基于s7-200plc的锅炉控制系统的设计

基于s7-200plc的锅炉控制系统的设计内容摘要：

线图 在此控制系统中，整个信息的反馈是靠压力变送器，在 PLC 的配合下通过反馈回的压力信号来调整当前调速泵的转速。 变频器和 PLC 的联系，是靠硬件电器来联接的，具体参数的联系都是与上位机的通讯来实现的，选用的 s7200PLC 和 Acs601 变频器均有内置的 Rs485 接口。 变频器和 PLC的联系如图 所示。 变频器内置 PID PLC 接电机 KA1 +24V DI1 T S R PE U PE AI2 AI2+ W V M 3~ 华北科技学院毕业设计（论文） 第 15 页 共 61 页 图 变频器接线原理图 可编程控制器 PLC的选型 由于供暖锅炉自动控制系统控制设备相对较少，因此 PLC 选用德国 Siemens 公司的S7200 型。 S7200 型 PLC 的结构紧凑，价格低廉，具有较高的性能阶格比，广泛适用于一些小型控制系统。 Siemens 公司的 PLC 具有可靠性高，可扩展性好，又有较丰富的通信指令，且通信协议简单等优点。 根据控制系统实际所需端子数目，考虑 PLC 端子数目要有一定的预留量，为以后新设备的介入或设备调整留有余地，因此选用的 S7200 型 PLC 的主模块为 CPU226，其开关量输出 (DQ)为 16 点，输出形式为 AC220V 继电器输出。 开关量输入为 24 点，输入形式为 +24V 直流输入。 由于实际的开关量输出有 32 点，所以需要扩展，扩展模块选择的是2 个 EM223 型模块，该模块有 16 个开关量输出点，输出形式为 AC220V 继电器输出，开关量输入为 16点，输入形式为 +24V 直流输入。 此外，为了方便的将温度、液位、压力信号、电机频率信号和同相比较信号传输给PLC。 经比较计 算后转换为相应的控制信号，选择了 EM235 模拟量扩展模块。 该模块有 4个模拟输入 (AIW)， 1个模拟输出 (AQW)信号通道。 为了减少 CPU226的负载同时选择 EM232模拟量扩展模块，该模块有 2 个模拟输出（ AQW）信号通道。 输入输出信号接入端口时能够自动完成了 A/D 的转换，标准输入信号能够转换成一个字长 (16bit)的数字信号。 输出信号接出端口时能够自动完成 D/A 的转换，一个字长 ((16bit)的数字信号能够转换成标准输出信号。 EM235 模块可以针对不同的标准输入信号，通过 DIP 开关进行设置。 系统 PLC 的选型包括一个 CPU226 主模块， 2个 EM223 扩展模块， 1个 EM235 模拟量扩展模块， 2 个 EM232 模拟量扩展模块。 如此 PLC 总共有 56 个数字信号输入， 48 个数字信号输出，以及 4 个模拟输入信号， 5个模拟输出信号。 输入和输出均有余量，可以PID 变频器内置 PLC 设定值 水泵电机 压力传感器 出口压力 变频器 基于 S7200PLC 的锅炉控制系统的设计 第 16 页 共 61 页 满足日后系统扩充的要求。 表 1 S7200 的规格 规格 型号 系列 连接方法 工作电压 输入类型 输出类型 程序 容量 I/O 点 主控单元 S7200 端子型 220V AC 24V DC 继电器 26KB 40 点 24I/16O CPU226 数字量扩展单元 S7200 端子型 220V AC 24V DC 继电器 32 点 16I/16O EM223 模拟量扩展单元 S7200 端子型 220V AC 5点 4I/1O EM235 S7200 端子型 220V AC 2点 2O EM232 控制系统的构成 在控制电路的设计中，首先要考虑弱电和强电之间的隔离的问题。 在整个控制系统中，所有控制电机、阀门接触器的动作，都是按照 PLC 的程序逻辑来完成的。 为了保护 PLC 设备， PLC 输出端口并不是直接和交流接触器连接，而是通过中间继电器去控制电机或者阀门的动作。 在 PLC 输出端口和交流接触器之间引入中间继电器，其目的是为了实现系统中的强电和弱电之间的隔离，保护系统，延长系统的使用寿命，增强系统工作的可靠性。 变频器主电路电源输入端子 (R,S,T)经过空气开关与三相电源连接，变频器主电路输出端子 (U,V,W)经接触器接至三相电动机上，当旋转方向预设定不一致时，需要调换输出端子 (U,V,W)的任意两相。 特别是对于有变频 /工频两种状态的电动机，一定要保证在工频电源拖动和变频输出电源拖动两种情况 下电机旋向的一致性，否则在变频 /工频的切换过程中会产生很大的转换电流，致使转换无法成功。 给水泵控制系统 在硬件系统设计中，采用 2台变频器，其中 1 给水泵电机有变频 /工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相联，变频器输入电源前面接入一个空气开关，来实现电机、变频器的接通，空气开关的容量依据电机的额定电华北科技学院毕业设计（论文） 第 17 页 共 61 页 流来确定。 所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择。 给水泵有两台， 1, 2。 其中 1和 2给水泵都配有变频器。 当 1给水泵采用变频控制启动后仍不能满足要求时，让 1给水泵工作于工频同时启动 2给水泵， 2给水泵采用变频控制。 