基于PLC的锅炉定期排污控制系统设计.docx

基于PLC的锅炉定期排污控制系统设计摘 要锅炉进行定期排污对电厂的效益有着很大的影响，但是又由于定期排污的次数比较多，所以要通过智能化的管理对锅炉进行排污。通过使用PLC可以很简单的实现这一操作。该系统中通过对PLC进行编程将需要控制的电机及阀门编入到程序中，来实现阀门的顺序开启和关闭从而完成对锅炉的排污，所编程序在对运行时发生故障也作出了相应的处理。该系统中使用STEP7软件来设计锅炉排污控制的梯形图。通过在锅炉中投入液位器来对锅炉的液位进行时时监测，以保证锅炉在进行排污时不会发生事故。关键词：锅炉；PLC；排污AbstractThe efficiency of the boiler has a great influence on the power plant. However, due to the number of regular sewage is more, so the management of the boiler by intelligent sewage. This operation can be achieved by using PLC.The system through for PLC programming will be necessary to control the motor and valve incorporated into the program, to achieve the sequence valve opening and closing to complete the boiler blowdown, the programmed in the run-time failure has also made the corresponding processing.The system uses STEP7 software to design the ladder diagram of boiler sewage control. By using the liquid level in the boiler to the boiler liquid level monitoring, in order to ensure that the boiler does not occur when the sewage discharge.Key words: boiler；PLC； sewage目录第一章引言41.1 锅炉定期排污的背景及意义41.2 锅炉的发展史及原理4第二章基本原理72.1 锅炉定期排污顺序控制系统简介72.1.1工艺流程82.1.2控制要求122.2 PLC的硬件及软件的发展132.2.1 PLC的基本组成与各部分的作用132.2.2 PLC的发展方向18第三章 控制系统的硬件设计193.1西门子可编程控制器203.1.1可编程控制器的优点203.1.2PLC应用的领域223.2 PLC的选型及模块配置243.2.1 PLC的选型243.2.2 S7-200 PLC 的特点和功能243.3相关器件型号的选取27第四章锅炉控制系统设计294.1 CAD作图工具的使用294.2 STEP 7简介294.3 PLC总的结构功能29第五章 总 结35参考文献36致谢37第一章 引言1.1 锅炉定期排污的背景及意义由于机组容量的逐渐增加，需要观测和检查的测点也越来越多，大型火电机组的见粗点达到了几千个甚至更多，同时还有数百个操作项目。如果让工作人员对其进行管理，会大大的消耗工人的体力，而且还会因为大量的脑力劳动而引起心里紧张，从而引发不必要的损失。当锅炉排污中运用顺序控制后，管理人员只需控制几个甚至一个按钮即可完成所有的操作，这样就可以用最少的步骤来完成对某个设备的全部控制，也包括控制它的启动和停止。它的这一特点使得使得它在生产领域有了很大程度的发展。顺序控制系统现在已经安装在了125/135M的机组上为它带来了很大的便利，顺序控制系统已经成为该行业不可或缺的一部分，它的存在似的机组能够更加安全且经济的运行。尤为突出的是它在125/135M的机组上应用的最多。