4
I_SEL
d-select
DB42,D0.7
D_SEL
sp1
浮点数32位IEEE754
DB42,DD6
SP_INT
fushe
DB41,DD16
MAN
p
DB42,DD20
GAIN
i
DB42,DD24
TI
d
DB42,DD28
TD
op
DB42,DD72
LMN
pv1
DB41,DD92
PV
pv2
DB42,DD92
pvper_on_1
DB42.DD0.2
PVPER_ON
pvper_on_2
3、建立内部变量
在WINCC中，打开变量管理，点击内部变量，建立新变量ssqx、lsqx、kaiqi。
ssqx是用来控制实时曲线显示和隐藏的，llqx是用来控制历史曲线显示和隐藏的，kaiqi是开始按钮控制的水管闪烁的。
这三个变量全都为二进制。
如表2.2
表2.2内部变量
说明
参数类型
lsqx
历史曲线
ssqx
实时曲线
kaiqi
开启按钮
创建过程画面
在图形编辑器中组态画面如图所示。
并根据系统要求组态历史曲线、实时曲线。
系统WinCC监控界面如下一章所示
1设置管道动态效果
选择所有的水管，在属性中选择控件属性，在BlinkMode中静态选择NoFlash，右击动态中的动态对话框，在表达式/公式中选择变量“man_on”，在数据类型中选择布尔型。
当“是”的时候Blink为NoFlash，当“否”的时候Blink为Shaded。
Blackcolor和Backcolor选择浅蓝色。
man_on地址为DB42.D0.1。
这一步作用是，当MAN_ON_1置为1时，水管不闪烁，当man_on置为0时，水管开始闪烁，表明PID运行时水管有水通过。
2PID开关编辑
在对象选项板中选择窗口对象，选择按钮，然后命名为“积分开关”，点击事件中的鼠标属性，在右面的单击左键，设置C动作。
添加脚本程序如下：
SetTagBit（"
i_select"
1）;
//Return-Type:
BOOL
同样在鼠标右击，设置C动作。
脚本程序如下：
0）;
BOOL
以此类推，Td微分开关的开启和关闭按钮都要这么设置。
3输入输出域的设置
对副测量值进行设定，在对象选项板中选择智能对象，然后新建一个输入输出域，在输出值中选择动态对话框，在表达式/公式中选择变量pv1，数据类型选择为直接。
pv1的变量地址为DB4.DD92。
同样方法设置变频器支路测量值pv2,变量地址DB42.DD92。
（1）电气阀支路测量pv1
（2）变频器支炉测量pv2
图2.6设置寻址方式
对给定值进行设定，在对象选项板中选择智能对象，然后新建一个输入输出域，在输出值中选择变量fushe，fushe的地址为DB41.DD6。
用同样的方法设定Kp、Ti、Td的输入输出域，在输出值中选择变量p、i、d，它们的地址分别为DB41.DD20、DB41.DD24、DB41.DD28。
4设置开启按钮
在对象选项板中选择窗口对象，选择按钮，然后命名为“开启”，点击事件中的鼠标属性，在右面的单击左键，设置C动作。
kaiqi"
main_on"
pvper_on_1"
pvper_on_2"
单击“开启”后，由于管道的动画效果设置，管道会闪烁。
Main_on为1时控制循环将被中断，手动值被设置为操作值。
由于本设计要求，电动阀的PID“Main_on”保持默认值1。
变频器PID“Main_on”设置为0，控制循环不会中断。
由于检测量为电动阀支路流量PIW272，变频器支路流量PIW274，为外围设备，故此本设计的两个PID，PVPER_ON应为1状态。
5设置实时曲线历史曲线
在对象选项板中选择窗口对象，选择按钮，然后命名为“实时曲线”，点击事件中的按左键，右击选择C语言。
在编辑动作中中插入下列脚本程序：
ssqx"
这条语句的意思是当点击鼠标左键时，“ssqx”置为1。
