基于PLC和WINCC的硫磺制酸风机PID变速调节系统设计

摘要

当前全球经济发展过程中，有两条显著的相互交织的主线：能源和环境，我国历来是世界硫酸生产和消费的大国，产量一直居世界前列。以前生产硫酸的企业大多是通过硫铁矿来转化完成，但这些企业普遍存在着装置规模偏小，能耗偏高，设备效率偏低，环保和经济效益不佳的诸多问题，严重影响了企业的竞争力。近年来，我国为了节约自然资源、控制环境污染，提高工作效率，大力引进了很多大型硫磺制酸装置，这些装置具有了较为先进的技术和设备，最主要的是它节能降耗、还能提高经济效益。
　　虽然如今的自动化、电力电子、微电子技术都得到了长足发展，但是现在各种调速拖动系统都还普遍存在一定缺陷和局限性，即：大多数都采用交流电动机不调速拖动调节风门调整风量的工作方式。这种方法虽然简单，但是不能节省电能，达不到最佳效果。而作者所在单位是一个从事化工生产的大型企业，其中就有一套硫酸生产装置，以前这套装置是通过以硫铁矿为原料通过转化来完成的，虽然系统较为简单，但是对环境造成了较大的影响，既不环保，还高耗能。于是，2008年技改后，将原有的以硫铁矿为原料的老硫酸装置改为了如今较为先进的硫磺制酸装置，大大改善了工作环境。但是，这套装置是通过交流不调速的方式来改变风量大小的，方法虽然简单，不能很好的节约电能，达不到理想的最佳效果。
　　因此，本文研究的目的就是设计一个以应用变频调速改变硫磺制酸装置鼓风机转速的方式来实现经济地调节风量，让风机得到合适的输出功率，达到节能降耗的目的。在此过程中，主要通过WinCC界面的监视与控制，利用PLC系统，实现数据采集、过程控制和通信实现，从而变频地调节鼓风机转速，实现经济地调节风量。文中首先确定了系统的控制方案，并对系统的原理、设计都做了细致的阐述和分析；然后对下位机设计和上位机通信进行了介绍，详细讨论了上位机与西门子S7-400型PLC串口通信的条件以及编写PLC与PC机通信的接口程序原理等。利用PLC自由端口通信方式实现数据传输，进而实现计算机与PLC的实时通信，达到监控系统的目的。重点讨论了USS协议对变频器进行的控制及程序设计。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题研究发展现状

1.3 课题研究的内容及意义

1.4 本章小结

第二章 硫磺制酸鼓风机PID变速调节系统的总体设计

2.1 硫磺制酸装置的工作流程及风机变速调节的必要性

2.2 变频器的选择

2.3 离心风机变频调速的驱动机理

2.4 变频调速的控制系统设计

2.5 风机变速调节系统转换过程分析

2.6 硫磺制酸装置中风机运行的安全保护设计

2.7 本章小结

第三章 风机控制系统中的下位机系统设计

3.1 PLC的工作原理

3.2 PLC的硬件选择

3.3 PLC的硬件组态

3.4 PLC的软件设计

3.5 本章小结

第四章 S7-400 PLC与变频器之间的通信实现

4.1 RS-485串行通信接口

4.2 变频器的USS通信协议

4.3 PLC与变频器的通讯设计

4.4 本章小结

第五章 上位机控制系统的通信实现

5.1 上位机控制系统通信方式的选择

5.2 自由口通信协议模式

5.3 组态软件控制模式的通信设计

5.4 本章小结

第六章 风机变速调节系统调试与组态实现

6.1 系统调试的类型及程序

6.2 系统的组态实现

6.3 本章小结

第七章 WINCC监控系统的测试与验证

第八章 结 论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的成果