为了使锅炉的定期排污有更好的效果，就是用了顺序控制系统来进行。在各大电厂中使用的锅炉都必须进行定期的排污这样才能保证锅炉总是在高效的运行来达到最大的利用价值。1.2 锅炉的发展史及原理锅炉的发展：位于18世纪初期的英国已经开始使用的蒸汽机中，当时瓦特生产的第一台蒸汽机也被包含在内，在当时人们给蒸汽机使用的压力是和大气压力相同的。当时间到达了18世纪后期时人们所使用的蒸汽机的压力就已经超过了大气压力。十九世纪时，当时经常使用的蒸汽机的压力已经到达了0.8兆帕左右。为了适应这一变化，由最初的圆筒式蒸汽锅炉改成了圆筒形立式锅炉才满足了对压力的需求，人们当时使用砖来堆砌锅炉的炉体然后在其下方进行加热。 就这样锅炉的体积变得越来越大，由于体积的增加受热面积也随之增加了很多，所以人们就在锅壳中安装火筒，知识只需要在火筒的一端烧火，火筒的另一端就会放出烟气，这种使用砖砌通道对锅炉进行加热的锅炉，就称为火筒锅炉。最初只装设了一个火筒，被叫做单火筒锅炉或康尼许锅炉，到后来的两个火筒，被称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉。自从19世纪30年代左右掌握了品质好的钢管有关的生产和胀管技术过后就发明了火管锅炉。其中的一些火管通过嵌入到锅壳中来增加锅炉受热的面积，原理是火在管子中的流动使得锅炉不断的被加热。当锅壳外面装有很多的火管时，就被称为卧式外燃回火管锅炉。优点是对金属的需求量较小但其却需要很多很大的砌体来将其围住。水管锅炉出现在19世纪50年代。由于他的受热面变成了水管从而替换了使用火管和火筒进行加热的锅炉。具有这样的优势后锅炉锅炉所需的压力以及受热面积不会再受锅炉直径的约束，这一举措大大的提升了蒸汽机的效率和蒸汽压力的供给。人们就讲这种圆筒形的锅炉命名为了锅筒，或者称其为汽包。早期时候的使用水管的锅炉只是通过直水管，这样就严重限制了锅炉的压力和容量。汽轮机的产生出现在1950年左右，这种机器所需要的锅炉容量和压力都比较高。只是单纯使用直水管的锅炉是不能支撑他的需要的。由于制造工艺方面和水管方面的不断发展进步，使用弯水管的锅炉渐渐的与世人见面了。在开始的时候人们只是专注于使用多锅炉式。但是慢慢的熟练的应用了水冷壁和过热器，同时也对存在于锅炉内部的气、水分离做出了很大的改变，使用的锅炉越来越少这样不但剩下了很多的金属，同时还增加了锅炉的容量和效率。之前使用的各种锅炉如火管锅炉、水管锅炉和火筒锅炉都是可循环自然利用的，由于水气在管道中上升下降时受热的不同情况，在这个过程中所引发的密度之间的差距而产生了自然流动。在自然锅炉不断向前进步的期间，直流锅炉在二十世纪三十年代的时候开始使用，辅助循环锅炉在四十年代投入使用。强制循环锅炉也叫做强制循环锅炉，该锅炉的发展是基于自然循环锅炉的产生。为了加强受热面内的水循环人们将循环泵安装在了下降管的系统中。直流锅炉在进行加水时是直接通过水泵送入锅炉内部的省煤气中这种锅炉内部是没有炉同的，那些被送往汽轮机的蒸汽是通过水冷壁和过热器的加热后送来的，在进行传送时所遇到的阻力全部都是由供水的水泵来克服的。以上的两种锅炉在第二次世界大战之后都得到了很好的发展机会，在那个时代对锅炉的要求也变的越来越高，让这两种锅炉发展是为了可以通过体积小的管道作受热面，这样的话就可以按照人们的意愿随意的安置受热面。与此同时自动控制的河水处理技术的不断进步给了他发展的方向。当时接近超临界压力的时候，人们可以用来使用的只有一种锅炉那就是直流锅炉，七十年代时实用的容量最大的锅炉能够承受28兆帕的压力同时配有1301兆瓦的发电机组。后来又出现了复合式循环锅炉，该锅炉是通过循环辅助锅炉和直流锅炉组合而成的。锅炉的不断进步发展使得它对燃料的和燃料设备的要求也越来越高。人们为了克服这一难关就生产了各种各样锅炉来适应不同燃料的燃烧特点，这样就提高了锅炉生产的效率。除此之外，早期时人们为了对锅炉进行排污于是就采用固定炉排来减少锅炉中的废弃物，当时使用煤和木柴进行加热的锅炉产生的炉渣都是人工直接清除的。等到直水管风靡一时的时候人们才开始用机械式炉排对锅炉进行排污，借此机会新生的链条炉得到了迅速的发展。位于炉排下的送风也从不分段成长为了分段风。之前实用的锅炉的锅神是位于比较低矮的位置，这就使得这种锅炉不能够完全的利用燃烧所放出的热能。