【正文】 V PV MAN UP DN （ ok） Power flow out if OK %S00007 （ enable） (set point) %R0150 +21000 (process variable) %AI0001 +20950 %M0112 %M0113 %M0114 %AQ0004 Control Variable +25000 RefArray is 40 %R Words %R0100 (reference array) 17 %Ref+0007 積分速率 — Ki 重復(fù) /1000 秒 0~ 重復(fù) /秒 %Ref+0008 CV 偏置 /輸出偏置 CV 值 32020 至 32020（ 加到積分輸出 ） %Ref+0009 上限幅值 CV 值 32020 至 32020（ %Ref+10） 輸出限 %Ref+0010 下限幅值 CV 值 32020 至 32020（ %Ref009） 輸出限 %Ref+0011 最小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間 秒 /全程 0 至 32020 秒至移動(dòng) 32020CV %Ref+0012 組態(tài)字 低 5 位 誤差 +/的 0~2 位 ,輸出極性 ,微分 %Ref+0013 手動(dòng)命令 CV 值 CV 為自動(dòng) ,或置 CV 為手動(dòng) %Ref+0014 控制字 由 PLC 維護(hù)，除非位 1 如為 1 時(shí) ,低位設(shè)置為超馳 %Ref+0015 內(nèi) SP N/A。 常規(guī)自動(dòng)操作將在每次掃描時(shí)調(diào)用 PID 模塊， 有電流為 Enable， 無電流為 Manual輸入觸點(diǎn)。如果當(dāng)前 PLC 逝去時(shí)間剛好或小于上次 PID 應(yīng)答時(shí)間加上采樣周期的話則 PID 算法進(jìn)行。 積分速率 Ki （ 07） INT 值 ，用以設(shè)置積分速率。當(dāng)這一位置 0， 則 CV 輸出冤魂表示 PID 計(jì)算的輸出。否則。 Y 余數(shù) (26) 保留余數(shù)作積分器部分換算的 0 穩(wěn)態(tài)誤差。這是因?yàn)橛脩粢寻?PID 模塊控制從梯形邏輯狀態(tài)撤出。 表 44 PID 組態(tài)參數(shù)詳細(xì)說明 （ 續(xù) ） 數(shù)據(jù)項(xiàng) 說 明 旋轉(zhuǎn)項(xiàng)存貯（ 22） 為存貯中間值內(nèi)存用。 超馳位的用途是允許操作裝置的接口設(shè)備來控制。則該項(xiàng)應(yīng)置為零。 微分增益 Kd（ 06） INT 值，用以確定 CV值的誤差。 采樣周期（ 02） PID 算法之間的最短時(shí)間，以 10ms 為增量計(jì)時(shí)。 18 組態(tài)用戶參數(shù)時(shí)， 選擇 PID 功能塊并按 F10 鍵進(jìn)到顯示用戶參數(shù)屏面；然后用箭頭鍵選擇字段 ， 鍵入期望值。 “ +” 加與后的編號(hào)為數(shù)組中的偏置量。 SP SP 為控制閉環(huán) 的置位點(diǎn)。 CV=限幅 PID 輸出或輸出極性位設(shè) 置時(shí)的限幅 PID 輸出。這部分性能的好壞對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著十分重要的作用 [17]。 GE Fanuc 不斷地推出新產(chǎn)品，擴(kuò)大使用范圍，顯示了其技術(shù)的領(lǐng)先地位，它的 CPU 具有 強(qiáng)大的功能，如內(nèi)裝 PID，結(jié)構(gòu)化編程，中斷控制，間接尋址及各種功能模塊 ， 能完成復(fù)雜的操作。由于汽包水位是一個(gè)沸騰的水位 ， 且水中汽泡量是變化不定的 ， 因此在采用差壓變送器測(cè)量的水位時(shí) ， 盡管安裝時(shí)設(shè)置了隔離罐 ， 同時(shí)變送器設(shè)置了一定阻尼系數(shù) ， 其電流輸出信號(hào)仍存在頻繁的周期性波動(dòng) ， 因此系統(tǒng)需對(duì) 該信號(hào)進(jìn)行平滑處理 ， 以保證其控制質(zhì)量 ， 本系統(tǒng)采用了一階慣性濾波 。 圖 21 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) 自控模型 鍋爐工藝及自控要求某鍋爐的工藝設(shè)計(jì)主要參數(shù)為 ： 蒸汽性質(zhì)： 飽和蒸汽 ； 蒸發(fā)量： 35t/h； 蒸汽壓力： 0. 9MPa； 5 蒸汽溫度： 180℃ ； 給水流量： 37m3/h； 給水溫度： 104℃ 。這是一個(gè)前饋 （ 蒸汽流量 ） 加單回路反饋控制的復(fù)合控制系統(tǒng)。 由于國產(chǎn)的 DCS 系統(tǒng)比國外的可編程邏輯控制器計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)成本投入略高 ， 同時(shí)國外的 PLC 控制系統(tǒng)已不僅僅數(shù)字邏輯控制，也已具有 模擬量輸入、輸出模塊及其它各種多功能模塊，使完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能已不成問題。 鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)生擾動(dòng)的情況下，控制器采用 PID 控制策略 [3]，提高了系統(tǒng)在惡劣情況下的抗干擾能力和控制系統(tǒng)的魯棒性能，保證了生產(chǎn)過程的穩(wěn)定和安全。 