【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .................................................................................................. 51 元器件明細(xì)表 ..................................................................................................... 51 5 軟件程序的編制 ........................................................................................................... 52 概述 ................................................................................................................... 52 程序流程圖 ......................................................................................................... 53 地址分配 .................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 程序設(shè)計(jì) .................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 6 控制系統(tǒng)的調(diào)試與實(shí)驗(yàn) ............................................................................................... 56 單元電路調(diào)試 ..................................................................................................... 56 程序調(diào)試 ............................................................................................................ 57 系統(tǒng)調(diào)試 ............................................................................................................ 57 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析 ............................................................................................. 57 7 設(shè)計(jì)總結(jié) ....................................................................................................................... 58 系統(tǒng)具備的主要功能 ........................................................................................... 59 系統(tǒng)的測(cè)量精度 .................................................................................................. 59 存 在的問(wèn)題及改進(jìn)措施 ....................................................................................... 59 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 61 致 謝 ............................................................................................................................. 62 1 前言 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鍋爐的使用范圍越來(lái)越廣泛。而鍋爐溫度控制是工業(yè)生 （論文） 10 產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的過(guò)程控制 ,有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量 ,因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常必要的。而鍋爐系統(tǒng)是一個(gè)具有時(shí)變和時(shí)滯的比較復(fù)雜的系統(tǒng)，因此，對(duì)鍋爐溫度進(jìn)行控制是工 業(yè)過(guò)程控制中一個(gè)重要而且困難的問(wèn)題。由于串級(jí)控制具有有效改善過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性、提高工作頻率、減小等效過(guò)程時(shí)間常數(shù)和加快響應(yīng)速度等特點(diǎn)，所以在克服被控系統(tǒng)的時(shí)滯方面能夠取得較好的效果 [1]。 由于 PLC 具有高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)， PLC 已經(jīng)由原來(lái)的邏輯控制器發(fā)展成具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力、通訊能力的標(biāo)準(zhǔn)工控設(shè)備，用其進(jìn)行各種算法的實(shí)現(xiàn)是工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。 本設(shè)計(jì)以鍋爐為被控對(duì)象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參 數(shù)，以 PLC 為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)；采用 PID算法，運(yùn)用 PLC梯形圖編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自動(dòng)控制 [2]。 本文對(duì)鍋爐溫度控制系統(tǒng)的硬件和軟件都進(jìn)行了介紹，全文主要有 5個(gè)部分。 第 1 部分 是對(duì)鍋爐溫度控制系統(tǒng)的總體方案的介紹?？刂瓶傮w方案的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。