经过人们的不断探索研究后发现了这一缺陷，人们就将炉身升高，还发明了炉拱和二次风，这样就大大增加了燃料燃烧的利用率。发电机组的不断扩张，使得当其功率大于六兆瓦时之前的那些锅炉由于体积太大、结构复杂不能够很好的进行安置于是人们就开始在室内使用锅炉这种锅炉被称为室燃炉，这类锅炉所使用的燃料主要以燃油和煤粉为主。煤粉即将煤磨成粉末后通过鼓风机喷入到锅炉的燃烧炉中，这类物质的燃烧将其产生的热量完全的利用，这一举措是的发电设备的容量不会再受锅炉燃烧的约束。就这样二战之后的电站内的锅炉基本都以室内燃炉为主。当时用于燃烧煤粉的管道使用的是U型火焰。这种结构的煤粉炉使得煤粉在管道内先下降当经过U型弯道后再上升。在后来又出现了能够形成L型火焰的锅炉在它的前墙位置放置着旋流式燃烧器。锅炉容量的不断扩大，人们为了在其周围放置更多的旋流式燃烧器于是就在锅炉的两侧及其前后布置燃烧器。二十世纪三十年代期间出现了一种能够在四角安置燃烧器的直流燃烧器。石油由于爆发的第二次世界大战而变得很便宜，这就加快了燃油锅炉的快速发展，同时使得其在自动化方面有了很大程度的上升。在七十年代的石油价格回升后，煤炭资源又开始被人们所青睐。此时电站锅炉的容量也有了大大的增大，需要的不仅有燃烧设备能完全燃烧，燃烧稳定，锅炉能够稳定的运行，同时还需要降低烟雾中生成的废弃物，为了解决这一问题人们于是就在燃煤的电站锅炉中使用分段燃烧和在低温下燃烧的技术，这样就可以增加空气与煤粉接触的时间从而使得煤粉能够完全燃烧释放出更多的热量，或者通过散开燃烧器来降低炉温，这种方法不仅可以有效的一直一些有害物质的生成，还能减少结渣。沸腾燃烧的方法很实用它是属于一种低温燃烧技术，为了将存在于煤中的硫脱离可以通过在沸腾床上添加石灰石，这样就可以有效的减少硫化物的生成。锅炉的原理：锅炉是一种利用燃料燃烧或者来自其他地方的热能来将水加热至沸腾产生蒸汽的设备。锅炉的组成分为锅和炉两大部分，锅是一种用来将物品在火上加热的一种设备，炉的意思就是用来燃烧燃烧物的地方。使用锅炉时产生的蒸汽或者热水可以被人们直接利用，也可以通过蒸汽所产生的上升的动力进行发电，即将蒸汽中的机械能转化成电能用在更多的地方，这既是蒸汽发电原理。用来为人们的生后提供热水的锅炉被称为热水锅炉，主要是用在生活当中，工业生产中也会有少量应用。用来产生蒸汽的锅炉被称作蒸汽锅炉，同时也被人们称为蒸汽发生器，即常说的锅炉，它是产生蒸汽的主要装置，大多被用于工厂、船坞、机动车和发电企业。第一章 基本原理2.1 锅炉定期排污顺序控制系统简介锅炉定期排污的原因：1、锅炉进行定期的排污主要是为了将水的品质维持在正常的范围内，这样就要使溶于水的那些杂质含量在国家制定的标准下，只要不断的排除水蒸发后残留的盐碱量和沉积在炉底的泥污及不融的物质，这个过程就是锅炉排污。2、排污方式：进行排污的方式只有两种即连续排污和定期排污。连续排污要求的是在锅炉水面附近的含盐碱量较多的位置进行连续不断的排这种排污方法也被叫做表面排污，从而控制炉水中的盐碱量，含硫酸量及一些悬浮于水面的不溶物，进行连续排污的锅炉的管道要求安置在汽包水位下80100mm的位置，定期排污的目标物主要是沉积在炉底的水渣及一些污泥等的沉积物，因此进行排污时所使用的管道要安置在锅炉的底部。进行定期排污时只需要很少的时间就可以完成这就要求操作人员要选在汽包水位偏高、负载较低或者是在低运行状态时进行。进行定期排污的锅炉一般为较小的锅炉。定期排污说明：定期排污使用的排污阀一般安装在联箱的底部，那里由于阴暗潮湿运作环境不是很好，每当需要进行排污时又需要按顺序全部的进行一次排污，若果要求工作人员逐个进行操作的话不仅耗费的时间会很长、劳动强度也很大，因此大部分的锅炉都会采用程序控制方案，在进行定期排污时需要保证汽沿包的水位始终处于正常状态。同时也要注意在进行排污时若是遇到锅炉水位下降或者排污阀出现故障，这时需要马上关闭程序停止排污并保证所有的阀门处于关闭状态。一般在锅炉底部安置8根排污管没跟排污管上设置一个阀门。在排污系统进行时往往是一根一根的进行，排完1根管子之后才可以排下1跟管子，用这样的形式来构建成一整套的锅炉排污控制系统。