吉林化工学院信控学院专业综合设计说明书换热站控制系统设计学生学号：学生姓名：专业班级：指导教师：职称：起止日期：2016.08.29～2016.09.18页脚内容吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology页脚内容I专业综合设计任务书一、设计题目换热站控制系统设计二、适用专业测控技术与仪器专业三、设计目的1. 了解换热机组工艺流程；2. 了解温度、压力、液位及流量等工艺参数的信号测量及传输方法；3. 掌握PLC各种典型信号（二线制、四线制变送器及热电阻、热电偶）接线方法；4. 掌握PID控制算法及其在PLC中的编程和离线仿真及调试方法；5. 熟悉自控工程实践设计及应用的一般步骤和实现方法。
四、设计任务及要求某换热站工艺流程如下图所示，一次网进水由热水锅炉加热，经板式换热器与二次网进行换热后再返回锅炉。
二次网循环水由循环泵P201加压后进行换热器，加热后进入管网对居民住户进行循环供热。
页脚内容控制要求：1．二次网供水温度PID控制：通过一次网调节阀V101进行供水温度定值控制；2．二次网供水压力PID控制：通过循环泵调频进行供水压力定值控制；3．补水箱水位限值控制：水箱水位小于低限时开补水阀，大于高限时关补水阀；4．二次网回水压力限值控制：回水压力小于低限时启动补水泵，大于高限时停泵；5．连锁控制（选做）：水箱水位小于低低限时，补水泵禁止运行；二次网回水压力小于低低限时，循环泵禁止运行；6．流量/热量累计（选做）：增加一次网流量和回水温度仪表，实现流量和热量累计。
五、设计内容1. 总结IO点表，并进行PLC系统选型；2. 设计控制系统IO信号接线图纸；3. 按上述控制要求编写和设计PLC控制程序；页脚内容I4. 设计上位机操作画面，包括工艺流程画面、操作画面、趋势及报警等画面；5. 撰写设计说明书。
六、设计时间及进度安排设计时间共三周,具体安排如下表：七、指导教师评语及学生成绩页脚内容II目录第1章摘要 0第2章换热站系统的工艺 (1)2.1换热站系统的构成 (1)2.2 系统的工艺流程 (1)2.3 系统的功能及控制要求 (2)第3章系统硬件选型 (3)3.1 PLC的选型 (3)页脚内容III3.2 I/O点表 (4)3.3 电源选型 (6)3.4 CPU选型 (7)3.5 数字量输入输出模块选型 (7)3.6 硬件选型表 (7)第4章换热站的接线设计 (9)4.1 主回路和二次回路 (9)4.2 数字量输入/输出回路 (10)4.3模拟量输入/输出回路 (11)第5章下位机控制系统设计 (12)5.1 分析控制要求 (12)5.2硬件组态 (12)5.3 编辑符号表 (13)5.4编辑下位机梯形图程序 (13)第6章上位机监控画面设计 (18)6.1 Wincc组态软件简介 (18)6.2 Wincc组态软件使用 (20)页脚内容IV6.3 变量的链接 (21)6.4 画面的建立 (22)6.5 液位报警画面的建立 (25)6.6 变量记录与温度历史趋势 (25)6.7 压力实时趋势 (26)6.8 PID仿真调节画面 (27)结论 (28)参考文献 (29)页脚内容V第1章摘要随着大规模集成电路和微处理器在PLC中的应用，使PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。
由于PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
因此PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的，备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注。
通过PLC和上位机对二次网供水管道的压力和二次网回水管道的压力进行自动监控，同时在PLC中采用PID算法，从而可以通过控制循环泵和补水泵的转速来实现恒压控制，同时也通过对二次网供水温度的自动监控，从而通过控制一次网进水处的调节阀开度来实现恒温控制，实现了换热站系统的自动运行与人机交互。
文中介绍了一种基于PLC和WINCC的温度自动控制系统方案，针对过程控制装置中的换热站供水温度控制系统，通过介绍系统软硬件构成及其特点。
论述了PLC和WINCC如何实现温度监控。
实践证明，该系统具有良好的人机界面，能方便地在线修改参数，实现对整个换热系统工艺流程的控制。
系统上位机采用西门子WINCC工程组态软件，实现系统启动和停止的控制、参数设定、报警组态、历史数据查询、报表打印等功能。
页脚内容0第2章换热站系统的工艺2.1换热站系统的构成（1）换热站就地监控系统：以S7_300控制器为核心，现场的温度、压力、流量、热量、液位、阀门开度、变频器频率、泵的起停状态等传到控制器，由其进行判断和处理，从而实现现场的就地控制。
（2）现场仪表和执行机构：包括压力、温度、液位、流量、热量等传感器和变送器、阀门执行器等执行机构。
（3）通讯系统：以远程数据网络传输介质，实现中心控制室和换热站就地监控系统的通讯；以双绞线（以太网）为传输介质，实现中控室内部工作站与厂区办公管理系统通讯。
2.2 系统的工艺流程某换热站工艺流程如下图所示，一次网进水由热水锅炉加热，经板式换热器与二次网进行换热后再返回锅炉。
二次网循环水由循环泵P201加压后进行换热器，加热后进入管网对居民住户进行循环供热。
