基于西门子S7-300的40t蒸汽锅炉控制系统
摘 要
随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，以及人们生活水平的不断提高，对城市生活供暖的用户数量和供暖质量提出了越来越高的要求。目前，我国大部分地区冬季生活供暖仍然以锅炉供暖为主，锅炉房自动控制系统配置相对落后，风机和水泵等电机的控制主要依赖值班人员的手工操作，控制过程繁琐，耗电耗煤，而且手动控制无法对锅炉供水温度和管网压力变化及时做出适当的反应。
本文设计了一套基于PLC和变频调速技术的供暖锅炉控制系统。该控制系统由可编程控制器、变频器、风机和水泵电机、传感器、以及控制柜等构成。系统主要包括四个控制回路：锅炉汽包水位控制回路、水温控制回路、炉排控制回路和炉膛负压控制回路。系统通过变频器控制电动机的启动、运行和调速。系统以西门子S7-300可编程控制器为下位机。下位机控制程序采用西门子公司的STEP7编程软件设计，主要完成模拟量信号的处理，水位、温度和压力信号的PID控制等功能，并接收上位机的控制指令以完成风机启/停控制、参数设定、循环泵控制和补水泵控制。
本文设计的变频控制系统实现了锅炉燃烧过程的自动控制，有效地降低了能耗，提高了生产管理水平。系统安装维护方便，运行稳定、可靠。系统整体设计合理，功能齐全，实现了预期的目标。
关键词：锅炉控制，变频调速技术，PLC，PID
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For Siemens S7-300 40 Tons Steam Boiler Control System
Abstract
With the rapid development of social economy and the increasingly improved living standard of people, the scale of city construction is unprecedentedly expanded, arousing urgent requirement for high-quality living heating system to meet the sustainingly increased need. In the majority of our country, however, most current living heating systems for winter use are relatively still out-of-date boiler heating system, in which, the core part, namely, the control of operating fans in stokehold and water pumps is still manual and therefore hard to realize real-time adjustment according to changing pressure in the pipes and temperature of water supplied. Consequently, this fussy manual control inevitably leads to unnecessary huge waste of coal and electrical power.
In this paper, a heating boiler control system based on PLC and variable frequency speed-regulating technology is designed. The control system is made up of PLC, transducers, electromotor units of pumps and fans, sensors and control tanks, etc. In the program control system is consisted by four loops that is the water level control loop, the water temperature control loop, the boilers belt control loop and the hearth pressure control loop. It can control electromotor starting, running and timing by means of transducers. The hardware system adopts a Siemens S7-300 PLC as the lower control system (LCS). The control software of LCS designed with STEP7(Siemens PLC software toolbox) is mainly used to deal with functions such as processing analog signals , PID control of water level、temperature and pressure, and accepting control instructions from the upper supervisory system(USS) to realize starting/stopping of electromotors, setting of analog parameters and control of water pumps.
The frequency control system proposed not only can realize automatic control of boiler burning process efficiently, having greatly reduced energy consumption, and in the meantime effectively improved the level of boiler control management, but also has many advantages such as stable and reliable running, flexible operation, etc. The whole design is feasible and reliable and reach the expected objective..
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Key words：boiler control, variable frequency speed-regulating technology, PLC,PID
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目 录
摘 要 ........................................................................................................................................... I ABSTRACT .............................................................................................................................. II 1 绪论 ........................................................................................................................................ 1 1.1 引言 .................................................................................................................................. 1 1.2 蒸汽锅炉设备的基本结构 .............................................................................................. 1 1.2.1 蒸汽锅炉本体 ........................................................................................................... 1 1.2.2 辅助设备 ................................................................................................................... 2 1.3 蒸汽锅炉的工作过程 ...................................................................................................... 3 1.3.1 燃料燃烧与通风系统 ............................................................................................... 3 1.3.2 汽-水系统 ................................................................................................................. 