【正文】 GAIN=,TI=51,TD= 參數(shù)調(diào)節(jié)下的PID 進(jìn)行換熱器熱流出口溫度的控制，從圖 42 中可以看出，溫度曲線以 4:1 的衰減震蕩衰減，最終趨于溫度設(shè)定值。當(dāng)TI1104 穩(wěn)定后，再將 FV1105 開(kāi)度調(diào)回到 30，等待 TI1104 穩(wěn)定。鍋爐蒸汽壓力作為表征鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)，不僅直接關(guān)系到鍋爐設(shè)備的安全運(yùn)行，而且其穩(wěn)定狀況反映了燃燒過(guò)程中能量的供求關(guān)系，在整個(gè)鍋爐控制系統(tǒng)中是至關(guān)重要的。 Informatics. saci. International Symposium, 2022:159 164. [16]任帥，石勵(lì)，慕德俊 . 基于 SIEMENS PCS7 的聚丙烯 CSTR 控制策略及仿真研究[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2022，16(8)：11041106.[17]齊飛. SIMATICPCS7 在混合液體分離系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2022，27(5)： 6366.謝 辭誠(chéng)摯的感謝學(xué)校提供 SMPT1000 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)系統(tǒng)，本課題為該平臺(tái)一個(gè)部分的項(xiàng)目。最后，對(duì)在我的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)道路上給予幫助的所有老師和朋友們表示深深地感謝，對(duì)評(píng)閱該論文的所有專(zhuān)家表示最崇高的敬意和真摯的感謝！。在這次課題中學(xué)到了非常多的東西，對(duì)于以后的工作起到了非常大的作用。從仿真結(jié)果我們可以看出,在 PCS7 平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)換熱器熱流出口溫度控制是可行的。所以換熱器熱流出口溫度控制系統(tǒng)成功的運(yùn)行。待 TI1104 穩(wěn)定后，將 TI1104 設(shè)定值從 130 再變?yōu)?120，記錄 TI1104 的響應(yīng)曲線。先使TD=1，改變 TI1104 的 SP，如從 120℃變?yōu)?130℃ ，觀察并 TI1104 的響應(yīng)曲線。根據(jù)比例控制器的特點(diǎn)，當(dāng)響應(yīng)曲線振蕩弱時(shí)，增大 GAIN 的值；當(dāng)響應(yīng)曲線振蕩劇烈時(shí)，減小 GAIN 的值，不斷修改GAIN 的值，每修改一次都要通過(guò)改變 SP 來(lái)加入階躍擾動(dòng)，直到 TI1104 的響應(yīng)曲線達(dá)到 4:1 衰減，記錄下此時(shí)的 GAIN 確定 GAIN 的值之后，根據(jù)積分控制器的特點(diǎn)，當(dāng)響應(yīng)曲線振蕩劇烈時(shí)，增大 TI 的值；當(dāng)響應(yīng)曲線振蕩弱時(shí)，減小 TI 的值，不斷修改 TI 的值，每修改一次都要通過(guò)改變 SP 來(lái)加入階躍擾動(dòng)，觀察 TI1104 的響應(yīng)曲線。在 FIC1103 控制器的操作面板中，手動(dòng)不斷修改 OP 值，也就是不斷改變FV1103 的開(kāi)度，觀察 SP 和 PV 的值達(dá)到 ，將控制器投自動(dòng)。觀察變量的變化趨勢(shì)，是操作員進(jìn)行監(jiān)控的重要手段。過(guò)程值波動(dòng)到超過(guò)某個(gè)指定限值時(shí)，過(guò)程畫(huà)面中還會(huì)立即顯示警告和報(bào)警，這使得操作員可以確定工廠中出現(xiàn)問(wèn)題的位置。WinCC 提供適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報(bào)表的功能模板，具有良好的開(kāi)放性和靈活性，便于實(shí)施用戶的解決方案。按照下表所示為各塊的相關(guān)參數(shù)連接外部變量。連續(xù) PID 控制器模塊比較復(fù)雜，因?yàn)樗妮斎?輸出變量比較多，本設(shè)計(jì)主要關(guān)注 PVIN（模擬量實(shí)測(cè)值輸入?yún)?shù)）和 LMN（控制器輸出參數(shù)） 。此外,在圖 37 中所提到的在整個(gè)控制作用實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中必須有的 AI 功能塊、AO 功能塊以及比例積分微分功能塊等均可在 CFC 系統(tǒng)默認(rèn)的功能塊庫(kù)中找到。這樣，組態(tài)本地 PC 就同時(shí)代表了 ES 和 OS。圖 34 硬件組態(tài) 操作員站組態(tài)os 組態(tài)和 AS 組態(tài)一樣，就是要在 ES 中組態(tài)真實(shí)的 OS，并且雙方通信成21 / 41功。