淺析DCS控制系統(tǒng)在粉倉(cāng)溫度測(cè)量以及新增溫度變送器新技巧

模擬一種煤炭料倉(cāng)溫度的監(jiān)控作為操作物體，介紹了基于S80-700DCS的擴(kuò)容及溫變控制系統(tǒng)，針對(duì)新增溫度的控制系統(tǒng)無(wú)空余的模擬量點(diǎn)位的情況，通過對(duì)新增模塊根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選型、添加硬件組態(tài)、重新編寫控制程序、底層溫度變送器的選型、組態(tài)程序及畫面的更改等步驟，實(shí)現(xiàn)了對(duì)新增溫變的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

    引言
    自動(dòng)控制是能自動(dòng)調(diào)節(jié)及檢測(cè)加工的機(jī)器設(shè)備及儀表，按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行作業(yè)的技術(shù)措施。其目的在于增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本和勞動(dòng)強(qiáng)度、保障生產(chǎn)安全等。為了加強(qiáng)儲(chǔ)煤料倉(cāng)溫度的監(jiān)控，防止溫度過高引起的自燃，特為儲(chǔ)煤料倉(cāng)新增溫度變送器，并在控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面上新增報(bào)警等設(shè)置，為安全生產(chǎn)提供可靠保證。

    1 設(shè)計(jì)思路
    經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)地觀察與研究發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)煤料倉(cāng)里的煤由于空間密閉、通風(fēng)條件不好，很容易發(fā)生自燃，針對(duì)上述情況，為料倉(cāng)設(shè)計(jì)新增溫度變送器，實(shí)時(shí)監(jiān)控出料料倉(cāng)溫度，防止出料溫度高，堆積后發(fā)生自燃的情況。由于現(xiàn)新增溫度的控制系統(tǒng)無(wú)空余的模擬量點(diǎn)位，在原有的控制系統(tǒng)上擴(kuò)容并新增溫變程序以及畫面。

    2 設(shè)計(jì)內(nèi)容
    2.1 新建內(nèi)容 
    1）給料倉(cāng)的中部以及下部開孔安裝溫度變送器。
    2）原系統(tǒng)無(wú)空余模擬量點(diǎn)位，新增模塊 6ES7331- 7KF02- 0AB0 兩個(gè)并添加硬件組態(tài)和編寫800控制程序。 
    3）新增安全柵以及系統(tǒng)接線工作。 
    4）添加組態(tài)畫面以及報(bào)警。

    2.2 新建實(shí)施步驟 
    2.2.1 場(chǎng)溫度變送器的選型安裝以及系統(tǒng)接線
    溫度傳感器按其傳感器材料及元件特性分為熱電偶和熱電阻兩類，是一種能夠把所感受到的溫度轉(zhuǎn)換為所需輸出信號(hào)的檢測(cè)裝置。在所有類型的溫度傳感器中，由于熱電偶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝不復(fù)雜，使用比較方便，測(cè)量范圍寬，同時(shí)還具有比較高的準(zhǔn)確度。所以在環(huán)境比較惡劣的加熱爐系統(tǒng)中，常選用熱電偶作為溫度檢測(cè)裝置，能夠更好地反應(yīng)出溫度變化。

    2.2.2 熱電偶工作原理
    熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)———熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)（Seebeck effect）[1]。兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。

    2.2.3 熱電偶分類
    常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶兩大類。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶按其分度號(hào)分為 S、 B、E、K、R、J、T 七種類型。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，溫度變送器采用型號(hào)為WRN- 240G的熱電偶，測(cè)量范圍：0~1 200℃；分度號(hào)為 K 型。現(xiàn)場(chǎng)溫度變送器為法蘭盤式安裝，所以在料倉(cāng)中下部以及下部焊接相應(yīng)的對(duì)接法蘭，安裝溫度變送器。把信號(hào)線放入控制室內(nèi)，通過兩入兩出安全柵接入系統(tǒng)，以防止現(xiàn)場(chǎng)有大電流信號(hào)對(duì)控制系統(tǒng)造 成 沖 擊 。 并在導(dǎo)軌上安 裝新增的 6ES7331- 7KF02- 0AB0 模塊兩個(gè)，調(diào)節(jié)量程卡為 C 型。

    2.3  dcs的選型
    通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的分析，本設(shè)計(jì)選擇西門子S80-700DCS 系列的DCS。根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制要求我們選用的 CPU為帶有 DP 口的 315- 2DP CPU，它具有 48 kB的 RAM，80 kB的裝載存儲(chǔ)器，而且其可以擴(kuò)展的存儲(chǔ)容量達(dá)到 512 kB，可以擴(kuò)展 1 024 點(diǎn)的數(shù)字量或者 128 點(diǎn)的模擬量[2]。

    S80-700DCS CPU模塊有以下類型 CPU313、CPU314、CPU315/315- 2DP、CPU318- 2DP 等不同的 CPU可以去選擇。編程梯形圖可以使用 LAD、FBD或 STL 進(jìn)行編程所需的程序。

    2.4 硬件組態(tài)以及改編程序
    STEP7 是用于西門子可編程控制器組態(tài)和編程的一個(gè)編程軟件，它用于 SIMATIC S7、C7 和基于 PC的 WinAC中，其基本功能包括：硬件和參數(shù)的設(shè)置、硬件組態(tài)、編程、啟動(dòng)和維護(hù)、運(yùn)行和診斷功能等[3]。STEP7 利用項(xiàng)目來管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的軟硬件，用 SIMATIC管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，可以很方便地瀏覽 SIMATIC S7、M7 、C7 和 WinAC 的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)各種功能所需的 SIMATIC軟件工具都集成在 STEP7 中。

    本設(shè)計(jì)是利用   的 PLC對(duì)加熱爐系統(tǒng)進(jìn)行控制的，當(dāng) PC機(jī)上安裝好 STEP7 軟件后，需要對(duì)它進(jìn)行設(shè)置。其中不能忽略的是要對(duì) PC機(jī)的接口參數(shù)進(jìn)行正確的設(shè)置，以保證 PC機(jī)和 PLC之間能夠進(jìn)行通信。

     STEP7 的基本編程語(yǔ)言包括：語(yǔ)句表（STL）、梯形圖（LAD）和功能塊（FBD），其中，梯形圖使用非常為普遍。

    2.4.1 梯形圖
    梯形圖是在傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)電路圖的基礎(chǔ)上演變而來，在形式上類似于電氣控制電路，由觸點(diǎn)、線圈和方框表示的功能塊等組成。梯形圖編程具有形象、直觀的特點(diǎn)，為廣大電氣工程技術(shù)人員熟悉、使用，特別適用于開關(guān)量邏輯控制，是 DCS的主要編程語(yǔ)言。

    2.4.2 語(yǔ)句表
    PLC的指令稱作語(yǔ)句，由若干條指令構(gòu)成的程序成為語(yǔ)句表。這種編程語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，用助記符來表示各種指令的功能，是 CPU直接執(zhí)行語(yǔ)言。梯形圖語(yǔ)言程序和其他編程語(yǔ)言一樣需要轉(zhuǎn)換成語(yǔ)句表指令后才可被 CPU執(zhí)行。由于其他的圖形語(yǔ)言必須遵循一些特定的規(guī)則，因此語(yǔ)句表語(yǔ)言可以實(shí)現(xiàn)一些其他圖形語(yǔ)言不能實(shí)現(xiàn)的功能，是 PLC編程的基本要素。