【正文】 CV 上、下限幅值和最小轉(zhuǎn)動時間 （ Minimum Slew Time） 仍用于手動方式的 CV 輸出，而存貯在積分器中的內(nèi)存值則被刷新。如果沒有輸出可逆被配置，而且控制字中的輸出極性位置為 0，則該值將等于 CV 輸出值。當這一位置 1，則微分作用將加于 PV。正反饋控制可通過調(diào)節(jié)這一數(shù)值以實現(xiàn) CV 上 /下限幅值時，則防積分飽和 （ ANTIRESET WINDUP） 將被用于 PID積分項。如果不需要死區(qū)，則這些值均應(yīng)為零。如果 CV范圍或速度極限超出，則積分器中存貯值會調(diào)節(jié)以確保 CV 仍在范圍內(nèi)。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0022 轉(zhuǎn)動項存貯 N/A。若有錯誤則為 OFF。 由于輸入設(shè)置點 （ Set Point） 、過程變量 （ Process variable） 和輸出控制變量 （ Control variable） 使用頻繁，故以縮寫 SP、 PV、 CV 代替。如果 規(guī)定值大于 0， 則最大變化速率由 100%CV（ 32020） 除以最小旋轉(zhuǎn)時間。 具體配置如下：系統(tǒng)采用 10 槽機架 IC693CHS391；電源模板選用 IC693PWR321；中央處理器選用的增強型模板 CPU360，非常適用于多調(diào)節(jié)回路場合；過程輸入輸出通道由模擬量輸入通道 AI、模 擬量輸出通道 AO 和開關(guān)量輸入輸出通道 DI、 DO 所組成。 8 圖 24 PID ISA方塊圖 以該 PID ISA調(diào)節(jié)子程序塊構(gòu)造汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng) ， 需將水位 PID調(diào)節(jié)編制成定值調(diào)節(jié) （ LICA101） ， 而給水流量 PID調(diào)節(jié)編制成隨動調(diào)節(jié) （ FIRQ102） ， 以構(gòu)成前饋 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 技術(shù)路線 系統(tǒng)具有五個調(diào)節(jié)回路，如汽包液位的控制回路、原水液位控制回路、除氧器壓力、液位的控制回路、鼓風(fēng)機壓力的控制回路、引風(fēng)機爐膛負壓調(diào)節(jié)的控制回路，這里是以汽包液位 的控制回路為主， 它的 系統(tǒng)方框圖如圖 33所示 。 根據(jù)汽包水位條件的重要性和此設(shè)計中對汽包水位的要求 使用三沖量控制其優(yōu)點是（ 1） 系統(tǒng)適合于對于汽包水位要求嚴格或變化頻繁 、 虛假水位嚴重的系統(tǒng) 。當蒸汽負荷突然大幅度增加時，由于假水位現(xiàn)象，控制器不但不能開大 給水 閥增加給水量 ， 以維持鍋爐的物料平衡，而是關(guān)小控制閥的開度減小給水量。 分布式計算機控制系統(tǒng) （ CS） 和可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controllers， PLC） 計算機控制系統(tǒng)配有多種通訊協(xié)議 ， 支持多種現(xiàn)場總線技術(shù) ，為數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)的實時性、準確性實現(xiàn)提供了保障。 24 CIMPLICITY HMI 操作主畫面 II 引 言 目前，國內(nèi)外汽包水位控制策略采用三沖量控制、模糊控制及 PID 自校準與自調(diào)整的比較多，特別是前 2 種，其中模糊控制主要是朝智 能化方向發(fā)展，表現(xiàn)在模糊控制與智能控制的結(jié)合，采用遺傳算法優(yōu)化模糊控制等。 在鍋爐汽包水位控制中被控變量是汽包水位，操作變量是給水流量，給水量的變化不僅影響汽包水位，而且對蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度等都有影響。汽包水位是保證鍋爐安全運行的必要條件。一般是儀表的微機化或 DCS系統(tǒng) [89]。 9 系列 GE9030 PLC 特點 9 PLC 安裝結(jié)構(gòu)及設(shè)備組態(tài) 133 第 4 章 PID 控制算法及 PLC 編程 255 結(jié) 論 控制設(shè)備的選擇：首先系統(tǒng)還需對原水量、蒸汽產(chǎn)量及燃料消耗量進行流量計量，以便工廠進行投入產(chǎn)出核算，它是現(xiàn)代數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)的重要研究方面。 