【正文】 PLC 逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC 具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 PID 控制 是迄今為止最通用的控制方法之一。因為其可靠性高、算法簡單、魯棒性好，所以被廣泛應用于過程控制中 ,尤其適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性系統(tǒng)。 PID 控制的效果完全取決于其四個參數(shù) ,即采樣周期 Ts、比例系數(shù) KP、積分系數(shù) KI、微分系數(shù) KC。因而 ,PID 參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動控制領域研究的重要課題。 PID 在工業(yè)過程控制中的應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，再加上人們在長期使用中積累了豐富經(jīng)驗，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應用。 課題研究內(nèi)容 分析鍋爐壓力控 制系統(tǒng)組成，畫出系統(tǒng)組成原理圖，列出主要元件及其主要參數(shù)。進基于 PLC 和 TD400 的鍋爐壓力控制系統(tǒng)設計 2 行 PLC 的輸入 /輸出端子分配，并繪制端子接線原理圖。編寫采用 PID 算法的鍋爐壓力閉環(huán)控制 PLC 程序，試驗調(diào)試通過。最后設定 PLC 與 TD400 的交互數(shù)據(jù)，修改 PLC 程序，實現(xiàn) TD400 對鍋爐壓力控制系統(tǒng)的監(jiān)控，并進行試驗調(diào)試。 PID 控制算法介紹 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 錯誤 !未找到引用源。 與輸出 錯誤 !未找到引用源。 的關系為 ])()(1)([)( dt tdeTdtteTteKtU DIP ??? 因此它的傳遞函數(shù)為 )11()( )()( sTsTKsE sUsG DIP ???? 式 中 ,KP為比例系數(shù)； TI 為 積分時間常數(shù) ； TD為微 分時間常數(shù) ， 使用中只需設 定三個參數(shù)（ KP ,KI和 KD） 即可。在很多情況下， 并不一定需要全部三個單元，可以取其中的一兩個單元，但比例控制單元是必不可少的。 PID 應用范圍廣泛，雖然很多工業(yè)過程是非線性或時變的，但通過對其簡化可以變成基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)，這樣 PID就可控制了。 PID 參數(shù)較易整定。也就是 PID 參數(shù) KP， KI和 KD可以根據(jù)過程的動態(tài)特性及時整 定。如果過程的動態(tài)特性變化， PID 參數(shù)就可以重新整定。 比例系數(shù) KC對系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，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)時間加長。 KC太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。 KC太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。 KC可以選負數(shù)，這主要是由執(zhí)行機構、傳感器以控制對象的特性決定的。如果 KC的符號選擇不當，對象狀態(tài)就會離控制目標的狀態(tài)越來越遠，如果出現(xiàn)這樣的情況 KC的符號就一定要取反。積分控制 TI對系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降， TI小（積分作用強）會使系統(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。微分控制 TD對系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動態(tài)特性， TD偏大時，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較短。 TD偏小時，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時間也較長。只有 TD合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時間。 在工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 3 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控 制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制 器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用 PID 控制技術。 PID 控制，實際中也有 PI 和 PD 控制。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 PID 控制器的參數(shù)整定是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學 模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。在已知被控對象的數(shù)學模型的基礎上，根據(jù)選取的質(zhì)量指標，經(jīng)過理論的計算（微分方程、根軌跡、頻率法等），求得最佳的整定參數(shù)。