进行程控指令的机构最好安置在主控制台上或者辅助控制台上，同时为了更好的观测程序运行的效果，最好在控制台上装好能够显示运行状况的信号灯，例如彩色灯，数字牌，用于中断的信号最好装设有报警器。2.1.1工艺流程锅炉排污的工艺流程：首先需要通过流程图表示一下锅炉定期排污的基本流程。现在给大家介绍一下流程图：使用规定的图形及符号来表示算法的图，称作流程图或框图。流程图是能够进行表示信息、观点及部件的一种典型的图形。在企业当中，流程图主要是为了说明某个过程。这个过程不仅可以讲解生产线上的工作过程，而且也可以用来表示一些必要的管理过程。举个例子，一张流程图可以用来介绍某个零件或物品的制作过程，甚至用来表示上级组织决定方案的方式之一。在进行这些工作时每个阶段都需要使用图形进行表示并通过箭头将图形进行连接，箭头的方向即表示了每个阶段的下一步走向。接下来是要去往何处，有上一步的结果决定，其中最常用的做法是通过用“是”或“否”的逻辑分支来决定。它还可以用来显示并掌握某一封闭系统的运行状态。身为检测的工具，它能很好的帮助管理者作出决定，让管理者在头脑中有一个很好的整体结构，鲜明的显示出问题可能出现的地方，从而制定出多种可供选择的行动方案。流程图有的时候也会被称作输入-输出图。这样的图能够直观地描述出一个工作过程的具体步骤。流程图对与准确了解事情进行的情况，以及决定应该如何改进过程极有帮助。这一方法如果用在整个企业上，那么就能直观地跟踪并图解企业的运作方式。流程图通过使用一些标准的符号来代表某些步骤的动作，如策划是用菱形框来表示，具体的活动用方框表示。但是更重要的是，必须能够清楚地描述出整个工作过程的顺序。流程图也是可以用于设计改进工作过程，具体的做法是先计划好事情要去怎样做，然后再将其与实际情况进行比较。流程图所具有的优缺点：.优点：形象并且直观，各个步骤的操作一目了然，不会产生其他不同的意见，又便于大家的理解，同时在算法出现错误时也容易发现，并可以直接转化为程序。缺点：所需要的页码会比较多造成篇幅较多，而且由于在画流程图时是允许使用流程线的，但是流程线过于灵活，不受约束的原因，作图者可以任意的将流程图的线路转向，这样就很容易造成程序修改和阅读上的困难，从而无形中增加了结构化程序设计的难度。制作流程图的软件有很多种，例如Visio、EDraw、Axure以及Word都可以用来制作流程图，下图就是我通过Word来画出的锅炉排污的部分流程图：由于该系统设计时出现的阀门较多所以只做出了3个阀门的动作过程，其余阀门的动作过程基本是一致的。锅炉定期排污的工艺流程如下：按下程控启动按钮打开#0总的排污门开#1排污门进行排污关#1排污门打开#2排污门打开#16排污门排污关#16排污门关#0总的排污门排污结束。在进行排污时会对锅炉的水位造成影响，所以必须保证汽包的水位高于正常运行值时，才能够进行定期排污。如下图所示是#0、#1及#2的程序流程图启动程控中断否？开#0总排污门#2门跳步？开#2排污门否否否是是否是是是否否否否否7s内开到位？7s内开到位？排污（15s）#1门跳步？结束7s内关到位？关#0总排污门7s内关到位？关#2排污门7s内关到位？关#1排污门排污（15s）7s内开到位？开#1排污门 选各门的关门信号2.1.2控制要求锅炉的定期排污被称为间断排污和底部排污。原因在于锅炉的定期排污是需要在锅炉的底部进行，大多数是在锅炉的泥包和联箱等处底部、间断的进行排污而被称为间断排污。进行排污的原因，在于清除锅炉运行后产生的废物例如污泥、不溶物和腐蚀产物等。允许排污门打开的时间按规定要求不能超过30秒。如果排污时间很长，虽然达到了排污的目的，但是排污的同时还排掉了很多水，损失了很多的热能，甚至在严重时还会造成锅炉水循环的破坏。而且若发生水冷壁上升管里面的水倒流，是很危险的现象。当条件较好具有很好的水处理设备时，平常情况下每天只需进行一次排污。在对锅炉内的水进行处理的时候，例如常见的立式或卧式，就应该对排污次数进行调整，每天进行12次的排污，同时也由炉水的质量而定。在进行排污工作时最好选在锅炉低负荷时，这时泥渣及腐蚀产物容易沉积于锅炉底部，有利于排污的进行。当锅炉较多想要对两台锅炉同时进行排污时是不许可的。对一台锅炉进行排污的时候同时打开多个排污点也是不被允许的。每个排污点的排污过程应该是独立进行的，否则会影响到整个系统的运行。