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基于S7_300PLC和WinCC的锅炉控制系统_王智勇

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基于S7-300PLC和W i nCC的锅炉控制系统
王智勇 王延华
摘 要 针对目前工业型锅炉系统普遍存在成本高、效率低、运行不稳定等问题,设计了由S7-300PLC和W i nCC组态软件构成的工业锅炉控制系统。

从控制系统的总体设计、硬软件配置以及程序设计和监控画面设计等方面进行阐述,实际运行表明该控制系统性能稳定、可靠性高,在安全生产、提高经济效益等方面发挥了重要作用,并为节能降耗提供了技术保证,具有一定的先进性和推广性。

关键词 工业锅炉;S7-300PLC;W i nCC组态软件
作者单位 王智勇,王延华;中国核电工程有限公司河北分公司
锅炉控制系统设计要求达到节能、环保、安全、高效的目的。

随着自动控制技术的发展,对中小型锅炉进行自动化改造已经成为加快企业走向现代化生产的重要一环,本文以某公司三台供水锅炉的自动化设计为背景,采用以S7-300 PLC和W i nCC组态软件为基础的控制系统,实现生产过程监控管理一体化,使工业锅炉系统不仅在生产上实现过程控制自动化,更在管理上具有现代化水平。

一、锅炉自动控制的总体设计
(一)系统描述。

供水锅炉自动控制的任务是既提供热量满足出水温度负荷的需要,又要保证燃烧效率和锅炉运行的经济性、安全性。

主要包括以下几个控制回路:烟气含氧量控制,出水温度控制,炉膛负压控制和总回水压力控制。

控制系统可实现如下功能:对出水温度、回水温度、出水压力、回水压力、给煤量、鼓风量以及炉膛负压等信号实现高精度智能检测;对所有控制和检测的模拟量具有历史数据存储、实时数据动态显示、打印和报警功能;对所有的控制均能在上位机实现参数设定和远程控制;工艺流程能在计算机屏幕上动态显示;对鼓风机转速、引风机转速与炉排电机转速等进行综合调节,使锅炉达到最佳的燃烧效率以降低燃煤消耗,使烟尘排出量降到最低,减少对周围环境的污染。

(二)控制系统构成。

针对锅炉控制的特点,系统采用S7 -300PLC作为下位机直接处理模拟量和开关量信号,上位机用装有W i ndo w s XP操作系统、W i nCC6.0组态软件和STEP7编程软件的工业PC机,兼做操作员站和工程师站。

利用W i nCC组态软件建立友好的实时操作界面,并通过M P I 总线与下位机进行通信。

主要的硬件配置如下:(1)选用1块PS307电源模块,给CPU模块和I/O模块提供DC24V电源。

(2)选用1块CPU314模块,用来采集输入信号,执行用户程序。

(3)中央机架选用I M360,扩展机架选用I M361接口模块,实现中央机架与扩展机架之间的通信,各1块。

(4)选用S M321数字量输入模块,将从外部传来的数字信号转换为PLC内部的信号,共3块。

(5)选用1块S M322数字量输出模块,用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机起动器等负载。

(6)选用S M331模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号,共7块。

(7)选用FM355C闭环控制模块用于调节系统的温度、压力等,共3块。

系统构成与配置如图1所示。

(三)软件组成。

编程软件采用SIE M ENS公司的STEP7 V5.3,完成系统配置、程序的编写与调试,并能在线诊断PLC 硬件状态,控制PLC和I/O通道的状态等。

监控软件采用SI E M ENS公司的W i n CC V6.0,完成上位机显示所需的现场设备监控画面。

将W i nCC与S TEP7合用,在STEP7中定义的变量可以在W i nCC中直接使用,大幅降低了工程的开发时间。

二、系统实现
(一)控制系统程序设计。

温度、压力和含氧量的控制主要是通过对鼓风机、引风机和炉排电机的联合控制实现的,
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鼓风机、引风机和炉排电机分别由变频器驱动。

