【正文】 路數(shù)字量I/O點或者35路模擬量I/O點以上型號S7200CN系列PLC均具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。S7200CN系列的強大功能使其無論獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復雜控制功能，其在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能，適用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。PLC的I/O響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在23個掃描周期）等，由于溫度控制系統(tǒng)屬于大滯后過程，對I/O響應(yīng)時間要求不高，所以可不必考慮響應(yīng)時間問題。PLC產(chǎn)品的種類有很多，不同型號的PLC,其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。反應(yīng)物經(jīng)過了劇烈難控的大量反應(yīng)階段，已消耗掉大部分，化學反應(yīng)的劇烈程度顯著降低，釜溫和釜壓將會相應(yīng)減少，兩路冷水閥VV8將會逐漸關(guān)閉，熱水閥S6將逐漸打開。置于保溫階段工作時，直接將反應(yīng)溫度與給定保溫溫度作比較，將偏差作為控制器的輸入，可實現(xiàn)保溫控制。外環(huán)主控制器控制規(guī)律為比例積分微分控制，內(nèi)環(huán)副控制器控制規(guī)律為比例控制。熱水閥S6采用氣開式，工作范圍選擇1220mA。其中溫度副控制器分程控制熱水輸入閥S6和冷水輸入閥VV8。串級控制系統(tǒng)可以將變化劇烈、幅度大的擾動包括在串級系統(tǒng)的副回路中，由副回路實現(xiàn)對主要擾動的及時控制，大大減少這些大擾動對主參數(shù)的影響，從而提高控制質(zhì)量。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)多用了一個測量變送器和一個控制器，增加的投資并不多，但控制效果卻有明顯的提高。圖27為串級控制系統(tǒng)的框圖。當一次擾動 使主對象的被控參數(shù)發(fā)生變化時主回路產(chǎn)生校正作用，克服 對其的影響，由于副回路的存在加快了校正作用，使擾動對主對象的影響比單回路系統(tǒng)要小很多。：又稱副回路擾動，作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。前一個調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標；后一個調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。當均為線性閥時，其突變情況非常嚴重。它將調(diào)節(jié)器的輸出壓力信號分為幾段，不同區(qū)段的信號由相應(yīng)的閥門定位器轉(zhuǎn)化為20100kPa壓力信號，使調(diào)節(jié)閥全行程工作。這種由一個調(diào)節(jié)器的輸出信號分段分別去控制兩個或者更多調(diào)節(jié)閥動作的系統(tǒng)稱為分程控制系統(tǒng)。在這種情況下，由于衰減很快，第二個波峰往往不易分辨，使測取衰減周期很困難，可通過測取從施加給定值擾動開始至達到第一個波峰的上升時間，然后根據(jù)和值，運用表22中的經(jīng)驗公式計算出調(diào)節(jié)器參數(shù)、和的值。，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)過程。阻尼振蕩法是在總結(jié)穩(wěn)定邊界法的基礎(chǔ)上提出來的。理論計算整定法通過理論計算來求取最佳整定參數(shù)；而工程整定法是根據(jù)工作經(jīng)驗直接在過程控制系統(tǒng)中進行的參數(shù)整定。由式(25)可以寫出第(k1)時刻的控制量u(k1)即： (式26)將式(25)減式(26)得k時刻控制量的增量為： (式27)式中，為比例增益，； 為積分增益，； 為微分增益。將式(23)和式(24)代入式(21)，可得數(shù)字PID算式： (式25)式中，u(k)為第k時刻的控制輸出。但是計算機控制是一種離散的采樣控制，在計算機控制系統(tǒng)中所使用的是數(shù)字PID控制器，而式(21)和式(22)均為模擬PID控制器的控制表達式。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強。調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可以實現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力，同時由于在PID控制器中引入了積分項，系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。 (P)控制比例控制是一種最簡單的控制方式。因此，在控制過程中，對副變量的給定值允許有波動。主變量是生產(chǎn)工藝的主要控制指標，直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，因此對于本連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)，可以選擇反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為主變量，選擇夾套溫度為副變量。本系統(tǒng)對反應(yīng)釜內(nèi)溫度的穩(wěn)定性就有較高的要求。而保溫階段，要求溫度保持在某一數(shù)值上，且波動不大，可作為定值控制?？傮w上系統(tǒng)溫度控制可以分為兩個階段：反應(yīng)升溫溫度控制和反應(yīng)保溫控制。反應(yīng)器液位為L4，反應(yīng)器出口漿液流量為F9，由出口閥V9控制其流量。反應(yīng)過程為反應(yīng)物A與反應(yīng)物B在催化劑C的作用下，在反應(yīng)溫度120177。 本設(shè)計的主要工作 本課題主要設(shè)計的是基于PLC控制的反應(yīng)器控制系統(tǒng)，主要設(shè)計流程如下：，熟悉生產(chǎn)工藝過程，根據(jù)控制要求進行總體控制方案設(shè)計。不同生產(chǎn)工藝要求下的溫度控制方案也有所不同。