不能使用任何的方法对手轮的把手或搬把长度进行延伸。 若是过路的水位不稳定或者锅炉发生故障时，需要马上中断排污。 在进行排污的管道上需要装设两个串联的阀门，一个主要是在调整的时候应用，而另一个是为了避免锅炉管道的发生漏水、同时也保证设备的安全可靠的运行。 在进行排污的过程中，各个排污门之间的开启条件是某个排污门全开之后再全关。采集到这一动作的信息比较难，所以需要采用步进式来获得，即每个排污门的开启条件为满足顺序步的转移条件和非相邻顺序步之间不发生关系。 对开关量进行考虑，对汽包这样的模拟量只取一个定值，也用作开关量来进行处理。 需要进行排污时只需要按下启动按钮对顺序控制器发出指令。排污过程中如是发生什么意外的话可以通过中断按钮来停止排污的过程（例如汽包水位突变、排污阀门出现故障）。当排污过程中断后需要按下复归按钮，才能使顺序控制器恢复到初始状态。在研制锅炉定期排污的过程中，设计外设电路时往往比较简单，最重要的步骤在于对程序的设计和系统的调试。当程序设计完成之后，为了得到该控制系统与预期的控制系统的差距，必须要通过模拟实验来进行考证。2.2 PLC的硬件及软件的发展2.2.1 PLC的基本组成与各部分的作用可编程控制器是专门为适应工业环境而设计的一款面向用户的控制计算机，它的组成和人们平常使用的计算机基本相同。随着PLC产品类型的不断增加，类型不同的PLC具有着截然不同的结构，所以可以通过结构的不同将PLC分为三类包括整体式、模块式和叠裝式。虽然他们有着不同的结构但是它们工作时所应用的原理还是相同的。其基本原理图如下：电源输出驱动受控元件信号现场输入信号输入电路输出电路中央处理单元（CPU） 编程器打印机EPROM写入机CRT监控PLC上位机 存储器外部I/O接口电路扩展I/O接口电路扩展I/O单元1 中央处理单元（CPU） 向众多微机的CPU相同，CPU同样在PLC中占据着重要地位，它主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务：1、 控制从编程器或者PLC编程软件输入的用户程序和数据的接收与存储。2、 诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误。3、 以扫描的方式接收输入信号，并存入输入状态寄存器或者数据存储器保存起来。4、 PLC进入运行状态后，从存储器中根据用户程序存放的先后顺序逐条读取命令，经命令解释后执行。5、 按程序进行处理，将用户程序的运行结果经过输出电路实现输出控制，响应中断和各种外围设备（如编程器、打印机等）任务处理请求。2 存储器在可编程控制器的内部存在着三种存储器它们分别是系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器。在PLC内部存在的固有的检测及解释程序与众多的计算机相同，对PLC的功能起着很大的作用，称为系统程序。这一部分的程序就主要被存储在系统程序存储器中。系统程序是在生产的时候由生产者设计并写入到只读存储器ROM中的，这部分程序不能再进行编辑同时也不能被读取，若果想要运行可编程控制器则必须要通过系统程序的管理才能运行。还有的一些存储器主要是用来存储用户进行编辑的程序或者是用来暂时存放一些运行时产生的结果这类存储器有两类它们是用户程序存储器及数据存储器，实现了这一功能后使得PLC能够更好的满足用户的需求。 系统程序存储器：PLC中贮存的程序决定着它的基本功能，这些程序是由生产厂家直接刻录在其程序存储器中的，其中包括系统管理程序和系统程序调用等部分。PLC运作时主要受系统管理程序的控制，只有这样才能让PLC正常的完成程序；还有就是那些子程序和管理程序是由功能程序与系统程序负责调用的。系统程序中存储的数据大都需要要进行长时间的储存，所以一般使用ROM和EPROM来进行储存。ROM被称作只读存储器，顾名思义这类存储器是不能写入数据的只能进行读取，ROM的一个强大的性能是具有非易失性，这个特点可以保证即使发生断电的特殊情况储存在ROM中的数据也不会丢失。EPEROM翻译为可电擦除存储器只需要用紫外线照射在芯片上即可进行擦出，这类存储器可还包括E2PROM、FLASH等。