plc課程設(shè)計(jì)---電熱鍋爐

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　從上世紀(jì)80年代至90年代中期，PLC得到了快速的發(fā)展，在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化

2、控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。</p><p>　　本文介紹了以鍋爐為被控對(duì)象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自動(dòng)控制。</p><p>　　電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，在相當(dāng)多的領(lǐng)域里，電熱鍋爐的性能

3、優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動(dòng)化程度又提高設(shè)備的控制精度。</p><p>　　本文分別就電熱鍋爐的控制系統(tǒng)工作原理，溫度變送器的選型、PLC配置、組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行闡述。通過改造電熱鍋爐的控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、可靠性高,控制精度好等特點(diǎn)，對(duì)工業(yè)控制有現(xiàn)實(shí)意義。</p><p><b>

4、　　目錄</b></p><p>　　摘要 </p><p>　　第1章 緒論 <

5、;/p><p>　　1.1課題背景及研究目的和意義 </p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 </p><p>　　1.3 項(xiàng)目研究內(nèi)

6、容 </p><p>　　第2章 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) </p><p>　　2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟

7、 </p><p>　　2.1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 </p><p>　　2.1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 </p&

8、gt;<p>　　2.2 PLC的選型和硬件配置 </p><p>　　2.2.1 PLC型號(hào)的選擇 </p><p>　　2.2.2 S7-2

9、00 CPU的選擇 </p><p>　　2.2.3 熱電式傳感器 </p><p>　　第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

10、 </p><p>　　3.1．工藝過程及控制要求 </p><p>　　3.1.1．系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和電氣連接圖

11、 </p><p>　　3.1.2． PLC控制器的設(shè)計(jì) </p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 </p><p>　　3.3 PID

12、控制及參數(shù)整定 </p><p>　　3.3.1 控制程序及分析 </p><p>　　第4章 軟硬件調(diào)試

13、 </p><p>　　心得體會(huì) </p><p>　　參考文獻(xiàn)

14、 </p><p><b>　　第1章 緒論 </b></p><p>　　1.1課題背景及研究目的和意義</p><p>　　電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動(dòng)化程度又提高設(shè)備的控制精

15、度。</p><p>　　PLC的快速發(fā)展發(fā)生在上世紀(jì)80年代至90年代中期。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到了很大的提高和發(fā)展。PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。[4] </p><p>　　電熱鍋爐是機(jī)電一體化的產(chǎn)

16、品，可將電能直接轉(zhuǎn)化成熱能，具有效率高，體積小，無污染，運(yùn)行安全可靠，供熱穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，是理想的節(jié)能環(huán)保的供暖設(shè)備。加上目前人們的環(huán)保意識(shí)的提高，電熱鍋爐越來越受人們的重視，在工業(yè)生產(chǎn)和民用生活用水中應(yīng)用越來越普及。電熱鍋爐目前主要用于供暖和提供生活用水。主要是控制水的溫度，保證恒溫供水。</p><p>　　PID控制是迄今為止最通用的控制方法之一。因?yàn)槠淇煽啃愿?、算法?jiǎn)單、魯棒性好，所以被廣泛應(yīng)用

17、于過程控制中,尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)。PID控制的效果完全取決于其四個(gè)參數(shù),即采樣周期ts、比例系數(shù) Kp、積分系數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd。因而,PID參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動(dòng)控制領(lǐng)域研究的重要課題。PID在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問世,但由于PID算法以它自身的特點(diǎn)，再加上人們?cè)陂L期使用中積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。在PID算法中，針對(duì)P、I、D三個(gè)參數(shù)的整定和

18、優(yōu)化的問題成為關(guān)鍵問題。[5]</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展迅速，并在智能化，自適應(yīng)、參數(shù)整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，

19、并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1）適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜的溫度控制體統(tǒng)的控制。</p><p>　　2）能適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。</p><p>　　3）能適用于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制。</p><p>　　4）這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校

