【文章內(nèi)容簡介】 .................................................................................................. 51 元器件明細表 ..................................................................................................... 51 5 軟件程序的編制 ........................................................................................................... 52 概述 ................................................................................................................... 52 程序流程圖 ......................................................................................................... 53 地址分配 .................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 程序設(shè)計 .................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 6 控制系統(tǒng)的調(diào)試與實驗 ............................................................................................... 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)實驗和結(jié)果分析 ............................................................................................. 57 7 設(shè)計總結(jié) ....................................................................................................................... 58 系統(tǒng)具備的主要功能 ........................................................................................... 59 系統(tǒng)的測量精度 .................................................................................................. 59 存 在的問題及改進措施 ....................................................................................... 59 參考文獻 ............................................................................................................................. 61 致 謝 ............................................................................................................................. 62 1 前言 隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，鍋爐的使用范圍越來越廣泛。而鍋爐溫度控制是工業(yè)生 （論文） 10 產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制 ,有些工藝過程對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)是一個具有時變和時滯的比較復(fù)雜的系統(tǒng)，因此，對鍋爐溫度進行控制是工 業(yè)過程控制中一個重要而且困難的問題。由于串級控制具有有效改善過程的動態(tài)特性、提高工作頻率、減小等效過程時間常數(shù)和加快響應(yīng)速度等特點，所以在克服被控系統(tǒng)的時滯方面能夠取得較好的效果 [1]。 由于 PLC 具有高可靠性、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。進入21 世紀(jì)以來， PLC 已經(jīng)由原來的邏輯控制器發(fā)展成具有較強的數(shù)據(jù)處理能力、通訊能力的標(biāo)準(zhǔn)工控設(shè)備，用其進行各種算法的實現(xiàn)是工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。 本設(shè)計以鍋爐為被控對象，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)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)；采用 PID算法，運用 PLC梯形圖編程語言進行編程，實現(xiàn)鍋爐溫度的自動控制 [2]。 本文對鍋爐溫度控制系統(tǒng)的硬件和軟件都進行了介紹，全文主要有 5個部分。 第 1 部分 是對鍋爐溫度控制系統(tǒng)的總體方案的介紹。控制總體方案的設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的核心。若設(shè)計方案設(shè)計不正確，則無論選用何種先進的過程控制儀表或計算機系統(tǒng)，其安裝如何細心，都不可能使系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮良好的作用，甚至系統(tǒng)不能運行。 第 2 部分 是對鍋爐溫度控制系統(tǒng)控制算法的選擇和參數(shù)的設(shè)置進行了介紹。采用合適的控制 算法能更好地對整個系統(tǒng)進行控制。 第 3 部分 是鍋爐液位控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計，對選擇的儀表、設(shè)備等的性能、使用方法和接口要求等進行了介紹。 第 4 部分 是對鍋爐液位控制系統(tǒng)軟件程序的編制，主要是采用 PLC 梯形圖編程語言進行編程，并寫出相應(yīng)的流程圖和地址分配。 第 5 部分 是對鍋爐溫度控制系統(tǒng)的調(diào)試與實驗。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)試驗和結(jié)果分析。 在本次設(shè)計當(dāng)中，我得到了張運波老師的指導(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。在此，謹(jǐn)對他們致以衷心地感謝！ （論文） 11 由于本人水平有限， 錯誤和疏漏之處在所難免，敬請各位老師和同學(xué)批評指正。 2 控制系統(tǒng)的總體方案 概述 隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，鍋爐的使用范圍越來越廣泛。而鍋爐 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制 ,有些工藝過程對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)過程可以實現(xiàn)高度的機械化，這就為鍋爐的自動化提供了有利條件。鍋爐自動化是提高鍋爐安全性和經(jīng)濟性的重要措施。目前，鍋爐的自動化主要包括自動檢測、自動調(diào)節(jié)、程序控制、自動保護和控制計算五個方面。實現(xiàn)鍋爐自動化能夠提高鍋爐運行的安全性、經(jīng) 濟性和勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減少運行人員。 