這類方法比較復雜，工作量大，而且用于分析法或?qū)嶒灉y定法求得的對象數(shù)學模型只能近似的反映過程的動態(tài)特征，整定的結果精度不是很高，因此未在工程上受到廣泛的應用，這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，對于工程整定法，工程人員無需知道對象的數(shù)學模型，無需具備理論計算所學的理論知識，就可以在控制系統(tǒng)中直接進行整定 ，工程整定法主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。 PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減曲線法。 基于 PLC 和 TD400 的鍋爐壓力控制系統(tǒng)設計 4 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 5 第二章 鍋爐控制系統(tǒng)方案設計 鍋爐控制系統(tǒng)組成 鍋爐壓力控制系統(tǒng)（如圖 ）由以下部分組成，即可編程控制器 PLC，模擬量輸入輸出 EM235，固態(tài)繼電器，三相加熱管，壓力變送器及溫度傳感器。變送器將采集到的鍋爐內(nèi)壓力及溫度模擬信號通過模擬量輸入輸出模塊 EM235 進入可編程控制器 PLC，壓力信號在 PLC 中經(jīng)過運算輸出 脈沖信號來控制固態(tài)繼電器，從而控制三相加熱管的加熱，實現(xiàn)鍋爐壓力控制。 P L CE M2 3 5固 態(tài) 繼電 器控 制信 號鍋 爐 圖 鍋爐壓力控制系統(tǒng)組成 1． EM235 模擬量輸入 /輸出模塊 在壓力控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測到的壓力信號轉換成 420mA 的電流信號，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號轉換成數(shù)字信號再送入 PLC 中進行處理。 EM235是組合模塊，含 4模擬量輸入及 1個模擬量輸出。 EM235在接入電路工作前需設置和校準，設置是選擇輸入信號的量程，校準是調(diào)整機內(nèi)放大器的增益。 在這里 我選擇西門子的 EM235 模擬量輸入 /輸出模塊。 EM235 模塊具有 4 路模擬量輸入 /1 路模擬量的輸出。 它允許 S7200 連接微小的模擬量信號，電壓輸出范圍 10 至 +10 基于 PLC 和 TD400 的鍋爐壓力控制系統(tǒng)設計 6 V ，電流輸出范圍 0 20mA，設置使用的是 SW1SW6 共 6 只 DIP 開關。開關 SW1SW3用于衰減選擇， SW SW5 用于增益選擇， SW6 用于極性選擇。 EM235 的工作程序一般包含以下內(nèi)容： 設置初始化子程序，在該子程序中完成采樣次數(shù)的預置及采樣和單元的清零工作。 設置模塊檢測子程序，該子程序檢查模塊的連接正確性及模 塊工作的正確性。 設置子程序完成采樣及相關的計算工作。 工程所需的有關該模擬量的處理程序。 處理后的模擬量的輸出工作。 2． CPU224XP 模塊 S7200系列 PLC提供 5種不同的基本單元（ CPU） ,型號為 CPU22 CPU22 CPU22CPU226及 CPU224XP,不同的型號的 CPU內(nèi)芯片基本相同，實際安裝的輸入輸出及通信接口數(shù)量不同。每種單元又有交流 220V供電及直流 24V供電兩種供電安排，每種 CPU都有繼電器輸出、晶體管輸出兩種輸出形式。 S7200系列提供多種規(guī)格的擴展單元及智能 模塊，如數(shù)字量輸入或輸出擴展單元，模擬量擴展單元，定位控制及各種通信模塊。 此系統(tǒng)選用的 S7200 CPU224XP，集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個數(shù)字量 I/O 點， 2 輸入/1 輸出共 3 個模擬量 I/O 點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展值至 168 路數(shù)字量 I/O 點或38 路模擬量 I/O 點。 20K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間， 6 個獨立的高速計數(shù)器（ 100KHz）， 2個 100KHz 的高速脈沖輸出， 2 個 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。本機還新增多種功能，如內(nèi)置模擬量 I/O，自整定 PID 功能，線性斜坡脈沖指令，診斷 LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等，是具有模擬量 I/O 和強大控制能力的新型 CPU。 3．固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器（ Solid State Relay,縮寫 SSR），是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點開關。用隔離器件實現(xiàn)了控制端與負載端的隔離。固態(tài)繼電器的輸入端用微小的控制信號，達到直接驅(qū)動大電流負載。 固態(tài)繼電器是具有隔離功能的無觸點電子開關，在開關過程中無機械接觸部件，因此固態(tài)繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機械沖擊，安裝位置 無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 7 方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏 度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點。固態(tài)繼電器專用的固態(tài)繼電器可以具有短路保護，過載保護和過熱保護功能，與組合邏輯固化封裝就可以實現(xiàn)用戶需要的智能模塊，直接用于控制系統(tǒng)。 此系統(tǒng)采用 三相固