采用S ie m ens Step 7开发软件包,利用梯形图、语句表两种编程方式结合完成数据的采集、PID 运算、设备的直接控制等功能。

S7-300的用户程序由组织块(OB )、功能块(FB )、数据块(DB)构成。

其中OB1块是操作系统与用户应用程序在各种条件下的接口界面,用于控制程序的执行。

OB100为系统初始化程序块,系统刚启动时首先要调用(只调用一次)该程序块,将某些内存地址单元清零。

本系统用FB31块作为P I D 子程序块,用OB35模块调用P I D 调节子程序块,完成对锅炉的烟气含氧量、出水温度、炉膛负压和总回水压力的闭环控制。

数据块DB1用于存放模拟量输入值,DB2存放数字量输出值,DB3存放数字量输入值,DB4用来存放从PLC 模拟量输入模块接收来的数据以及对这些数据的处理结果。

D B10~DB19存放用于P I D 运算的各种输入/输出、上/下限值、
报警等数据。

(1)采集数据子程序:将来自于PLC 的数字量、模拟量输入模块的数据经过处理变成工程量并存放于数据块中。

(2)烟气含氧量调节子程序:将锅炉烟气含氧量设定值与检测值的偏差进行P ID 调节运算,运算结果作为鼓风机转速的调节信号,使烟气含氧量维持在系统要求的范围内。

(3)出水温度调节子程序:将锅炉出水温度设定值与检测值的偏差进行P I D 调节运算,运算结果作为炉排电机转速的调节信号,使出水温度维持在系统要求的范围内。

负压调节子程序:将锅炉炉膛压力设定值与炉膛压力检测值的偏差进行P ID 调节运算,运算结果作为引风电机转速的调节信号,使锅炉炉膛负压维持在系统要求的范围内。

总回水压力调节子程序:将总回水压力设定值与检测值的偏差进行P ID 调节运算,运算结果作为补水泵电机转速的调节信号,使总回水压力维持在系统要求的范围内。

(4)报警子程序:当系统运行过程中出现异常情况时,例如软化水箱储水罐液为过高、过低,负压过高和出水温度过高,调用该子程序,实现声音报警。

PLC 程序流程图如图2所示:
(二)上位机设计。

上位机监控软件选用W i nCC V 6.0,通过监控模块的组态方便地生成静态底图并在底图基础上动态显示过程参数及状态,进行参数的设定、电机的启动停止和紧急停车等。

同时为运行控制进行安全性组态,设置安全等级以允许相关人员进入某些画面。

根据操作权限的不同,上位机可作为操作员站和工程师站。

操作员通过上位机监控画面,可实现参数设定、实时控制、数据存储、实时数据动态显示、报警记录、操作日志、历史报表与实时报表输出和打印等功能。

以1#锅炉为例,监控主画面如图3
所示。

(三)上位机与下位机的通信。

系统采用S7-300系列
PLC 自带的M P I 协议实现W i nCC 与PLC 的通讯。

该方法具有数据传输速度快,易于扩展,通讯实时性好的优点。

三、结语采用S7-300PLC 和监控组态技术设计的锅炉自动控制系统具有功能完善、性能可靠、操作方便等特点,同时由于软硬件均采用模块化结构,方便了工程技术人员的安装、调试和维修。

实际运行经验表明,该系统减轻了操作人员的劳动强度,并为节能降耗提供了技术保证,具有一定的先进性和推广性。

该系统自运行以来,各项功能正常,设备运行稳定,完全达到了设计要求。

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基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计

基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计

基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计摘要工业锅炉是工业生产过程中十分常见的一种工业设备，锅炉控制系统自动化水平的高低对锅炉的安全生产和效率起到关键作用。

DCS控制是大中型工业锅炉控制系统的主流控制方式，因此，本课题以工业锅炉模拟系统SMPT-1000为研究对象，研究锅炉DCS的构成原理、DCS系统设计的方法步骤，具有较好的工程实践意义。

本文在首先对集散控制系统的发展过程进行了综述，介绍了集散控制系统的系统结构和特点的基础上，并分析了SMPT-1000工业锅炉模拟系统的工艺流程，列出了工艺流程的设备、检测点、执行机构等列表，并提出了一套基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计方案。