给水泵系统电气控制图如图。 图 给水泵系统电气控制图 给油泵控制系统 在硬件系统设计中，采用 2 台变频器，其中 1 给油泵电机有变频 /工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相联，变频器输入电源前面接入一个空气开关，来实现电机、变频器的接通，空气开关的容量依据电机的额定电1变频器 QF1 FR1 KM1 M 3~ 2变频器 QF3 FR3 KM3 M 3~ QF2 KM2 1给水泵 2给水泵 基于 S7200PLC 的锅炉控制系统的设计 第 18 页 共 61 页 流来确定。 所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择。 给油泵有两台， 1, 2。 其中 1和 2给油泵都配有变频器。 当 1给油泵采用变频控制启动后仍不能满足要求时，让 1给油泵工作于工频同时启动 2给油泵， 2给油泵采用变频控制。 给油泵系统电气控制图如图。 图 给油泵系统电气控制图 引风机控制系统 在硬件系统设计中，采用 2台变频器，其中 1 引风机电机有变频 /工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相联，变频器输入电源前面接入一个空气开关，来实现电机、变频器的接通，空气开关的容量依据电机的额定电3变频器 QF4 FR4 KM4 M 3~ 4变频器 QF6 FR6 KM6 M 3~ QF5 KM5 1给油泵 2给油泵 华北科技学院毕业设计（论文） 第 19 页 共 61 页 流来确定。 所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择。 引风机有两台， 1, 2。 其中 1和 2引风机都配有变频器。 当 1引风机采用变频控制启动后仍不能满足要求时，让 1引风机工作于工频同时启动 2引风机， 2引风机采用变频控制。 引风机系统电气控制图如图。 图 引风机系统电气控制图 引风机控制系统 在硬件系统设计中，采用 2 台变频器，其中 1 鼓风机电机有变频 /工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相联，变频器输入电源前面接入一个空气开关，来实现电机、变频器的接通，空气开关的容量依据电机的额定电5变频器 QF7 FR7 KM7 M 3~ 6变频器 QF9 FR9 KM9 M 3~ QF8 KM8 1引风机 2引风机 基于 S7200PLC 的锅炉控制系统的设计 第 20 页 共 61 页 流来确定。 所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择。 鼓风机有两台， 1, 2。 其中 1和 2鼓风机都配有变频器。 当 1鼓风机采用变频控制启动后仍不能满足要求时，让 1鼓风机工作于工频同时启动 2鼓风机， 2鼓风机采用变频控制。 鼓风机系统电气控制图如图。 图 引风机系统电气控制图 CPU 及扩展模块端子的接线 7变频器 QF10 FR10 KM10 M 3~ 8变频器 QF12 FR12 KM12 M 3~ QF11 KM11 1鼓风机 2鼓风机 华北科技学院毕业设计（论文） 第 21 页 共 61 页 CPU226 及扩展模块的供电 供电分为输入部分供电和输出部分供电 ，输入部分为直流供电（ 24V），输出部分为交流供电（ 220V）。 输入部分供电如图 ，输出部分供电如图。 图 输入部分供电 图 输出部分供电 CPU226 的端子接线 CPU226 的端子接线图如图 CPU226 输入端接线和图 CPU226 输出端接线。 基于 S7200PLC 的锅炉控制系统的设计 第 22 页 共 61 页 图 CPU226 输入端接线 华北科技学院毕业设计（论文） 第 23 页 共 61 页 图 CPU226 输出端接线 基于 S7200PLC 的锅炉控制系统的设计 第 24 页 共 61 页 1EM223 的端子接线 1EM223 的端子接线图如图 EM223 输入端接线和图 EM223 输出端接线。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 25 页 共 61 页 图 EM223 输入端接线 基于 S7200PLC 的锅炉控制系统的设计 第 26 页 共 61 页 图 EM223 输出端接线 2EM223 的端子接线 2EM223 的端子接线图如图 EM223 输入端接线和图 EM223 输出端接线。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 27 页 共 61 页 图 EM223 输入端接线 基于 S7200PLC 的锅炉控制系统的设计 第 28 页 共 61 页 图 EM223 输出端接线 华北科技学院毕业设计（论文） 第 29 页 共 61 页 EM225 的端子接线 EM235 的输入端接入汽包压力传感器所输出的电压信号 AIW0，汽包液位传感器所输出的电流信号 AIW2，炉膛压力传感器所输出的电压信号 AIW4,以及蒸汽温度传感器所输出的电压信号 AIW6，如图 EM235 输入端接线。 图 EM235 输入端接线。