西门子6ES7510-1SK03-0AB0安装调试

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PLC在铁道信号微机监测系统中的应用

1 引言

随着国民经济的快速发展，高速列车大大提高了交通运输效率，同时也增加了对安全性的要求，如何在列车高速运行的情况下保证铁路设备的安全问题也变得越发重要。以原有的人工**体制保证设备的安全，不仅费时费力，而且难以适应发展后的铁路系统的各种客观需要。根据以往我们开发工业监控系统的经验，结合铁路系统的特点，开发了适合铁路系统的微机监测系统，利用其采集大量信号，通过这些信号可以了解设备的运行状况并分析故障产生原因，它在保证铁路列车安全运行、及时发现故障、分析故障及保证铁路维修体制改革实现状态修方面发挥了不可缺少的作用。利用plc作为微机监测系统的数据采集机可以保其高可靠性要求。

2 需求分析

铁路系统关系到人民生命财产的安全，所以铁道信号微机监测系统必须具备以下特点：

（1） 高可靠性

监测系统在寿命期限内能在恶劣条件下平稳可靠运行，将故障率降至*低;

（2） 抗干扰性强

微机监测系统是暴露在铁路沿线运行的，所处的环境相对恶劣，为了提高数据采集和的可靠性，避免发生错误报警，系统必须具有较强的抗干扰性;

（3） 可扩展性与可维护性

与铁路系统的扩建相对应，监测系统应该易于扩展和维护;

（4） 高性价比

完成状态检修的微机监测系统作为列车的辅助设备，不应投入太多资金，应该在下操作。

根据系统要求的高可靠性和强抗干扰性，选用plc作为系统的采集机。系统实现要解决的关键问题就是plc的资源较少，我们必须经过合理分配，有效利用有限的资源。

以广深铁路线某站为例，需要采集1024个开关量，128路轨道电压，6路外供电压，40路转辙机电流，768路电缆绝缘值，50路电源屏电压。设计铁道信号微机监测系统时，必须根据铁路系统运行特点和要求，采取一些特殊的技术和方法，建立适用的全面反映铁路系统及设备的宏观运行状态的系统，更有效的管理整个铁路系统的运行。

3 系统构成

3.1 系统总体结构

总体上看，本论文所要介绍的gswj型铁道信号微机监测系统结构可分为三部分：即采集电路—前置部分;下位机—采集机;上位机—监测机三个部分。各部分的作用分析如下：

（1） 采集电路

·对所有被监测量实现保护、隔离，将隔离后的信号转换为标准电压或电流信号;

·下位机（采集机）的控制下，将所有代表被监测参数的标准电压或电流信号，分类依次送至plc相应的数据采集口。

PLC在工业锅炉自动控制中的应用

3 plc控制系统结构

3.1 plc控制系统的组成

plc控制的结构如图5所示。控制设备选用德国si-emens公司的plc系列可编程序控制器。系统配有一台上位机和一台下位机。通过数据通讯网络，彼此相连。下位机的cpu模板采用plc simatic s7可编程控制器，上位机采用台湾研华公司的工业控制机ipc。

系统配置的软件有s7-400编程软件和simatic wincc全面开放的新一代人机界面软件。step7-400用于plc的编程、调试和生成各种程序文档，simatic wincc用于实现人机接口功能。

锅炉控制系统由锅炉本体，一次仪表、微机、手/自动切换操作器、执行机构及阀、滑差电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力，流量，氧量，转速等热工参数转换成电压、电流或电阻值输入plc。手/自动切换操作部分：手动时由操作人员手动控制，用操作器控制滑差电机及阀等，自动时由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plc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常规报置，以保水位和汽包压力有双重甚至三重报置，这是的，以免锅炉发生重大事故。

3.2 燃烧过程的模式识别与智能控制

燃烧过程的模式识别与智能控制结构图如图6所示：

这里给定量为给煤量、送风量、引风量等;被控量为蒸汽温度、蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛压力蒸汽流量等。

本系统设计了一个专家控制器。

（1） 专家控制器的基础是知识库

专家控制器由经验数据库和学习与适应装置组成。图6所示的为工业锅炉燃烧专家控制器的结构框图。图6中知识库用于存入有关工业锅炉燃烧过程控制的专家知识，包括有经验的锅炉操作人员和控制工程师手动操作调整的综合经验与判断能力。其中经验数据库主要存储经验和事实数据，学习与适应装置的功能是根据在线运行获取的信息补充或知识库的内容，对锅炉热效率进行自学习寻优。锅炉专家控制器在某一工况下，可以通过改变鼓风量，搜索到锅炉燃烧热效率的*高点，按此时的*佳风煤比设定鼓风量、抛煤机转速和炉排转速并把这些数据补充到知识库中，从而可以实现锅炉的节能经济运行并改善系统的动态特性。

（2） 建立知识库

建立知识库的主要工作是如何表达已获取的知识。专家控制器的知识库用产生式规则建立，其中每条规则都可以独立地增删修改，使知识库的内容便于更新。控制规则集是被控过程的各种控制模式和经验的归纳和总结，当规则条数不多，搜索空间很小时，推理机构可以采用向前推理方法，逐次判断各规则的条件，满足则执行，否则继续搜索。