表 11 著名廠家的可編程控制器及過程監(jiān)控軟件 生產(chǎn)廠 可編程控制器 過程監(jiān)控軟件 AB SLC500 RSview32 組態(tài)軟件 松下 FP0 系列 PLC iFix 組態(tài)軟件 OMRON CJ1 系列 PLC iFix 組態(tài)軟件 SIMATIC S7400/M7400 PLC 過程可視化組態(tài)軟件 三菱 A 系列 PLC Intellution FIX 上位組態(tài)軟件 GE Fanuc 9070/30/20 系列 PLC GE CIMPLICITY HMI 西門子 S700 WinCC 監(jiān)控組態(tài)軟件 控制方案的選擇 典型的 鍋爐汽包水位控制策略包括單沖量、雙沖量和三沖量 。原因： （ 1） 水位過高會影響汽包內(nèi)汽水分離 ， 飽和水蒸汽帶水過多，在過熱器管壁結(jié)垢 ， 導(dǎo)致?lián)p壞。 采用 SerialSNP 通訊協(xié)議 ，并通過 SNP/RS232 轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)與操作站 的通訊 ， 操作站 采用目前世界上最優(yōu)秀、功能最強大的美國 GE Fanuc 自動化公司 的自動化監(jiān)控軟件 CIMPLICITY HMI 版本 （ 300點 ） 。 汽包水位 PID調(diào)節(jié)器、給水流量 PID調(diào)節(jié)器子程序塊。這些軟件包提供的軟件和系列 90TM30 之間的結(jié)合天衣無縫，許多操作接口使用 SNP 通訊協(xié)議與具有內(nèi)裝接口的系列 90TM30 進行通訊。 圖 41 PID ISA 方塊圖 標準 ISA PID 算法 （ PID ISA） ，對每個比例、微分、積分項加入的比例增益，該算法實際就是理想模擬 PID 控制算式 （ 如式 41 所示 ） 的具體應(yīng)用，并增加了死區(qū)、 CV限幅、 CV 值變化速率極限等功能模塊。全部參數(shù)均為 16 位整數(shù)字， 具有 16 位模擬變量兼容性。 Address 地址為 PID 控制模塊信息的存貯單元。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0018 輸出 N/A。在 Automatic 方式下，輸出 CV 置于手動命令參數(shù) %Ref+13 中。該功能作用可補償實際逝去時間為 100us 之內(nèi)。 （ 采樣周期為零 ） 。當這一位置 1，則 CV輸出將表示 PID 計算的輸 出負值。 CV（ 16） 是一個表示功能模塊的 CV 輸出的帶符號字的值。 保留 （ 2939） 留作 GE、 FANUC 使用，對其它用 途不能用。一般情況下用戶不需進行修改。該存貯單 元不進行寫入。 20 控制字 （ 14） 控制字為一數(shù)字數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中用前 5 位定位如下格式： 0=超馳； 1=自動 /手動； 2=使能 （ 允許操作 ） ； 3=上升； 4=降低 超馳：當超馳位置 1，則功能模塊根據(jù)升速、減速和手動的當前值執(zhí)行，這些數(shù)值將不用離散輸入寫入功能模件。該項將限制如何快速地使輸出從 0 變到 100%。 43 PID 組態(tài)參數(shù)詳細說明 （ 續(xù) ） 數(shù)據(jù)項 說 明 比例增益 Kp（ 05） 即 INT 數(shù)，在 ISA版中稱為控制器增益， Kp 用于確定 CV 值的變化。該參數(shù)是操作員接口設(shè)備所定義的一個無符號整數(shù)，可為 PLC 提供一個公用標志若操作邏輯由 Logic master 9030/30/Micro 軟件監(jiān)控，則回路數(shù)可在模塊地址下加以顯示。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0027 的低范圍 PV值 32020 至 32020（ %Ref+28） 輸出限 %Ref+0028 的高范圍 PV值 32020 至 32020（ %Ref+28） 輸出限 %Ref+0029 %Ref+0039 留作內(nèi)部使用 N/A 值 不可組態(tài) RefArray數(shù)組應(yīng)為 90TM30 PLC 上的 %R 寄存器。這些參數(shù)必須在調(diào)用模塊之前設(shè)置好。 PV 和 CV值可從 32020 或 0 至匹配的模擬換算值 32020，或從 0 至 10000，顯示變量為 %至 %PV 和 CV 值可有不同的定標，此時換算因子已包含在 PID 增益當中。 CV 輸出然后與 CV 上、下箝位值對比。 GE9030 PLC 安裝結(jié)構(gòu)如圖 41 所示， 各模塊型號及設(shè)備組態(tài)如表 32 所列。 9 第 3 章 系列 GE9030 PLC 系列 GE9030 PLC特點 （ 1） 最具競爭力 系列 90TM30 PLC 是 GE Fanuc 系列 9030 可編程序控制器家族的一員，提供最先進的編程特性，易于組態(tài)，便于安裝，獨有的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)開辟了一條最經(jīng)濟的工業(yè)控制途徑。 