鍋爐是 工業(yè)企業(yè) 重要的動力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定的蒸汽 或熱水 ，以滿足負荷的需要。鍋爐設(shè)備是一個復(fù)雜的控制對象， 燃氣燃油鍋爐 主要輸入變量 包括 負荷、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、煙氣氧量和爐膛負壓等 ；電加熱鍋爐 主要輸入變量 包括 負荷、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)過程的各個主要參數(shù)都必須嚴(yán)格控制。 鍋爐系統(tǒng)是一個具有時變和時滯的比較復(fù)雜的系統(tǒng)，因此，對鍋爐溫度進行控制是工業(yè)過程控制中一個重要而且困難的 問題 [3] 。 在生產(chǎn)過程控制中，一些復(fù)雜環(huán)節(jié)，往往需要進行串級控制。即把兩個控制器串聯(lián)起來，第一個控制器的設(shè)定值是控制目標(biāo)，它的輸出傳給第二個控制器，作為它的設(shè)定值，第二個控制器的輸出作為串級控制系統(tǒng)的輸出，送到被控系統(tǒng)，作為它的控制“動作 ”?？刂葡到y(tǒng)的這種串級形式對于復(fù)雜對象的控制往往比單回路控制的效果更好。串級控制對克服被控系統(tǒng)的時滯之所以能收到好的效果，是因為當(dāng)用兩個控制器進行串級控制時 ,每個控制器克服時滯的負擔(dān)相對減小 ,這就使得整個控制系統(tǒng)克服時滯的能力得到加強。 在鍋爐自動控制系統(tǒng)中，除了應(yīng)用基 于反饋控制原理而設(shè)計的各種調(diào)節(jié)器系統(tǒng)以外，計算機技術(shù)的應(yīng)用也越來越普及。由于 PLC 具有高可靠性、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。進入 21 世紀(jì)以來， PLC 已經(jīng)由原來的邏輯控制器發(fā)展成具有較強的數(shù)據(jù)處理能力、通訊能力的標(biāo)準(zhǔn)工控設(shè)備，用其進行各種算法的實現(xiàn)是工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢 [4] 。 （論文） 12 本設(shè)計以電加熱鍋爐為被控對象，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)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)鍋爐水溫的定值控制。 控制方式的確定 自動控制方式一般有兩種：即開環(huán)控制和閉環(huán)控制。 開環(huán)控制是指控制裝置與被控對象之間只有按順序工作，沒有反向聯(lián)系的控制過程 ,按這種方式組成的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng) ,其特點是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，沒有自動修正或補償?shù)哪芰Αｉ_環(huán)控制沒有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高 ,響應(yīng)時間相對來說很長 ,精確度不高 ,使用于對系統(tǒng)穩(wěn)定性精確度要求不高的簡單的系統(tǒng) .。 人工控制一般是開環(huán)控制。比如人工轉(zhuǎn)換電扇檔位實現(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作為比較量反饋給輸入端控制輸入量，一般這 個取出量和輸入量相位相反，所以叫負反饋控制 。 通過反饋系統(tǒng) 使 系統(tǒng)的精確度提高 ,響應(yīng)時間縮短 ,適合于對系統(tǒng)的響應(yīng)時間 ,穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng) 。 自動控制通常是閉環(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控制等。 串級控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比有一個顯著的區(qū)別，即其在結(jié)構(gòu)上多了一個副回路，形成了兩個閉環(huán) 雙閉環(huán)或稱雙環(huán)。串級控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與電力傳動自動控制系統(tǒng)中的雙環(huán)系統(tǒng)相同，就其主回路（外環(huán)）來看是一個定值控制系統(tǒng)，而副回路（內(nèi)環(huán)）則為一個隨動系統(tǒng)。以加熱爐串級控制系統(tǒng)為例，在控制過 程中，副回路起著對爐出口溫度的“粗調(diào)”作用，而主回路則完成對爐出口溫度的“細調(diào)”任務(wù)。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與一個控制器（調(diào)節(jié)器），增加的投資并不多（對計算機控制系統(tǒng)來說，僅增加了一個測量變送器），但控制效果卻有顯著的提高。其原因是在串級控制系統(tǒng)中增加了一個包含二次擾動的副回路，使系統(tǒng)① 改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率； ② 對二次擾動有很強的克服能力；③ 提高了對一次擾動的克服能力和對回路參數(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) 計中采用閉環(huán)串級控制方式。 （論文） 13 檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)的選擇 檢測元件的選擇 檢測與變送設(shè)備主要根據(jù)被檢測參數(shù)的性質(zhì)與系統(tǒng)設(shè)計的總體考慮來決定。被檢測參數(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控制性能要求的不同都影響檢測、變送器的選擇，要從工藝的合理性、經(jīng)濟性加以綜合考慮。檢測、變送器選擇的幾個基本原則如下 [6] ： ① 盡可能選擇測量誤差小的測量元件。 ② 盡可能選擇快速響應(yīng)的測量元件與變送設(shè)備。 ③ 正確采用微分超前補償。 ④ 合理選擇測量點位置并正確安裝。 ⑤ 對測量信號 作必要的處理。 本系統(tǒng)需要兩個溫度傳感器，一個安裝在爐膛內(nèi)；另一個安裝在出口處。根據(jù)測量精度和測量范圍等要求，選用鉑熱電阻 pt100 為溫度傳感器，選擇 JCJ100G 為 溫 度變 送器 。 執(zhí)行機構(gòu)的選擇 由于本次設(shè)計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)行機構(gòu)，選用對應(yīng)的 MJYDJL20型單相交流模塊。 PLC控制器輸出的數(shù)字量經(jīng)過 D/A轉(zhuǎn)換成溫度控制器可識別的模擬電壓信號后，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， 達到調(diào)節(jié)溫度的目的。 微型計算機的選擇 （論文） 14 工業(yè)中常用的控制器有工業(yè)控制計算機、單片機和可編程控制器等。與其它幾種控制器相比較，可編程控制器是綜合了計算機技術(shù)、自動化技術(shù)與繼電器邏輯控制概念而開發(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)計的。它可以取代傳統(tǒng)的繼電器完成開關(guān)量的控制，比如，將行程開關(guān)、按鈕開關(guān)、無觸點開關(guān)或敏感元器件作為輸入信號，輸出信號可控制電動閥門、開關(guān)、電磁閥和步進電機等執(zhí)行機構(gòu)。它采用可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲，執(zhí)行邏輯