20、正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)范圍廣泛。</p><p>　　5）溫度控制器普遍具有參數(shù)整定功能。借助于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，溫度控制器具有對(duì)控制參數(shù)及特性進(jìn)行自整定的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能。</p><p>　　6）溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向發(fā)展。</p&

21、gt;<p>　　隨溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然應(yīng)用很廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比仍然有著較大的差距。目前，我國在這方面總體水平處于20世紀(jì)80年代中后期的水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適用于一般的溫度系統(tǒng)的控制，難以控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。能適應(yīng)于較高的控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)還不十分成熟。&l

22、t;/p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求越來越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展的趨勢(shì)。</p><p>　　1.3 項(xiàng)目研究內(nèi)容</p><p>　　以鍋爐為被控對(duì)象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)；采用PID算法，

23、運(yùn)用PLC梯形圖編程語言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自</p><p><b>　　動(dòng)控制。</b></p><p>　　可編程邏輯控制器（PLC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM）之一。</p><p>

24、;　　PLC技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)，控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)等。論文通過對(duì)德國西門子公司的S7-200系列PLC控制器，溫度傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為0-10mA的電流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸

25、出功率。對(duì)于監(jiān)控畫面，利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王“</p><p>　　串級(jí)系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測(cè)變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測(cè)變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成。一次擾動(dòng)：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。二次擾動(dòng)：作用在副被控過程

26、上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入了一個(gè)副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，而且又能改善過程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。[7]</p><p>　　第2章 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)的角度，介紹該項(xiàng)目的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、PLC的硬件配

27、置、外部電路設(shè)計(jì)以及PLC控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)的整定。</p><p>　　2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟 </p><p>　　2.1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則</p><p>　　1．充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。</p><p>　　2．在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用

28、及維修方便。</p><p>　　3．保證控制系統(tǒng)安全可靠。</p><p>　　4．應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC的型號(hào)、I／O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。</p><p>　　2.1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟</p><p>　　設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的

29、功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對(duì)象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號(hào)的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行：</p><p>　　1．熟悉被控對(duì)象，制定控制方案 分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電

30、、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì) PLC控制系統(tǒng)的控制要求。</p><p>　　2．確定I／O設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入(如按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等)由此確定PLC的I／O點(diǎn)數(shù)。</p><p>　　3．選擇PLC 選擇時(shí)主要包括PLC機(jī)型、容量、I／O模塊、電源的選擇。</p><p>　　4．分配P

31、LC的I／O地址 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要，確定控制按鈕，選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號(hào)列出輸入／輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對(duì)照表，以便繪制PLC外部I／O接線圖和編制程序。</p><p>　　5．設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。由于程序與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短，而

32、對(duì)于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電氣控制線路后才能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。</p><p>　　6．聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。</p><p>　　2.1.3 PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟</p><p>　　1．繪制系統(tǒng)的功能圖。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)梯形圖程序。</p><p>　　3．根

33、據(jù)梯形圖編寫指令表程序。</p><p>　　4．對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試及修改，直到滿足控制要求為止。調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟可參考圖 3-1 ：</p><p>　　圖 2-1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　2.2 PLC的選型和硬件配置<

34、/p><p>　　2.2.1 PLC型號(hào)的選擇</p><p>　　本溫度控制系統(tǒng)采用德國西門子S7-200 PLC。S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。</p><p>　　2.2.2

35、 S7-200 CPU的選擇</p><p>　　S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等類型。此系統(tǒng)選用的S7-200 CPU226,CPU 226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸

36、出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。</p><p>　　2.2.3 熱電式傳感器</p><p>　　熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)和電阻的方法最為普遍。其中最為常用于測(cè)量溫度的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)化為電勢(shì)變化，

37、而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1．工藝過程及控制要求：</p><p>　　1．送料控制:檢測(cè)下液面X１，爐內(nèi)溫度X2，當(dāng)都小于給定值時(shí)，開啟進(jìn)料閥Y2。當(dāng)液位上升到上液面X4時(shí)，關(guān)閉進(jìn)料閥Y2，打開泄放閥Y4。</p><