連續(xù)攪拌反應(yīng)釜（Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR）是一種復雜的非線性化學反應(yīng)器，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于化工、發(fā)酵、石油生產(chǎn)、生物制藥等工業(yè)生產(chǎn)過程中，成為發(fā)展國民經(jīng)濟的重要化工設(shè)備之一。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 目 錄第1章 概 述 1 課題研究背景及意義 1 1 溫度控制概述 1 本設(shè)計的主要工作 2 第2章 控制方案選擇 3 工藝流程概述 3 工藝過程分析 4 控制方案設(shè)計 4 PID分程控制方案 5 PID控制原理 5 數(shù)字PID控制算法 7 數(shù)字PID控制器參數(shù)整定 9 分程控制系統(tǒng)原理 11 串級控制方案 12 串級控制系統(tǒng)原理 12 串級控制系統(tǒng)特點 13 串級控制方案綜述 15 串級PID分程控制方案的實施 15 串級PID分程控制方案控制流程圖 15 串級PID分程控制方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 16 控制過程分析 17 第3章 硬件設(shè)備選型 18 PLC選型 18 I/O選擇 18 PLC型號選擇 19 結(jié)構(gòu)選擇 20 模擬量擴展模塊選擇 21 調(diào)節(jié)閥選型 21 調(diào)節(jié)閥類型確定 22 調(diào)節(jié)閥流量特性選擇 22 調(diào)節(jié)閥口徑選擇 25 作用方式選擇 25 調(diào)節(jié)閥型號選擇 26 閥門定位器選型 27 檢測變送器選型 28 溫度傳感器選型 29 溫度變送器選型 30 壓力傳感器選型 31 壓力變送器選型 31 報警裝置選型 32 系統(tǒng)硬件連接 33 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 36 控制流程圖設(shè)計 36 主程序流程圖設(shè)計 36 保溫子程序流程圖設(shè)計 39 報警子程序流程圖設(shè)計 40 控制梯形圖設(shè)計 41 第5章 監(jiān)控界面設(shè)計 43 系統(tǒng)仿真設(shè)計 43 總 結(jié) 46 致 謝 47 參考文獻 48 附錄1：攪拌釜微機控制系統(tǒng)的原理圖 49 附錄2：攪拌釜微機控制系統(tǒng)梯形圖程序 50 VI第1章 概 述 課題研究背景及意義 反應(yīng)器概述反應(yīng)器，是任何化學品生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，主要給化學反應(yīng)的介質(zhì)提供場所，決定了化工產(chǎn)品的品質(zhì)、品種和生產(chǎn)能力。 關(guān)鍵詞：溫度 反應(yīng)器 串級PID 西門子S7200PLC AbstractIn the industrial process, temperature is one of the most mon control parameters, reactor temperature control system is a typical temperature control system. The temperature control effect will influence the production efficiency and product quality, if it is not controlled properly, process equipment will be damaged, even personal safety will be threatened. Thus the reactor temperature control is essential.Continuous stirred tank reactor is the key equipment in chemical production, it is a plicated control object with a large time delay, nonlinearity,timevarying characteristics and drastic changes and large amplitude disturbance. Combined with the control requirements, in this paper I design the cascade PID control scheme after a careful analysis of the production hardware and software selection are done following the selection of control scheme. As to hardware, the S7200 PLC of Siemens is chosen, and the corresponding software STEP7 is chosen for work for the simulation. Keywords：temperature cascade PID Siemens S7200 PLC 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。結(jié)合控制要求，通過分析工藝流程，本論文設(shè)計了串級PID分程控制方案。長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要 在工業(yè)過程中，溫度是最常見的控制參數(shù)之一，反應(yīng)器溫度控制是典型的溫度控制系統(tǒng)。連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器是化學生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，是一個具有大時滯、非線性和時變特性、擾動變化激烈且幅值大的復雜控制對象。利用Matlab 。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。釜式反應(yīng)器有兩種操作方式：連續(xù)生產(chǎn)和間歇生產(chǎn)。 溫度控制概述溫度是工業(yè)生產(chǎn)中最常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動化的重要任務(wù)。因此，反應(yīng)釜溫度控制對于保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全生產(chǎn)起著舉足輕重的作用。