摘? 要：為了更好地讓鍋爐在實(shí)際用途中發(fā)揮功能，該文采用西門子S7-200控制器，對(duì)鍋爐的溫度控制進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。西門子S7-200系列的PLC是一種小型的控制器，可以通過(guò)編程控制，把集成電源、輸入及輸出電路和微處理器集成在一個(gè)較小的環(huán)境中，更適合用于工業(yè)環(huán)境。該文主要以某地水浴鍋爐的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，采用西門子S7-200控制器，進(jìn)行鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：西門子S7-200PLC? 溫度控制? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG581? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）03（b）-0073-02

鍋爐在物料運(yùn)輸、動(dòng)能傳輸?shù)任镔|(zhì)的運(yùn)輸上具有非常廣泛的應(yīng)用，但是由于運(yùn)輸時(shí)的條件不同，使得鍋爐常處于高溫或者低溫的狀態(tài)下，尤其在低溫的環(huán)境中，物質(zhì)的流動(dòng)性差，在運(yùn)輸中途，會(huì)人為地對(duì)鍋爐進(jìn)行加熱，以保證順利運(yùn)輸。但是鍋爐容易出現(xiàn)溫度延時(shí)和滯后的情況，降低鍋爐使用的安全性，甚至?xí)l(fā)生事故。那么由于這種原因，在加溫時(shí)鍋爐所使用的控制系統(tǒng)的好壞，就會(huì)對(duì)鍋爐溫度產(chǎn)生重要影響。隨著計(jì)算機(jī)科技的不斷發(fā)展，PLC所具有的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理功能都有了顯著的提高，可以將復(fù)雜的控制系統(tǒng)嵌在PLC中，目前的PLC已逐漸成為人們?cè)O(shè)計(jì)自動(dòng)化方案的首要選擇。該文主要以某地水浴鍋爐的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，采用西門子S7-200控制器，進(jìn)行鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1? 鍋爐設(shè)計(jì)的要求

鍋爐內(nèi)的溫度根據(jù)使用條件和環(huán)境的不同，其溫度范圍一般在-25℃～85℃。鍋爐的控制器一般都是直接放在室外，就算是雪雨、刮風(fēng)、揚(yáng)沙也可以正常使用。為了保證鍋爐的控制系統(tǒng)有足夠的可靠性，對(duì)各個(gè)方面都進(jìn)行了具體的要求。

1.1 操作控制要求

操作系統(tǒng)相當(dāng)于人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，它可以調(diào)控鍋爐加熱系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)一般都有兩種工作程序：正常工作時(shí)采用全自動(dòng)程序;當(dāng)運(yùn)行系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過(guò)按鈕切換到人工程序，方便人工維修、調(diào)試?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)爐內(nèi)水浴溫度的自動(dòng)控制燃燒器工作，從而讓被加熱介質(zhì)能夠根據(jù)設(shè)置的溫度輸出。

1.2 安全系統(tǒng)要求

鍋爐設(shè)置的安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以保證鍋爐使用過(guò)程中，如果出現(xiàn)意外，能夠及時(shí)提醒工作人員，進(jìn)行維修。如水浴鍋爐中的液位若低于設(shè)定的最低值時(shí)，安全系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)切斷燃燒器的工作，防止其加熱過(guò)度產(chǎn)生危險(xiǎn)。當(dāng)鍋爐中加熱介質(zhì)的溫度過(guò)高或者排煙溫度超過(guò)設(shè)置最高值時(shí)，也應(yīng)該停止燃燒器的工作，并應(yīng)該報(bào)警發(fā)出響聲。另外，也要設(shè)置燃?xì)獾臋z漏裝置，如若泄露，燃燒器應(yīng)自動(dòng)停止工作。此外，需要設(shè)置好溫度顯示功能，從而更好地實(shí)現(xiàn)安全系統(tǒng)功能。

1.3 水浴爐的控制方案

水浴鍋爐的控制方案主要有連續(xù)控制和開(kāi)關(guān)控制兩種。開(kāi)關(guān)控制方案主要用于開(kāi)關(guān)相對(duì)頻繁的控制系統(tǒng)，若是鍋爐的控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)并不頻繁，若使用開(kāi)關(guān)控制方案，會(huì)減少器件的使用壽命，甚至可能發(fā)生故障，燃燒整個(gè)鍋爐室，引發(fā)鍋爐安全事故。而連續(xù)控制系統(tǒng)與閥門可以調(diào)整火力大小。該文案例中的水浴鍋爐采用開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)進(jìn)行鍋爐的控制。