38、p>　　2．加熱反應(yīng)控制：當(dāng)液位大于20%且爐內(nèi)溫度X2小于給定值時(shí)，接通加熱爐電源Y3，當(dāng)溫度升到上溫度時(shí)，斷加熱電源Y3。</p><p>　　3.泄放控制：當(dāng)壓力大于最大值時(shí)，打開排氣閥；當(dāng)壓力小于給定值時(shí)，關(guān)閉排氣閥。打開泄放閥，當(dāng)爐內(nèi)溶液降到下液面時(shí)，延時(shí)10S后關(guān)閉泄放閥。</p><p>　　4.按起動(dòng)控制按鈕后，反應(yīng)爐進(jìn)入工作狀態(tài)。按停止按鈕后，反應(yīng)爐停止運(yùn)行。<

39、;/p><p>　　3.1.1．系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和電氣連接圖</p><p>　　系統(tǒng)選用了PLC CPU 226為控制器，PT100型熱電阻將檢測(cè)到的實(shí)際鍋爐水溫轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，經(jīng)過EM231模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號(hào)并送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為0～10mA的電流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率，從而調(diào)節(jié)電熱絲的加熱。PL

40、C和組態(tài)王連接，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。</p><p>　　整體設(shè)計(jì)方案如圖3-1:</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　3.1.2． PLC控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　控制器的設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一步。首先要根據(jù)受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計(jì)要求，確定控制器的結(jié)

41、構(gòu)以及和受控對(duì)象的連接方式。最后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值。</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立</p><p>　　在本控制系統(tǒng)中，TT1(出口溫度傳感器)將檢測(cè)到的出口水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)送入EM235模塊的A路，TT2(爐膛溫度傳感器)將檢測(cè)到的出口水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)送入EM235模塊的B路。兩路模擬信號(hào)經(jīng)過EM235轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送入PLC，P

42、LC再通過PID模塊進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制。。由PLC的串級(jí)控制系統(tǒng)框圖如圖 3-5</p><p>　　如圖3-2 串級(jí)控制系統(tǒng)框圖 </p><p>　　3.3 PID控制及參數(shù)整定</p><p>　　1.PID控制器的組成</p><p>　　PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：</p&

43、gt;<p><b>　　公式（3-1）</b></p><p>　　(1) 比例系數(shù)KC對(duì)系統(tǒng)性能的影響：</p><p>　　比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。Ｋc偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長。Ｋc太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。Ｋc太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。Ｋc可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果

44、Ｋc的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài)(pv值)就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)(sv值)越來越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況Ｋc的符號(hào)就一定要取反。</p><p>　　(2) 積分控制Ｔi對(duì)系統(tǒng)性能的影響：</p><p>　　積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，Ｔi?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。</p><p>　　(3) 微分控制Ｔd對(duì)系統(tǒng)性能的影響：&l

45、t;/p><p>　　微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，Ｔd偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。Ｔd偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長。只有Ｔd合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。</p><p>　　2.主、副回路控制規(guī)律的選擇</p><p>　　采用串級(jí)控制，所以有主副調(diào)節(jié)器之分。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動(dòng)控制作用，這是選擇規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。主參數(shù)是工藝操作

46、的重要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍較小，一般要求無余差，因此，主調(diào)節(jié)器一般選PI或PID控制，副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參數(shù)的控制質(zhì)量，可允許在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器只要選P控制規(guī)律就可以。在本控制系統(tǒng)中，我們將鍋爐出口水溫度作為主參數(shù)，爐膛溫度為副參數(shù)。主控制采用PI控制，副控制器采用P控制。</p><p>　　3.主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定</p><p>　　副調(diào)節(jié)器

47、作用方式的確定：</p><p>　　首先確定調(diào)節(jié)閥，出于生產(chǎn)工藝安全考慮，可控硅輸出電壓應(yīng)選用氣開式，這樣保證當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障使調(diào)節(jié)閥損壞而處于全關(guān)狀態(tài)，防止燃料進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全，調(diào)節(jié)閥的 Kv >0 。然后確定副被控過程的K02，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，電壓增大，爐膛水溫度上升，所以 K02 >0 。最后確定副調(diào)節(jié)器，為保證副回路是負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)(即增益)乘積必須為負(fù)，所以副調(diào)節(jié)器 K 2