3 1.4 控制要求 .......................................................................................................................... 3 1.4.1 控制汽包水位 ........................................................................................................... 4 1.4.2 控制蒸汽温度 ........................................................................................................... 4 1.4.3 控制炉膛压力 ........................................................................................................... 4 1.4.4 控制燃烧系统 ........................................................................................................... 5 1.4.5 控制鼓风引风量 ....................................................................................................... 5 2 PLC硬件设计 ......................................................................................................................... 6 2.1 PLC的发展历程 .............................................................................................................. 6 2.2 PLC特点 .......................................................................................................................... 6 2.3 S7-300简介 ...................................................................................................................... 8 2.4 系统组成 .......................................................................................................................... 8 3 软件设计 .............................................................................................................................. 10 3.1 S7-300编程软件简介 .................................................................................................... 10 3.2 控制系统软件设计 ........................................................................................................ 11 3.2.1 控制算法的选择 ..................................................................................................... 11 3.2.2 STEP7中的PID功能块 ......................................................................................... 12 3.2.3 主程序设计 .......................................................................................................... 12
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3.2.4 子程序设计 ............................................................................................................. 13 结 论 ...................................................................................................................................... 19 致 谢 ...................................................................................................................................... 20 参考文献 .................................................................................................................................. 21 附录A （S7-300-PLC MODULE SPECIFICATION） .................................................... 22 附录B （S7-300模板规范手册） ...................................................................................... 30 附录C （蒸汽锅炉控制系统原程序） ............................................................................... 36
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1 绪论
1.1 引言
供暖锅炉控制系统属于过程控制系统，其控制的目标是控制锅炉燃烧过程中的水位、炉膛负压等参数，使锅炉燃烧工况良好，保证设备运行安全，满足用户的供热要求。
目前，大多数供暖用锅炉的设计，管理和使用还处于七八十年代水平，炉温不高,燃烧不充分，控制与使用自动化程度不高。这样不仅在管理上和运转上浪费大量人力物力，而且还为安全生产带来隐患。如今，交流电机的调速技术日趋完善和成熟，采用变频调速器可以改变电源的频率，进而调整水泵的转速，实现对水位的控制；调节鼓引风机的转速，实现风量的调节，达到锅炉负压自动调节控制的目的；同时可使电机实际功率随锅炉负荷的变化(即风机风量的变化)而变化，达到低负荷、低消耗运行的目的。本系统正是顺应了这种趋势针对供暖蒸汽锅炉而设计的。 1.2 蒸汽锅炉设备的基本结构
常见的蒸汽锅炉系统如图1.1所示。锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、炉筒、燃烧器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和炉筒。 1.2.1 蒸汽锅炉本体
1、炉膛 其横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。
2、炉筒 接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。炉筒整体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。
炉筒的主要功能是作为省煤器、汽化受热面和蒸汽过热器的联接枢纽；内部布置锅内设备，进行汽水分离过程；作为联接多排并列管子的结合体以构成管束受热面；作为自然循环回路的组成部分；贮存锅水，形成一定的蓄热能力。
3、蒸汽过热器 是一种辅助受热面，有许多蛇形钢管组成。饱和蒸汽流经它继续 受热而变为过热蒸汽。
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图1.1 锅炉控控制系统硬件组成图
4、省煤器 实际上是一个给水预热器。它由开鳍片的铸铁管组装而成，也可用钢管制作。锅炉给水先流经省煤器，因为吸收烟气余热，可有效地降低锅炉排烟温度，故节约燃料。
5、空气预热器 是利用排烟的余热加热入炉空气的装置，其整个结构为数量众多的钢管制成的管箱组合体。燃烧所需的空气在管外流过时受到管内烟气加热，以改善燃烧条件[1]。 1.2.2 辅助设备
辅助设备是为了维持锅炉的正常运行而设置的，他包括给水设备、通风设备、燃料供应和除灰设备以及仪表和控制设备等，它们分别由相应的管路或机械、电子装置与锅炉本体相连接，构成各自的工作系统。
1、给水设备 由水处理装置、水箱和给水泵等组成，水处理装置是用来除去水中杂质，保证给水品质，经处理的锅炉给水是借助给水泵提高压力后流经省煤器送入炉筒。
2、通风设备 包括鼓风机、引风机和烟囱等，其作用是向炉子供应燃烧所需的空气和将烟气引出排出至大气。
