【正文】 展至最高點(diǎn)。反觀我國，鍋爐在新中國成立以后才開始建立和發(fā)展在工農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用。上海在1953年率先成立了一座上海鍋爐廠。鑒于鍋爐在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中所扮演的角色的不同，我們把鍋爐分為三類：發(fā)電廠使用的是電站鍋爐；居民所需要的熱水和取暖所需要的是生產(chǎn)鍋爐；工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的驅(qū)動(dòng)機(jī)械的能源則是由工業(yè)鍋爐來提供的。 在鍋爐日漸為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活提供方便的時(shí)候，問題也隨之產(chǎn)生，那就是對(duì)于鍋爐的控制問題。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，控制理論和技術(shù)也有了很大的發(fā)展，對(duì)于鍋爐的自動(dòng)化控制的掌握程度也在慢慢的提高。從六十年代第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用開始，并隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)以及通信、控制技術(shù)等等的快速發(fā)展，人們對(duì)于鍋爐的自動(dòng)化控制中也逐漸的采用了計(jì)算機(jī)。鍋爐的自動(dòng)控制技術(shù)從三四十年代的單參數(shù)儀表控制開始，經(jīng)歷了四五十年代單元組合儀表、綜合參數(shù)儀表控制，一直到六十年代興起的計(jì)算機(jī)過程控制，越來越說明了計(jì)算機(jī)正在成為這一領(lǐng)域的主要角色并且在鍋爐的自動(dòng)控制的適用范圍越來越廣。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中，對(duì)于一些工藝過程，溫度的浮動(dòng)直接會(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量以及產(chǎn)量產(chǎn)生影響，在這種情況下，設(shè)計(jì)出一套針對(duì)溫度的較為理想的控制系統(tǒng)會(huì)非常有價(jià)值。 國外從1970左右就開始研究如何對(duì)溫度進(jìn)行控制。在1970年至1979年這段時(shí)間內(nèi)，溫度控制技術(shù)簡單來說就是利用模擬式的組合儀表來采集工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的信息，然后再進(jìn)行計(jì)算、推導(dǎo)，對(duì)溫度進(jìn)行記錄和控制。一直到1989年左右分布式系統(tǒng)才第一次出現(xiàn)在世人面前。到了21世紀(jì)10年代，也就是2012年，世界各國的科學(xué)家們已經(jīng)在開始研發(fā)那種由計(jì)算機(jī)來采集和控制信息的“多因子綜合控制系統(tǒng)”了。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，溫度控制技術(shù)也隨之逐步提高，甚至有些國家已經(jīng)在向著更高的自動(dòng)化控制水平——無人化自動(dòng)控制發(fā)展了。 中國雖然在世界上影響力不小，但是中國的發(fā)展并比不上發(fā)達(dá)國家。作為發(fā)展中國家，相對(duì)于其他發(fā)達(dá)國家，我國的科學(xué)家們?cè)?980年才開始在吸取其他國家技術(shù)的基礎(chǔ)上慢慢地學(xué)習(xí)并掌握針對(duì)單項(xiàng)環(huán)境因子的溫度室內(nèi)微機(jī)技術(shù)。現(xiàn)如今，我國對(duì)涉及到微機(jī)的溫度控制技術(shù)已經(jīng)由吸取經(jīng)驗(yàn)到簡單應(yīng)用再向著綜合應(yīng)用方向發(fā)展。但是現(xiàn)在我們還沒有真正的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，比起其他國家，我國在技術(shù)上還是落后不少。眼下我國的溫度測控技術(shù)比起國外工廠化的溫度測控技術(shù)仍然差得很遠(yuǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中我國的溫控系統(tǒng)的軟件、硬件資源還是不能共享，不能達(dá)到很高的產(chǎn)業(yè)化水平，裝備也不能很好的配套，這些難題都需要科學(xué)家、技術(shù)人員去解決。 到目前為止，我國在溫度的控制這方面仍然比較落后，總體水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平，要想用于一些控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變的溫度系統(tǒng)控制，還是有不小的困難。至于更高控制要求的智能化、自適應(yīng)控制儀表，和發(fā)達(dá)國家相比還是有不少的差距。在形成商品化、控制參數(shù)自整定方面，我們還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件，控制系統(tǒng)的參數(shù)的確定大多都是依靠經(jīng)驗(yàn)或者現(xiàn)場調(diào)試。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，溫度控制系統(tǒng)的需求已越來越苛刻，高精度、智能化、人性化是國內(nèi)外溫度測控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(1)基于DCS系統(tǒng)中編制PID控制軟件。(2)編制組態(tài)監(jiān)控畫面。(3)實(shí)現(xiàn)鍋爐內(nèi)膽水溫定值控制 設(shè)計(jì)方案和工作原理 單閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好、可靠性高，在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。單閉環(huán)鍋爐水溫定值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1，其中鍋爐內(nèi)膽為動(dòng)態(tài)循環(huán)水，磁力泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、鍋爐內(nèi)膽組成循環(huán)供水系統(tǒng)。而控制參數(shù)為鍋爐內(nèi)膽的水溫，即要求鍋爐內(nèi)膽的水溫等于設(shè)定值。先通過變頻器磁力泵動(dòng)力支路給鍋爐內(nèi)膽打滿水，然后關(guān)閉鍋爐內(nèi)膽的進(jìn)水閥。待系統(tǒng)投入運(yùn)行后，再打開鍋爐內(nèi)膽的進(jìn)水閥，允許變頻器磁力泵以固定的小流量使鍋爐內(nèi)膽的水處于循環(huán)狀態(tài)。在鍋爐內(nèi)膽水溫的控制過程中，由于鍋爐內(nèi)膽由循環(huán)水，因此鍋爐內(nèi)膽循環(huán)水水溫控制相比于內(nèi)膽靜態(tài)水溫控制時(shí)更充分，因而控制速度有較大的改善。