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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流毕业设计报告.精品文档.电厂脱硫DCS下位机的设计与实施作 者 姓 名 付力业 专 业 自动化 指导教师姓名 王斌鹏 专业技术职务 讲 师 目 录摘 要1第一章 电厂脱硫系统下位机方案设计31.1电厂脱硫工艺简介31.1.1电厂脱硫原理及脱硫工艺流程41.2系统设计方案分析41.3电厂脱硫系统下位机方案论证51.3.1可编程控制器选择51.3.2数据采集电路61.3.3 PLC与上位机通信电路7第二章 电厂脱硫系统下位机硬件设计82.1下位机I/O的扩展82.1.1电厂脱硫系统的数字量82.1.2 PLC数字I/O模块的选择92.1.3电厂脱
2、硫系统的模拟量112.1.4 PLC模拟I/O模块的选择122.2 PLC其他模块的选择122.2.1主机模块122.2.2电源部分模块142.2.3通信接口模块14第三章 电厂脱硫下位机控制程序的设计153.1 脱硫控制系统的控制流程图153.1.1系统控制基本思路163.2程序编写步骤223.3部分子系统的程序介绍243.3.1除雾系统的控制243.3.2制浆系统的控制253.3.3供浆系统的控制263.3.4排浆的控制273.4组态监控软件的设计28第四章 设计总结30参考文献31致 谢32摘 要我国每年因酸雨和二氧化硫污染造成损失高达上千亿元人民币。消减二氧化硫的排放量，控制大气二氧化
3、硫污染，保护大气环境质量，是我国目前及未来相当长时间内环境保护的重要课题之一。本文首先简述了烟气脱硫工艺的技术发展状况。通过分析不同烟气脱硫方法的特点，并结合实际，对湿式烟气脱硫工艺进行了相关介绍，并对其工艺流程设计进行了描述。在充分理解分散控制系统及湿法烟气脱硫技术的基础上，根据实际需求对烟气脱硫自动控制系统的硬件进行了选型；在详细分析烟气脱硫过程中被控对象的特性和控制原理，以及对FGD-DCS自动控制系统的结构、功能及组站设计进行介绍后，本文还探讨了烟气脱硫系统启动、停止控制的逻辑设计及烟气脱硫系统紧急停运时的对策，并根据烟气脱硫系统各子系统的特性及具体控制要求，设计出了一套相适应的控制策
4、略，对子系统的系统结构图，系统组态及控制策略也进行了详细描述。关键词： 烟气脱硫 自动控制系统 可编程控制器 集散控制系统ABSTRACTEach year, the losses of China cause by acid rain and SO2 pollution reached up to thousands of billion Yuan, so for the present and for quite a long time in future, to reduce the emission of SO2, to control the air pollution of SO2
5、, and to protect the quality of atmosphere have been one of our countrys important issues on environmental protection.The paper firstly outlines the development of flue gas desulphurization technology. By analyzing the different characteristics of flue gas desulphurization method， combined with prac
6、tical , the paper introduces the wet flue gas desulphurization with practical ,the paper introduces the wet flue gas desulphurization technology related presentations, and describes the design of technique process. Based on the full understanding of distributed control system and wet flue gas desulp
7、hurization technology , and according to the actual demand of the automatic control system of flue gas desulphurization , selection of hardware is done , After a detailed analysis of the object features and control principle of desulphurization process ,and a introduction on the structure ,function
