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2.4 可编程序逻辑控制器（PLC）介绍
可编程序逻辑控制器在早期是一种开关逻辑控制装置，简称PLC (Programmable Logic Controller)。然而随着计算机技术和通信技术的发展，PLC采用微处理器作为其控制核心，它的功能已不再局限于逻辑控制的范畴。PLC功能强，性能价格比高；硬件配套齐全，通用性强；编程方便，易于使用；可靠性高；设计、安装、调试工作量少；体积少，功耗低[6][7]。
国际电工委员会IEC（International Electrical Committee）对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序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、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，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联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。 1.PLC的主要功能：
①开关量控制 这是PLC最基本的功能，具有强大的逻辑运算功能，常用于取代传统的继电器控制系统；
②模拟量控制 在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度，压力，流量，液位等都是模拟量。而PLC中的微处理器CPU只能处理数字量，所以PLC中配备了A/D,D/A 转换模块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送CPU处理，处理完的数字量结果，经D/A 转换后，转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。用PLC进行模拟量控制的优点是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可以控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或实现起来不如PLC方便；
③闭环过程控制 运用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，还可以进行闭环控制。配置PID控制模块，对控制过程中的某一变量（如电压，电流，温度等）进行PID控制；
④顺序（步进）控制 PLC能通过移位寄存器方便完成步进控制功能；
⑤定时，计数控制 PLC为用户提供若干定时器，计数器，实现定时，延时，计数； ⑥数据处理 可进行数字运算和数据传送，比较，转换等功能；
⑦通信及联网 现代PLC具有网络通信的功能，它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与PLC，PLC与计算机之间的通信，从而构成“集中管理，分散控制”的集散式控制系统，实现工厂自动化。 2.PLC的特点：
①可靠性高，抗干扰能力强
PLC是专为工业环境下应用而设计的，能适应工业现场的恶劣环境。在PLC的设计和制造过程中，采取了多层次抗干扰及精选元器件等措施，是PLC的平均无故障时间通常在20000小时以上，这是一般的其他电气设备做不到的。
PLC在设计中能抗诸如电噪声，电源波动，振动，电磁干扰等的干扰，能在高温，
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高湿以及空气中存有各种强腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠地工作。PLC能承受电网电压的变化，可直接交流市电供电，直接取自电控箱电源。即使在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作。其硬件和软件还采用屏蔽，滤波，光电隔离和故障诊断，自动恢复，冗余技术等功能来增强PLC的可靠性。
②通用性强，灵活性好，功能齐全
由于PLC产品已系列化，模块化，且软件包齐全，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。用户在硬件设计方面，只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。当控制系统要求改变，需要变更控制系统的功能时，只要改变存储器中的控制程序即可。
③编程简单，易于操作及维护
PLC一般采用易于理解和掌握的梯形图语言及面向工业控制的控制系统流程图和语句表进行编程，形式简练，直观性强，广大电气工程人员易于接受。PLC的故障率很低，并有很强的自诊断能力，能随时检查出自身的故障，并显示给操作人员进行故障排查。如果出现故障是PLC本身的问题，在维修时只需更换插入式模块或其他易损坏部件即可，既方便又减少影响生产的时间。