在炉膛前克服各项阻力，将空气送入炉膛的风机，称为鼓风机。在炉膛后克服各项阻力将烟气排入烟囱的，称为引风机。
鼓风机输送的是常温空气，其鼓风量应满足燃料完全燃烧的需要。引风机输送的是
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高温烟气，温度高，体积膨胀，容量就加大，因此引风量约为鼓风机的1.5~2.5倍，并且它的轴是在高温烟气中工作，所以整个轴及轴承的温度也升高了，由于轴承经受不了高温，因此必需在引风机轴承座处装置冷却水管对其进行冷却。另外，烟气带有的烟尘对金属与研磨侵蚀的作用，所以要用较厚和耐磨的钢材来制作引风机。
3、燃料供应及除灰设备 是为了输运燃料和排除灰渣而设置的。对于需要将燃料预先加工的锅炉，还应包括诸如破碎、磨煤等燃料制备设备。此外，为了改善环境卫生和减少烟尘污染，在烟道尾部大多还装有除尘器。
4、仪表及控制设备 除了水位表和安全阀等装在锅炉本体上的监察仪表和安全附件外还常装置有一系列指标、计算仪表和控制设备，如煤量计、蒸汽流量计、水表、温度计、风压计和控制设备等。 1.3 蒸汽锅炉的工作过程 1.3.1 燃料燃烧与通风系统
在煤场上经筛选的锅炉用煤由提升设备和带式输煤机送入储煤斗，靠自重下滑经炉前小煤斗送达炉排，借自前向后运动的炉排将它带进炉内燃烧。燃烧所需的空气，由送风机先送往空气预热器进行预热，再经风室从炉排的通风孔隙进入煤层参与燃烧反应。煤随着炉排边运动边燃烧，燃尽的灰渣在后端翻落于灰渣斗，最后由除灰设备排除。燃烧生成的高温烟气，离开炉膛后以较高的流速冲刷蒸汽过热器和对流管束，然后进入尾部烟道，流经省煤器和空气预热器，此时烟气因对流放热已大量降温。烟气中携带的飞灰，大部分由除尘器除去，比较洁净的烟气最后由引风机送入烟囱排于大气。 1.3.2 汽-水系统
经过水处理设备处理的锅炉给水，由给水泵升压，通过给水管先送到省煤器预热，而后进入锅筒。锅筒是一个汽、水共存的容器，各循环回路的汽水混合物在锅筒中汇集，借助重力作用和汽水分离装置使汽、水得以分离。水落回水空间继续循环受热，饱和蒸汽即由蒸汽管引出。 1.4 控制要求
锅炉控制系统，一般由以下几部分组成，即由一次仪表、PLC、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、
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转速等量转换成电压、电流等送入PLC。控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、电机等，自动控制时对PLC发出控制信号经执行部分进行自动操作。PLC对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行可编程控制系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉发生重大事故。
系统具有多个控制回路，可提供多个调节输出信号，通过变频器等执行器控制锅炉的炉排、鼓风、引风电机转速、汽包水位等。达到对锅炉给煤量、输氧量、烟气流量等的控制目的，实现控制出水温度（蒸汽压力或蒸汽温度）、炉膛负压的要求。 1.4.1 控制汽包水位
锅炉汽包水位自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量并维持汽包中的水位在工艺允许的范围内。
锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对减小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水，或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重是会使个别水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部爆管。无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内[2]。 1.4.2 控制蒸汽温度
过热蒸汽的温度是生产工艺确定的重要参数，蒸汽温度过高会烧坏过热器水管，对负荷设备的安全运行带来不利因素。因为现代的蒸汽锅炉，金属强度的安全系数设计得都比较小，超温严重会使汽机或其它负荷设备膨胀过大，使汽机的轴向推力增大而发生事故。汽温过低直接影响负荷设备的使用，对汽机来说，会影响它的效率。因此，从安全生产和技术经济指标上看，必须保持蒸汽温度在额定值范围之内。 1.4.3 控制炉膛压力
锅炉在正常运行中，炉膛压力必须保持在规定的范围之内。如果是负压操作，则负
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压偏正，局部地区容易喷火，不利于安全生产，不利于环境卫生；负压过大，漏风严重，总风量增加，烟气热损失增大，不利于经济燃烧。由于燃烧室的空间很大，加之介质密度差产生的自升引力，使沿着炉膛向上的负压越来越大，所以保持某个高度上的负压是必要的，可行的。 1.4.4 控制燃烧系统
燃烧系统的自动调节是使燃料量与空气量相适应，维持燃料量与空气量有一定的比值，以保证燃烧过程的经济性。如果能够恰当地保持燃烧量与空气量的正确比例，就能达到最小的热量损失和最大的燃烧效率。反之，如果比值不当，空气不足，结果导致燃料的不完全燃烧，当大部分燃料燃烧不完全时，热量损失在烟气之中，使燃烧效率降低。所以对燃烧的控制是十分必要的。 1.4.5 控制鼓风引风量
为了保证锅炉炉膛内的燃料连续不断的燃烧，必须向炉膛内供应足够量的空气，同时将燃烧产生的烟气通过受热面，烟道及除尘器等设备，最后由烟囱排入大气。
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2 PLC硬件设计
2.1 PLC的发展历程
在工业生产过程中，存在着大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。
个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。
PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
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。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。 2.2 PLC特点
PLC能如此迅速发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点。它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。其主要特点如下：
1、编程方法简单易学
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梯形图是可编程序控制器使用最多的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似。梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，可编程序控制器在执行梯形图程序时，应先用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。
2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
可编程序控制器产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。可编程序控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。
3、系统的设计、安装、调试工作量少
可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
可编程序控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比继电器系统电路图的设计时间要少很多。
可编程序控制器的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过可编程序控制器上的发光二级管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序可以解决，系统的调试时间比继电器系统要少得多。
4、维修工作量小，维修方便
可编程序控制器的故障率低，且有完善的自诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二级管或编程器提供的信息迅速地查明产生故障的原因，用更换模块的方法迅速地排除故障。
5、体积小，能耗低
对于复杂的控制系统，使用可编程序控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型可编程序控制器的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2～1/10。
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可编程序控制器的配线比继电器系统的配线少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用[3]。 2.3 S7-300简介
S7-300系列PLC是基于模块化结构设计的，采用DIN标准导轨安装，配置灵活、安装简单、扩展方便，各种模块可以进行广泛的组合和扩展，主要模块有中央处理单元（CPU）模块、信号（SM）模块、通信处理器（CP）模块、功能（FM）模块。辅助模块有电源（PS）模块、接口（IM）模块等，它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7 PLC相连。其主要功能如下：
