【正文】 數(shù) I=0，微分系數(shù) D=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，由小到大改變比例系數(shù) P，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。完成控制對象的過程畫面 .組態(tài)控制對象的動態(tài)屬性。圖形編輯器是界面系統(tǒng)的組態(tài)組件，它用于創(chuàng)建畫面的編輯器。 5．報(bào)表打?。?WINCC通過報(bào)表編輯器產(chǎn)生趨勢圖、報(bào)警記錄和數(shù)據(jù)記錄報(bào)表等。數(shù)據(jù)以直接顯示、趨勢圖和在線表格三種形式顯示在圖形界面上供用戶查看。 系統(tǒng)上位機(jī)由兩個操作站構(gòu)成，兩臺操作員站具有同樣的功能并互為備用，當(dāng)一臺操作站死機(jī)，另一臺操作站可完全替代它的功能。 項(xiàng)目組態(tài) 本系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件選用西門子工控組態(tài)軟件 WINCC SP2 7． 0英文版設(shè)計(jì)。負(fù)責(zé)整個應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、報(bào)警處理，完成與過程的雙向數(shù)據(jù)通訊。 4．開放性： WINCC提供了開放的界面用于用戶解決方案， 這使得將 WINCC集成入復(fù)雜、廣泛的自動控制解決方案成為可能。這種集成有利于 ： 全局組態(tài)和編程；全局?jǐn)?shù)據(jù)維護(hù)；全局通訊。用戶可根據(jù)自己需要編寫程序。 WINCC的圖形編輯器提供了強(qiáng)大的圖形 庫，設(shè)計(jì)人員可高效快捷地繪制出各種工藝畫面，并可方便進(jìn)行編輯，使采用 PC機(jī)比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，減少了工控軟件開發(fā)者的重復(fù)工作。 WINCC具有控制自動化過程的強(qiáng)大功能，是基于個人計(jì)算機(jī)、同時具有極高性價(jià)比的 SCADA級的操作監(jiān)控系統(tǒng)。 WINCC軟件介紹 WINCC(Windows Control Center)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 ”人機(jī)界面 SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng) )軟件 。 FB41 部分端口定義 EN：使能，高電平有效 COM_RST：初始化，高電平清除所用中間值與輸出值 MAN_ON：高電平手動工作，低電平閉環(huán)工作 P_SEL、 I_SEL、 D_SEL： PID 三種運(yùn)算使能，高電平采用該運(yùn)算 CYCLE：采樣時間，一般取 100MS GAIN：比例參數(shù) ,實(shí)數(shù) TI、 TD：積分、微分參數(shù)，時基為 1MS 的 32 位整數(shù) SP_INT：給定值，實(shí)數(shù) PV_IN：反饋值，實(shí)數(shù) DEADB：死區(qū)，差值的百分?jǐn)?shù) LMN_PER： PID 運(yùn)算輸出， 06C00 控制程序 （ 1）初次上電， 讀入模擬信號，并把數(shù)值轉(zhuǎn)化顯示鍋爐的當(dāng)前電壓，判斷爐溫是否在正常范圍，打亮正常運(yùn)行指示燈 /溫度越上限報(bào)警指示燈。微分時間常數(shù)增大時，超調(diào)量減小，動態(tài)性能得到改善，但抑制高頻干擾的能力下降。 調(diào)節(jié)器中的積分作用與當(dāng)前誤差的大小和誤差的歷史情況都有關(guān)系，只要誤差不為零，控制器的輸出就會因積分作用而不斷變化，一直要到誤差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，積分部分才不再變化，因此，積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。同時，其它功能如 A/D、D/A 都由 PLC 實(shí)現(xiàn)，加熱爐的反饋信號直接送 PLC 采集，控制固態(tài)繼電器的電壓信號也由 PLC 送出，從而控制加熱爐的溫度。小慣量如一個小電機(jī)帶一個水泵進(jìn)行壓力閉環(huán)控制，一般只用 PI 控制， P=110， I=， D=0，這些要在現(xiàn)場調(diào)試時進(jìn)行修正，主要是靠經(jīng)驗(yàn)及對生產(chǎn)工藝的熟悉，參考對測量值的跟蹤與設(shè)定值的曲線，從而調(diào)整P、 I、 D的大小。只有選用了最適合被控對象的控制器并使其適應(yīng)過程的響應(yīng)時間，才能得到較高的控制質(zhì)量。對要控制的過程類型沒有限制，遲延 系統(tǒng)（溫度、液位等）和快速系統(tǒng)（流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速等）都可以作為被控對象。同時當(dāng)今智能控制理論的發(fā)展，又形成了許多智能 PID 控制方法 。特別適于 “一階慣性環(huán)節(jié) +純滯后 ”和 “二階慣性環(huán)節(jié) +純滯后 ”的過程控制對象。