论文总字数：23576字

摘 要

近年来，PLC得到了飞速的发展，在这段时间内，PLC在处理信号能力、进行数字运算、人机接口调试和通信网络连接的方面的的能力大幅提升。PLC在控制领域的地位已经有取代DCS成为过程控制领域霸主的趋势。PLC编程简单、使用方便、可靠性高、适应能力强、抗干扰能力强，适用于过程控制的各个领域。在可以预见的未来，PLC在工业生产控制领域的地位是无法取代的。

本文介绍的是以锅炉为被控对象，以锅炉的液位、温度、压力为控制参数，以PLC为控制器，构成的用PLC控制的小型锅炉系统。其中液位为主要控制参数，采用PID模拟量控制。本控制系统用PLC S7-300进行编程，上位机采用WINCC组态软件对小型锅炉的液位、温度和气压进行实时监控，然后利用S7-300与S7-200以及触摸屏构建profibus网络，S7-200直接控制锅炉，控制信息经过S7-300传送至触摸屏进行监控，最后通过仿真实验进行验证，实验结果表明本控制方案可以实现工业锅炉的模拟控制，对工业控制有现实意义。

关键词：PLC PID WINCC组态 Profibus网络 仿真

S7-300 small boiler control system design

and implementation

Abstract

PLC has been rapid development in recent years, during this period, PLC in digital signal processing ability, operation, man-machine interface debugging and the ability of communication network connection of a boost. PLC in the control status has been replaced in the field of DCS become dominant trend of the process control field. PLC programming is simple, easy to use, high reliability, strong adaptability, strong anti-jamming capability, suitable for different areas of process control. In the foreseeable future, PLC in the field of industrial production control status cannot be replaced.

With boiler as the controlled object has been introduced in this paper,based on the boiler liquid level,temperature,pressure control parameters,with PLC as the controller,consisting of small boiler system with PLC control.The liquid level as the main control parameters,the PID simulation control.The programming control system with PLC S7-300,PC using WINCC configuration software for small boiler liquid level,temperature and air pressure real-time monitoring,and then using S7-300 and S7-200 as well as the touch screen construction of profibus network,S7-200,direct control of boiler control information by S7-300 sent to touch screen monitor,finally validated by simulation experiments,the experimental results show that this control scheme can realize the simulation control of industrial boiler,has practical significance in industrial control.

Keywords:PLC;PID;WINCC configuration;Profibus network;simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1研究意义及背景 1

1.2锅炉控制研究现状 2

1.3本文主要内容 3

1.3.1研究思路 3

1.3.2具体内容 3

第二章 课题相关软件 5

2.1 S7-300软件 5

2.1.1 S7-300软件的概况 5

2.1.2 S7-300软件的特点 5

2.1.3 S7-300的基础知识 5

2.1.4 S7-300的使用 6

2.2 Wincc 11

2.2.1 Wincc介绍 11

2.2.2 Wincc的特点 11

2.2.3 Wincc的绘图 12

2.2.4 Wincc的通信 13

2.2.5WinCC flexible介绍 13

2.3 Matlab仿真软件 14

2.3.1 MATLAB简介 14

2.3.2优势特点 14

第三章 控制系统设计及Wincc组态监控 15

3.1硬件设计 15

3.1.1工艺方面要求和系统需求分析 15

3.1.2控制系统方案设计 15

3.1.3控制系统设计原则 16

3.1.4 PLC硬件组态 16

3.2控制程序设计 19

3.2.1锅炉控制流程 19

3.2.2 S7-300 FC功能说明 20

3.2.3使用FB41实现PID控制 20

3.2.4 OB功能说明 22

3.2.5 I/O分配及符号表 23

3.2.6锅炉控制程序设计 24

3.3 Wincc组态监控 29

3.3.1 Wincc组态过程 29

3.3.2 Wincc组态监控 30

第四章 PROFIBUS网络构建及触摸屏监控 32

4.1 PROFIBUS简介 32

4.2西门子S7-200与S7-300之间的PROFIBUS通信 32

4.2.1硬件组态 34

4.2.2编写程序 38

4.3触摸屏监控画面 38

4.3.1WinCC flexible组态 38

4.3.2WinCC flexible触摸屏监控 39

第五章 MATLAB仿真 43

5.1 SIMLINK仿真 43

5.1.1被控对象的建模 43

5.1.2仿真实验 43

结语 46

参考文献 47

致谢 48

第一章 引言

1.1研究意义及背景

锅炉是能源转换装置，锅炉与内燃机统称热机。锅炉与内燃机是人类仅有的两种能源转换装置，已知能源的93%是通过热机转换的，通过热机转换的能源，其中有59%又是通过锅炉转换的。锅炉解决了工业动力、生活动力、照明、供热、炊事等问题。内燃机解决了自动车的动力问题。在能源种类的消耗比例上大致是：锅炉消耗了几乎100%的矿产固体燃料（煤炭），消耗了约1%的液体燃料（石油），消耗了95%的气体燃料（天然气）。消耗了绝大部分的农作物茎、杆、根和木柴等。据统计资料显示，2005年全球消耗153亿吨矿产能源，锅炉消耗能源占总能源的53%，略高于内燃机，约为81亿吨。锅炉热效率每提高1%，就意味着每年能够节约0.81亿吨矿产能源。同时减少排入大气的二氧化碳2.38亿吨。。就节能减排而言，燃煤锅炉是我国主要的能源消耗设备和大气污染排放源，其高效低污染运行，对我国节能环保有重要意义^[1]。

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