然后，采用Step 7 编程软件完成了系统的硬件组态、通信组态和控制算法组态及硬件模块测试。

接着，利用Siemens公司的WinCC软件开发了系统的人机界面，主要包括锅炉工艺模拟图、实时趋势曲线，PID参数调节器等。

最后，实现了对汽包水位、炉膛负压、蒸汽压力等子系统的实时监控。

实验结果表明：本文所设计的锅炉DCS系统的各项功能正确，控制性能指标达到了设计的要求。

关键词：工业锅炉 Profibus 可编程序控制器集散控制系统Design of Boiler’s DCS System Based onSiemens S7-300 PLCAbstractIndustrial boilers are very common in industrial processes of industrial equipment, automation level of the boiler control system play a key role in the boiler’s safety and efficiency. DCS control is the main control mode in the large and medium industrial boiler control system. Therefore, the subject based on the industrial boiler simulation system SMPT-1000 as the research object, research constitution principle with the boiler DCS, the methods and steps of DCS system design, with good engineering practice significance.In this paper, the development of distributed control system was reviewed firstly, then introducing the DCS system of the structure and characteristics and analyzing the technological process of SMPT-1000 industrial boiler simulation system. A list of process equipment, test points, executive institutions and so on, and a DCS system design scheme for a boiler based on Siemens S7-300 PLC was put forwarded. Then, the test for system hardware configuration, communication configuration and control algorithms and hardware modules were completed by step7 programming software. Then, using Siemens WinCC software to develop a system of man-machine interface, including the boiler process simulation graph, real-time trend curve, PID parameter adjustment, etc. Finally, the drum level, furnace pressure, vapor pressure and other subsystems are achieved real-time monitoring.The results show that: this boiler is designed correctly the features of DCS system, control performance achieved the design requirements.Keywords: industrial boiler Profibus Programmable Logic Controller Distributed Control System目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题目的 (1)1.3 课题研究内容 (4)第二章 DCS与锅炉控制系统原理 (5)2.1 DCS的发展历程 (5)2.2 DCS的系统结构 (6)2.3 锅炉控制系统简介 (9)第三章锅炉控制系统控制方案 (14)3.1 控制方案 (14)3.2 简单控制系统的设计方案 (15)第四章硬件及控制算法组态 (19)4.1 STEP 7编程软件简介 (19)4.2 控制器硬件设置 (19)4.3 Profibus-DP 设置 (21)4.4 符号表编辑器 (22)4.5 通信设置 (23)4.6 程序编写 (23)4.7 程序运行与分析 (26)第五章人机界面组态 (29)5.1 创建单用户项目 (29)5.2 创建外部变量 (29)5.3 创建变量记录 (31)5.4 图形编辑及画面连接 (33)5.5 运行与分析 (35)总结 (40)参考文献 (41)附录 (42)附录一：OB块的功能表 (42)附录二：FB41功能逻辑图 (44)附录三：PID控制输出参数 (44)附录四：PID控制输入参数 (45)致谢 (47)第一章绪论1.1 课题背景随着现代化工业的飞速发展，对能源利用率的要求越来越高，工业锅炉市场技术的竞争日趋激烈, 锅炉自动控制系统的好坏己成为决定锅炉性能的重要砝码, 其控制质量的优劣不仅关系到锅炉自身运行的效果, 而且还将直接影响到相关装置生产过程的稳定性。

基于S7_300与WINCC的污水处理控制系统

基于S7_300与WINCC的污水处理控制系统

Abstract:This article based on practice and we designed the monitor and control system of sewage treatment in a certain sewage treatment factory, which can dispose 100,000-ton sewage every day. We use S7-300 of SIEMENS as the data collection and control unit with kinds of monitor and control equipment collecting data such as water level, flux, the thickness of some gas and so on. Senior PC exchange data with each station through WINCC software of SIEMENS, thus we realize the centralized-control.
ＡＵＴＯＣＯＮＴＲＯＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＤＥＳＩＧＮ
自控工程设计
基于 Ｓ７－３００ 与 ＷＩＮＣＣ 的 污水处理控制系统
Ｓｅｗａｇｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓ７－３００ ａｎｄ ＷＩＮＣＣ
王国勇 马思乐 山东大学控制科学与工程学院（济南 ２５００６１）
摘要：本文以山东日处理污水规模 10 万 t 某污水处理厂为例，设计了污水处理厂自动监控系统。本系统 以西门子公司的 S7-300 PLC 作为数据采集及控制单元，配合各种检测和控制设备对含氧量、液位、流量及气体 浓度等检测量进行数据采集。上位机通过西门子的上位监控软件 WINCC 和各站进行数据交换，从而实现集 中控制。
基于WinCC的锅炉控制系统设计

基于WinCC的锅炉控制系统设计

基于WinCC的锅炉控制系统界面设计学院专业年级 2014级学生姓名学号指导教师职称Interface Design of Boiler Control systembased on WinCCFacultySubjectGradeNameStudent IDTeacher Professor毕业设计（论文）专用纸毕业（设计）论文诚信承诺书为确保毕业(设计)论文写作质量和答辩工作的顺利开展，达到按期圆满毕业的目标。

