文献综述
概要：可编程控制器(简称PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型的、实用的自动控制装置。它被广泛地用于工业控制领域，具有可靠性好、稳定性高、实时处理能力强、使用灵活方便、编程容易等特点[1]。S7-200系列小型PLC可以应用于各种自动化系统。其结构紧凑，低成本以及功能强大的指令集，使得S7-200控制器成为各种小型控制任务理想的解决方案。本论文采用S7-200来仿真控制小型火电厂发电过程中高压水蒸气产生到推动汽轮机运转的过程[2]。
- 研究背景和意义
在我国的电力建设中,按照大、中、小并举以及国家和地方共同办电的方针,各地都兴建了一批小型坑口电站和集中供热电站。小型火电厂有着建设周期短、投资费用低的特点，为了减少其人工成本，需要提高其自动化水平。自动化水平提高也会减轻运行人员的劳动强度，对安全生产有利；也会更好的维持机组参数稳定，达到经济运行的目的。
与大机组相比，中、小型机组的可控性要优于大机组，要求达到的调节品质也比大机组低。对锅炉而言，中、小型锅炉与大容量锅炉相比，同是汽包水位调节，中、小型锅炉因容量小、参数低，其调节通道迟延小，水位飞升速度低，虚假水位影响小，这对于水位自动调节是相当有利的。中、小型锅炉的过热器管道短，对于过热蒸汽温度调节通道的迟延和惯性也小。所以，对于喷水减温或自制冷凝水减温的中、小型锅炉，过热蒸汽温度自动调节系统还是较易于投入的。[20]而对于小型火电厂的生产控制，就是对于锅炉产生蒸汽的控制，通过控制蒸汽的流量、温度、压强、冷凝水的液位这些参数，来获得我们需要的汽轮机动力，从而实现对发电机的发电控制。
可编程控制器（PLC）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，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程[8]。PLC从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃，朝着小型化和大型化发展，功能越来越强大。[12]其应用领域更广，能实现CNC（计算机数字化控制精密机械加工）、批量生产控制器、过程控制器、分散控制系统、加工单元控制器及其它种种装置和系统所具备的各种功能，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。
PLC具有以下特点：第一，可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时，并采用了许多硬件和软件抗干扰措施。第二，编程简单、使用方便，目前大多数 PLC 采用继电器控制形式的梯形图编程方式，易被操作人员接受。一些 PLC 还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。第三, 设计安装容易，维护工作量少。第四,适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。第六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性价比高[9、10、19]。
对于上述PLC的种种优点，我们设想通过PLC来实现对小型火电厂的发电控制。通过PLC控制锅炉产生合格蒸汽，其优越性在于：首先，通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在合理的空燃比条件下进行，可以提高燃烧效率，有利于产生可控的蒸汽量。其次，控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面使运行参数在CRT上的集中监测，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修改运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。[18]随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，发电厂发电的微机控制必将得到更加广泛的应用。火电厂发电过程是一个多输入、多输出的复杂控制对象，这些输入变量与输出变量之间是相互关联的。近年来，一些大型集中供热锅炉房的控制系统已开始采用可编程逻辑控制器 PLC 控制方式。当前国内许多地方的发电厂发电控制系统仍是采用分布式控制系统 DCS(Distributed Control System) [5]。这是由于发电系统的仪表信号较多，采用此系统性价比相对较好， 但随着 PLC 技术的不断发展，PLC在仪表控制方面的功能已经不断强化[17]。用于回路调节和组态画面的功能不断完善。而且PLC的抗干扰能力也很强，对电源的质量要求比较低[6]。
S7-200系列是一类小型PLC,由于其具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格和强大的指令系统，使得它能近乎完美地满足小规模的控制要求。另外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的自动化问题时，具有很强的适应性。S7-200(如图1所示)具有极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强大的通信能力、丰富的扩展模块[11]，在集散自动化系统中能充分发挥其强大功能。故本文将采用S7-200型PLC实现对小型火电厂仿真控制系统设计。
图1 S7-200 micro PLC
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