功能模塊 1。 三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng) ， 即前饋 串級復(fù)合控制系統(tǒng) ， 它的設(shè)計思想是 ： 以鍋爐汽包水位測量信號作為主控制信號 ， 構(gòu)成主調(diào)節(jié)回路 ， 以蒸汽流量信號作為前饋信號 ， 構(gòu)成前饋調(diào)節(jié)回路 ， 總給水流 量作為串級信號 ， 構(gòu)成副調(diào)節(jié)回路 ， 由主調(diào)節(jié)回路、前饋調(diào)節(jié)回路、副調(diào)節(jié)回路來共同構(gòu)成鍋爐汽包水位串級三沖量自動控制系統(tǒng) 。 鍋爐汽包水位的雙沖量控制系統(tǒng)：在汽包水位控制中 ， 最主要的擾動是負荷 的變化。它是分布式計算機控制系統(tǒng) （ DCS） 和可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controllers， PLC） 計算機 控制系統(tǒng)的性能及特點的具體體現(xiàn)，是目前國內(nèi)外普遍采用的先進的手段。 29 2 288 附錄 1 144 PID 調(diào)節(jié)器 PLC 編程 133 控制算法 4 自控模型 其控制對象方面：受約束的 MIMO（多輸入多輸出）系統(tǒng)，控制目標考慮操作條件的最優(yōu)化。 鍋爐汽包水 位控制的任務(wù)是控制給水流量，使其與蒸發(fā)量保持平衡，維持鍋筒內(nèi)水位在允許的范圍內(nèi)變化。 本鍋爐 汽包 自控設(shè)計選用的美國 GE Fanuc 自動化公司的 90TM30 系列 PLC可編程序控制 器作為過程輸入輸出通道，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測及輸出控制； 操作站 采用美國 GE Fanuc自動化公司 的自動化監(jiān)控軟件 CIMPLICITY HMI 版本 （ 300 點 ） ，進行操作站的組態(tài)設(shè)計，現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測及輸出控制，實現(xiàn)了對鍋爐汽包水位的控制。 蒸汽鍋爐是用于滿足生產(chǎn)規(guī)模擴大和民用供熱的工業(yè)鍋爐，其操作和控制從人工及儀表進入了微機時代 [7]。 144 CV 幅值和速率極限 32 VI 1 第 1 章 系統(tǒng)的總體設(shè)計 設(shè)備 的選擇 控制設(shè)備方面以往的單元組合儀表及計算機集中控制方式 （ 如 DDC， SPC 等 ）已被淘汰，目前國內(nèi)外大多采用商品化的分布式計算機控制系統(tǒng) （ DCS） 與可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controllers， PLC） 計算機控制系統(tǒng)。 通過下表 PLC 和過程監(jiān)控軟件的比較和研究內(nèi)容的需求，最后選擇了 GE Fanuc 的 90TM30 系列 PLC 和 GE CIMPLICITY HMI 過程監(jiān)控軟件。其前饋控制是根據(jù) 蒸汽流量來起校正作用，以糾正虛假水位引起的誤動作，而且使控制閥的動作非常及時，從而減少水位的波動，改善控制品質(zhì)，其串級控制對于主要調(diào)節(jié)器是保證汽包水位的靜態(tài)準確性，同時 副 調(diào)節(jié)器 能 快速克服 給水 閥前壓力波動干擾。 圖 22 系列 結(jié)構(gòu)框圖 鍋爐設(shè)備自控系統(tǒng) I/O 點規(guī)模如表 31 所列。 靜態(tài)前饋控制器模塊 （ C0+C1PC+C2PS） 。為了及時解決用戶的需求， GE Fanuc 提供第三家工業(yè)設(shè)備 和軟件包，合作的結(jié)果進一步擴大了系列 90TM30 的能力，通用的產(chǎn)品包括：熱電偶、熱電阻、步進電機模塊、大電流繼電器模塊。目前在過程控制中應(yīng)用較多的還是 PID 控制算法。 PID 調(diào)節(jié)器 PLC編程 PID 的用途即用于閉環(huán)過程控制 。如 PID 停止手動狀態(tài)，則處于自動。 表 42 PID 組態(tài)參數(shù)一覽表 寄存器 參數(shù) 低位單位 取值范圍 %Ref+0000 回路數(shù) 整數(shù) 0~255 僅用于用戶顯示 %Ref+0001 算法 N/A；由 PLC 設(shè)定和維護 不可組態(tài) %Ref+0002 采樣周期 10ms 0（ 每次掃描 ） 是 65535（ 分 ） 9030PLC 最少為 10 分 %Ref+0003 死區(qū) + PV值 0~32020（ 正值 ） %Ref+0004 死區(qū) PV值 32020~0（ 負值 ） %Ref+0005 比例增益 — Kp %/PV% 0~%/% %Ref+0006 微分增益 — Kd 秒 0~ 秒 PID — IND SP C