48、<0 ，副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。</p><p>　　主調(diào)節(jié)器作用方式的確定：</p><p>　　爐膛水溫度升高，出口水溫度也升高，主被控過程 K01 > 0。為保證主回路為負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為負(fù)，所以主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) K1< 0，主調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式[7]。</p><p><b>　　4.采樣周期的分析&

49、lt;/b></p><p>　　采樣周期Ts越小，采樣值就越能反應(yīng)溫度的變化情況。但是，Ts太小就會(huì)增加CPU的運(yùn)算工作量，相鄰的兩次采樣值幾乎沒什么變化，將是PID控制器輸出的微分部分接近于0，所以不應(yīng)使采樣時(shí)間太小。，確定采樣周期時(shí)，應(yīng)保證被控量迅速變化時(shí)，能用足夠多的采樣點(diǎn)，以保證不會(huì)因采樣點(diǎn)過稀而丟失被采集的模擬量中的重要信息。</p><p>　　因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是溫度控制系統(tǒng)

50、，溫度具有延遲特性的慣性環(huán)節(jié)，所以采樣時(shí)間不能太短，一般是15s～20s，本系統(tǒng)采樣17s</p><p>　　經(jīng)過上述的分析，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)基本確定了，在系統(tǒng)投運(yùn)之前還要進(jìn)行控制器的參數(shù)整定。常用的整定方法可歸納為兩大類，即理論計(jì)算整定法和工程整定法。</p><p>　　理論計(jì)算整定法是在已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)選取的質(zhì)量指標(biāo)，經(jīng)過理論的計(jì)算（微分方程、根軌跡、頻率法

51、等），求得最佳的整定參數(shù)。這類方法比較復(fù)雜，工作量大，而且用于分析法或?qū)嶒?yàn)測(cè)定法求得的對(duì)象數(shù)學(xué)模型只能近似的反映過程的動(dòng)態(tài)特征，整定的結(jié)果精度不是很高，因此未在工程上受到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　對(duì)于工程整定法，工程人員無需知道對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，無需具備理論計(jì)算所學(xué)的理論知識(shí)，就可以在控制系統(tǒng)中直接進(jìn)行整定，因而簡(jiǎn)單、實(shí)用，在實(shí)際工程中被廣泛的應(yīng)用常用的工程整定法有經(jīng)驗(yàn)整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、自整

52、定法等。在這里，我們采用經(jīng)驗(yàn)整定法整定控制器的參數(shù)值。整定步驟為“先比例，再積分，最后微分”。</p><p><b>　?。?）整定比例控制</b></p><p>　　將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。</p><p><b>　?。?）整定積分環(huán)節(jié)</b></p>

53、<p>　　若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的50～80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。</p><p><b>　?。?）整定微分環(huán)節(jié)</b></p><p>　　若經(jīng)過步驟（2），

54、PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成PID控制。先置微分時(shí)間TD=0，逐漸加大TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)。 </p><p>　　3.3.1 控制程序及分析</p><p>　　因?yàn)橛葾IW0和AIW2輸入的是6400--32000的數(shù)字量，所以要轉(zhuǎn)換為實(shí)際的溫度要進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算公式為：<

55、/p><p><b>　　公式（4-1）</b></p><p>　　其中，T為實(shí)際溫度，D為AIWO和AIW2輸入的數(shù)字量。 PLC的內(nèi)存地址分配見 表4-1</p><p>　　表3-1 內(nèi)存地址分配</p><p>　　PID指令表見表4-2： </p><p>　　表3-2 PID指令回

56、路表</p><p>　　控制程序如圖3-3至圖3-9所示 ：</p><p><b>　　主程序：</b></p><p>　　圖3-3 控制程序1</p><p><b>　　主調(diào)節(jié)器程序：</b></p><p>　　圖3-4 控制程序2</p><