用户程序存储器：这类存储器是用来储存工作人员编写的可编程控制器程序的，最初的程序由于需要检测和编辑而被称为用户调试程序，这些程序被储存在能够随时进行编辑的RAM随机存储器中。进行编辑和检测后的程序被称为用户执行程序，这些不需要再进行编辑的程序于是就会被储存在EPROM中以备使用。数据存储器：可编程控制器在工作的时候会生成一些组态及中间结果数据，像产生的这类数据就被储存在数据存储器当中，但是因为这些数据的不断更新，也没必要进行永久的存储，于是像这一类的数据就会被储存在RAM中。RAM存储器具有高密度和低消耗的特点，电源也就相对比较容易解决，锂电池就可作为去电源从而在断电时可用这种类型的电池对其进行供电，这要来储存RAM中的内容。 3扩展I/O单元 当控制任务所需要的中心单元较多时,就需要进行扩展。扩展接口就是用在这和时候使用的。当要对系统中的I/O模版地址进行设定是也可使用扩展接口,这样就能够更方便的对硬件地址进行修改。4电源可编程控制器需要的电源可将外部输入的交流电转换成直流电来输送给CPU、存储器等，是唯一的能量来源。对PLC进行供电的电源往往具有较强的抗干扰能力，许大多数的PLC在满足自身需要的情况下还可向外部提供24V的稳压直流电，这样就可以给PLC外部的电器器件直接进行送电，以到达简化PLC外部配置目的。PLC的电源系统一般有三种:第一类十SV和+1SVDC是作为最基本的电源来供给PLC;二是供给外部输出接口的大电流高电压的电源;铿电池是作为第三类电源及充电电源。由于要使用到光电隔离器并需要考虑系统的可靠性,种类不同的电源决定着要使用不同的地响。还有由于PLC的不同必须保证维修时需要注意这一点。5.接口输出及输入接口是可编程控制器与现场进行数据交换和发放指令的唯一的通道。可编程控制器用于输入的接口包括交DC输入、AC输入和交直流输入等等的种类；专门负责输出的接口包括有晶闸管、继电器以及晶体管输出等类型。其中晶闸管和晶体管在进行输出时是不需要触点的，晶体管主要是用在高频小负载而晶闸管却可以使用在高频大负载上；继电器的输出被分为有触电路，主要应用在频率低的负载。可编程控制器所需要的一切信号都是由位于工业现场以及一些调试器件来提供的，例如定时开关和多向开关及通过传感器收集到的的数字量和时间量等，输入接口可以将外界输入的信息变换成CPU可以接受并可以进行编辑的信号。输出接口的主要作用是可以将微弱的电信号增强为外界元件能够接收的强电信号，从而可以控制开关等一些的原件。输入接口： 输入接口主要是用于进行搜集以及接收这2种信号被分为两类：其中一类由按钮、开关等作为输入信号；第二类是模拟量输入信号包括电位器和各种变换器。输出接口：位于输出接口的电路会向控制的元件发出有关的控制指令。经常使用的软件有电磁阀和警报装置等。位于这个位置的电路大部分是由功率放大电路和电脑的输出接口组成的，就像是输入接口电路一样，采用光电耦合器对这个位置的电路和内部电路进行隔离。连接PC的输出接口电路大多是由选通电路和输出数据寄存器断等集成在芯片上组成的，发出的信号可以经过CPU连接的主线输送到输出数据寄存器中，设计功率放大电路主要是为了能够将电脑的信号放大然后输出到工业控制当中。其他接口：如果发现PLC上的I/O口的个数不能满足需求是，可以借助扩展接口与扩展单元的连接进行扩充。PLC中有时会装有可供外围设备连接的借口，这些接口可以通过串行通信、EPROM进行写入。6.编程器编程器的主要作用是用来储存用户编写的程序，而且还可以利用它对用户的程序进行检查和修改，还可以用来检测用户编写的程序的运行，以及CPU的状态。编程器的分类只有两种分为简易编程器和图形编程器两种。简易编程器具有体积小的特点比较容易携带，但是他的联机编程只能通过语句形式进行，适用于比较小的PLC编程。图形编辑器不仅是可以使用语句形式进行编程，还可以使用梯形图进行编程，而且还支持脱机编程。 现在大多数的生产PLC的厂家都开发了计算机辅助编程支持软件，当PC上转上了PLC编程支持软件之后，就可以使用图形编辑器，对用户所编写的程序进行修改和编辑，而且还可以通过PC和PLC的通信接口进行双向传输。2.2.2 PLC的发展方向日前，随由于出现的电路都在向大规模和超大规模发展，PLC不仅有开始的一位机变成了现在的16位甚至32位机而且还具有了多处理器和多通道处理。