【正文】 I 摘 要 溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中最常檢測(cè)和控制的熱工參數(shù)之一，本設(shè)計(jì)是以西門子S7200PLC 為主控制器，以 WINCC 為上位機(jī)監(jiān)控軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐內(nèi)膽水溫的DCS 自動(dòng)控制。系統(tǒng)主要由一臺(tái)帶有 WINCC 組態(tài)軟件的上位機(jī)和應(yīng)用于STEP7MicroWIN 、西門子 S7200PLC下位機(jī)以及 PC/PPI電纜、 RTGK2型過程控制系統(tǒng)構(gòu)成。 通過對(duì)下位機(jī) S7200PLC 的軟件編程，完成鍋爐內(nèi)膽溫度信號(hào)采集、處理以及 PID 控制，分別對(duì)上位機(jī)以及下位機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并運(yùn)用工程整定方法，整定出滿足系統(tǒng)要求的鍋爐內(nèi)膽水溫 PID 控制參數(shù)，得到比較理想的 PID 控制曲線，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍋爐內(nèi)膽水溫控制的目的，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：鍋爐內(nèi)膽； 水溫 ； PID； S7200 II 目 錄 1 系統(tǒng)總體方案分析 .................................................................................................... 1 鍋爐內(nèi)膽動(dòng)態(tài)水溫 PID 控制系統(tǒng)總體方案分析 ............................................. 1 上 位機(jī)組態(tài)與程序設(shè)計(jì) ...................................................................................... 2 2 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................................................................................... 13 流程圖繪制 ........................................................................................................ 13 電源連接 ............................................................................................................ 14 測(cè)試步驟 ............................................................................................................ 14 3 參數(shù)整定與系統(tǒng)分析 .............................................................................................. 17 鍋爐內(nèi)膽水溫定值控制實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)框圖 ........................................................ 17 調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)整定過程 ................................................................................ 17 系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能 ........................................................ 20 不同 PID 參數(shù)對(duì)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(jié)論 ........................................................................................................................... 30 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 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(nèi)膽水為動(dòng)態(tài)循環(huán)水，變頻器、磁力泵與鍋爐內(nèi)膽組成循環(huán)水系統(tǒng)。如圖 1 所示： 圖 鍋爐內(nèi)膽溫度特性測(cè)試系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組態(tài)軟件進(jìn)行，由于自動(dòng)控制的時(shí)候考慮到機(jī)械及機(jī)器會(huì)出現(xiàn)故障，設(shè)置的調(diào)節(jié)閥可在及其出現(xiàn)故障時(shí)，非自動(dòng)的情況下，手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)開度，是鍋爐內(nèi)膽保持給定值，運(yùn)用在大型生產(chǎn)過程中采用手動(dòng)和自動(dòng)模式替換操作達(dá)到整個(gè)生產(chǎn)的能耗最低，效益最大化。被控變量為鍋爐內(nèi)膽水溫，要求鍋爐內(nèi)膽水溫等于給定值。實(shí)驗(yàn)前先通過變頻器、磁力泵支路給鍋爐內(nèi)膽打滿水，然后關(guān)閉鍋爐內(nèi)膽的進(jìn)水閥門 。待系統(tǒng)運(yùn)行后，變頻器－磁力泵再以固定的小流量使鍋爐內(nèi)膽的水處于循環(huán)狀態(tài)。在內(nèi)膽水為靜態(tài)時(shí)，由于沒有循環(huán)水進(jìn)行熱交換，而三相電加熱管功率為 ，從使內(nèi)膽水溫上升相對(duì)快速，散熱過程又比較緩慢，而且調(diào)節(jié)的效果受對(duì)象特性和環(huán)境的限制，導(dǎo)致系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能較差，即超調(diào)大，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。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(shí)驗(yàn)，在控制的動(dòng)態(tài)精度、快速性方面有了很大地提高。系統(tǒng)采用的調(diào)節(jié)器為工業(yè)上常用 AI 智能調(diào)節(jié)儀。圖 2 為鍋爐內(nèi)膽動(dòng)態(tài)水溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 因可控硅調(diào)壓模塊是通過輸入信號(hào)使電源電壓變化，實(shí)驗(yàn)前，先用萬用表測(cè)可控硅模塊輸入端的電壓，再測(cè)輸出端的電壓看是否變化。當(dāng)給鍋2 爐加熱時(shí)，應(yīng)使輸出端電壓為 60V 左右，而一 旦超過設(shè)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(shè)定值不會(huì)太高便于散熱。本項(xiàng)目的任務(wù)就是設(shè)計(jì)一套方案，使鍋爐內(nèi)膽的水溫保持在設(shè)定值。 圖 鍋爐內(nèi)膽動(dòng)態(tài)水溫控制系統(tǒng)的方框圖 本設(shè)計(jì)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(jiǎn)稱，是 HMI/SCADA 軟件中的后起之秀。 WinCC 是 Siemens公司的一種功能強(qiáng)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(jìn)技術(shù)，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(dòng)化（ TIA）產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)性和無縫集成的特點(diǎn)。 WinCC 運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動(dòng)化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)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(jìn)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(bào)警畫面、趨勢(shì)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(shè)計(jì)周期， 而且提高了工作效率。 WinCC 的另一個(gè)特點(diǎn)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(jī)界面，滿足實(shí)際需要。用戶也可以將 WinCC 作為系統(tǒng)擴(kuò)充的基礎(chǔ)，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應(yīng)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(yīng)用進(jìn)行瀏覽，并且對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)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(xiàng)目中用于處理中央任務(wù)的啟動(dòng)。其主要任務(wù)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(yīng)用 從面市伊始，用戶就對(duì) 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(rèn)識(shí)到即將到來的發(fā)展趨勢(shì)并予以實(shí)現(xiàn)；另一方面，是其基于標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)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(yùn)行于 Microsoft Windows 20xx 和 XP 下的 Windows 控制中心，已發(fā)展成為歐洲市場(chǎng)中的領(lǐng)導(dǎo)者，乃至業(yè)界遵循的標(biāo)準(zhǔn)。如果你想使設(shè)備和機(jī)器最優(yōu)化運(yùn)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(dāng)是上乘之選。突出的優(yōu)點(diǎn)：通用的應(yīng)用程序；適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；多語言支持，全球通用；可以集成到所有自動(dòng)化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能；可簡(jiǎn)單、有效地進(jìn)行組態(tài)；可基于 Web 持續(xù)延展；采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡(jiǎn)便集成的 Historian 系統(tǒng)作為 IT 和商務(wù)集成的平臺(tái)；可用選件和附加件進(jìn)行擴(kuò)展； “全集成自動(dòng)化 ” 的組成部分。 Wincc監(jiān)控組態(tài)與程序設(shè)計(jì) 變量設(shè)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(yùn)行環(huán)境下，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況將實(shí)時(shí) 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(jì)算機(jī)上發(fā)布的指令通過變量傳送給生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。 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(duì)項(xiàng)目所使用的變量和通訊驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行管理。 WinCC 與自動(dòng)化控制系統(tǒng)間的通訊依靠通訊驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)；自動(dòng)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(shí)現(xiàn)。 變量管理器管理 WinCC 工程中使用的變量和通訊驅(qū)動(dòng)程序。它位于 WinCC項(xiàng)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(nèi)部變