57、p><b>　　圖3-5控制程序3</b></p><p>　　圖3-6 控制程序4</p><p><b>　　副調(diào)節(jié)器程序：</b></p><p><b>　　圖3-7控制程序5</b></p><p>　　圖3-8 控制程序6</p><p&g

58、t;<b>　　圖3-9控制程序7</b></p><p><b>　　第4章 軟硬件調(diào)試</b></p><p>　　本課題設(shè)計(jì)了基于PLC的溫度控制系統(tǒng)。</p><p>　　PLC（可編程控制器）?以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)控制之中。&l

59、t;/p><p>　　PID閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的一種控制算法，對(duì)大部分控制對(duì)象都有良好的控制效果。。</p><p>　　在西門子S7-200系列PLC和組態(tài)軟件組態(tài)王的基礎(chǔ)上，我們成功設(shè)計(jì)出了溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)達(dá)到了快、準(zhǔn)、穩(wěn)的效果，也達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。再加上由組態(tài)王設(shè)計(jì)的人機(jī)界面，整個(gè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，控制方便，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和實(shí)用性。</p><

60、p>　　該溫度控制系統(tǒng)也有一些有不足的地方需要改進(jìn)，編程時(shí)我們用了編程軟件自帶的PID指令向?qū)K，這樣雖然方便，但是使得控制系統(tǒng)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間都稍微偏大，若不直接調(diào)用該模塊，而是自己編寫PID控制子程序的話，控制效果可能會(huì)更好。還有人機(jī)界面內(nèi)容不夠豐富，若再加上報(bào)表系統(tǒng)、打印功能的話，那就更完美了。</p><p>　　日后，隨著對(duì)PLC硬件系統(tǒng)和通信方式的深入了解，還可以豐富遠(yuǎn)程控制指令，以應(yīng)對(duì)運(yùn)行過

61、程中的各種突發(fā)事件，增加其他PLC，通過構(gòu)建復(fù)雜的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)大型的工業(yè)控制，使該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)更加穩(wěn)定可靠，性能更加完善。</p><p>　　兩周的PLC課程設(shè)計(jì)對(duì)我收益匪淺，讓我系統(tǒng)性地認(rèn)識(shí)和全面地掌握了PLC編程和調(diào)試技術(shù)，讓我將平常學(xué)的PLC編程及應(yīng)用方法學(xué)以致用，使我的PLC編程能力有了很大提高和進(jìn)步，讓我對(duì)PLC應(yīng)用有了深入細(xì)致的了解。</p><p>　　第一周，我們尋找有關(guān)的

62、資料和課題小組成員間一起交流看法和討論設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃，理清課程設(shè)計(jì)思路。但是將這些具體的方案落實(shí)到每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和步驟中，難免會(huì)出現(xiàn)意想不到錯(cuò)誤，這就需要我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中利用所掌握的知識(shí)認(rèn)真排查錯(cuò)誤原因，多方面的思考問題的關(guān)鍵不斷地改正自己的設(shè)計(jì)不足之處和錯(cuò)誤。</p><p>　　第二周，對(duì)硬件電路的工作原理和可編程知識(shí)的掌握是進(jìn)行下一步的軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。進(jìn)入了軟件設(shè)計(jì)方案和具體的編程和調(diào)試

63、運(yùn)行階段。在這個(gè)階段中，對(duì)系統(tǒng)的需求分析和如何采用模塊化設(shè)計(jì)思想是設(shè)計(jì)方案主要解決的問題。在這一周遇到最大的問題就是如何實(shí)現(xiàn)閉環(huán)方法來實(shí)現(xiàn)溫度控制，在沒有任何有價(jià)值的參考資料的情況下，通過不斷地設(shè)計(jì)嘗試和反復(fù)地設(shè)計(jì)調(diào)試初步解決了問題。但是也存在了設(shè)計(jì)上的不足之處。需要用到模擬量的輸入/輸出模塊，而且所編程序也和課堂上老師所講完全不一樣，給我們的課題制作帶來了很大的困難。但是我們還是通過查閱資料，詢問老師按時(shí)完成了我們的課題。</p