2? 控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)通過(guò)PC機(jī)對(duì)S7-200PLC進(jìn)行程序控制，主要包括西門子S7-200PLC、溫控旋鈕、PC機(jī)、溫度傳感器、M1和M2控制爐門操作電動(dòng)機(jī)等，具體如圖1所示。

2.1 PC計(jì)算機(jī)

PC計(jì)算機(jī)是監(jiān)控級(jí)的主要組成部分，監(jiān)控級(jí)的功能主要是監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)工作的實(shí)時(shí)情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備能夠進(jìn)行遠(yuǎn)行控制。由計(jì)算機(jī)和觸摸屏通過(guò)MPI和MODBUS通信電纜跟PLC相連接，可以顯示和記錄鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，便于工作人員隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，也可以查詢鍋爐的歷史記錄。另外，當(dāng)鍋爐運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，還可以發(fā)出警報(bào)，提醒工作人員。

2.2 S7-200PLC

S7-200PLC是控制級(jí)的主要組成部分，控制級(jí)主要由S7-200電器柜、模擬量模塊和相關(guān)的應(yīng)用程序組成。主要功能是控制硬件的開(kāi)關(guān)量和采集相應(yīng)的模擬信號(hào)，并可以對(duì)采集到模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)換從而生成控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的相關(guān)指令。

2.3 傳感器

傳感器是現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行級(jí)的核心，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行級(jí)主要由溫度控制器、變送器、變頻器、傳感器和不同功能的電機(jī)組成。通常情況下現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行級(jí)的各個(gè)部分都是安裝在鍋爐的工作現(xiàn)場(chǎng)。傳感器可以監(jiān)測(cè)到鍋爐工作的相關(guān)信號(hào)，還可以將信號(hào)傳輸給下個(gè)環(huán)節(jié)的機(jī)器，經(jīng)過(guò)程序的對(duì)比分析從而形成相應(yīng)的控制指令，進(jìn)行調(diào)控工作。

2.4 相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

控制柜根據(jù)鍋爐使用的條件，環(huán)境溫度：0℃～40℃。海拔高度小于2500m。當(dāng)環(huán)境的溫度示值為25℃時(shí)，整體相對(duì)濕度小于等于90%。根據(jù)不同S7-200的不同型號(hào)的特點(diǎn)，選擇CPU226型號(hào)的PLC。變速器的要求能夠檢測(cè)出0℃～150℃的溫度信號(hào)，響應(yīng)時(shí)間在2s以內(nèi)，溫度的分辨率為0.1℃，選擇PT100溫度變送器，它具有中溫穩(wěn)定性好、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。壓力變送器選擇051C型差壓變送器，其量程為0～15MPa。

3? 加熱爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)通過(guò)使用西門子自帶的STEP7-Micro/WIN編程軟件對(duì)這些功能進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。PLC中有3種基本的參數(shù)為地址符號(hào)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和起始字節(jié)。這3種參數(shù)分別代表信號(hào)的不同特征。在鍋爐的控制系統(tǒng)中，該文將燃燒器保護(hù)、真空泵運(yùn)行、報(bào)警并發(fā)出響聲定義為系統(tǒng)輸出信號(hào)，將引起燃燒器保護(hù)、真空泵運(yùn)行等的操作作為輸入信號(hào)。之后通過(guò)模擬量轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)的處理，最后進(jìn)行燃燒器保護(hù)模塊設(shè)計(jì)。

依據(jù)鍋爐的設(shè)計(jì)方案，把燃料保護(hù)器作為輸出地址，把燃燒器的故障、介質(zhì)出口的溫度值異常，以及相關(guān)的報(bào)警作為輸入地址。輸出地址和輸入地址分別具有不同的代碼，可以具體進(jìn)行編制。主操作界面的設(shè)計(jì)要清楚簡(jiǎn)潔，使用要方便，呈現(xiàn)的信息要全面。主要界面包括：燃燒器停止后的恢復(fù)、空泵的操作、報(bào)警操作和MCGS觸屏操作等?？梢酝瓿稍诰€幫助，用戶對(duì)管理權(quán)限進(jìn)行管理、報(bào)警記錄和歷史查詢，以及生成相關(guān)表格等。此外，為了方便使用，還應(yīng)該設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)定、保存、修改等功能，以便進(jìn)行鍋爐參數(shù)的改變。

4? 結(jié)語(yǔ)

該文主要以某地水浴鍋爐為例，使用西門子S7-200控制器對(duì)鍋爐的溫度進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)鍋爐的使用要求，設(shè)計(jì)了控制器的結(jié)構(gòu)，并對(duì)相關(guān)的器件進(jìn)行了型號(hào)的選擇，同時(shí)對(duì)鍋爐的控制軟件也進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)計(jì)，希望可以對(duì)相關(guān)從業(yè)人員提供一定的參考。

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