8、and design group of FGD-DCS automatic control system of the structure , the article discusses the logic design on how to flue gas desulphurization system to start ,stop , control the system and the Countermeasures at the time of an emergency outage response . In accordance with the characteristics o
9、f subsystems and specific control requirements of flue gas desulphurization system , a design about a control strategy adapted to it the system structure of subsystem is laid out , while the structure chart , configuration and control strategies of the subsystem are also described in detail .Key wor
10、ds： flue gas desulphurization ；automatic control system ；programmable logic controller distributed control system第一章 电厂脱硫系统下位机方案设计1.1电厂脱硫工艺简介我国是一个能源生产和消费大国，一次能源消费总量仅次于美国，居世界第二位，在我国的一次能源和发电能源构成中，煤占据了绝对的主导地位，并且在很长的一段时间里，我国一次能源以煤为主的格局也不会发生变化。我国电力的生产仍以燃煤机组为主，大量的燃煤和煤中较高的含硫量导致大量的SO2 排放。目前我国已经是世界上最大的SO2排放国
11、，SO2带来的大气污染及酸雨问题日益严重。我国的大气污染属于典型的煤烟型污染，以粉尘和酸雨危害最大，酸雨问题实质就是SO2问题，我国的酸雨区面积已占国土面积的30%，每年酸雨造成的损失在百亿元以上，控制SO2排放总量是抑制我国酸雨污染发展的关键，因此加强对SO2排放的控制，已成为我国当前刻不容缓的任务。自动控制系统在火力发电厂烟气脱硫控制系统起着关键作用，要提高脱硫效率就必须提高控制系统的水平和控制质量。脱硫工艺指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物(SO2和SO3)。脱硫工艺主要分为湿法、半干法和干法三类1。1）湿法烟气脱硫技术湿法烟气脱硫(WFGD)是采用液体吸收剂净化烟气中的SO2。近年
12、来，常见的湿法烟气脱硫技术有：石灰石/石灰-石膏法、亚硫酸钠循环吸收法、氧化镁及海水脱硫等等。湿法烟气脱硫技术比较成熟，在众多的脱硫技术中占据主导地位，其脱硫反应速度快，脱硫效率高，脱硫剂利用率高，生产运行稳定，适合大型燃煤电厂的烟气脱硫。但是湿法烟气脱硫存在初期投资大，系统复杂，占地面积大，能耗高，设备腐蚀严重，管道易堵塞，废水难以处理等问题。湿法以石灰石石膏法应用最普遍，也可以根据实际情况采用氧化镁、氨水、纯碱、强碱等作为吸收剂。2）半干法烟气脱硫技术半干法烟气脱硫技术兼有于法与湿法的一些特点，可分为脱硫剂在干状态下脱硫，在湿状态下再生(如水洗活性炭再生流程)和脱硫剂在湿状态下脱硫，在于状
13、态下处理脱硫产物(如喷雾干燥法)两种半干法。特别是在湿状态下脱硫在于状态下处理脱硫产物的半干法，以其兼有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高和干法无废水废酸排出、脱硫后产物易于处理的好处而受到人们的广泛关注 。半干法烟气脱硫技术将低投资和优良的性能巧妙地结合，但是也存在吸收剂利用率较低和吸收剂消耗量大的问题。3） 干法烟气脱硫技术干法烟气脱硫(DFGD)是采用粉状吸收剂、吸附剂或催化剂在干态下与燃煤产生的SO2反应，去除烟气中的SO2 。主要包括：炉内喷钙炉后增湿活化技术、循环流化床干法烟气脱硫、移动床活性炭脱硫法、磷氨肥法、电子束照射法、荷电干式喷射脱硫法等。干法烟气脱硫技术的脱硫吸收和产物处理均
14、在于状态下进行，没有废水产生，设备腐蚀小，烟气无需再热，结构简单，设备易于维护，运行费用低。但干法脱硫技术存在脱硫剂利用率低，脱硫效率低等缺点。1.1.1电厂脱硫原理及脱硫工艺流程石灰石/石膏法脱硫工艺采用石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。其脱硫主要反应为：SO2+H2O H2SO3 CaCO3+H2SO3 CaSO3+CO2+H2OCaSO3+O2 CaSO4 CaSO4+H2O CaSO42H2O石灰石/石膏湿法烟气脱硫的基本工