畢業(yè) 論文 基于 PLC 實(shí)現(xiàn)的鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) Design of Boilers Based on Series PLC 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè) 班 級(jí)： 指 導(dǎo) 教 師： 完 成 日 期： I 摘 要 在鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)中 ， 水位是一個(gè)很重要的控制參數(shù) ， 它間接地反映了鍋爐負(fù)荷和給水的平衡關(guān)系。在鍋爐水位控制系統(tǒng)中，將 PID 算法融于 PLC 控制系統(tǒng)，取得了良好的控制效果。 222 CIMPLICITY HMI 運(yùn)行環(huán)境 24 調(diào)節(jié)器組態(tài)設(shè)計(jì) 同時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)控軟件如也選擇統(tǒng)一廠家的 ， 將使系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)備有機(jī)結(jié)合，可保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性。這里的前饋系統(tǒng)就僅為靜態(tài)的前饋，若需要 考慮 兩條通道在動(dòng)態(tài)上的差異，需加入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)。 控制系統(tǒng)硬件部分包括小型工作站 （ 上位工控計(jì)算機(jī) ） 、 GE Fanuc 90TM30 系列 PLC可編程序控制器構(gòu)成的下位機(jī)、外部設(shè)備、過程輸入輸出通道、現(xiàn)場工業(yè)自動(dòng)化儀表以及供電系統(tǒng)等組成。 飽和蒸汽壓力補(bǔ)償模塊。另外系列 90TM30 PLC 有功能很強(qiáng)的特殊模塊可供選擇，包括軸定位模塊 ，高速計(jì)數(shù)器模塊， BASIC 和 C 語言協(xié)處理器模塊及 Genius 通訊模塊。 第 4 章 PID 控制算法及 PLC 編程 PID控制算法 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中， PLC 的 CPU 模塊 相當(dāng)于常規(guī)控制系統(tǒng)中的控制器，它對(duì)過程變量的實(shí)測(cè)值和設(shè)定值之間的誤差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算 ， 稱為控制算法或控制法則。 如果模塊處于 Automatic 模式，則最終 CV 置于 Manual Command%Ref+13。置位用 PV值， PID 調(diào)節(jié)輸出 CV，使 PV與 SP 匹配。例如，如果 RefArray從 %R100 開始，則 %R113即為手動(dòng)命令 ，用于設(shè)置控制變量 （ CV） 和手動(dòng)方式的積分功能。用戶可用 0 作為多數(shù)缺少值，但不包括 CV 上限幅值， PID模塊的操作 CV 上限幅值應(yīng)大于 CV 下限幅值。如，以 10 為 100ms 采樣周期。鍵入代表 10ms 的低位時(shí)間，則顯示為 秒，且隱含有效數(shù)字兩位。旋轉(zhuǎn)速率的限制對(duì)滿行程給定以秒計(jì)量。此外，由于 SP 是不更新的，幫操作裝置接口單元，也可設(shè)置超馳并進(jìn)行設(shè)置點(diǎn)控制。該存貯單元不進(jìn)行寫入。 22 第 5 章 監(jiān)控軟件 及組態(tài)設(shè)計(jì) 監(jiān)控軟件 CIMPLICITY HMI 簡 介 GE Fanuc 是美國第一批在滿足了由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織指定的最全面最嚴(yán)格的所有ISO9。對(duì)該存貯單元不進(jìn)行寫入。 手動(dòng) /上升 /下降：這三個(gè)位將表示當(dāng)前超馳位為 0 時(shí)的三個(gè)邏輯 (布 爾 )輸入的姿態(tài)。 0=誤差項(xiàng)。 Kd 可用于提高低速回路響應(yīng)但對(duì) PV 輸入噪音很敏感。如果為零，則功能塊被調(diào)用 （ 參考下一節(jié) PID 模塊計(jì)劃表 ） 。 一旦選定不合適的 PID 值，就應(yīng)定義為 BLKMOV 的常數(shù)項(xiàng)，以便必須時(shí)可用作重裝 （ reload） 缺省 PID 用戶參數(shù)。各參數(shù)詳細(xì)說明如表 43 所列。 MAN 當(dāng) MAN 接通時(shí)， PID 功能模塊是處于手動(dòng)狀態(tài)。此意即 Manual Command 不能改變大于 CV 上箝位和小于 CV下箝位的值，并且輸出不能象最小旋轉(zhuǎn)時(shí)間所允許的快速改變。 