若設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)不正確，則無(wú)論選用何種先進(jìn)的過(guò)程控制儀表或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其安裝如何細(xì)心，都不可能使系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮良好的作用，甚至系統(tǒng)不能運(yùn)行。 第 2 部分 是對(duì)鍋爐溫度控制系統(tǒng)控制算法的選擇和參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行了介紹。采用合適的控制 算法能更好地對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。 第 3 部分 是鍋爐液位控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，對(duì)選擇的儀表、設(shè)備等的性能、使用方法和接口要求等進(jìn)行了介紹。 第 4 部分 是對(duì)鍋爐液位控制系統(tǒng)軟件程序的編制，主要是采用 PLC 梯形圖編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，并寫(xiě)出相應(yīng)的流程圖和地址分配。 第 5 部分 是對(duì)鍋爐溫度控制系統(tǒng)的調(diào)試與實(shí)驗(yàn)。其中包括單元電路調(diào)試、程序調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)試驗(yàn)和結(jié)果分析。 在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，我得到了張運(yùn)波老師的指導(dǎo)和崔曉燕、劉野等同學(xué)的熱心幫助，才使我能順利完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，謹(jǐn)對(duì)他們致以衷心地感謝！ （論文） 11 由于本人水平有限， 錯(cuò)誤和疏漏之處在所難免，敬請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。 2 控制系統(tǒng)的總體方案 概述 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鍋爐的使用范圍越來(lái)越廣泛。而鍋爐 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的過(guò)程控制 ,有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。 現(xiàn)代鍋爐的生產(chǎn)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)高度的機(jī)械化，這就為鍋爐的自動(dòng)化提供了有利條件。鍋爐自動(dòng)化是提高鍋爐安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要措施。目前，鍋爐的自動(dòng)化主要包括自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、程序控制、自動(dòng)保護(hù)和控制計(jì)算五個(gè)方面。實(shí)現(xiàn)鍋爐自動(dòng)化能夠提高鍋爐運(yùn)行的安全性、經(jīng) 濟(jì)性和勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減少運(yùn)行人員。 鍋爐是 工業(yè)企業(yè) 重要的動(dòng)力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定的蒸汽 或熱水 ，以滿足負(fù)荷的需要。鍋爐設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象， 燃?xì)馊加湾仩t 主要輸入變量 包括 負(fù)荷、給水、燃料量、送風(fēng)和引風(fēng)量等，主要調(diào)節(jié)變量包括水位、溫度及壓力、煙氣氧量和爐膛負(fù)壓等 ；電加熱鍋爐 主要輸入變量 包括 負(fù)荷、鍋爐給水 和電阻絲電壓 等，主要調(diào)節(jié)變量包括水位 和 溫度等。鍋爐生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)主要參數(shù)都必須嚴(yán)格控制。 鍋爐系統(tǒng)是一個(gè)具有時(shí)變和時(shí)滯的比較復(fù)雜的系統(tǒng)，因此，對(duì)鍋爐溫度進(jìn)行控制是工業(yè)過(guò)程控制中一個(gè)重要而且困難的 問(wèn)題 [3] 。 在生產(chǎn)過(guò)程控制中，一些復(fù)雜環(huán)節(jié)，往往需要進(jìn)行串級(jí)控制。即把兩個(gè)控制器串聯(lián)起來(lái)，第一個(gè)控制器的設(shè)定值是控制目標(biāo)，它的輸出傳給第二個(gè)控制器，作為它的設(shè)定值，第二個(gè)控制器的輸出作為串級(jí)控制系統(tǒng)的輸出，送到被控系統(tǒng)，作為它的控制“動(dòng)作 ”。控制系統(tǒng)的這種串級(jí)形式對(duì)于復(fù)雜對(duì)象的控制往往比單回路控制的效果更好。串級(jí)控制對(duì)克服被控系統(tǒng)的時(shí)滯之所以能收到好的效果，是因?yàn)楫?dāng)用兩個(gè)控制器進(jìn)行串級(jí)控制時(shí) ,每個(gè)控制器克服時(shí)滯的負(fù)擔(dān)相對(duì)減小 ,這就使得整個(gè)控制系統(tǒng)克服時(shí)滯的能力得到加強(qiáng)。 在鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中，除了應(yīng)用基 于反饋控制原理而設(shè)計(jì)的各種調(diào)節(jié)器系統(tǒng)以外，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越普及。由于 PLC 具有高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)， PLC 已經(jīng)由原來(lái)的邏輯控制器發(fā)展成具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力、通訊能力的標(biāo)準(zhǔn)工控設(shè)備，用其進(jìn)行各種算法的實(shí)現(xiàn)是工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì) [4] 。 （論文） 12 本設(shè)計(jì)以電加熱鍋爐為被控對(duì)象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電壓為控制參數(shù)，以 PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐水溫的定值控制。 控制方式的確定 自動(dòng)控制方式一般有兩種：即開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。 