64、><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　兩周的PLC編程及應(yīng)用的課程設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)自己在這方面的學(xué)習(xí)還需要不斷的加深。通過這段時(shí)間的學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)，對(duì)溫控閉環(huán)的系統(tǒng)有了一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，熟悉各種器件和軟件應(yīng)用。在這里，本次設(shè)計(jì)中感謝兩位指導(dǎo)老師對(duì)我的幫助。</p><p>　　兩周的PLC課程設(shè)計(jì)對(duì)我收益匪淺，讓我系統(tǒng)性地認(rèn)識(shí)和全面地掌握了

65、PLC編程和調(diào)試技術(shù)，讓我將平常學(xué)的PLC編程及應(yīng)用方法學(xué)以致用，使我的PLC編程能力有了很大提高和進(jìn)步，讓我對(duì)PLC應(yīng)用有了深入細(xì)致的了解。</p><p>　　第一周，我們尋找有關(guān)的資料和課題小組成員間一起交流看法和討論設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃，理清課程設(shè)計(jì)思路。但是將這些具體的方案落實(shí)到每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和步驟中，難免會(huì)出現(xiàn)意想不到錯(cuò)誤，這就需要我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中利用所掌握的知識(shí)認(rèn)真排查錯(cuò)誤原因，多方面

66、的思考問題的關(guān)鍵不斷地改正自己的設(shè)計(jì)不足之處和錯(cuò)誤。</p><p>　　第二周，對(duì)硬件電路的工作原理和可編程知識(shí)的掌握是進(jìn)行下一步的軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。進(jìn)入了軟件設(shè)計(jì)方案和具體的編程和調(diào)試運(yùn)行階段。在這個(gè)階段中，對(duì)系統(tǒng)的需求分析和如何采用模塊化設(shè)計(jì)思想是設(shè)計(jì)方案主要解決的問題。在這一周遇到最大的問題就是如何實(shí)現(xiàn)閉環(huán)方法來實(shí)現(xiàn)溫度控制，在沒有任何有價(jià)值的參考資料的情況下，通過不斷地設(shè)計(jì)嘗試和反復(fù)地設(shè)計(jì)調(diào)試初步解決了問

67、題。但是也存在了設(shè)計(jì)上的不足之處。需要用到模擬量的輸入/輸出模塊，而且所編程序也和課堂上老師所講完全不一樣，給我們的課題制作帶來了很大的困難。但是我們還是通過查閱資料，詢問老師按時(shí)完成了我們的課題。</p><p>　　兩周的PLC編程及應(yīng)用的課程設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)自己在這方面的學(xué)習(xí)還需要不斷的加深。通過這段時(shí)間的學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)，對(duì)溫控閉環(huán)的系統(tǒng)有了一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，熟悉各種器件和軟件應(yīng)用。在這里，本次設(shè)計(jì)中感謝兩位指導(dǎo)老師對(duì)我

68、的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]韓順杰,蔡長青.電氣控制技術(shù)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2010</p><p>　　[2]楊亞萍,陳北莉.電氣控制與PLC[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009</p><p>　　[3]史國生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M].第二版

69、.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008</p><p>　　[4]方承遠(yuǎn).工廠電氣控制設(shè)計(jì)[M].第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005</p><p>　　[5]郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2004</p><p>　　[6]鐘肇新,范建東.可編程控制器原理及應(yīng)用.[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2003</p>&

70、lt;p>　　[7]王亞欣.全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制[J].科技廣場(chǎng),2004</p><p>　　[8] 許謬.電氣控制與PLC控制技術(shù)[M] .北京：.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.218.</p><p>　　[9] 許謬、王淑英.電氣控制與PLC控制技術(shù)[M] .北京：.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.211-213.</p><p>　　[10] 袁亮.