如今的PLC技术逐渐成熟使得它在能耗方面减弱而在控制方面得到了加强进行生产时多使用的成本也有了很大程度的下降，同时在对编写的程序进行检测时也变得更加灵活方便，同时随着通信网络及图像显示的不断发展，给了PLC一个向连续控制生产的方向发展的机会，它在当前的工业产业方面有着非常重要的地位。 目前，据统计在全球拥有者200多家生产PLC的厂家，生产这将近400中的PLC产品，根据其生产地点的不同可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，每个流派的生产的PLC都有着各自的特色。美国在这些流派中处于龙头地位，在美国地域拥有者100多家的PLC生产厂家，著名的包括有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康公司。处于欧洲的PLC生产商主要有德国的西门子公司、AEG公司、法国的TE公司。日本也拥有着众多的PLC生产商，如三菱、欧姆龙、松下、富士等，韩国生产的三星和LG也属于PLC范围，以上这些生产厂家生产的PLC占据着PLC市场将近80%的份额。 随着时间的流逝，我国也拥有了约三十家的PLC生产厂商，我国使用的PLC还是以国外进口的为主。我国国内的PLC在市场还是具有较大的优越性，例如：需求量大、定制产品的优势、生产成本低、服务态度好、响应速度快的优势。随着PLC占有的地域越来越大，其技术和结构都在日益完善，功能也变得很完善从而性价比也得到了很大程度的提高（1）、产品的规模在向着两极化发展。一方面，着力发展更快的速度、性价比更高的小型及超小型PLC。来满足一个机器和比较小的控制机的需要。另一方面，也在向着技术更加完善速度更快的大型PLC发展。由于要求不断变高的复杂系统控制和微处理器与PC技术的不断发展，人们慢慢的对PLC处理速度的要求也变得 越来越高，需要的用户存储器容量也随之变大。 （2）、向通信网络化发展 PLC网络控制是目前的控制方面和PLC技术发展方面的潮流。各个PLC之间的联网通信、同时PLC与计算机之间的通讯也被应用的越来越多。目前，生产PLC的厂家都在不断的发展专属自己的通信模块和通信软件从而来加强PLC相互之间的通讯能力。同时厂家与厂家之间与在协商制定着能够通用的通讯标准，来组成更大的网络系统。集散控制系统中的PLC占据着重要的地位。 （3）、向模块化、智能化发展 由于为了工业自动化不同控制系统的需要，近些年来，不少的新模块和期间也越来越多的被生产出来，例如人工I/O模块、控制温度的模块和主要用于测试PLC故障的相关模块等，不断涌现的新模块不仅使PLC应用的范围得到了扩展并且其控制系统也有了更高的可靠性。 （4）、编程语言的不断更新以及编程工具 可编程控制器的发展就像我国的生产体系一样它具存在着很多种的编程语言、共同弥补缺陷与发展是的特点同时也是它将来将要发展的方向。 PLC不断更新硬件和编程工具的同时，也渐渐的靠近了MAP，这就使得PLC在输出输入模块、编程软件方面更加的标准化规范化。第三章 控制系统的硬件设计3.1西门子可编程控制器随着PLC技术的不断成长,新生的这一微机控制设备具有着很强的可靠性以及经济型,他的这些优势被发现后就迅速的在自动化领域所应用甚至应用在了危险级数很高的造船业。位居前列的德国西门子公司其PLC产品的商标为SIMATCI。据统计该公司生产的SMIAI,IC55系列PLC在自动化控制系统领域及欧洲市场上占据着超过%80的市场。西门子,IC家族包括57一200、57一30、;55一90U、故障保护的有95F、IOOU、115U、115F、115H(热备)、135U,155U、155H(热备)和SIMATICT l等等。在PLC的基础上还生产着一些监控及网络产品。生产网络产品时所使用的商标为SNIEC,生产的产品包括Ll网,L2网和H1网等,进行监控产品生产时使用的商标为COROS,包括有生产出的监控工作站以及操作面板等等。这个类型的S5一95U1/00.Uln5UPLC已经通过了德国GL、美国ABS、挪威DNV以及我国ZC等世界各主要船级社的认可。