硬件組態(tài)的正確與否可以在線測(cè)試。界面中進(jìn)行硬件組態(tài),對(duì)于換熱器熱流出口溫度控制系統(tǒng),需要在 ES 站上完成工程師站、現(xiàn)場(chǎng)的 AS 站以及數(shù)據(jù)服務(wù)器的硬件組態(tài)。分布式 I/O 由接口模塊與I/O 卡件組成。在工程師站或編程器上通過(guò)通訊模塊對(duì) CPU 進(jìn)行在線監(jiān)視。 （4）通訊模塊： 通訊模塊用于連接工業(yè)以太網(wǎng)（Industrial Ether 現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范）的通訊接口模塊。（3）CPU（主控器）：PCS7 中使用高性能的 SIMATIC S7400 系統(tǒng) CPU，有 ProfibusDP 接口，19 / 41可直接接入 Profibus 總線網(wǎng)絡(luò)。具有輸出短路保護(hù)功能。換熱器熱流出口溫度控制項(xiàng)目需要建立 3 各工廠層級(jí)，并且需要建立 OS操作員站，如圖所示建立一個(gè)項(xiàng)目圖 33 工廠層級(jí) 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與組態(tài) 硬件系統(tǒng)組成（1）底板底板用于安裝各種模塊（如：PS ，CPU，CP，I/O 模塊等）提供背板總線：I/O 總線；通訊總線通過(guò)背板總線實(shí)現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)和信號(hào)交換電源模塊所提供 5VDC 和 24VDC 通過(guò)背板總線供給各模塊（2）電源：插入式的 AC/DC 供電連接。SIMATIC PCS7 BOX 借助于 PROFIBUS DP 端口接到 PROFIBUS 總線,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程通訊板卡、輸入輸出板卡進(jìn)行通訊,然后將系統(tǒng)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?4~20mA 的系統(tǒng)可接收的信號(hào),從而能傳入下游裝置(選擇 SMPT1000 實(shí)驗(yàn)平臺(tái))。頂層是三站合一的 SIMATIC PCS7 BOX。它就是SIMATIC 所建工程中配置網(wǎng)絡(luò)和總線系統(tǒng)的平臺(tái)。（2）配置:主要涉及的軟件是 HWConfig (硬件配置環(huán)境)以及 StationConfigurator (站配置器),前者囊括了硬件系統(tǒng)的全部組態(tài),后者能顯示控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所用的 PC 配置。 PCS7 作用對(duì)控制方案的整體設(shè)計(jì)的實(shí)施所使用的軟件為 ，其主要包含的軟件及其功能分類(lèi)概述如下 [17]:（1）創(chuàng)建:主要涉及的軟件為 SIMATIC 管理器以及 PH ( Plant Hierarchy ,工廠層級(jí)) 。由于 PCS7 消除了 DCS 和 PLC 系統(tǒng)間的界限,真正意義上實(shí)現(xiàn)了儀控和電控的一體化,充分體現(xiàn)了全集成自動(dòng)化的特點(diǎn),使得系統(tǒng)應(yīng)用范圍變廣,是一種適用于現(xiàn)在、面向未來(lái)的開(kāi)放型過(guò)程控制系統(tǒng) [12] 。PCS7 采用符合工 EC61131 一 3 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備庫(kù),提供連續(xù)控制、順序控制及高級(jí)編程語(yǔ)言。對(duì)于回路的主環(huán)控制器的判定，副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，輸出隨著輸入的增加而增大，隨著輸入的減小而減小，所以符號(hào)為正，而主控量熱流出口溫度隨著冷水流量的增加而減小，所謂符號(hào)為負(fù)，整個(gè)回路構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)，所以主控環(huán)控制器為正作用。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，對(duì)主對(duì)象熱流出口溫度的控制質(zhì)量要求比較高，本設(shè)計(jì)提出在換熱器出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)中,其主回路采 PID 控制算法,以消除純滯后環(huán)節(jié)對(duì)于系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響, 而對(duì)副變量的要求一般不嚴(yán)格，主要要求它能快速主控制器輸出的變化，允許它有波動(dòng)和余差設(shè)置副變量的目的就在于保證和提高主變量的控制質(zhì)量，所以對(duì)于副環(huán)為了快速跟蹤主控制器的輸出，一般只采用比例控制規(guī)律。