基于s7-300锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系_设计组态毕业论文(编辑修改稿)

基于s7-300锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系_设计组态毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。 可编程控制器具有 系统构成灵活，扩展容易； 编程简单（采用简单明了的梯形图、逻辑图和语句表等编程语言）、使用方便，； 对工作环境要求不高 ，抗干扰能力强，可靠性强等特点 PLC 由于高可靠性而 运用广泛，生产 PLC 的厂家也有很多，其中不乏西门子（ SIMATIC） ，三菱 （ Mitsubishi Electric） ， 罗克 韦尔 （ AB） 等大公司，它们的产品规格性能，适用场合有大同小异的也有截然不同的，以西门子公司为例就有 LOGO，200,300,400,1200 等多个系列。 基于 s7300 锅炉内胆水温的前馈 反馈控制系统设计（组态） 7 图 西门子 S7300系列模块图 本设计使用的正是德国西门子公司的 S7300 系列 PLC， S7300 PLC 是模拟式中小型 PLC， 主要由机体框架、电源模块（ PS）、 CPU 模块、信号模块（ SM）、功能模块（ FM）、接口模块（ IM）、通信处理器（ CP）和编程设备组成。 各个 模块都是独立的，每个模块都 具备 一个总线连接器， 用以 插在各 个 模块的背后 ， 可以通 过 U 形总线 把它们 紧密固定在西门子 S7300 的标准轨道上。 一条导轨共有 11 个槽号： 1号槽至 11号槽， S7编程软件组态主架导轨硬件时，电源 模块 ， CPU 模块 和 接口模块 分别 置于 导轨的 1 号槽、 2号槽和 3 号槽上 ， 其中 4 号槽至 11 号槽可以随意放置除电源 模块 、 CPU 模块 和 接口模块 以外的其他模块。 S7300 PLC CPU 模块说明 PLC 的 CPU 模块是 该前馈 反馈 控制系统的核心，负责 整个 系统的中央控制，程序的存储与 执行，实现通信功能， 并 为 U形总线提供 5V 的 电源。 S7300 PLC 的 CPU有 4种操作模式 分别 是 ： STARTUP（启动）、 RUN（运行） 、 HOLD（保持） 和 STOP（停机）。 目前 S7300 的 CPU 模块大致可以分为以下几类： 紧凑 型 CPU： CPU 312C、 CPU 313C、 CPU 314C2DP 等。 标准型 CPU： CPU 31 CPU 31 CPU 31 CPU 315 等。 革新的 标准 型 CPU： CPU 31 CPU 31 CPU 3152DP。 户外型 CPU： CPU 312 IFM、 CPU 314 IFM 等。 大容量高端型 CPU： CPU 3172DP、 CPU 3182DP。 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 8 主 /从接口安全型 CPU： CPU 315F2DP。 S7300 PLC 信号模块（ SM）说明 信号模块（ SM）又叫输入 /输出模块（ I/O 模块），是 CPU 模块与现场输入输出原件和设备连接的桥梁，用户可以根据现场输入 /输出设备来选择各种用途的 I/O 模块。 按输入输出量的不同信号模块又可以分为数字量模块和模拟量模块两类。 S7300 PLC 常用的数字量模块有数字量输入模块 SM32数字量输出模块 SM322 和数字量输入 /输出模块 SM323： 数字量输入模块将现场过程送来的数字量电平 转换成 PLC 的内部信号电平， SM321有四种型号可选：直流 16 点输入、直流 32点输入、交流 16 点输入、交流 8点输入。 数字量输出模块与数字量输入模块相反则是将 PLC 内部信号电平转换成现场过程所要求的控制信号电平。 按输出方式不同 SM322 又可以分为晶体管输出（直流输出模块）、可控硅输出（交流输出模块）、继电器触点输出（交直流两用输出模块）。 从响应速度来看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性来看，则是继电器触点输出型最佳。 数字量输入 /输出模块 SM323 有两种类型：一种带 8个共地输入端和 8个共地输出端，另一种带 16 个共地输入端和 16 个共地输出端，二者特性相同。 I/O额定负载电压为 24V DC,输入信号“ 1”高电平为 11～ 30V，信号“ 0”低电平为 3～ +5V， I/O 通过光耦与背板总线隔离，在额定输入电压下，输入延迟为 ～ ，此外输出还具有电子短路保护功能。 S7300 PLC 常用的模拟量模块有模拟量输入模块 SM33模拟量输出模块 SM33模拟量输入 /输出模块 SM334： 模拟量输入（简称 AI）模块 SM331 有三种规格型号，分别是 8AI 12 位模块、 2AI 12位模块以及 8AI 16 位模块。 