15、艺流程为：锅炉烟气经过除尘器除尘后，由引风机送入脱硫系统，烟气由进口烟道进入由增压风机增压后，经气气换热器降温，进入吸收塔。在吸收塔内，烟气由下向上流动，石灰石浆液由上向下洗涤烟气，在吸收塔底部，鼓入空气进行氧化，生成的石膏由石膏浆液泵送人脱水系统。石灰石/石膏湿法脱硫工艺系统主要由以下子系统组成：烟气循环系统、除雾系统、工艺水循环系统、石灰石浆液制备系统、石灰石浆液供浆系统、脱硫塔系统、排浆系统2，见图1-1。图1-1脱硫工艺流程1.2系统设计方案分析根据对脱硫工艺及控制系统功能的要求，目前通常采用的脱硫控制系统方案有五种：手动控制，常规继电器控制，模拟仪表和工控机的控制，PLC和工控机的控
16、制和DCS的控制3。方案 一：手动控制是一种最原始的控制方式，由于人不能及时的反馈系统运行信息，而且容易疲劳，所以用手动控制效率低下，费时费力，而且准确性也值得怀疑。所以用纯手动控制的成本是十分昂贵的。因此在当前的系统中除了必要时，如出现故障等时候，已经完全被淘汰。方案 二：至于使用继电器来控制烟气脱硫系统，这种控制方案投资比较省，但也只能适用控制设备比较少，比较简单的系统，是属于自动化程度化程度不是很高的控制方案。一旦系统控制量较多或者系统比较复杂的话，常规继电器控制就满足不了，容易出现失误，不够稳定。随着电子技术、自动控制技术和计算机应用的迅速发展，特别是PLC大举进入数控领域，继电器控制
17、也退出了主导的地位。方案 三：采用模拟仪表和工控机的控制系统，这种系统广泛应用于中、小型电厂，系统配置简洁，造价较低。但在一些大、中型的控制系统中，控制系统要同现场其他电气设备实现各种联锁关系，在这种情况下，单一依靠工控机以及模拟仪表无法实现这些复杂的控制功能，系统的可靠性较低4。方案 四：采用PLC和工控机的控制系统，将PLC作为系统的控制核心，工控机与PLC结合，并实现通讯。PLC是面向工业发展起来的一种新型的工业控制器，具有编程灵活、功能齐全、控制简单、使用方便、抗干扰能力强、体积小、重量轻、耗电省等特点，在脱硫系统中广泛采用了PLC控制，改善了工人的工作环境，提高了脱硫的效率，取得了很
18、大的经济成效5。方案 五：采用DCS的控制系统，充分利用DCS的软、硬件资源，提高系统的可靠性。DCS，即所谓的分布式控制系统，或称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。但由于DCS系统造价较高，所以一般在一些有着较为全面规范的大中型控制系统中使用6。本工程控制系统采用方案四，以PLC 做下位机控制，工控机做上位机来控制脱硫系统。操作人员在脱硫控制室操作上位机进行整套工艺系统的运行参数设置、监控，实现对脱硫系统的顺序自动启停，运行参数自
19、动检测和存储，并对关键参数实行自动调节。本系统可独立运行，也可通过网络连接进入厂方计算机系统。1.3电厂脱硫系统下位机方案论证1.3.1可编程控制器选择PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计7。PLC的特点：1)可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可
20、靠性。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。2)配套齐全，功能完善，适用性强。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。3)易学易用，深受工程技术人员欢迎。PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量
21、开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5)体积小，重量轻，能耗低。烟气脱硫自动控制系统对硬件的要求很高，所以系统必须具备较高的可靠性，较快的速度等，在PLC产品中，S7-300 PLC功能强、速度快、扩展灵活；它具有紧凑、无槽位限制的模块化结构。本系统选用了SIEMENS公司生产的紧凑模块式结构的小型SIMATIC S7-30
22、0可编程控制器，它是目前国内应用较多，性能价格比较好的高性能PLC。1.3.2数据采集电路根据脱硫控制系统的要求，脱硫系统需要采集的主要数据为：浆液pH值、烟气压力、烟气温度、吸收塔液位、吸收塔浆液密度等。浆液pH值通过pH传感器测量，其工作原理是：在一定的范围内，酸碱溶液的浓度与其电导率的大小成比例。因而，只要测出溶液电导率的大小变可得知酸碱浓度的高低。当被测溶液流入专用电导池时，如果忽略电极极化和分布电容，则可以等效为一个纯电阻。在有恒压交变电流流过时，其输出电流与电导率成线性关系，而电导率又与溶液中酸、碱浓度成比例关系。因此只要测出溶液电流，便可算出酸、碱、盐的浓度，即算出溶液的pH值。
23、pH传感器输出420 mA信号，经A/D转换装置后送PLC8。烟气温度的测量主要使用的是PT1OO的热电阻和热电偶，根据测量温度范围和安装的要求，选用了热电阻PT100测温组件，温度信号通过PT100和相应的调理模块转换成05 V的电压量，送入A/D转换装置。压力测量传感器也有很多形式，比如电阻式、电感式压力传感器，电容式、压点式压力传感器等，根据使用环境、介质性能、压力范围等的不同，综合考虑加以选择。选用电感式压力传感器。1.3.3 PLC与上位机通信电路随着计算机和自动控制技术的高速发展,工业自动化水平提高到一个崭新的高度。工业自动化根据其特点和使用方向又可分为过程控制自动化、面向生产和制