主對(duì)象的輸出稱為主被控變量，簡(jiǎn)稱主變量。習(xí)慣上稱內(nèi)環(huán)為副環(huán)，外環(huán)為主環(huán)。 換熱器溫度串級(jí)控制系統(tǒng)（1）換熱器溫度串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖換熱器熱流口溫度控制系統(tǒng)受到冷熱流體流量、溫度等諸多因素的干擾導(dǎo)致控制系統(tǒng)作用不及時(shí)、最大偏差大、過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)、抗干擾能力差、控制精度低。微分調(diào)節(jié)溫度能夠反映溫度偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)溫度偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。積分調(diào)節(jié)溫度作用是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 溫度控制特點(diǎn)溫度控制時(shí)間常數(shù)比較大，被控對(duì)象的時(shí)間滯后較大，控制起來(lái)不靈敏，相反的，溫度控制較重要、控制精度要求較高、希望動(dòng)態(tài)偏差小，所以換熱器的熱流出口溫度控制采用 PID 控制方式。最為理想的控制當(dāng)屬比例積分微分控制規(guī)律。值得注意的是，對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)，不同的人采用經(jīng)驗(yàn)湊試法整定，可能得出不同的參數(shù)，這是由于對(duì)每一條曲線的看法，有時(shí)會(huì)因人而異，沒(méi)有一個(gè)很明確的判斷標(biāo)準(zhǔn)，而且不同的參數(shù)匹配有時(shí)會(huì)使所得過(guò)渡過(guò)程衰減情況一樣。經(jīng)驗(yàn)湊試法的特點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，適用于各種控制系統(tǒng)，因此應(yīng)用非常廣泛。②通過(guò)改變?cè)O(shè)定值對(duì)控制系統(tǒng)施加一個(gè)干擾，現(xiàn)場(chǎng)觀察判斷控制曲線形狀。得到了衰減比例度Ps和衰減周期Ts后，就可根據(jù)表2中的經(jīng)驗(yàn)公式求出控制器的P 、Ti 、Td參數(shù)值了。②系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，通過(guò)外界干擾或使控制器設(shè)定值作一階躍變化，觀察記錄曲線的衰減比。⑤從振蕩波形圖來(lái)看，來(lái)回振蕩1次的時(shí)間就是臨界周期Tk，即從振蕩波的第一個(gè)波的頂點(diǎn)到第二個(gè)波的頂點(diǎn)的時(shí)間。具體做法如下：①被控系統(tǒng)穩(wěn)定后，把控制器的積分時(shí)問(wèn)放到最大，微分時(shí)間放到零(相當(dāng)于切除了積分和微分作用，只使用比例作用)。在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。采樣周期越小，采樣值越能反映模擬量的變化情況。這就是說(shuō)，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，而目前需要增加的是“ 微分項(xiàng) ”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。（3）微分作用 D在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系 [8]。PI 兩個(gè)結(jié)合使用的情況下，我們的調(diào)整方式如下：①先將 I 值設(shè)為 0，將 P 值放至比較大，當(dāng)出現(xiàn)穩(wěn)定振蕩時(shí)，我們?cè)贉p小P 值直到 P 值不振蕩或者振蕩很小為止（術(shù)語(yǔ)叫臨界振蕩狀態(tài)） ，在有些情況下，我們還可以在些 P 值的基礎(chǔ)上再加大一點(diǎn)。e （）Ki 稱為積分速度，積分調(diào)節(jié)將輸入偏差 e 按時(shí)間進(jìn)行累積，偏差存在輸出就增大，直到消除偏差為止，K i 趨向于 0 時(shí)，積分作用消除，K i 很大時(shí)，積分作用強(qiáng)烈，消除余差的能力強(qiáng)，但容易引起振蕩。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。 比例作用的特點(diǎn) ，比例調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)，比例調(diào)節(jié)的余差隨著比例增益的增大而減??；比例增益越大，意味著執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥、擋板等）的動(dòng)作幅度較大，被調(diào)節(jié)變量的變化較為劇烈 ；比例調(diào)節(jié)可以單獨(dú)使用，也可以和其它調(diào)節(jié)動(dòng)作結(jié)合成 PI、PD 或 PID 調(diào)節(jié)動(dòng)作。