④设计，安装，调试周期短
用PLC完成一项控制工程时，由于硬软件齐全，设计和施工可同时进行。由于用户程序大都可以在实验室模拟调试，到生产现场时可进行联机调试，因此大大缩短了设计和投运周期。
2.5 集散控制系统（DCS）简述
集散控制系统(Total Distributed Control System)是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种集中分散型控制系统[8]。
集散控制系统按照层次化体系功能划分为4个级别:现场装置的控制级、过程装置的管理级、车间生产的操作管理级、全厂优化和经营管理级。
操作人员对自动控制过程的管理则由中央控制室的操作站来完成，而各工序的自动控制过程由各控制站相对独立地自动完成.中央操作站与各现场控制站一方面各自相对独立地运行，从而将各种故障限制在局部范围内，极大地提高了自动控制系统总体的安全性和可靠性;另一方面又相互进行实时数据通讯和信息交换 ，实现了操作人员在中央控制室的操作站对整个自动控制过程进行管理和调整。
现场控制站担当现场装置的控制级。现场控制站的主要任务是实现对生产过程的自动控制 ，因此它必需要能够自动采集与这个工序自动控制有关的各种工艺参数(如各种工艺介质的温度、压力、流量、粘度、物位高度等)以及设备的运行状态(如阀门的开度、机泵的开停、设备震动、机械位移)等生产信息，然后按照事先编好的控制程序进行大量的数值计算，最后输出控制方案，实现生产过程的自动控制;另外还要与操作站进行实时通讯，将采集到的各种生产信息传送到操作站供操作人员使用，同时接收操作人员通过操作站发
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出的各种指令实时调整自动控制方案、优化生产过程。
中央控制室的操作站实际上是一个人机界面，一方面把控制站采集的各种生产信息进行加工处理，然后以操作人员所习惯和熟悉的各种流程画面、生产报表、历史趋势和声光报警等形式提供给操作人员。另一方面把操作人员的各种指令传送给控制站对控制方案进行调整，以优化生产过程或对特殊情况的紧急处理。用 PC 机 + PLC 组成集散控制系统时， PLC +“控制应用软件”承担了现场控制站的工作，PC+“实时监控软件”承担了操作站和工程师站的工作。“控制应用软件”由安装有 PLC 系统软件的PC机上设计，完成后下载到 PLC ，构成控制站。“实时监控软件”由安装有开发版监控组态软件的PC机上设计，完成后安装到有运行版监控组态软件的 PC机上运行，构成操作站和工程师站。
2.6 本设计主要任务
本设计的课题是烟气脱硫工艺过程控制系统的设计，其目的是设计烟气脱硫的控制方案实现烟气脱硫，并设计硬件搭建与软件编写。
设计硬件电路的搭建，运用技术成熟、功能强大的PLC作为现场数据的采集与控制，配以安全可靠的以太网技术，按照集散式控制系统架构搭建系统。
根据课题要求，分别完成如下具体任务： （1）组成烟气脱硫工艺过程控制系统； （2）设计出满足工艺要求的系统方框图； （4）利用组态软件对烟气脱硫系统的组态； （5）进行烟气脱硫控制系统的连接，；。 （6）进行DCS控制系统的摸运行调试
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3 系统控制设计
3.1 控制原理 3.1.1 控制原理概述
脱硫装置运行控制的目的是提高脱硫效率、降低石灰石消耗，保证装置的安全与经济运行。虽然脱硫装置的运行控制远不如火电厂热力设备的控制复杂；但是，在运行参数检测，控制指标上有其特殊性，更具有化工过程控制的特点[4]。
由于烟气脱硫系统是一个庞大的工程，本设计关注其中其于ph控制的吸收二氧化硫过程。
3.1.2 控制原理的分析与选择
由上述系统工艺分析可知，烟气脱硫的工艺质量受烟气温度、烟气颗粒、碱性浆液的ph值以及烟气的含水量等因数影响。根据酸碱平衡的原理，可推知吸收二氧化硫的工艺指标很大程度取决于吸收浆液的ph值。
输入吸收塔的新石灰石浆液量取决于原烟气量、烟气二氧化硫浓度（二者乘积运算结果为送入吸收塔的二氧化硫质量流量）及实时检测的吸收塔石灰石浆液ph值。由有关资料可知，吸收塔浆液ph值和进入吸收塔的新石灰石浆液量，与原烟气量、烟气二氧化硫浓度（二者乘积运算结果为送入吸收塔的二氧化硫质量流量）及实时检测的吸收塔的ph值成正比关系。被控量为吸收塔内的ph值，调节量为输入吸收塔的石灰石浆液流量。
1.串级控制：因烟气量变化不能迅速体现为ph值变化，即被控对象（即ph值）延迟惯性较大。采用前馈-反馈系统。前馈信号选择为原烟气二氧化硫浓度、送风量（与烟气量成线性关系）。
图3-1吸收塔浆液ph串级-前馈控制系统
前馈控制器起前馈控制作用，用来克服由于烟气量与烟气二氧化硫浓度的变化对被控制的ph值造成的影响。而反馈控制器起反馈控制作用，将浆液ph测量值与设定的ph值
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