【正文】 I 摘 要 溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中最常檢測和控制的熱工參數(shù)之一，本設計是以西門子S7200PLC 為主控制器，以 WINCC 為上位機監(jiān)控軟件來實現(xiàn)對鍋爐內膽水溫的DCS 自動控制。系統(tǒng)主要由一臺帶有 WINCC 組態(tài)軟件的上位機和應用于STEP7MicroWIN 、西門子 S7200PLC下位機以及 PC/PPI電纜、 RTGK2型過程控制系統(tǒng)構成。 通過對下位機 S7200PLC 的軟件編程，完成鍋爐內膽溫度信號采集、處理以及 PID 控制，分別對上位機以及下位機進行了詳細設計，并運用工程整定方法，整定出滿足系統(tǒng)要求的鍋爐內膽水溫 PID 控制參數(shù)，得到比較理想的 PID 控制曲線，實現(xiàn)了對鍋爐內膽水溫控制的目的，達到了設計要求。 關鍵詞：鍋爐內膽； 水溫 ； PID； S7200 II 目 錄 1 系統(tǒng)總體方案分析 .................................................................................................... 1 鍋爐內膽動態(tài)水溫 PID 控制系統(tǒng)總體方案分析 ............................................. 1 上 位機組態(tài)與程序設計 ...................................................................................... 2 2 系統(tǒng)調試 ................................................................................................................... 13 流程圖繪制 ........................................................................................................ 13 電源連接 ............................................................................................................ 14 測試步驟 ............................................................................................................ 14 3 參數(shù)整定與系統(tǒng)分析 .............................................................................................. 17 鍋爐內膽水溫定值控制實驗的結構框圖 ........................................................ 17 調節(jié)器相關參數(shù)整定過程 ................................................................................ 17 系統(tǒng)在階躍擾動作用下的靜、動態(tài)性能 ........................................................ 20 不同 PID 參數(shù)對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。 ................................................... 22 P、 PI、 PID 控制方式的控制效果 ................................................................... 26 4 結論 ........................................................................................................................... 30 參考文獻 ...................................................................................................................... 32 1 1 系統(tǒng)總體方 案分析 PID 控制 系統(tǒng)總體方案分析 鍋爐內膽水為動態(tài)循環(huán)水，變頻器、磁力泵與鍋爐內膽組成循環(huán)水系統(tǒng)。如圖 1 所示： 圖 鍋爐內膽溫度特性測試系統(tǒng) (a)結構圖 (b)方框圖 本實驗系統(tǒng)組態(tài)軟件進行，由于自動控制的時候考慮到機械及機器會出現(xiàn)故障，設置的調節(jié)閥可在及其出現(xiàn)故障時，非自動的情況下，手動進行調節(jié)開度，是鍋爐內膽保持給定值，運用在大型生產(chǎn)過程中采用手動和自動模式替換操作達到整個生產(chǎn)的能耗最低，效益最大化。被控變量為鍋爐內膽水溫，要求鍋爐內膽水溫等于給定值。