1、高速的指令处理。0.1～0.6μs的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。（1）浮点数运算：用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。（2）方便用户的参数赋值：一个带标准用户接口的软件工具可以给所有模块进行参数赋值。
2、诊断功能。CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件（例如超时、模块更换等）。
3、口令保护。多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。S7-300的操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。 2.4 系统组成
本文前面章节己论述了系统的控制任务，根据系统控制要求，统计出本系统对主PLC的I/O总能力要求为：开关量输入17点，开关量输出12点，模拟量输入3通道，模拟量输出4通道。综合考虑系统对PLC运算能力的要求等因素，选用西门子的S7-300系列PLC, CPU模块选用CPU 313[4]。具体配置如图2.1所示
1、电源负载模块（PS 307）：用于将SIMATIC S7-300连接到120/230V交流电源或24V直接电源。它与CPU模块和其它信号模块之间电缆连接，而不是通过背板总线连接。
2、中央处理单元模块（CPU 313）：具有较大的程序存储器、低成本的解决方案，适用于对速度要求较高、程序较大的小型应用领域。CPU内置12KB的RAM，其装载存储器为内置20KB的RAM，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为256KB，扩展
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模块只能装在一个机架上，最大扩展128点数字量和32路模拟量。
表2.1 模块地址示意图
序号 1 2 3 4 5 6 7
名称 电源 CPU
数字量输入模块 数字量输出模块 模拟量输入模块 模拟量输出模块 数字量输入模块
型号 PS 307 10A CPU 313
SM321 DI16xAC120/230V SM322 DO16xAC120V/230V/0,5A SM331 AI8x16Bit SM332 AO4x16Bit SM321 DI16xAC120/230V
槽号 1 2 4 5 6 7 8
地址号 - -
0.0～1.7 4.0～5.7 288～303 304～311 16.0～17.7
3、接口模块（IM365）：接口模块用于S7-300系列PLC的中央机架到扩展机架的连接。IM365用于连接中央与一个扩展机架，由两个模块组成，一块插入中央机架，通过1m长的连接电缆，将另一块插入扩展机架，在扩展机架上最多可安装8块模块。
4、信号模块(SM)：使不同的过程信号电平和S7-300的内部信号电平相匹配，主要数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322、模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332等。每个信号模块都配有自编码的螺紧型前连接器，外部过程信号可方便地连在信号模块的前连接器上。特别指出的是模拟量输入模块独具特色，它可以接入热电偶、热电阻、4～20mA电流、0～10V电压等18种不同的信号，输入量程范围很宽。
5、通讯处理器(CP340)：西门子公司实现点到点串口通M的低成本解决方案。有三种形式的传输接1a：RS 232C(V.24) ；20mA(TTY) ；RS422/485(X.27)。固化有3964(R)协议和ASCII协议两个标准通信协议。
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3 软件设计
3.1 S7-300编程软件简介
S7-300的编程语言是STEP7，STEP7继承了STEP5 语言结构化程序设计的优点，用文件块的形式管理用户程序及程序运行所需的数据。如果这些文件块是子程序，可以通过调用语句，将他们组成结构化用户程序。这样，PLC的程序组织明确，结构清晰，易于修改。
STEP7支持的编程语言非常丰富，有LAD(梯形图)、STL(语句表)、SCL(标准控制语言)、FBD(功能块图)、GRAPH(顺序控制)、HiGraph(状态图)、CFC(连续功能图)等，用户可以选择一种编程，如果需要，也可以混合几种语言编程。这些编程语言都是面向用户的，它使控制程序的编程大大简化，对用户来说，开发、输入、调试和修改程序极为方便。本系统中主要采用LAD(梯形图)语言编程。LAD(梯形图)语言最接近于继电器控制系统中的电气控制原理图，是应用最多的一种编程语言，与计算机语言相比，梯形图可以看作是PLC的高级语言，几乎不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑，因此，它很容易被一般的电气工程设计和运行维护人员所接受，是初学者理想的编程工具。
通常,用户程序由组织块(OB)、功能块(FB，FC)、数据块(DB)构成。其中OB是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。OB块根据操作系统调用的条件(如时间中断、报警中断等)分成几种类型，这些类型有不同的优先级，高优先级的OB可以中断低优先级的OB。每个S7 CPU包含一套可编程OB块(随CPU而不同)，不同的OB块执行特定的功能。OBI是主程序循环块，在任何情况下，它都是需要的。根据过程控制的复杂程度，可将所有程序放入OBI中进行线性编程，或将程序用不同的逻辑块加以结构化，通过OBI调用这些逻辑块。
除了OBI，操作系统可以调用其它的OB块以响应确定事件。其他可用的OB块随所用的CPU性能和控制过程的要求而定。
功能块(FB，FC)实际上是用户子程序，分为带“记忆”功能块FB和不带“记忆”功能块FC。前者有一个数据结构与该功能块的参数表完全相同的数据块(DB)附属于该功能块，并随功能块的调用而打开，随功能块的结束而关闭。该附属数据块叫做背景数据块(Instance Data Block)，存放在背景数据块中的数据在FB块结束时继续保持，即被
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“记忆”。功能块FC没有背景数据块，当FC完成操作后数据不能保持。
数据块(DB)是用户定义的用于存储数据的存储区，也可以被打开或关闭。DB可以是属于某个FB的背景数据块，也可以是通用的全局数据块，用于FB或FC。
S7 CPU还提供标准系统功能块(SFB，SFC)，它们是预先编好的，经过测试集成在S7 CPU中的功能数据库。用户可以直接调用它们，高效地编写自己的程序。由于它们是操作系统的一部分，不须将其作为用户程序下载到PLC。与FB块相似，SFB需要一个背景数据块，并将此DB块作为程序的一部分安装到CPU中。不同的CPU提供不同的SFB、SFC功能。系统数据块(SDB)是为存放PLC参数所建立的系统数据存储区。用STEP7组态软件可以将PLC组态数据和其它操作参数存放于SDB中[5]。 3.2 控制系统软件设计
蒸汽锅炉控制系统是将变频调速技术、可变程控制技术相结合，完成蒸汽锅炉对给水、给煤、送风、引风等参数的自动控制，使锅炉汽包水位，炉膛负压，给水量等在系统控制下，实现燃烧工况控制，保持锅炉的最佳运行状态。实现蒸汽锅炉系统安全、可靠、稳定运行和达到节能降耗的目的。
本系统共分四个回路进行控制，分别包括水位与给水回路，水温与炉排回路，鼓风与炉排回路，引风与炉膛负压回路。各回路的控制均采用传统PID控制算法，鼓风机、引风机、给水泵、炉排电机全部采用变频调速，在锅炉安全运行、节能、环保、减轻操作人员的劳动强度等方面，取得了良好的效果。 3.2.1 控制算法的选择
PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、代码少，可靠性高等优点，使得PID在工程中应用达90%以上。当用计算机实现后，数字PID控制器更显示出参数调整灵活、算法变化多样化、简单方便的优点。同时在其他智能控制算法发展的同时，PID算法同样也在发展，出现了模糊PID、带死区的PID等改进算法。
使用PID算法在应用范围内控制精度较高，由于PID控制存在积分的作用，可使微小的误差得以累计，从而最终消除静差。PID算法也存在一些缺点，改进PID调节器的内部结构或算法，可得到更好的调节效果。
考虑到工程实用性，本试验室各模拟量控制环路采用PID控制算法，由PLC中的PID特殊功能模块实现。
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3.2.2 STEP7中的PID功能块
在SIMATIC STEP7中有FB41、FB42及FB43共3个PID功能块。其中FB41是模拟PID控制块，FB42是数字PID控制块，FB43是脉冲发生块。因温度、压力、水位都是模拟量，故选用FB41。对于标准的PID控制模块FB41，通过设置其中的参数就可以实现一个PID算法。其中的用户参数如设定值、过程变量、操纵变量、比例增益、积分时间、微分时间、采样时间、量化处理、功能选择等储存在数据块中。给定值为SV(n)，实际为PV(n)，偏差为e(n)。比较后进入死区检查，再进行P、I、D参数实时整定，FB41其原理如下图：
图3.1 STEP7中的PID模块原理图
3.2.3 主程序设计
主程序通过循环组织块(OBI)完成，图3.2给出了OBI中的主程序结构。
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组织块OB1调用功能块FC1，FC2，FC3，FC4。FC1完成给水泵的启/停控制，并根据水位随时调节变频器频率；FC2完成炉排电机启/停控制和参数设定，对水温进行调节；FC3完成燃烧系统、鼓风电机的启/停控制，及相应的频率调节；FC4完成引风电机的启/停控制，及对炉膛负压进行调节。
图3.2 主程序结构
3.2.4 子程序设计