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很多 ,概括起來有理論計(jì)算整定法 和 工程整定法 ，其中工程整定法主 要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時、控制理論的其它技術(shù)難以采用時 ,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 8 頁 共 52 頁 （ 4） 如圖 25，選中 4 槽，并選擇 “SM300DI300SM 321 DI16DC24”并雙擊，完成數(shù)字量輸入模塊的配置。編程軟件還具有對網(wǎng)絡(luò)和硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控和故障診斷等功能。 電源模塊： PLC 一般使用 AC 220V電源或 DC 24V 電源，電源模塊用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為 DC 24V 和背板總線上的 DC 5V 電壓，供其他模塊使用。主要用于完成某些對實(shí)時性和存儲容量要求很高的控制任務(wù)。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。 圖 22 PLC 控制 系統(tǒng)示意圖 CPU 模塊： CPU 模塊主要由微處理器和存儲器組成， S7300 將 CPU 模塊簡稱為CPU。西門子的 PLC以其極高的性價(jià)比，在國內(nèi)占有很大的市場份額，在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。品種繁多的 CPU模塊、信號模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時更換模塊也很方便。 本設(shè)計(jì)選用鎳鉻 鎳硅 N 型熱電偶 ，選用其型號為 WRM101。對一般的工業(yè)應(yīng)用來說，為了保護(hù)感溫元件避免受到腐蝕和磨損，總是裝在厚厚的護(hù)套里面，外觀就顯得笨大，對于 溫度場的反應(yīng)也就遲緩得多。隔爆式熱電偶通常應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體的場合，如果使用 普通熱電偶極易引起氣體爆炸，則在這種場合必須使用隔爆熱電偶。熱電動勢的大小只和熱電 偶的材質(zhì)以及兩端的溫度有關(guān)，而和熱電偶的長短粗細(xì)無關(guān)。 熱電偶 工業(yè)熱電偶作為測量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表 和電子調(diào)節(jié)器配套使用，它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中不同范圍的溫度。根據(jù)使用場合的不同，熱電阻也有鎧裝式熱電阻、裝配式熱電阻、隔爆式熱電阻等種類，與熱電偶類似。作為測溫元件，它具有良好的傳感輸出特性，通常和顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)儀以及其它智能模塊或儀表配套使用，為它們提供精確的輸入值。當(dāng)電阻值變化時，二次儀表便顯示出電阻值所對應(yīng)的溫度值。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。從 17 世紀(jì)初伽 利略發(fā)明溫度計(jì)開始，人們開始利用溫度進(jìn)行測量。 2． 1 硬件接線圖 硬件接線圖如下圖 21。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性。 由學(xué)校提供，模擬真實(shí)鍋爐的溫度檢測和控制模塊，可自行將 0～ 10V 模擬信號轉(zhuǎn)化為占空比對鍋爐進(jìn)行加熱。 圖 12 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 由圖 12 可知，溫度傳感器采集到數(shù)據(jù)后送給 S7300PLC， S7300PLC 通過運(yùn)算后給固態(tài)繼電器一個控制信號從而控制加熱爐的導(dǎo)通與否。 PID控制器 D/A 固態(tài)繼電器 加熱爐 A/D 溫度傳 感器 PLC 主控系統(tǒng) SV — PV 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 2 頁 共 52 頁 圖 11 加熱 爐 溫度 控制 系統(tǒng) 基本組成 加熱爐 溫度 控制 實(shí)現(xiàn)過程是 :首先溫度傳感器將 加熱 爐的 溫度 轉(zhuǎn)化為電壓信號，PLC 主控 系統(tǒng) 內(nèi)部的 A/D 將送進(jìn)來的電壓信號轉(zhuǎn)化為西門子 S7300PLC 可識別的數(shù)字量，然后 PLC 將 系統(tǒng) 給定的 溫度 值與反饋回來的 溫度 值進(jìn)行比較并經(jīng)過 PID 運(yùn)算處理后，給固態(tài)繼電器輸入端一個控制信號控制固態(tài)繼電器的輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開始加熱或停止加熱。另一種是基于單片機(jī)進(jìn)行 PID 控制，然而單片機(jī)控制的 DDC 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜 , 特別是涉及到邏輯控制方面更不是其長處 , 而 PLC 在這方面卻是公認(rèn)的最佳選擇。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于 20 世紀(jì) 80 年代中后期水平。