在結(jié)構(gòu)原理框圖中可以清楚的看出，我們給定溫度的設(shè)定值，將溫度傳感器的值與設(shè)定值相比較，把偏差值送入PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)送入可控硅調(diào)壓裝置，經(jīng)調(diào)壓裝置輸出的電壓信號(hào)來控制加熱裝置的阻值，從而控制鍋爐內(nèi)膽的水溫。此控制系統(tǒng)為單閉環(huán)反饋系統(tǒng)，只要PID參數(shù)設(shè)置的合理，就能夠使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。圖1 鍋爐水溫定值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 PID原理和特點(diǎn) PID控制器由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。其輸入e (t）與輸出u (t）的關(guān)系由公式(1)可見。 （1） 公式(1)中: u(t)為控制器的輸出。 e(t)為控制器的輸入(常常是設(shè)定值與被控量之差, 即e(t)=r(t)c(t))。Kp、Ti、Td 分別為控制器的比例放大系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID 控制，又稱PID 調(diào)節(jié)。PID控制在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有很多年了，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。P、I、D各有自己的長處和缺點(diǎn)，它們一起使用的時(shí)候又和互相制約，但只有合理地選取PID值，就可以獲得較高的控制質(zhì)量。人們?cè)趹?yīng)用的過程中積累了許多的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)PID的研究現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)比較高的程度。(1) 比例（P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。若產(chǎn)生偏差，控制器就發(fā)生作用調(diào)節(jié)控制輸出，使被控量向減小偏差的方向變化[。偏差減小的速度由比例系數(shù) Kp來決定，Kp越大偏差減小的越快。但這樣會(huì)引起振蕩，特別是在遲滯環(huán)節(jié)比較大的時(shí)候，比例系數(shù)Kp減小，振蕩發(fā)生的可能性就會(huì)減小，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)速度變慢。比例控制的缺點(diǎn)是不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，必須要有積分控制來輔助。(2) 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。為了消除控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)會(huì)隨著時(shí)間的增加而增大。因此，就算誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)慢慢變大，由它推動(dòng)控制器的輸出增大，使穩(wěn)態(tài)誤差慢慢減小至零。所以，比例—積分 (PI) ，不能快速對(duì)誤差進(jìn)行有效的控制。(3) 微分（D）控制在微分控制下，控制器的輸出的微分增加了，輸入誤差信號(hào)的微分同時(shí)也會(huì)增加。而自動(dòng)控制系統(tǒng)在對(duì)于誤差的控制來說，會(huì)出現(xiàn)別的不必要的問題，比如波動(dòng)，更嚴(yán)重的會(huì)失穩(wěn)。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，但是加入的微分項(xiàng)卻能夠避免較大的誤差出現(xiàn)，因?yàn)樗梢灶A(yù)測誤差變化的方向。但是微分控制會(huì)放大高頻噪聲, 降低系統(tǒng)的信噪比,導(dǎo)致系統(tǒng)抑制干擾的能力下降，也就是說微分控制不能消除余差。 PID控制參數(shù)整定方法控制器參數(shù)的整定方法很多，歸納起來可分為兩大類，理論計(jì)算整定法與工程整定法。顧名思義，理論計(jì)算整定法是在已知過程的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，依據(jù)控制理論，通過理論計(jì)算來求取“最佳整定參數(shù)”；而工程整定法是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，直接在過程控制系統(tǒng)中進(jìn)行的控制器參數(shù)整定方法。由于無論是用解析法或?qū)嶒?yàn)法求取的過程數(shù)學(xué)模型都只能近似反映過程的動(dòng)態(tài)特性，因而理論計(jì)算所得到的整定參數(shù)值可靠性不夠高，在現(xiàn)場使用中還需進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。相反工程整定法雖未必得到“最佳整定參數(shù)”，但由于其不需知道過程的完整數(shù)學(xué)模型，使用者不需要具備理論計(jì)算所必須的控制理論知識(shí)，因而簡便、實(shí)用，易于被工程技術(shù)人員所接受并優(yōu)先使用。下面將介紹本次設(shè)計(jì)中在現(xiàn)場調(diào)試調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)所采用的一種整定方法，現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)整定法。這種方法是人們?cè)陂L期的工程實(shí)踐中，從各種控制規(guī)律對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響的定性分析中總結(jié)出來的一種行之有效，并且得到廣泛運(yùn)用的工程整定方法。若將控制系統(tǒng)液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)來分類，則屬于同一類別的系統(tǒng)，其對(duì)象往往比較接近，無論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。表1為經(jīng)驗(yàn)法整定參數(shù)的參考數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)作進(jìn)一步修正。若需加微分作用，微分時(shí)間常數(shù)按TD=（1/3 ～1/4）TD計(jì)算。表1 經(jīng)驗(yàn)法整定參數(shù)系統(tǒng)參 數(shù)δ（%）T1(min)TD(min)溫度20～603～10～3流量40～100～1壓力30～70～3液位20～803 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) THJ3型高級(jí)過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”是基于工業(yè)過程的物理模擬對(duì)象，它集自動(dòng)化儀表技術(shù)，計(jì)算