滯后性不是很大的控制對(duì)象使用比例控制方式就可以滿足控制要求，但很多被控對(duì)象中因?yàn)橛袦笮?。de(t)/dt] ()式中積分的上下限分別是 0 和 t 因此它的傳遞函數(shù)為：G (s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。工業(yè)上一般使用來(lái)自公用工程的冷卻水為熱物料降溫，如果有深度冷卻的需要可以使用液氨作為冷卻劑。 換熱器工作原理該換熱器為液液兩相非接觸換熱器。根據(jù)工業(yè)裝置實(shí)際數(shù)據(jù)矯正的動(dòng)態(tài)仿真引擎保證了被控對(duì)象的工業(yè)級(jí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)精度，對(duì)象特性靈活多變，裝置尺寸、儀表、控制系統(tǒng)、執(zhí)行器等均可靈活定義，下圖是 SMPT1000 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)正視圖和實(shí)物圖：蒸發(fā)器 換熱器 汽包省煤器爐膛除氧器圖 21 SMPT1000 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)SMPT1000 運(yùn)用真實(shí)的立體管路和空間分布的設(shè)備外觀設(shè)計(jì)，在鋼結(jié)構(gòu)的盤(pán)臺(tái)上安裝著由不銹鋼制的比例縮小的流程設(shè)備模型，主設(shè)備包括 1 臺(tái)臥式除氧器、1 臺(tái)盤(pán)管式省煤器、1 臺(tái)加熱爐爐體、1 臺(tái)汽包、1 臺(tái)列管式換熱器、1臺(tái)蒸發(fā)器、2 臺(tái)離心泵、1 臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)、11 個(gè)手操/自控雙效閥（其中有 2 個(gè)旋鈕5 / 41位于輔助操作臺(tái)上） 、5 個(gè)開(kāi)關(guān)閥、1 個(gè)爐膛著火指示燈以及若干管路系統(tǒng)。分析了換熱器的 PID 控制方式和利用 PCS7 軟件完成整個(gè)系統(tǒng)控制和監(jiān)視。該換熱器是國(guó)內(nèi)正在制造的首臺(tái)換熱面積超過(guò) 10000m2 的超大型管殼式換熱器。由于人們對(duì)板式換熱器工作原理、熱力計(jì)算、校驗(yàn)等不熟悉的原因，使得板式換熱器在開(kāi)發(fā)到應(yīng)用的時(shí)間跨度上，花費(fèi)了較多的時(shí)間。20 世紀(jì) 80 年代后，中國(guó)出現(xiàn)了自主開(kāi)發(fā)傳熱技術(shù)的新趨勢(shì)，大量的強(qiáng)化傳熱元件被推向市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)傳熱技術(shù)高潮時(shí)期的代表作有折流桿換熱器、新結(jié)構(gòu)高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器、雙殼程換熱器、板殼式換熱器、表面蒸發(fā)式空冷器等一批優(yōu)良的高效換熱器。 70 年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。 30 年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀二十世紀(jì) 20 年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。由此可見(jiàn),在節(jié)能方面,我國(guó)還存在著非常大的潛力。近年來(lái)，跟著我國(guó)石化、鋼鐵等行業(yè)的快速發(fā)展，熱交換器的需求水平大幅上漲，但海內(nèi)企業(yè)的供應(yīng)能力有限，導(dǎo)致熱交換器行業(yè)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的市場(chǎng)狀態(tài)，巨大的供應(yīng)缺口需要入口來(lái)彌補(bǔ) [3]。 船舶工業(yè)換熱器市場(chǎng)規(guī)模在 40 億元以上。換熱器行業(yè)涉及暖通、壓力容器、中水處理設(shè)備等近 30 多種產(chǎn)業(yè) [2]，相互形成產(chǎn)業(yè)鏈條。其缺點(diǎn)是設(shè)備體積較大，同時(shí)也難免兩種流體在一定程度上相混合。又如在氣壓冷凝器中，蒸汽與水直接接觸使蒸汽冷凝等等。這類(lèi)換熱器類(lèi)型多，多數(shù)屬于此類(lèi)，如列管式換熱器、夾套式換熱器、蛇管式換熱器、套管式換熱器、板式換熱器等等。換熱器按傳熱面的結(jié)構(gòu)分類(lèi)為以下幾種：(1)表面式換熱器又稱為間壁式換熱器。s energy shortage situation, have longterm significance.The design es from the SMPT1000 test platform research exchanger for heat exchanger outle