本设计综合考虑锅炉的控制特性和现场条件，确定采用PLC加上位机监控工作方式同操作台手动操作切换方式，其中PLC 加上位机工作方式可用于自动状态，操作台工作方式用于人工调试或紧急情况下使用。两种方式间可自由切换。本设计主要设计PLC的控制方式。在整个系统运行时，上位机完成参数设定和状态监控，PLC 负责实时控制程序的运行。系统由4个子系统组成：锅炉汽包水位控制子系统、水温控制子系统、炉排控制子系统和炉膛负压控制子系统。
各个子系统运行时，传感变送器对炉膛温度、炉膛负压、蒸汽压力、汽包液位、蒸汽流量和给水流量这些现场信号进行传感变送。现场信号通过传感器变送后为标准模拟信号，标准模拟信号通过可编程控制器的模拟输入输出通道转化为数字量信号，可编程控制器根据这些信号运行预定程序并给出相应的控制量，这些控制量通过可编程控制器的模拟量通道输出对变频器进行调速，变频器控制给水水泵、炉排电机、鼓风机和引风机转速大小，从而实现系统的自动化运行。
各系统分两种工作方式，即自动和手动控制方式。系统工作在手动方式下时，司炉工对系统进行控制，司炉工根据操作台上显示仪表显示的现场信号（汽包液位、水温、炉膛负压等），根据需要，分别调节操作台面板上的给水泵、炉排电机、鼓风机和引风
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机调速旋钮，调速旋钮调节相应变频器的输出大小，而变频器的输出大小直接控制给水泵、炉排转速、鼓风量和引风量，从而实现控制锅炉运行过程。当系统工作在自动方式下时，控制系统的控制核心PLC 根据现场传感变送器反馈回来的现场信号（汽包液位、炉膛温度、蒸汽压力和炉膛负压），根据程序算法，输出控制量调节变频器的输出大小，而变频器的输出大小直接控制给水泵、炉排转速、鼓风量和引风量。
1、FC1(给水泵控制)
FC1给水泵控制程序主要实现给水泵系统中水泵电机的启/停控制、变频器频率设定、水位PID控制等。锅炉水位控制采用的是单冲量自动控制方式，单冲量给水调节系统是以水位作为唯一调节信号，即调节器只根据水位变化去改变给水调节机构。由锅炉上锅筒的传感器测得的水位信号送到操作台上的水位自动控制仪，通过水位自动控制仪发出4～20mA 电流信号，经与给定值比较后，进行PID运算，PID输出信号控制变频器频率。在本锅炉控制设计中，汽包水位的正常运行范围为水位测量中心线的±50mm，为保证锅炉安全运行，需控制水位在这一范围内进行小幅变化。
变频调速的结构主要由传感器、PID调节器、变频器等组成。其工作原理是利用传感器将测出的水位信号转化成电信号，通过PID运算控制变频器频率，改变电机转速从而使水位恒定。
给水泵控制程序的原理图如图3.3所示。 该回路的输入/输出信号地址分配如表3.1
表3.1 输入/输出信号地址分配表
序号 1 2 3 4 5 6 7
输入信号名称 水泵变频器启动按钮 水泵变频器停止按钮 手动按钮 自动切换
水泵变频器报警信号 试灯按钮
水位模拟量输入信号
地址 I0.0 I0.1 I1.0 I1.1 I16.0 I1.3 PIW288
序号 1 2 3 4 5 6 7
输出信号名称 水泵变频器线圈 变频器故障报警 水池水位上限报警指示灯 水池水位下限报警指示灯
地址 Q4.0 Q5.0 Q4.4 Q4.5
水位控制变频器输出信号 PQW304
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图3.3 补水调节PID控制原理图
模拟量输入程序见图3.4
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图3.4 水位控制系统模拟量控制梯形图
详细程序见附录 2、FC2(炉排电机控制)
炉排电机自动操作方式时，PID控制反馈量由水温传感器返回4～20ma信号到变频器，给定目标值由PLC联接的触摸屏设定，由PLC通信传送给变频器。作业中可通过触摸屏修改PLC给定目标值。在本锅炉控制设计中，水温范围在-50℃～650℃,为保证锅炉安全，水温一般不能超过300℃,并将水温控制在210℃左右。
该回路的输入/输出信号地址分配如表3.2 3、FC3(鼓风机控制)
FC3鼓风机控制程序主要实现引鼓风电机的启/停控制、变频器频率设定、PID控制等。鼓风机控制系统的任务是改变鼓风量来调节炉排的运行速度，以维持燃料的经济燃
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表3.2 输入/输出信号地址分配表
序号 1 2 3 4
输入信号名称 炉排变频器启动按钮 炉排变频器停止按钮 变频器报警信号 试灯按钮
地址 I0.2 I0.3 I16.1 I1.3
序号 1 2 3 4
输出信号名称 炉排变频器线圈 水温上限报警指示灯 变频器故障报警 水温控制变频器频率电流信号
5
水温模拟量输入信号
PIW290 5
地址 Q4.1 Q4.6 Q5.1 PQW306
烧。本系统采用比例控制，即根据鼓风量来控制炉排的转速。
该回路的输入/输出信号地址分配如表3.3
表3.3输入/输出信号地址分配表
序号 1
输入信号名称 鼓风机变频器启动按钮
2
鼓风机变频器停止按钮
3
变频器报警信号
I16.2
3
控制变频器频率电流信号
PQW308
4
试灯按钮
I1.3
4
I0.5
2
变频器故障报警
Q5.2
地址 I0.4
序号 1
输出信号名称 鼓风机变频器线圈
地址 Q4.2
4、FC4(引风机控制)
FC4引风机控制程序主要实现引风电机的启/停控制、变频器频率设定、PID控制等。炉膛负压控制系统的任务是改变引风量以维持炉膛压力稳定，一般维持炉膛负压在-50～100Pa的范围内。本系统的炉膛负压控制系统采用单回路控制系统，控制回路则是根据炉膛负压设定值和检测的实际负压差值进行自动调节，以使炉膛负压在供暖系统运行过程中保持在设定值范围内。当实际负压产生变化时，装置通过压力检测单元（传感器）将测出的压力信号转换成电信号，经A/D转换，送至PLC，经过PID控制算法计算后由D/A单元输出给变频器[6]。变频器再通过输出不同的电压及频率来控制引风机的转速，从而改变炉膛负压，进而达到使炉膛在微负压状态的目的。
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蒸汽锅炉的炉膛负压控制系统的框图如图3.5所示。
图3.5 炉膛负压控制方块图
该回路的输入/输出信号地址分配如表3.4 表3.4 输入/输出信号地址分配表
序号 1 2 3 4 5
输入信号名称 变频器启动按钮 引风机变频器停止按钮 变频器报警信号 试灯按钮 炉膛负压模拟量
地址 I0.6 I0.7 I16.3 I1.3 PIW294
序号 1 2 3 4 5
输出信号名称 变频器线圈 变频器故障报警
地址 Q4.3 Q5.3
控制变频器频率电流信号 PQW310
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结 论
蒸汽锅炉控制系统集成了可编程控制技术和先进控制算法。通过对锅炉系统特性研究，制定了相应的控制策略，并采用可靠高的PLC 控制平台对蒸汽锅炉进行了比较有效的控制。
1、本文所做工作
(1) 本文完成了对锅炉及管网系统内鼓风机、引风机、炉排电机和补水泵的异步电动机的变频改造，用变频器来启动电动机，调节电机的转速，代替了传统的风门控制和阀门控制，节省了大量的电能。
(2) 本文提出了供暖锅炉的控制模型。阐述了供暖锅炉的结构、作用、控制原理等，针对变频器的控制提出了经典PID控制方式。
(3) 选用西门子S7-300系列可编程控制器为下位机，完成锅炉水位控制系统、水温控制系统、引风机控制系统和鼓风机控制系统的自动控制。
(4) 下位机控制系统设计。根据系统的控制要求以及供暖锅炉的控制理论，选定PLC的CPU和各种功能模块。本文中详述了各回路的控制任务和具体编程过程。
2、展望与未来
本文的工作重点是在供暖锅炉系统中应用变频调速技术并完成相应的可编程控制器的程序编辑，就供暖锅炉控制而言，本文设计的系统在很多方面还没有达到锅炉的优化控制，今后在锅炉控制有以下两个方面需要改进。
(1) 供暖锅炉燃烧控制系统的控制与蒸汽锅炉相比，其控制精度要求要低，但其控制复杂性并不亚于蒸汽锅炉，也是多输入多输出的系统，今后，可建立供暖锅炉控制的数学模型，并通过MATLAB仿真软件SIMULINK进行仿真。
(2) 本文采用的控制算法是常规PID控制算法。对于锅炉燃烧过程的控制，常规PID控制算法难以实现最优控制，解决的办法是将模糊控制、自适应控制、等智能控制算法引入燃烧过程控制，以克服被控对象时变、大延时的特性。
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致 谢
本论文的撰写是在导师杨毅精心指导下完成的。在这段学习期间里，杨老师对我关怀备至，为我们创造了良好的学习锻炼环境，同时杨老师严谨治学、为人师表的精神风范也深深的感染了我，这些都将令我终生受益。在论文完成之际，再次深深的感谢杨老师一直以来对我的关怀和帮助！
感谢父母对我学业一如既往的支持，他们给予了我无私的物质上的帮助和精神上的鼓励，他们是我顺利完成学业的动力源泉。
在各位老师的指导和同学们的帮助下，我顺利地完成了四年的学习生活。在鞍山科技大学这四年，我渡过了一段难忘的日子，校园的一草一木都深深地刻于记忆当中，会给我的一生留下的难忘的回忆。所以特此对所有关心、支持、帮助过我的老师、同学、朋友表示我衷心的感谢。
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参考文献
[1] 魏恩宗.锅炉与供热[M].北京:机械工业出版社,2003,7-9.
[2] 孙优贤,孙红.锅炉设备的自动调节[M].北京:化学工业出版社,1982,3-5. [3] 汪志峰.可编程控制器原理与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004,5-6. [4] S7-300-PLC Module Specification [DB/OL].
[5] 蔡建军,供暖锅炉变频控制系统设计[D] .成都:西南交通大学,2004.
[6] 周志敏,周纪海,纪爱华.变频器 工程应用·电磁兼容·故障诊断[M] .北京:电子工业出版社,2005,245-246.