開(kāi)環(huán)控制是指控制裝置與被控對(duì)象之間只有按順序工作，沒(méi)有反向聯(lián)系的控制過(guò)程 ,按這種方式組成的系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) ,其特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，沒(méi)有自動(dòng)修正或補(bǔ)償?shù)哪芰?。開(kāi)環(huán)控制沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高 ,響應(yīng)時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)很長(zhǎng) ,精確度不高 ,使用于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性精確度要求不高的簡(jiǎn)單的系統(tǒng) .。 人工控制一般是開(kāi)環(huán)控制。比如人工轉(zhuǎn)換電扇檔位實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制。 閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，從輸出量變化取出控制信號(hào)作為比較量反饋給輸入端控制輸入量，一般這 個(gè)取出量和輸入量相位相反，所以叫負(fù)反饋控制 。 通過(guò)反饋系統(tǒng) 使 系統(tǒng)的精確度提高 ,響應(yīng)時(shí)間縮短 ,適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間 ,穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng) 。 自動(dòng)控制通常是閉環(huán)控制。比如家用空調(diào)溫度的控制 。 而閉環(huán)控制又包含有單回路控制和串級(jí)控制等。 串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比有一個(gè)顯著的區(qū)別，即其在結(jié)構(gòu)上多了一個(gè)副回路，形成了兩個(gè)閉環(huán) 雙閉環(huán)或稱雙環(huán)。串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的雙環(huán)系統(tǒng)相同，就其主回路（外環(huán)）來(lái)看是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路（內(nèi)環(huán)）則為一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。以加熱爐串級(jí)控制系統(tǒng)為例，在控制過(guò) 程中，副回路起著對(duì)爐出口溫度的“粗調(diào)”作用，而主回路則完成對(duì)爐出口溫度的“細(xì)調(diào)”任務(wù)。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)多用了一個(gè)測(cè)量變送器與一個(gè)控制器（調(diào)節(jié)器），增加的投資并不多（對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，僅增加了一個(gè)測(cè)量變送器），但控制效果卻有顯著的提高。其原因是在串級(jí)控制系統(tǒng)中增加了一個(gè)包含二次擾動(dòng)的副回路，使系統(tǒng)① 改善了被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率； ② 對(duì)二次擾動(dòng)有很強(qiáng)的克服能力；③ 提高了對(duì)一次擾動(dòng)的克服能力和對(duì)回路參數(shù)變化的自適應(yīng)能力 [5] 。 綜上所述，根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，決定在系統(tǒng)設(shè) 計(jì)中采用閉環(huán)串級(jí)控制方式。 （論文） 13 檢測(cè)元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 檢測(cè)元件的選擇 檢測(cè)與變送設(shè)備主要根據(jù)被檢測(cè)參數(shù)的性質(zhì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體考慮來(lái)決定。被檢測(cè)參數(shù)性質(zhì)的不同，準(zhǔn)確度要求、響應(yīng)速度要求的不同以及對(duì)控制性能要求的不同都影響檢測(cè)、變送器的選擇，要從工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)性加以綜合考慮。檢測(cè)、變送器選擇的幾個(gè)基本原則如下 [6] ： ① 盡可能選擇測(cè)量誤差小的測(cè)量元件。 ② 盡可能選擇快速響應(yīng)的測(cè)量元件與變送設(shè)備。 ③ 正確采用微分超前補(bǔ)償。 ④ 合理選擇測(cè)量點(diǎn)位置并正確安裝。 ⑤ 對(duì)測(cè)量信號(hào) 作必要的處理。 本系統(tǒng)需要兩個(gè)溫度傳感器，一個(gè)安裝在爐膛內(nèi)；另一個(gè)安裝在出口處。根據(jù)測(cè)量精度和測(cè)量范圍等要求，選用鉑熱電阻 pt100 為溫度傳感器，選擇 JCJ100G 為 溫 度變 送器 。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 由于本次設(shè)計(jì)選用的是電阻絲加熱爐，屬于電加熱形式，應(yīng)該選擇溫度控制器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選用對(duì)應(yīng)的 MJYDJL20型單相交流模塊。 PLC控制器輸出的數(shù)字量經(jīng)過(guò) D/A轉(zhuǎn)換成溫度控制器可識(shí)別的模擬電壓信號(hào)后，根據(jù)不同的電流值， MJYDJL20 型單相交流模塊輸出相應(yīng)的電壓值從而控制電阻絲兩端的電壓值， 達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。 微型計(jì)算機(jī)的選擇 （論文） 14 工業(yè)中常用的控制器有工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、單片機(jī)和可編程控制器等。與其它幾種控制器相比較，可編程控制器是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與繼電器邏輯控制概念而開(kāi)發(fā)的一代新型工業(yè)控制器，是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它可以取代傳統(tǒng)的繼電器完成開(kāi)關(guān)量的控制，比如，將行程開(kāi)關(guān)、按鈕開(kāi)關(guān)、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)或敏感元器件作為輸入信號(hào)，輸出信號(hào)可控制電動(dòng)閥門(mén)、開(kāi)關(guān)、電磁閥和步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)，執(zhí)行邏輯