自適應(yīng)控制和最優(yōu)化控制方法是建立在精確數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的 ， 在實(shí)時(shí)過程控制中 ，由于控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型難于建立，系統(tǒng) 參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化， 運(yùn)用控制理論分析綜 14 合要花費(fèi)很大的代價(jià)，同時(shí)由于所得到的數(shù)學(xué)模型過于復(fù)雜，難于實(shí)現(xiàn)，因此在目前的過程控制系 統(tǒng)中較少采用這種方法。 （ 3） 促進(jìn)與第三方的合作 促進(jìn)與第三方的合作。首先將被測(cè)蒸汽壓力進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換 （ 即 MPa → kg/cm2） ， 再轉(zhuǎn)換為絕對(duì)壓力 （ 實(shí)測(cè)為相對(duì)壓力 ） ， 然后以設(shè)計(jì)工作點(diǎn)為界限 ， 分兩段采用計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)蒸汽流量壓力補(bǔ)償 ， 經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)在工作點(diǎn)附近誤差小于 1%。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖22 所示。 三沖量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：此系統(tǒng)是前饋 串級(jí)控制系統(tǒng)。 2 PLC 與過程監(jiān)控軟件的選擇 世界著名廠家的可編程控制器及過程監(jiān)控軟件如表 11 所列。 133 PID 控制算法 10 I/O 地址分配 1 設(shè)備的選擇 PLC 實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以提高 鍋爐設(shè)備的 自動(dòng)化控制水平，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益 [46]。 本文介紹的是基于 PLC 實(shí)現(xiàn)的鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中主要解決的是確定鍋爐汽包水位的控制方案、系統(tǒng)控制設(shè)備選型、 PLC 梯形圖的編程、系統(tǒng)配置、 IO 配置、上位機(jī)工藝操作界面組態(tài)的設(shè)計(jì)。鍋爐長期在高水位下運(yùn)行，已成為高參數(shù)汽包鍋爐普遍存在的問題。其控制方法的發(fā)展趨勢(shì)為：結(jié)合最優(yōu)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（ CIMS）。I Abstract 2 控制方案的選擇 4 技術(shù)路線 111 PLC 編程軟件 因此硬件設(shè)備將在商品化的 DCS 系統(tǒng)與 PLC 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)選擇。如果根據(jù)蒸汽流量來起校正作用，就可以糾正虛假水位引起的誤動(dòng)作，而且使控制閥的 3 動(dòng)作十分及時(shí)，從而減少水位的波動(dòng)，改善控制品質(zhì)。 4 第 2 章 鍋爐汽包水位的 設(shè)計(jì) 工藝流程 本設(shè)計(jì)的 工藝流程是 原水 → 原水前處理 → 原水罐 → 水水換熱器 → 汽水換熱器 → 除 氧器 → 儲(chǔ)煤器 → 汽包液位。它是開方運(yùn)算模塊 ， 因?yàn)楣?jié)流式差壓流量計(jì)是通過變送器檢測(cè)孔板前后壓差的 ， 變送器輸出的信號(hào)與實(shí)際流量 Q之間成方根關(guān)系。 （ 2） 領(lǐng)先的技術(shù) 系列 90TM30 PLC 成本低，性能高 ， 能方便地取代從簡便的繼電器到復(fù)雜的中型自動(dòng)化應(yīng)用系統(tǒng)場合 。 I/O地址分配 PLC 各模塊 I/O 地址分配如表 32 所列 。若有一限值超出，則 CV 輸出置位于該箝位值。圖 42 中各參數(shù)說明如表 41 所列。其余參數(shù)由 PLC 使用且為不可組態(tài) （ nonconfigurable） 。注意 ， 如果全部 13 個(gè)用戶參數(shù)相同則每次 PID 模塊調(diào)用必須使用一個(gè)有差別的 40 個(gè)字?jǐn)?shù)組 ， 這是因?yàn)樵摂?shù)組中的其余的字用作內(nèi)部 PID 模塊貯存。 算法 （ 01） 是由 PLC 設(shè)置的一個(gè)無符號(hào)整數(shù)，用以識(shí)別功能模塊正在使用什么 算法。以 %/%形式顯示，隱含兩位有效數(shù)字，如輸入 Kp450，則顯示為 ，結(jié)果是 Kp 誤差 /100 或450*誤差 100 為 PID 輸出的精度。它還有限制積分容許如何快速地進(jìn)行防終結(jié)變化的效果。當(dāng)超馳位置 0，則升速、減速及手動(dòng)值將設(shè)置數(shù)值，后者是由功能模塊的離散輸入定義的，超馳也影響為 SP 所用的值。 內(nèi)部項(xiàng) 貯 為存貯中間值內(nèi)存用。如果用戶在長時(shí)間延遲后在 Auto 模式