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附录A （S7-300-PLC Module Specification）
Preface
Purpose of the Manual
The information contained in this manual will enable you to look up operator actions, function descriptions and the technical specifications of the signal modules, power supply modules and interface modules of the S7-300. How to configure, assemble and wire these modules in an S7-300, M7-300 or ET 200M system is described in the installation manuals for each system. Required Experience
To understand the manual, you should have general experience of automation engineering. Audience
This reference manual describes the modules of the S7-300 which are used in the S7-300, M7-300 and ET 200M systems. It includes data sheets for the signal modules, power supply modules and interface modules of the S7-300. Scope of the Manual
The present documentation package contains the descriptions for all modules available at the time of publication. We reserve the right to separately include current product information on new modules and new releases of existing modules.
1 Power Supply Modules
Introduction
Various power supply modules are available to supply your S7-300 programmable controller and the sensors/actuators with 24 VDC. Power Supply Modules
This chapter describes the technical specifications of the power supply modules of the S7-300 programmable controller.
In addition to the technical specifications, this chapter describes the following:
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• The characteristics • Connection Diagram •Block Diagram • Line protection
•Reaction to atypical operating conditions 1.1 Power Supply Module PS 307 2 A Characteristics
The PS 307 power supply module (2 A) has the following salient features: •Output current 2 A
• Output voltage 24 VDC; proof against short-circuit and open circuit
• Connection to single-phase AC system (input voltage 120/230 VAC, 50/60 Hz) • Reliable isolation to EN 60 950 • Can be used as load power supply Line Protection
We recommend that you install a miniature circuit-breaker (MCB) (for example Siemens 5SN1 series) with the following rating to protect the incoming supply cable of the PS 307 power supply module (2 A):
• Rated current at 230 VAC: 6 A • Tripping characteristic (type): C. 1.2 Power Supply Module PS 307 5 A Characteristics
The PS 307 power supply module (5 A) has the following salient features: • Output current 5 A
• Output voltage 24 VDC; proof against short-circuit and open circuit
• Connection to single-phase AC system (input voltage 120/230 VAC, 50/60 Hz) • Reliable isolation to EN 60 950 • Can be used as load power supply Line Protection
We recommend that you install a miniature circuit-breaker (MCB) (for example
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Siemens 5SN1 series) with the following rating to protect the incoming supply cable of the PS 307 power supply module (5 A):
• Rated current at 230 VAC: 10 A • Tripping characteristic (type): C.
2 Digital Modules
Changes and Improvements since the Previous Version of the Reference Manual
This chapter describes all new digital modules. Furthermore, two new overview sections will make it easier for you to access the information:
•the “Module Overview” section shows you the modules that are available, together with their most important characteristics, and helps you quickly to find the module suitable for your task.
• the section entitled “Sequence of Steps from Choosing to Commissioning the Module” provides the answer to the question ”What must I do in succession to commission the module quickly and successfully? Structure of the Chapter
The present chapter is broken down into the following subjects:
1. Overview containing the modules that are available here and a description
2. Information that is generally valid – in other words, relating to all digital modules (for example, parameter assignment and diagnostics)
3. Information that refers to specific modules (for example, characteristics, diagram of connections and block diagram, technical specifications and special characteristics of the module):
a) for digital input modules b) for digital output modules c) for digital input/output modules 2.1 Module Overview Introduction
The following tables summarize the most important characteristics of the digital modules. This overview is intended to make it easy to choose the suitable module for your task.
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Table A1 Digital Input Modules: Characteristics at a Glance
Module Char- acteristics Number of inputs SM321； DI32* 24VDC (-1BLx0-) 32 DI; isolated in groups of 16 24VDC SM321； DI16* 24VDC (-1BH02-) 16 DI; isolated in groups of 16 24VDC SM321； DI16* 24VDC (-7BHx0-) 16 DI; isolated in groups of 16 24VDC SM 321; DI16_ 24VDC; (-1BH50-) 16 DI; source input, isolated in groups of 16 24VDC SM321； DI16* 4B-125 VDC (-1CH80-) 16DI; isolated in groups of 8 SM321； DI16* 120VAC (-1EH01-) 16 DI; isolated in groups of 4 120VAC SM321； DI8_ 120/230 VAC (-1FFx1-) 8DI, isolated in groups of 2 120/ 230 VAC Rated input voltage Suitable for... 48 to 125 VDC Switches; Switches; two, three, and four-wire proximity two and three-wire switches (BEROs) AC proximity switches No No No No - - No No No No Yes Yes Yes Yes 2 short- Circuitproof sensor supplies for 8 channels each External redundant power supply possible to supply sensors
- No No No No - No No No No - No No No No No No No No - Programmable diagnostics Diagnostic interrupt Hardwarein- Terrupt upon edgechange Adjustable input delays Special features
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Table A2 Digital Output Modules: Characteristics at a Glance Module Char- acteristics Number of outputs SM 322; DO32_ 24 VDC/ 0.5 A (-1BL00-) 32DO; isolated in groups of 8 SM 322; DO16_ 24 VDC/ 0.5 A (-1BHx1-) SM 322; DO 8_24 VDC/2 A (-1BF01-) SM 322; DO 8_24 VDC/ 0.5 A (-8BFx1-) 8DO; isolated in groups of 8 SM 322; DO 8_ 48-125 VDC/1.5 A (-1CF80-) SM 322; DO16_ 120 VAC/ 1 A (-1EH01-) SM 322; DO 8_120/ 230VAC/2A (-1FFx1-) 16 DO; 8DO; isolated in Isolated groups in groups of 8 of 4 8 DO; 16 DO; 8 DO, Isolated isolated in isolated in and groups groups reverse of 8 of 4 polarity protection, in groups of 4 1.5 A 48 to 125 VDC 1 A 120 VAC 2A 120/ 230 VAC Output current Rated load voltage Suitable for... 0.5 A 24 VDC 0.5 A 24 VDC 2 A 24 VDC 0.5 A 24 VDC Solenoid valves, DC contactors AC solenoid valves, and indicator lights contactors, motor starters, fractional h.p. motors and indicator lights. No No No - No No No No No No Yes Yes Yes Redundant driving of a load possible - No No No No No No Fuse blown indicator. Replaceable fuse for each group No No No Programmable diagnostics Diagnostic interrupt Substitute value output Special features 2.2 Digital Module Parameter Assignment Introduction
Digital modules can have different characteristics. You can set the characteristics of dome modules by means of parameter assignment.
The information contained in this section refers only to the programmable digital
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modules:
•Digital Input Module SM 321; DI 16*24 VDC •Digital Output Module SM 322; DO 8*24 VDC/0.5 A Tools for Parameter Assignment
You assign parameters to digital modules in STEP 7. You must perform parameter assignment in STOP mode of the CPU.