實驗前先通過變頻器、磁力泵支路給鍋爐內膽打滿水，然后關閉鍋爐內膽的進水閥門 。待系統(tǒng)運行后，變頻器－磁力泵再以固定的小流量使鍋爐內膽的水處于循環(huán)狀態(tài)。在內膽水為靜態(tài)時，由于沒有循環(huán)水進行熱交換，而三相電加熱管功率為 ，從使內膽水溫上升相對快速，散熱過程又比較緩慢，而且調節(jié)的效果受對象特性和環(huán)境的限制，導致系統(tǒng)的動態(tài)性能較差，即超調大，調節(jié)時間長。改變?yōu)檠h(huán)水系統(tǒng)后，有利于熱交換，加快了散熱能力，相比于靜態(tài)溫度控制實驗，在控制的動態(tài)精度、快速性方面有了很大地提高。系統(tǒng)采用的調節(jié)器為工業(yè)上常用 AI 智能調節(jié)儀。圖 2 為鍋爐內膽動態(tài)水溫控制系統(tǒng)的結構示意圖。 因可控硅調壓模塊是通過輸入信號使電源電壓變化，實驗前，先用萬用表測可控硅模塊輸入端的電壓，再測輸出端的電壓看是否變化。當給鍋2 爐加熱時，應使輸出端電壓為 60V 左右，而一 旦超過設定值，可控硅的輸出電壓為最小。這樣，電加熱管停止加熱，使溫度超過設定值不會太高便于散熱。本項目的任務就是設計一套方案，使鍋爐內膽的水溫保持在設定值。 圖 鍋爐內膽動態(tài)水溫控制系統(tǒng)的方框圖 本設計用組態(tài)軟件的是西門子公司的 WinCC，它是 Windows Control Center（視窗控制中心）的簡稱，是 HMI/SCADA 軟件中的后起之秀。 WinCC 是 Siemens公司的一種功能強大的工業(yè)控制軟件，是 “真正開放的 ”HMISCADA 軟件。它集成了 SCADA、組態(tài)、腳本（ Script）語言和 OPC 等先進技術，為用戶提供了Windows 操作系統(tǒng)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。 WinCC 繼承了西門子公司的全集成自動化（ TIA）產(chǎn)品的技術先進性和無縫集成的特點。 WinCC 運行于個人計算機環(huán)境，可以與多種自動化設備及控制軟件集成，具有豐富的設置項目、可視窗口和菜單選擇，使用方便靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報警畫面、趨勢曲線等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設計周期， 而且提高了工作效率。 WinCC 的另一個特點在于它的整體開放性，它可以方便的與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機界面，滿足實際需要。用戶也可以將 WinCC 作為系統(tǒng)擴充的基礎，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應用系統(tǒng)。 WinCC由三大部分組成： 控制中心：控制中心使用戶通過 WinCC應用進行瀏覽，并且對其數(shù)據(jù)進行一些操作。從形式和操作上看，控制中心與 Windows資源管理器相似。 系統(tǒng)控制器：管理各站之間的系統(tǒng)通訊。 數(shù)據(jù)管理器：在 WinCC項目中用于處理中央任務的啟動。其主要任務是處理變量管理器，其通訊通道用于訪問過程數(shù)據(jù)。 3 WinCC的發(fā)展及應用 從面市伊始，用戶就對 SIMATIC WinCC 印象深刻。一方面，是其高水平的創(chuàng)新，它使用戶在早期就認識到即將到來的發(fā)展趨勢并予以實現(xiàn)；另一方面，是其基于標準的長期產(chǎn)品策略，可確保用戶的投資利益。 依據(jù)這種戰(zhàn)略思想， WinCC，這一運行于 Microsoft Windows 20xx 和 XP 下的 Windows 控制中心，已發(fā)展成為歐洲市場中的領導者，乃至業(yè)界遵循的標準。如果你想使設備和機器最優(yōu)化運行， 如果你想最大程度地提高工廠的可用性和生產(chǎn)效率， WinCC 當是上乘之選。突出的優(yōu)點：通用的應用程序；適合所有工業(yè)領域的解決方案；多語言支持，全球通用；可以集成到所有自動化解決方案內；內置所有操作和管理功能；可簡單、有效地進行組態(tài)；可基于 Web 持續(xù)延展；采用開放性標準，集成簡便集成的 Historian 系統(tǒng)作為 IT 和商務集成的平臺；可用選件和附加件進行擴展； “全集成自動化 ” 的組成部分。 Wincc監(jiān)控組態(tài)與程序設計 變量設置 變量系統(tǒng)是組態(tài)軟件的重要組成部分。在組態(tài)軟件的運行環(huán)境下，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況將實時 地保存在變量的數(shù)值中，操作人員監(jiān)控過程數(shù)據(jù)，他在計算機上發(fā)布的指令通過變量傳送給生產(chǎn)現(xiàn)場。 WinCC 的變量管理是變量管理器。WinCC 使用變量管理器來組態(tài)變量。變量管理器對項目所使用的變量和通訊驅動程序進行管理。 WinCC 與自動化控制系統(tǒng)間的通訊依靠通訊驅動程序來實現(xiàn)；自動化控制系統(tǒng)與 WinCC 工程間的數(shù)據(jù)交換通過過程變量來實現(xiàn)。 變量管理器管理 WinCC 工程中使用的變量和通訊驅動程序。它位于 WinCC項目管理器的瀏覽窗口中。 WinCC 的變量按照功能可分為外部變量、內部變