SM331 主要由 A/D 转换部件、光电隔离部件、模拟切换开关、恒流源、逻辑电路和补偿电路等组成。 模拟量输出（简称 AO）模块 SM332 有 3325HB0 3325HD0 3325HF00、 3327ND02四种分别支持 4（同步模式）点的模拟量输出。 模拟量输入 /输出模块 SM334 则有 3340CE010AA0、 3340KE000AB0 两种，都是具有 4模拟量输入， 2 模拟量输出；但是后者为电阻测量式（ Pt100）。 基于 s7300 锅炉内胆水温的前馈 反馈控制系统设计（组态） 9 温度传感器、变送器 温度传感器（ temperature transducer） 是 可以检测温度并将其转换为可用输出信号 的仪器。 温度传感器是温度测量仪器的核心 组成部分 ，品种繁多。 按照 测量 方式可分为接触式和非接触式两种类型；根据 传感器的材料和电子元器件的特性 也可以划分成两种类型即 热电阻 式 和热电偶 式。 Pt100 铂热电阻温度 传感器 在 200～ +420℃ 的测量精度非常高甚至是测温的基准元件，其抗振性耐温耐压特性也很出色，因此 本设计 装置中采用了 Pt100 铂热电阻温度 传感器来检测锅炉 内胆的 水温。 温度变送器则是指将测温元件通常是传感器测量出来的温度信号经过 稳压滤波、运算放大、非线性校正、 V/I 转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的 4～ 20mA 电流信号 的器件，在本设计中温度变送器将 Pt100 铂热电阻温度 传感器 测得的温度电阻信号转变成电流信号 输出 给控制器使用。 流量计 流量计是用来测量流体流量的仪表，本设计装置的流量计有电磁流量计和涡轮流量计两种：电磁流量计用以测量 电动调节阀控制的动力支路，它的优点是零点比较稳定，抗干扰能力强，不受被测介质压力、温度、粘度、密度等物理参数 变化的影响，反应灵敏，输出信号与流量成线性关系，量程比 较 宽。 电磁流量计的 工 作电压为 220V，可以测量的流量范围是 0～ ，测量 精度 是 %，测量结果 输出 为 4～ 20mA 的直流电流。 两个涡轮流量计 进行 变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量 的检测，涡轮流量计 的优点是测量精度高，反应快。 其 采用标准二线制传输方式，工作时需提供 24V直流电源 ，可以测量的 流量范围 是 ～ ，测量精度为 精度： %，结果 输出 也是 4～20mA 直流电流。 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 10 4 系统的设计过程 系统装置接线 图 控制系统结构设计图 根据前三章的内容，设计出的系统结构图如图 所示，运用学校实验室已有的求是教仪可以组建该系统，求是教仪实际上是将我们要用到的电源、 PLC、三相 SCR 调压装置、变送器等装置的接线端子集成到了同一个界面上，我们可以直接在教仪上连接线路，组成系统。 下图为基于 S7300 锅炉内胆水温的前馈 反馈控制系统的接线图： 图 硬件接线图 kingview 上位机 锅 炉 测 量 变 送 器 执行器 P L C 流量 温度 AI AO TCP/IP 基于 s7300 锅炉内胆水温的前馈 反馈控制系统设计（组态） 11 由图 可知，接线孔主要分为两类：第一类是电源类，即三相电源输出孔、单相电源输出孔、各装置的电源输入孔；第二类是信号类，即 4～ 20mA电流孔、 RS485 通讯线孔等。 接线时，一般先接各个设备的通讯线再接好电源线，由于各个孔的过流过载特性不同，在接线之前，一定要断开电源，检查无误才可以通电。 模拟量信号采集 本次设计需采集的模拟量信号有锅炉内胆的温度以及锅炉 夹套 冷却水的流量。 模拟量信号的采集分为两个过程一个是测量一个是变送，锅炉内胆水的温度 由温度传感器采集后经过 温度变送器转换成 成 4～ 20mA 的电流信号送入 S7300PLC 的模拟量输入模块（ SM331），同样的，流量信号也是转换成 4～ 20mA 的标准信号后才送入 SM331 模块。 在SM331 模块中还涉及到了标度变换，它会将 4～ 20mA 的电信号转换成 0～ 27648 的整数，占用一个字大小的系统储存区。 西门子 Step 7 编程软件的简介 Step 7 是西门子 （ SIMATIC）的一款 工业软件，它是 针对于西门子 可编程逻辑控制器（ PLC）进行组态和编程的软件。 Step 7 提供 了各种版本以适应不同的应用需求其中STEP 7 Micro/DOS、 STEP 7 Micro/WIN 是用于 S7200PLC 系列的编程和组态软件包；STEP 7 Lite 适用于 S7300、 C7系列 PLC、 ET200X 和 ET200S 系列分布式 I/O的编程和组态软件包； 而 STEP 7 Basis 适用于 S7300/400、 M7300/40。