24、造业的自动化以及自动化测量系统。这些工业自动化系统的建立和发展都有一个共同的特点,即由直接控制系统向集散型控制系统发展,而这种集散型控制系统的发展都是以各种工业网络为基础。通过这些形形色色的工业总线系统,各种工业设备构成一个既分散又统一的整体9。当任意两台设备之间有信息交换时，它们之间就产生了通信。PLC通信是指PLC与PLC、PLC与计算机、PLC与现场设备或远程I/O之间的信息交换。PLC通信的任务就是将地理位置不同的PLC、计算机、各种现场设备等，通过通信介质连接起来，按照规定的通信协议，以某种特定的通信方式高效率地完成数据的传送、交换和处理。PROFIBUS是一种国际性的开放式的现场总
25、线标准。PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS-DP， PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA 3个兼容的版本。本文根据实际工程的需要选用PROFIBUS-DP。PROFIBUS-DP的特点有：经过优化的高速，廉价的通信连接，专为自动控制系统和设备级分布式I/O之间通信设计，使用PROFIBUS-DP模块可取代昂贵的24V或4-20mA并行信号线。用于分布式控制系统的高速数据传输。PROFIBUS-DP用于设备级的高速数据传送，中央控制器通过高速串行线同分散的现场设备进行通信，多数数据交换是周期性的，除此之外，智能现场设备还需要非周期性通信，以进行配置，诊断和报警处理10。
26、基于PROFIBUS-DP构建的系统分为主站和从站，主站为中央控制器，从站为现场设备，它们之间采用主从方式进行通信，见图1-2。主站决定总线的数据通信，它周期地接收从站的输人信息并周期地向从站发送输出信息。从站没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。图1-2控制系统的硬件组成第二章 电厂脱硫系统下位机硬件设计2.1下位机I/O的扩展PLC平均的I/O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，但必须留有一定的裕量。通常I/O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%-15%的裕量来确定1
27、1。2.1.1电厂脱硫系统的数字量本方案是对电厂的三组锅炉进行设计的，根据控制系统设计的需要，对需要控制的数字量进行了统计。共需要90个输入点和84个输出点。各个数字量信号见表2-1和表2-2。表2-1 控制系统数字输入量点数表组数点数组数点数脱硫塔循环泵 操作监控/切换操作监控/故障报警39浆液搅拌器操作监测/故障报警12除雾泵电动阀 全开/全关24积水搅拌器 操作监测/故障报警12除尘风机 操作监测/故障报警12制浆泵 操作监测/故障报警24氧化风机 操作监测/故障报警12排浆泵 操作监测/故障报警24供浆泵 操作监测/故障报警12除雾器冲洗泵操作监测/故障报警24工艺水泵 操作监测/故障
28、报警24制浆加水电动阀 全开/全关12脱硫塔搅拌器 操作监测/故障报警36叶轮卸料器 操作监测/故障报警12积水回流泵 操作监测/故障报警24脱水系统 运行/故障报警/本动手动/本地自动/远方自动15制浆主路电动阀 全开/全关12真空泵运行11除雾阀 运行99滤布冲洗泵 运行22脱水皮带机运行11皮带秤输送量脉冲11称重皮带机运行/故障12皮带称中控信号11电压信号22声音报警复位11储能信号22自动信号22故障信号22合闸信号22备用6总计96表2-2 控制系统数字输出量点数表组数点数组数点数脱硫塔循环泵 启动/停止36除雾泵电动阀 打开/关闭24氧化风机 启动/停止12制浆加水电动阀 打开
29、/关闭12排浆泵 远方启动/停止24制浆主路电动阀 打开/关闭12除雾器冲洗泵 启动/停止24脱水系统 启动/停止12制浆泵 启动/停止24脱水系统 紧急停车/复位12供浆泵 启动/停止24断路器 闭合/分断24工艺水泵 启动/停止24声音报警11脱硫塔搅拌器 启动/停止36闪光报警11积水回流泵 启动/停止24叶轮卸料器 启动/停止12称重皮带机 启动/停止12除尘风机 启动/停止12积水搅拌器 启动/停止12浆液搅拌器 启动/停止12除雾阀 启动/停止918总计96备用122.1.2 PLC数字I/O模块的选择1.开关量输入模块的选择开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转