When you have set all the parameters, download the parameters from the programming device to the CPU. On a transition from STOP to RUN mode, the CPU then transfers the parameters to the individual digital modules.
3 Analog Modules
Structure of the chapter
The present chapter is broken down into the following subjects:
1. Overview containing the modules that are available here and a description
2. Information that is generally available – in other words, affects all analog modules (such as parameter assignment and diagnostics)
3. Information specific to the different modules (for example, characteristics, diagram of connections and block diagram, technical specifications and special features of the module):
a) for analog input modules b) for analog output modules c) for analog input/output modules STEP 7 blocks for analog functions
You can use the blocks FC 105 “SCALE” (Scale Values) and FC 106 “UNSCALE” (Unscale Values) for reading and outputting analog values in STEP 7. You will find the FCs in the standard library of STEP 7 in the subdirectory called “TI-S7-Converting Blocks” (for a description refer to the STEP 7 online Help for the FCs). 3.1 Module Overview Introduction
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The following tables summarize the most important characteristics of the analog modules. This overview is intended to make it easy to choose the suitable module for your task.
Table A3 Analog Input Modules: Characteristics at a Glance
Module Char- acteristics Number inputs Resolution SM 331; AI 8*12Bit (-7KF02-) of 8 inputs in 4 channel groups adjustable for each channel group: ·9 bits + sign ·12 bits + sign · 14 bits + sign adjustable for each channel group: · Voltage · Current · Resistors · Temperature of Arbitrary, per channel group Yes Diagnostic Interrupt SM 331; AI 8*16 Bit (-7NF00-) 8 inputs in 4 channel group adjustable for each channel group: · 15 bits + sign SM 331; AI 212 Bit (-7KBx2-) 2 inputs in 1 channel group adjustable for each channel group: · 9 bits + sign · 12 bits + sign ·14 bits + sign adjustable for each channel group: · Voltage · Current · Resistors ·Temperature Arbitrary, per channel group Yes Diagnostic Interrupt Adjustable for 1 channel Adjustable No SM 331; AI 8*RTD (-7PF00-) 8 inputs in 4 channel groups adjustable for each channel group: · 15 bits + sign SM 331; AI 8*TC (-7PF10-) 8 inputs in 4 channel groups adjustable for each channel group: · 15 bits + sign Measuring Method adjustable for each channel group: · Voltage ·Current adjustable for each channel group: · Resistors · Temperature Arbitrary, per channel group Yes Diagnostic Interrupt Adjustable for 8 channels Adjustable Adjustable adjustable for each channel group: · Temperature Selection measuring range Arbitrary, per channel group Yes Diagnostic Interrupt Adjustable for 2 channels Adjustable No Arbitrary, per channel group Yes Diagnostic Interrupt Adjustable for 8 channels Adjustable Adjustable Programmable diagnostics Diagnostic Interrup Limit value Adjustable monitoring for 2 channels Hardware interrupt upon limit violation Hardware interrupt at end of cycle
Adjustable No 鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 29 页
Table A4 Analog Output Modules: Characteristics at a Glance Module Char- acteristics Number of outputs Resolution Output type Programmable diagnostics Diagnostic Interrupt Substitute value output Potential relationships SM 332; AO 4 *12 Bit (-5HD01-) 4 outputs in 4 channel groups 12 bits Channel by channel: · Voltage ·Current Yes Adjustable Adjustable Galvanic isolation to: · CPU · of the load voltage SM 332; AO 2*12 Bit (-5HB01-) 2 output in 2 channels groups 12 bits Channel by channel: · Voltage ·Current Yes Adjustable Adjustable Galvanic isolation to: · CPU ·of the load voltage SM 332; AO 4*16 Bit (-7ND00-) 4 outputs in 4 channel groups 16 bits Channel by channel: · Voltage · Current Yes Adjustable Adjustable Galvanic isolation between: · CPU and channel · the channels · output and L+, M · CPU and L+, M - Special features
- -
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附录B （S7-300模板规范手册）
前言
使用说明
手册中所包含的信息将会使你可以查找到操作指示符和S7-300的信号模块，电源模块和接口模块的技术规范。在每一个系统的安装手册中描述了如何在一个S7-300,M7-300或ET-200M系统中设定，装配和布置这些模块。
必须的经验
为了理解这本手册，你必须有电气自动化的一般经验。 读者
这个参考手册描述了应用在S7-300，M7-300和ET-200系统中的S7-300模块。它包括了S7-300的信号模块，电源模块和接口模块的数据一览表。
手册的适用范围
现在的这个软件包包含了它所发表时候可利用的所有模块的描述。 我们保留将现在产品的个别信息包含在新的模块和现有模块新的版本中的权利。