点击确定。
再点击事件中的按右键，右击选择C语言，在编辑动作中插入如下脚本程序：
这条语句的意思是当点击鼠标左键时，“ssqx”置为0。
如图所示：
图2.7实时曲线C动作脚本程序设置
历史曲线按钮设置相同，只需要将“ssqx”改为“lsqx”。
接下来在对象选项板中选择控件中的曲线，对曲线进行编辑，命名为“实时曲线”。
在WINCC在线趋势控件的属性中进行编辑，在数据源中选择在线变量，选择公共X轴和公共Y轴以及可调整大小。
在曲线一栏中选择pv1，命名为“电动阀支路流量测量值”，颜色选择为绿色。
然后再添加曲线，命名为“变频器支路流量测量值”，在线变量选择为pv2，颜色为蓝色；
然后再添加曲线，命名为“变频器支路流量给定值”，在线变量选择为sp1，颜色为红色。
点击曲线属性，然后在显示中选择动态对话框，在表达式/公式中选择变量“ssqx”，数据类型为布尔量，当“是”时，置为1，当“否”时，置为0。
历史曲线的属性同样如此设置。
当鼠标左键点击“实时曲线”按钮时，实时曲线会出现，当鼠标右键点击“实时曲线”按钮时，曲线会隐藏。
历史曲线也是这样的效果。
历史曲线设置不同的是在选择数据源时要设置为归档变量，然后选择已经设置好的变量，如图所示：
图2.8归档变量选择
2.4WiNCC组态软件的通讯
（1）给PC和PLC上电，打开SETP7，打开已建立好的工程。
（2）进入STEP7软件界面，点击options中的SetPG/PCInterface，选择CP5611（MPI）<
active>
，然后选择Diagnostics进行测试，出现OK，在进行下载。
如图4.9所示。
图2.9CP5611
（3）点击Diagnostics对MPI、硬件组态诊断如下图所示。
图2.10CP5611（MPI）
图2.11硬件诊断
（4）将PLC置为run状态，SF灯没有红灯，电磁阀自动开启。
无错误。
（5）运行WINCC目录下的已建立组态界面。
点击运行键进入监控画面。
（6）选择SIEMENS\WINCC\TOOLs中的WINCCChannelDiagnosis，点击运行，出现如下图所示窗口：
图2.12WINCC通讯监测
这表明WINCC已经跟PLC通讯上了。
通讯成功。
3PLC300控制程序
实验六、锅炉内胆水温定值控制系统
sy6:
LPIW264
ITD
DTR
L1.000000e+001
/R
TDB41.DBD10
CALL"
CONT_C"
DB41
COM_RST:
=
MAN_ON:
PVPER_ON:
=FALSE
P_SEL:
I_SEL:
INT_HOLD:
I_ITL_ON:
D_SEL:
CYCLE:
SP_INT:
PV_IN:
PV_PER:
MAN:
GAIN:
TI:
TD:
TM_LAG:
DEADB_W:
LMN_HLM:
LMN_LLM:
PV_FAC:
=1.000000e+000
PV_OFF:
=0.000000e+000
LMN_FAC:
LMN_OFF:
I_ITLVAL:
DISV:
LMN:
LMN_PER:
=PQW256
QLMN_HLM:
QLMN_LLM:
LMN_P:
LMN_I:
LMN_D:
PV:
ER:
NOP0
DB42
=PQW258
ANDB41.DBX0.1
JNBsd6
LDB41.DBD72
TDB41.DBD16
JUend
sd6:
LDB41.DBD16
TDB41.DBD72
4实验内容与步骤
4.1实验准备工作
本实验选择锅炉内胆水温作为被控对象，实验之前先将储水箱贮足水量，将阀门F1-1、F1-2、F1-5、F1-13全开，手动调节阀门F1-3至适当开度，其余阀门关闭，启动380伏交流磁力泵，
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