30、换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：1）输入信号的类型及电压等级开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流/直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流5V、12V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5V、12V、24V用于传输距离较近场合，如5V输入模块最远不得超过1
31、0米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。2）输入接线方式开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。2.开关量输出模块的选择开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：1）输出方式开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。继电器输出的价格便
32、宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1Hz）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。2）输出接线方式开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。3）驱动
33、能力开关量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于PLC外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。根据以上表中的输入/输出量的点数，综合考虑选择SIMATIC S7-300可编程控制器典型的数字量输入/输出扩展模块有：SM 321 DI32xDC24V 24V直流32点数字输入模块三个，SM 322 DO16x RELAC 120V/230V 交流120V/230V继电器16点数字输出模块六个12。为了尽量减少强电对PLC的干扰，所有的数字量都经过了中间继电器进行了隔离，信号先经过继电器
34、，然后再到强电部分的执行继电器，见图2-1；将弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。图2-1 PLC的输出抗干扰保护2.1.3电厂脱硫系统的模拟量模拟量控制系统实现脱硫控制系统的模拟量闭环调节功能，脱硫控制系统的主要闭环调节回路有：增压风机入口压力调节、吸收塔液位自动调节、石灰石供浆流量调节等。 系统所需模拟量输入输出点数如表2-3和表2-3列出。表2-3控制系统模拟量输入量点数表组数点数组数点数吸收塔入/出口烟气温度12积水回流泵 电流22供浆主路阀开度指示11干烟气流量11吸收塔pH值11氧含量11氧化风机压力进线总电流11积水搅拌器电
35、流11脱硫塔循环泵 电流33浆液搅拌器电流11氧化风机电流11除尘风机电流11排浆泵 电流22粉尘含量11除雾器冲洗泵 电流22制浆泵 电流22二氧化硫含量11原烟气挡板 开度指示33供浆泵 电流22旁路烟气挡板开度指示33工艺水泵 电流22净烟气挡板指示11脱硫塔搅拌器 电流33事故回流阀开度指示11旋流主路阀开度指示11石膏旁路开度指示11皮带速度反馈11脱硫塔循环泵速度反馈33叶轮卸料器电流11脱水皮带速度反馈11皮带称瞬时流量11石膏厚度11制浆池液位11事故池液位11缓冲池液位11吸收塔入/出口烟气压力12氧化风压力11吸收塔液位11料仓料位11除雾器前后差压11塔内浆液密度11浆液
36、池浆液密度11脱硫塔循环泵 出口压力33总计64备用1表2-4控制系统模拟量输出量点数表组数点数组数点数原烟气挡板 开度给定33旁路烟气挡板 开度给定33净烟气挡板开度给定11事故回流阀开度给定11供浆主路阀开度给定11旋流主路开度给定11石膏旁路阀开度给定11脱硫塔循环泵 速度给定33称重皮带流量给定11脱水皮带速度给定11石膏厚度给定11总计24备用72.1.4 PLC模拟I/O模块的选择模拟量I/O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入（A/D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出(
37、D/A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。典型模拟量I/O模块的量程为-10V+10V、0+10V、420mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。转换位数越高，精度越高，相应的模块的制造成本越高。转换的位数受技术因素的限制，不能无限的增加。根据系统控制要求和模拟量的点数，模拟量输入输出模块选择如下：SM331 AI8 x13Bit 13位8路模拟量输入模块8个，SM332 AO8x12Bit 12位8路输出模块3个。2.2 PLC其他模块的选择2.2.1主机模块随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指