页脚内容1图2-1 换热站工艺流程图2.3 系统的功能及控制要求本系统的功能可分为监视功能和控制功能：(1)监视功能主要包括：数据处理和数据显示两部分。
(2) 控制功能主要包括：对循环泵及补水泵的控制，以及一次网调节阀开度和二次网补水阀启停的控制。
控制要求：（1）二次网供水温度PID控制：对二次网供水温度实时监控，通过对二次网供水温度的PID运算，调节一次网调节阀V101的开度，从而进行供水温度定值控制；（2）二次网供水压力PID控制：对二次网供水压力实时监控，通过对二次网供水压力的PID运算，控制变频器输出频率，间接地控制水泵的转速，从而进行供水压力的定值控制；（3）补水箱水位限值控制：通过液位变送器对水位实时监测，水当箱水位小于低限时开补水阀，大于高限时关补水阀；（4）二次网回水压力限值控制：通过压力变送器对二次网回水压力实时监页脚内容2测，当回水压力小于低限时启动补水泵，大于高限时停泵；（5）连锁控制：水箱水位小于低低限时，补水泵禁止运行；二次网回水压力小于低低限时，循环泵禁止运行；（6）流量/热量累计：增加一次网流量和回水温度仪表，实现流量和热量累计。
第3章系统硬件选型3.1 PLC的选型在本控制系统中，所需的开关量输入为6点，分别为补水泵的启动、停止、运行、故障和循环泵的运行、故障。
所需的开关量输出为2点，分别为补水泵启动、补水阀启动。
考虑到系统的可扩展性和维修方便性，选择模块式PLC。
S7_300 PLC一般包括CPU（中央处理单元）、存储器、输入输出接口、电源等。
页脚内容33.2 I/O点表表3-1 IO点表序号IO标识中文说明IO类型PLC地址量程1V101调节阀开度控制AOPQW2880-100%2V101调节阀开度反馈AI PIW2560-100%3V102补水阀启动DO Q0.04P201循环泵频率控制AOPQW290-50HZ5P201循环泵频率反馈AI PIW2580-50HZ8P201循环泵故障DI I0.2页脚内容49P201循环泵运行DI I0.31 0P201循环泵启动DO Q0.11 1P202补水泵启动DI I0.41 2P202补水泵停止DI I0.51 3P202补水泵故障DI I0.61 4P202补水泵运行DI I0.71 5P202补水泵启动DO Q0.21 6PT101一次网进水压力AI PIW2600-1.0Mpa页脚内容51 7TT101一次网进水温度AI PIW2621 8PT201二次网回水压力AI PIW2640-1.0Mpa1 9TT201二次网回水温度AI PIW2662 0PT202二次网供水压力AI PIW2680-1.0Mpa2 1PT202二次网供水温度AI PIW2702 2LT补水箱水位AI PIW2720-5m3.3 电源选型24V直流传感器电源可以作为CPU本机和数字量扩展模块的输入、扩展模块（如模拟量模块）的供电电源以及外部传感器电源使用。
如果容量不能满足所有需求，则必须增加外部24V直流电源。
此系统选用PS307 5A，型号为6ES7 307-1EAO1-0AA0。
页脚内容63.4 CPU选型300PLC中CPU作为整个控制系统的核心，主要有运算器、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。
由于本系统的设计中用到了变频器，考虑到变频器与PLC 的PROFIBUS通讯，所以选择CPU 6ES7 315-2EH14-0AB0。
3.5 数字量输入输出模块选型输入模块和输出模块通常称为I/O 模块或I/O 单元。
PLC 的对外功能主要是通过各种I/O 接口模块与外界联系而实现的。
输入模块和输出模块是PLC 与现场I/O 装置或设备之间的连接部件。
起着PLC 与外部设备之间传递信息的作用。
通常I/O 模块上还有状态显示和I/O 接线端子排，以便于连接和监视。
由于所需的开关量输入为6点，所需的开关量输出为2点，所以选择16点输入的DI模块和16点输出的DO模块即可，多余的I/O点用来备用和扩展。
因此选择数字量输入型号为6ES7 321_1BH00_0AA0，数字量输出型号为6ES7322_1BH00_0AA0。
由于所需的模拟量输入为9路，所需的开关量输出为2路，所以选择两个8路输入的DI模块和一个8路输出的DO模块即可，多余的用来备用和扩展。
因此选择模拟量输入型号为6ES7 331-1KF02-0AB0，数字量输出型号为6ES7332-5HF00-0AB0。
3.6 硬件选型表为使系统安全可靠的运行，在进行硬件结构设计时，应充分了解各硬件设备的工作原理，以便选择合适的型号，如表3-2所示。
表3-2 硬件选型表序列符号名称型号/规格个数页脚内容71CPUCPU6ES7315-2EH14-0AB012PS电源模块(5A)6ES7307-1EA01-0AA013DI数字量输入模块16位6ES7321-1BH00-0AA014DO数字量输出模块16位6ES7322-1BH00-0AA015AI模拟量输入模块8路6ES7331-1KF02-0AB026AO模拟量输出模块8路6ES7332-5HF00-0AB017QS三相空气开关1 8FU熔断器19KM交流接触器CJX2-092页脚内容810KH热继电器AC380V211KA继电器MY4N-J413SB按钮LA58614SA转换开关LA391第4章换热站的接线设计4.1 主回路和二次回路补水泵和循环泵都是由三项380V电压供电，经总空开QS1供电，通过交流接触器KM1控制补水泵的启停，通过KM2控制变频器的启停，通过控制变频器的频率来控制循环泵的转速。