本人郑重承诺：1.本人所呈交的毕业设计（论文），是在指导教师的指导下，严格按照学院、系部有关规定完成的。

2.本人承诺在毕业设计（论文）选题和研究内容过程中没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。

3.在毕业设计（论文）（设计）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。

毕业设计（论文）作者签名：年月日目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................................................. I I 第一章绪论 .. (1)1.1 课题的背景与发展趋势 (1)1.2 课题主要设计任务 (1)第二章锅炉工艺控制方案设计 (3)2.1 锅炉简述 (3)2.2 锅炉控制工艺方案设计 (3)2.3 工艺仪表参数确定 (4)2.4 锅炉控制系统工艺流程图 (4)第三章锅炉控制系统的硬件选型与配置 (6)3.1 S7-300 PLC概述及模块配置 (6)3.2 锅炉控制系统硬件通讯网络 (6)3.3 锅炉控制系统I/O分配表 (7)3.4 PLC模块原理接线设计 (9)第四章锅炉控制系统的PLC编程设计 (12)4.1 STEP7编程软件概述 (12)4.2 锅炉控制系统的STEP7配置过程 (12)4.2.1 新建工程项目 (12)4.2.2 站点配置组态 (13)4.2.3 模块参数设置 (14)4.3 锅炉控制系统的PLC程序编写 (16)第五章锅炉控制系统的WinCC监控界面设计 (21)5.1 WinCC7.3组态软件概述 (21)5.2 WinCC7.3 项目创建设置 (21)5.2.1 新建工程 (21)5.2.2 变量驱动添加 (21)5.2.3 创建变量 (23)5.3 系统监控界面组态 (25)5.3.1 烟气脱硫主界面组态 (25)5.3.2 报表界面组态 (26)5.3.3 曲线界面组态 (27)5.3.4 报警记录界面组态 (27)第六章锅炉控制系统的模拟运行测试 (29)6.1 仿真器设置启动 (29)6.2 锅炉控制模拟运行测试 (30)结论 (35)参考文献 (36)附录 (37)附录1 锅炉控制系统PLC程序 (37)致谢 (45)摘要本设计主要以小型热水锅炉为研究对象，设计研究锅炉系统的监控界面为目的。

基于S7-300PLC和模糊控制的锅炉分布式控制系统设计

基于S7-300PLC和模糊控制的锅炉分布式控制系统设计

2018年4月第47卷第4期机械设计与制造工程Machine Design and Manufacturing EngineeringApr.2018Vol.47 No.4DOI：10. 3969/j.issn.2095 - 509X.2018.04.011基于S7 -300PLC和模糊控制的锅炉分布式控制系统设计张弛\吴明亮\吴明永2，黄将诚3(1.兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州730050)(2.兰州城市学院培黎石油工程学院，甘肃兰州730070)(3.重庆电子工程职业学院计算机学院，重庆401331)摘要：针对以前锅炉的控制依赖简单仪表和经验，存在能源利用率低下、设备运行安全性不高等问题，设计了基于S7 -300P L C和模糊控制的锅炉分布式控制系统。

利用西门子远程I/O模块 ET200M、接口模块I M151 - 2、S7 - 200P L C等搭建了分布式控制系统，运用PROFIBUS - D P通讯 协议实现对各个电机的变频调速，引入模糊控制理论实现了燃烧过程的自动控制，应用W i n C C组 态软件设计开发了多用户客户机-服务器模式的上位机监控系统，利用SQL Server 2005等软件 实现了报表功能。

系统投入运行后，大大减少了操作人员的工作量。

关键词！锅炉；模糊控制；可编程逻辑控制器分布式系统;W i n C C组态软件中图分类号:T H137. 52+2 文献标识码:A锅炉是工业生产中动力供应的主要设备，同时 也是北方城市冬季供暖不可或缺的重要设备[1_2]。

锅炉是将一次能源转化为二次能源的高能耗、高危 险、高污染的设备，因此自动化程度的提高将大大提升其能源利用率和设备的安全性，降低其形成的 沉重的环境负担，同时还能够降低操作人员的劳动 强度[3]。

随着计算机技术、现代控制技术以及变频调速技术的快速发展，以P L C为核心的控制系统由于其自身的稳定性和易于扩展等优点，越来越 广泛地被应用于锅炉的控制系统中。