PLC功能的实现主要靠的是贮存在其中控制单元的某个程序来实现的。PLC最初的一方面的应用是在“硬怖线”控制器,其功能的实现靠的是逻辑模板的硬连线,第二方面是过程计算机,它的作用是来模拟工作人员接口的二进制控制器。曾经在1975年在市场上投放了专门在硬件上用这种特殊应用领域的西门子第一代真正的PLC,这个控制系统就是SIMATCIS3。53系统在1978至1979的时候被SMIATIC55自动化系统所取代,与此同时这个系统也是第一次被广泛用在了微处理系统上。使得SMIATIC55自动化系统得到了很大的提高，U系列的PLC具有着比之前紧凑而坚固的早期型号具有着更多的优点。比如,CPU的模板不再只是拥有着中央处理器同时还具有了程序存贮器及编程器接口。产生这一结果的主要原因是采用了标准微处理器和其它大规模集成元件,它的设计变得很紧凑从而有了更高的价格性能比。3.1.1可编程控制器的优点1.编程方法简单易学 在PLC中使用的最多的编程语言是梯形图，梯形图的电路符号以及表达方式与继电器电路原理图相似，具有形象直观简单易懂的特点。方便了熟悉继电器作图人的员使用梯形图进行作图和编制数字量控制系统的用户程序。 2.功能强，性能价格比高 PLC能够实现很复杂的控制功能是因为在他的内部有着成千上万个可供用户使用的编程元件。比具有相同结构功能的继电器系统相比有着更高的价格性能比。PLC可以进行联网控制，就是可以实现多点控制利于集中管理，这样就没有必要到指定的地点才能对PLC进行控制。 3.PLC的硬件配套齐全，方便用户的使用，适应各种恶劣的环境 PLC产品具有着种类齐全的具有标准化、系列化、模块化，配各种硬件装置供用户选用，使用户能够根据自己的需求灵活方便的对系统配置进行不同功能、不同规模的改变。PLC具有能够连接外部的接线端子因此安装接线变得简单易行。PLC带负载的能力也很强，不仅可以直接驱动电磁阀还可以驱动中小型交流接触器。当PLC的硬件配置确定下来后，用户可以直接通过修改程序，来迅速的适应不断变化的工艺条件，给用户带来了很大的便利。 4.可靠性高，抗干扰能力强 大量的时间继电器和中间继电器被应用在继电器控制系统上。这样容易发生因触点接触不良引发的故障。然而PLC则使用软件来替换中间继电器和时间继电器，只剩下了少量和输出输入有关的硬件元件，用于外部的接线相比继电器控制系统也下降到了十分之一，这样就大大减少了触电接触不良而引发的故障。PLC应用了很多的软硬件抗干扰的措施，从而具有很强的抗干扰能力，连续运行下可达到无故障运行数万小时以上，因此它可以在具有强烈干扰的工业现场中直接使用，PLC的这一大特点使得它被广大用户称赞为最可靠的工业控制设备之一。 5.系统在设计维修以及检测方面的减少 PLC的软件功能大大的减少了中间继电器、计数继电器和时间继电器等器件的，同时控制柜在接线、设计和安装方面的工作量也大大的减少。PLC在进行梯形图程序绘制时可以直接使用顺序控制设计法来设计，这种设计方法具有很轻的规律性，非常容易掌握。即使在对复杂的控制系统进行设计时，用这顺序控制设计程序的时间比用继电器系统设计电路图的时间要少得多。在对用户的程序进行调试时可以直接使用仿真软件PLCSIM来模拟s7300/400的CPU模块的功能。往往在进行现场调试的过程中，仅需要通过修改程序就可以解决发现的问题，进行系统的调试时间要比修改继电器系统电路的时间少得多。 6.检测和进行维修变的简单 PLC发生故障的情况很少，而且还具有着完善的自身故障检测功能。可以通过信号模块上的发光二极管以及编程软件所提示的信息来判断是PLC还是外部的输入装置和执行机构发生故障，能够更加迅速的查明故障的所在，发现故障时可以通过更换模块来迅速的排除故障。 7体积小，能耗低 将PLC应用在复杂的控制系统中是可以有效的减少继电器个数的使用，从而降低了成本，PLC的体积一般只有几个继电器的大，这样就可以缩小开关柜的体积到原来的12至110。PLC在进行连线的时候接线部分相比继电器减少了很多，这样可以避免很多因线路问题而引发的故障；接线的减少使得在进行安装时能够用更少的时间来完成工作；而且PLC的体积要比继电器的体积小很多从而可以有效的减小开关柜所占的体积，在生产时也可以节省更多的材料。3.1.2 PLC应用的领域日前，可