介绍
有多种电源模块可以为S7-300 可编程控制器和具有24VDC 的传感器/执行器供电。
1 电源模块
本章将描述S7-300 PLC 电源模块的技术特性。此外，还将阐述了： •特性 •接线图 •基本电路图 •线路保护
•典型工作状态下的反应 1.1 PS 307 电源模块2A特性
PS 307 电源模块(2A)具有以下显著特性： •输出电流2A
•输出电压24VDC 防短路和开路保护
•连接单相交流系统 (输入电压120/230 VAC 50/60Hz)
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•可靠的隔离特性符合EN 60 950 •可用作负载电源 线路保护
我们建议您安装一个小型断路器(MCB)(例如Siemens 5SN1 系列) 以保护PS 307 电源。
模板的电源进线电缆其断路器指标应为 •230VAC 时额定电流6A •跳闸特性(类型) B 或C 1.2 PS 307 电源模块 5A
PS 307 电源模块(5A)具有以下显著特性 • 输出电流5A
• 输出电压24VDC 防短路和开路保护
• 连接单相交流系统 (输入电压120/230 VAC 50/60Hz) • 可靠的隔离特性符合EN 60 950 • 可用作负载电源 线路保护
我们建议您安装一个小型断路器(MCB)(例如Siemens 5SN1 系列) 以保护PS 307 电源模板(5A)的电源进线电缆其断路器指标应为：
•230VAC 时额定电流10A •跳闸特性(类型) C
2 数字量模板
修订和改进
本章将阐述所有新的模拟量模板而且还有两个概述部分可以为你简略介绍有关内容：
·模板概述部分阐述了可用模板以及其主要特性有助于你根据任务快速选型 ·标题为模板的选型和调试步骤部分回答了有关快速而准确地进行模板调试的问题
本章结构
本章将分为以下主题
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1、 概述部分包含可用模板及说明。
2、 一般信息——即影响所有数字量模板的参数(例如参数赋值和诊断) 。 3、 特殊的模板信息(例如模板特性连接图和框图技术规范以及模板的特点)： a 数字量输入模板 b 数字量输出模板 c 数字量输入/输出模板 2.1 模板概述
介绍
下表概述了数字量模板的最主要特性。这个概述能够为你的工作方便的选择合适的模块。
表B1 数字量输入模板的特性
模块 特性 输入点数 额定输入电压 适用于… 可编程诊断 诊断中断 沿触发硬件中断 输入延迟可调整 特性 不可以 不可以 不可以 不可以 - 不可以 不可以 不可以 不可以 - SM321； SM321； DI32*24VDI16*24VDC DC (-1BLx0-) (-1BH02-) 32DI 隔离为16组 24VDC 16DI 隔离为16组 24VDC SM321； SM 321; SM321； SM321； SM321； DI16*24VDI 16*24 DI16*48-DI16*120DI 8*120 DC VDC; 125 VDC VAC /230VAC (-7BHx0-) (-1BH50-) (-1CH80-) (-1EH01-) (-1FFx1-) 16DI 隔离为16组 24VDC 16DI 隔离为16组 24VDC 16DI 隔离为8 组 48至125 VDC 16DI 隔离为4 组 120VAC 8DI 隔离为2 组 120/230 VAC 开关 2/3/4 线接近开关(BERO) 可以 可以 可以 可以 两个短路保护传感器为8 个通道供电可用外部冗余电源为传感器供电 不可以 不可以 不可以 不可以 - 不可以 不可以 不可以 不可以 - 开关 2/3 线AC 接近开关 不可以 不可以 不可以 不可以 - 不可以 不可以 不可以 不可以 -
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表B2 数字量输出模板特性
模块 特性 输出点数 SM 322 DO32*24 VDC/0.5A (-1BL00-) 32DO 隔离为8 组 SM 322 DO16*24 VDC/0.5A (-1BHx1-) 16DO 隔离为8 组 SM 322 DO 8*24 VDC/2A (-1BF01-) 8DO 隔离为4 组 SM 322 DO 8*24 VDC/0.5A (-8BFx1-) 8DO 隔离为8 组 SM 322 DO 8*48- 125VDC/1.5A (-1CF80-) 8DO 隔离 和反极性保护为4 组 1A 48/125 VDC SM 322 DO 16*120 VAC/1A (-1EH01-) 16DO 隔离为8 组 SM 322 DO8*120/230VAC/2A (-1FFx1-) 8DO 隔离为4 组 输出电流 额定负载电压 适用于 可编程诊断 诊断中断 替换值输出 特性 0.5A 24 VDC 0.5A 24 VDC 2A 24 VDC 1.5A 24 VDC 2A 120 VAC 1.0A 120/230 VAC 直流触电和指示灯 不可以 不可以 不可以 不可以 不可以 不可以 不可以 不可以 不可以 可以 可以 可以 一个负载可以冗余驱动 不可以 不可以 不可以 交流的阀触电指示灯电机启动器等 不可以 不可以 不可以 不可以 不可以 不可以 熔断指示每组可更换保险 2.2 数字量模板的参数赋值
介绍
数字量模板的特性各不相同通过参数赋值设置模板的特性 本节中的信息只针对可编程的数字量模板： ·数字量输入模板SM 321 DI 16 x 24 VDC ·数字量输出模板SM 322 DI 8 x 24 VDC/0.5A 参数赋值工具
可以在STEP 7 中对数字量模板进行参数赋值，赋值时CPU必须处于STOP模式。当参数设置完毕后通过编程器向CPU下载当CPU从STOP转换到RUN模式时CPU将设定的参数传送到相应的数字量模板中。
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3 模拟量模板
本章结构
本章将分为以下主题
1、概述部分包含可用模板及说明。
2、一般信息——即影响所有模拟量模板的参数例如参数赋值和诊断。 3、不同模板信息例如模板特性连接图和框图技术规范以及模板的特点： a 模拟量输入模板 b 模拟量输出模板 c 模拟量输入/输出模板
表B3 模拟量输入模板特性一览
模块 特性 输入数量 精度 SM 331; AI 8*12Bit (-7KF02-) 4 通道组中8 输入 每个通道可调 ·9位+符号 ·12位+符号 ·14位+符号 每个通道可调 ·电压 ·电流 ·电阻 ·温度 每个通道任意 可以 可调整 2个通道可调整 可调整 不可以 不可以 SM 331; AI 8*16 Bit (-7NF00-) 4 通道组中8 输入 每个通道可调 ·15位+符号 每个通道可调 ·电压 ·电流 SM 331; AI 2*12 Bit (-7KBx2-) 1 通道组中2 输入 每个通道可调 ·9位+符号 ·12位+符号 ·14位+符号 每个通道可调 ·电压 ·电流 ·电阻 ·温度 每个通道任意 可以 可调整 1个通道可调整 可调整 不可以 可调整 SM 331; AI 8*RTD (-7PF00-) 4 通道组中8 输入 每个通道可调 ·15位+符号 每个通道可调 ·电阻 ·温度 每个通道任意 可以 可调整 8个通道可调整 可调整 可调整 SM 331; AI 8*TC (-7PF10-) 4 通道组中8 输入 每个通道可调 ·15位+符号 每个通道可调 ·温度 测量方法 测量范围的选择 每个通道任意 诊断中断 极限值监控 由于超过极限造 成硬件中断 循环结束时硬件中断 每个通道任意 可以 可调整 2个通道可调整 可调整 每个通道任意 可以 可调整 8个通道可调整 可调整 用于模拟功能的STEP 7块你可以使用FC 105 SCALE 定标值和FC 106 UNSCALE
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非定标值块在STEP 7中读取和输出模拟值，这些FC 块可以在STEP 7的标准库TI-S7 转换块的子目录中找到FC的详细说明参见STEP 7 在线帮助。 3.1 模板概述
简介
表B3,B4综述了模拟量模板的主要特性旨在易于模板选型。
表B4 模拟量输出模板特性一览
模块 特性 输出数量 精度 输出方式 SM 332 AO 4×12 位 (-5HD01-) 4 通道组中4 输出 12 位 SM 332 AO 2×12 位 (-5HB01-) 2 通道组中2 输出 12 位 SM 332 AO 4×16 位 (-7ND00-) 4 通道组中4 输出 16 位 一个通道一个通道输出 一个通道一个通道输出 一个通道一个通道输出 ·电压 ·电压 ·电压 ·电流 ·电流 ·电流 可以 可调整 可调整 光电隔离 ·CPU ·负载电压 可以 可调整 可调整 光电隔离 ·CPU ·负载电压 可以 可调整 可调整 光电隔离 ·CPU 和通道之间 ·通道之间 ·输出和L+或M之间 ·CPU和L+或M之间 - 可编程诊断 诊断中断 替代值输出 电位关系 特点 - -
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附录C （蒸汽锅炉控制系统原程序）
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C1 OB1梯形图
图
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图C2 FC1梯形图
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图C3 CF2梯形图
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图C4 FC3 梯形图
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图C5 FC4 梯形图
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