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 1 頁 共 52 頁 基于 PLC 控制的鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 引言 1． 1 技術(shù)綜述 自 70 年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生 產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比，仍然有著較大的差距。 溫度控制系統(tǒng)大致可分別用 3 種方式實(shí)現(xiàn)，一種是用儀器儀表來控制溫度， 這種方法控制的精度不高。 1． 2 系統(tǒng)工作原理 加熱 爐 溫度 控制 系統(tǒng) 基本構(gòu)成如圖 11 所示，它由 PLC 主控 系統(tǒng) 、固態(tài)繼電器、加熱 爐、溫度傳感器等 4 個部分組成。 1． 3 系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 23 所示。5 ℃ 的誤差范圍內(nèi)并且具有溫度上下限報(bào)警功能和故障報(bào)警功能?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、高質(zhì)量的產(chǎn)品。 本章主要介紹西門子 S7300 系列 PLC 以及其它硬件的組成與選型。根據(jù)美國儀器學(xué)會的調(diào)查， 1990 年，溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、 PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。熱電阻是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加 這一特性來進(jìn)行溫度測量的。 鉑熱電阻根據(jù)使用場合的不同與使用溫度的不同，有云母、陶瓷、簿膜等元件。此外，現(xiàn)在已開始 采用鉻、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。此外還有 Pt Pt200、 Pt500和 Pt1000 等鉑熱電阻， Cu50、 Cu100 的銅熱電阻等。 熱電偶的工作原理是 ,兩種不同成份的導(dǎo)體 ,兩端經(jīng)焊接，形成回路，直接測量端也 叫工作端（熱端），接線端子端 也 叫冷端，當(dāng)熱端和冷端存在溫差時，就會在回路里產(chǎn)生熱電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)；接上顯示儀表，儀表上就會指示所產(chǎn)生的熱電動勢的對應(yīng)溫度值，電動勢隨溫度升高而增長。鎧裝式熱電偶比裝配式熱電偶具有外徑小、可任意彎曲、抗震性強(qiáng)等特點(diǎn)，適宜安裝在裝配式熱電偶無法安裝的場合，它的外保護(hù)管采用不同材料的不銹鋼管，可適合不同使用溫度的需要，內(nèi)部充滿高密度氧化絕緣體物質(zhì)，非常適合于環(huán)境惡劣的場合。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程，如燃燒和爆炸過程等。當(dāng)測量點(diǎn)遠(yuǎn)離儀表時，還需要使用熱電勢率和熱電偶相近的導(dǎo)線來傳輸信號，這種導(dǎo)線稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。 S7300 簡介 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 6 頁 共 52 頁 S7300 是模塊化的中小型 PLC，適用于中等性能的控制要求。 模塊式 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 這里我們主要介紹的是西門子 S7300， S7300 屬于模塊式 PLC。圖 22 是 PLC 控制系統(tǒng)的示意圖。信號模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和 CPU 模塊的橋梁 。 功能模塊：為了增強(qiáng) PLC 的功能，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)， PLC 廠家開發(fā)了各種各樣的功能模塊。 通信處理器：通信處理器用于 PLC 之間、 PLC 與遠(yuǎn)程 I/O 之間、 PLC 與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將 PLC 接入 MPI、 PROFIBUSDP、 ASi和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于點(diǎn)對點(diǎn)通信。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程。 （ 3） 3號槽為空。 I/O 分配表 表 21 I/O 分配表 輸入 啟動按鈕 停止按鈕 進(jìn)水閥開關(guān) A 出水閥開關(guān) A 進(jìn)水閥開關(guān) B 出水閥開關(guān) B 上限位開關(guān) 下限位開關(guān) PIW288 檢測溫度 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 11 頁 共 52 頁 輸出