（3） 特征识别与信息处理

这部分的作用是实现对信息的提取加工，为控制决策和学习适应提供依据。它包括抽取动态过程的特征信息、识别系统的特征状态，并对特征信息作必要的加工。在锅炉专家控制器中，通过主蒸汽流量和压力的测量值及计算一段时间内的累加值，就可以判断蒸汽负荷的增减，通过炉膛温度的测量值及增量和累加值，就可以判断锅炉的燃烧状况，从而为下一步控制决策提供依据。

利用上述方法，在负荷波动较大时搜索*高炉温。在负荷平稳时搜索*佳风煤比以获得*高的锅炉效率。此外还可采用分层递阶智能控制算法。

4 结束语

经过对武钢能源总厂工业锅炉控制系统的反复调试与不断改进，生产过程的自动控制得以实现，生产效率明显提高，节能效果十分显著，取得了良好的经济效益和社会效益，受到了生产厂的一致**。该系统的设计思路及设计技巧对其它相似过程的控制也具有一定的借鉴作用。

实践证明，锅炉这种具有大惯性、纯滞后、非线性的多变量系统，各变量间相互耦合，干扰因素多，数学模型不易建立，某些参数难以检测，燃料发热值及压力频繁波动情况下，用常规方法不能进行有效控制，应用智能控制及模式识别技术，能够收到满意的控制效果

内齿轮副
由一个外齿轮和一个内齿轮组成的共轭齿轮副(图6-44)。多用于行星轮系中。常用内齿轮副有：平行轴内齿轮副(包括直齿、斜齿、人字齿)；相交轴内齿轮副；交错轴内齿轮副(用的较少)。内齿轮副和外齿轮副相比，有下列特点：结构紧凑、诱导曲率半径大、重合度大、瞬时啮合齿数多，工作平稳、噪声小；滑动系数小；承载能力大；目前内齿轮加工稍有困难，设计要求严格，否则可能发生各种干涉现象。

平行轴内啮合渐开线直齿圆柱齿轮副
由一个渐开线圆柱外齿轮和一个相配的渐开线圆柱内齿轮组成的平行轴齿轮副。其啮合特性除具有平行轴渐开线圆柱齿轮副的全部啮合特性外，还具有：共轭齿面呈凸凹啮合，诱导曲率半径大，接触强度高；滑动系数小，润滑条件优，抗胶合能力强，耐磨损；啮合齿数多，重合度大，噪声小，工作平稳；结构紧凑等特点，但设计较复杂，当参数选择不当时，可能引起啮合干涉或切齿干涉、安装干涉。

平行轴内啮合渐开线斜齿圆柱齿轮副
由相配的渐开线斜齿外齿轮与渐开线斜齿内齿轮组成的平行轴内啮合圆柱齿轮副。见“平行轴渐开线圆柱齿轮副”与“斜齿内齿轮副”。

内啮合人宇齿圆柱齿轮副
由相配的一个人字齿圆柱外齿轮与一个人宇齿圆柱内齿轮组成的齿轮副，一般是指“平行轴内啮合渐开线人字齿圆柱齿轮副”。它具有斜齿内齿轮副的所有啮合特性，又具有在工作过程中能自行平衡轴向力的性能。由于人字齿轮可采用较大的螺旋角，所以斜齿轮副的啮合特性更为明显。

渐开线少齿差内齿轮副
齿数差很少(z₂-z₁=l～4)的一对相啮渐开线齿轮组成的内齿轮副。多用于渐开线少齿差行星齿轮传动，而单独作为传动机构的少齿差内齿轮副则很少，因为它不但不能获得较大传动比，而且在设计、制造、安装等方面很麻烦。
渐开线少齿差内齿轮副用于渐开线少齿差行星齿轮传动时，齿数差Δz=z₂-z₁越小，传动比越大，对于 h_a^*=1、a=20°的渐开线内齿轮副Δz小到某一数值，将产生各种干涉现象。为了避免干涉，使内齿轮副正常工作，在设计少齿差内齿轮副时通常采用三种方法：其一，采用短齿，即使h_a^*＜1 ，常用的齿形参数是h_a^*=0.75～0.8，a=20°，c^*=0.3～0.45；其二，合理地采用变位方法和变位系数；其三，增大的齿形角，由于是标准参数，改变齿形角较为困难，很少应用。三种方法中第二种方法比较有效、合理，故*为常用。其具体变位方法的选择和设计计算可参考有关资料。内齿轮副的各种干涉现象和避免方法可参考有关条目。

啮合角为零时的内齿轮副
零齿差的内齿轮副，r_b1=r_b2，两基圆重合节点落在基圆上，r_b1=r₁′，r_b2=r₂′，这时啮合线和基圆公切绥的夹角为零，即啮合角a′=0。另外若设计的内齿轮副r_b1=r₁′，r_b2=r₂′，这时两基圆在P点内切，所以过节点P作的啮合角亦为零。由图6-45可知，当啮合角为零时，必然产生内齿轮副的齿廓重迭干涉。若用插齿加工也将产生顶切。为了避免a′=0时的齿廓重迭干涉，应采用负变位的外齿轮和正变位的内齿轮，或采用切向变位。