38、令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：1）合理的结构型式PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。2）安装方式的选择PLC系统的安装方
39、式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。3）相应的功能要求一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制
40、较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。4）响应速度要求PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号，有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。5）系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。中央处理单元一般
41、由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路接口相连。为了综合考虑，减少成本，选用带有PRFIBUS-DP主站/ 从站接口接口的CPU 313C-2DP。2.2.2电源部分模块PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V，12V，24V等直流电源，使PLC能正常工作。电源部件的形式有多种，对于整体式结构的PLC，通常电源封装到机壳内部，对于模块式的PLC，有的采用单独的电源模块，有的将电源和CPU封装在一个模块中。对于S7-300来说，电源模块是单独的，有提供电流2A，
42、5A，10A的三种。根据系统的要求，将电源模块选为：PS 307 5A。2.2.3通信接口模块为了实现“人-机”或“机-机”之间的对话，PLC有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机、和其他的PLC或计算机相连。为了与监控的上位机连接，实现控制与管理相结合的综合控制，采用PRFIBUS-DP通信，其接口为于CPU模块上。第三章 电厂脱硫下位机控制程序的设计3.1 脱硫控制系统的控制流程图图3-1程序控制流程图3.1.1系统控制基本思路（1）顺序控制在自动方式，各设备根据联锁条件、时间条件或上位机指令实现启动和停止。将烟气系统、除雾系统、制浆系统、供浆系统、排浆系统、工艺水循环
43、系统通过程序设计把各个子系统连锁在一起，一旦任何一个子系统出现故障，立即将烟气由旁路排放出去，脱硫塔内的浆液排到事故浆池，同时发出故障报警，从而有效防止生产事故的发生。六个子系统的启动顺序为：排浆系统制浆系统 供浆系统烟气系统除雾系统。停止顺序相反。如果排浆系统发生故障时，立即停止其他子系统并将石灰浆引入事故浆回流池。（2）闭环控制为了便于程序编写和调试，将整个系统分为了许多子系统。各个子系统采用闭环反馈来控制和调节，见图3-2，现场的变量经过测量变送单元转换成标准信号传到PLC中，PLC经过与设定值比较的偏差输出一个控制信号到执行器，执行器再去控制现场的设备。图3-2 闭环控制框图在脱硫塔循
44、环泵出口压力闭环调节中采用了PID控制器，在PID控制器中用到了比例控制和积分控制，没有采用到微分控制13。PID控制器是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活。在控制脱硫塔循环泵出口压力闭环调节过程中，采用了PID调节算法，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制。PID控制规律： （3-1）在PLC S7-300的编程中，有专门的PID控制模块，只需将各个PID控制参数设置好就可以直接调用PID模
45、块，FB41引脚见图3-3和引脚参数见表3-1、表3-2。图3-3 FB41引脚图表3-1 FB41输入参数MAN_ON如果设置输入“启用手动值”，将中断控制回路。手动值为操作值进行设置。PV_IN可以在“过程变量输入”输入设置初始化值，也可以连接浮点格式的外部过程变量。COM_RST设置输入COM_RST时，自动执行的初始化程序PV_PER将I/O格式的过程变量连接到“过程变量外设”输入处的控制器。PVPER_ON如果从I/O读取过程变量，须将输入PV_PER连接到I/O，且必须设置输入“启用过程变量外设”。MAN“手动值”输入用于通过操作员界面功能设置手动值。P_SEL如果设置输入“启用比例作用”，将启用P操作。GAIN“比例值”输入指定控制器增益。I_SEL如果设置输入“启用积分作用”，将启用I操作。TI“复位时间”输入决定积分器的时间响应。INT_HOLD设置输入“积分作用暂停”可以“冻结”积分器的输出。TD“微分时间”输入决定微分单元的时间响应。I_ITL_ON设置输入“积