基于plc的供暖鍋爐水溫pid控制(編輯修改稿)
2025-01-11 02:25 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 量。標準化熱電偶我國從 1988 年 1 月 1 日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC 國際標準生產(chǎn)，并指定 S、 B、 E、 K、 R、 J、 T 七種標準化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。 本論文采 用的是 K 型熱電阻。鎳鉻 鎳硅熱電偶（ K 型熱電偶）是目前用量最大的廉 價 金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。正極（ KP）的名義化學成分為： Ni:Cr=90:10，負極（ KN）的名義化學成分為： Ni:Si=97:3，其使用溫度為 2001300℃ 。 K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性惰性氣氛中。廣泛為用戶所采用。 K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛中。 235 模擬量輸入模塊 EM235 模塊是組合強功率精密線性電流互感器、意法半導體（ ST）單片集成變送器 ASIC 芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的 DC4～ 20mA（通過 250Ω 電阻轉(zhuǎn)換 DC 1～ 5V或通過 500Ω 電阻 轉(zhuǎn)換 DC2～ 10V）恒流環(huán)標準信號，連續(xù)輸送到接收裝置（計算機或顯示儀表）。 EM235 熱電偶模塊提供一個方便的，隔離的接口，用于七種熱電偶類型： J、K、 E、 N、 S、 T 和 R 型，它允許連接微小的模擬量信號 (177。 80mV 范圍 )，所 有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型，且最好使用帶屏蔽的熱電偶傳感器。 EM235 模塊需要用戶通過 DIP 開關(guān)進行選擇的有：熱電偶的類型、斷線檢查、測量單位、冷端補償和開路故障方向，用戶可以很方便地通過位于模塊下部的組態(tài) DIP 開關(guān)進行以上選擇，如圖 所示。 圖 EM235模塊 DIP開關(guān) 對于 EM235 模塊， SW1～ SW3 用于選擇熱電偶類型，見表 。 SW4 沒有使用， SW5用于選擇斷線檢測方向， SW6 用于選擇是否進行斷線檢測，見表 。 西京學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 表 EM 235選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF OFF OFF ON 0到 50mV OFF ON OFF OFF OFF ON 0到 100mV 25μV ON OFF OFF OFF ON ON 0到 500mV 125uA OFF ON OFF OFF ON ON 0到 1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0到 5V ON OFF OFF OFF OFF ON 0到 20mA 5μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0到 10V 根據(jù)溫度檢測和控制模塊，本次設(shè)置 PID開關(guān)為 010001。 表 I/O分配表 輸入 啟動按鈕 停止按鈕 輸出 運行指示燈 停止指示燈 正常指示燈 溫度越上限報警指示燈 鍋爐加熱指示燈 采用了 5 個燈來顯示過程的狀態(tài)，分別是啟動燈，停止燈，溫度正常燈，溫度過高（警示燈）燈，和加熱燈，可以通過 5 個燈的開關(guān)狀況判斷加熱爐內(nèi)的大概情況。 K 型傳感器負責檢測加熱爐中的溫度，把溫度信號轉(zhuǎn)化成對應的電壓信號，經(jīng)過 PLC 模數(shù)轉(zhuǎn)換后進行 PID 調(diào)節(jié)。根據(jù) PID 輸出值來控制下一個周期內(nèi)（ 100ms）內(nèi)的加熱時間和非加熱時間。在加熱時間內(nèi)使得脈寬調(diào)制接通， 西京學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 那加熱爐就可處于加熱狀態(tài)，反之則停止加 熱 。 整體設(shè)計方案如圖 : 圖 整體設(shè)計方案 圖 硬件連接圖 計算機 P L C EM 235 加熱管加熱 K 型 熱電偶 鍋 爐 停止加熱 西京學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 電 流 變 送 器電 壓 變 送 器未 使 用 輸 入 端電壓負載電流負載 圖 EM 235 CN連接圖 西京學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 3 軟件設(shè)計 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。本章介紹本項目的軟件設(shè)計，主要包括軟件配置、 PID 控制程序設(shè)計、以及本項目的程序設(shè)計。 STEP7Micro/WIN 編程軟件是基于 Windows 的應用軟件，由西門子公司專為 S7200 系列可編程控制器設(shè)計開發(fā)，它功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 以 STEP7Micro/WIN 創(chuàng)建程序，為接通 STEP7Micro/WIN，可雙擊 STEP7 Micro/WIN 的圖標，如圖 ， STEP7Micro/WIN 項目窗口將提供用于創(chuàng)建程序的工作空間。瀏覽條給出了多組按鈕，用于訪問 STEP7Micro/WIN 的不同編程特性。指令樹將顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項目對象指令。程序編輯器包括程序邏輯和局部變量表，可在其中分配臨時局部變量的符號名。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的的底部按標簽顯示 。 圖 STEP7Micro/WIN項目窗口 本項目中我們利用 STEP7Micro/WIN SP5編程軟件，其界面如圖 所示。項目包括的基本組件：程序塊、 數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號表、狀態(tài)表、交叉引用表 。 西京學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 計算機與 PLC 的通信 在 STEP7Micro/WIN 中雙擊指令樹中的“通信”圖標，或執(zhí)行菜單命令的“查看” /“組件” /“通信”，將出現(xiàn)“通信”對話框 ,見圖 。在將新的設(shè)置下載到 S7200之前，應設(shè)置遠程站的地址，是它與 S7200的地址。雙擊“通信”對話框中“雙擊刷新”旁邊的藍色箭頭組成的圖標，編程軟件將會自動搜索連接在網(wǎng)絡上的 S7200，并用圖標顯示搜索到的 S7200。 這樣便可實現(xiàn)用戶開發(fā)控制程序，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 圖 PLC通信窗口 控制簡要介紹 PID（比例 積分 微分）控制器作為最早實用化的控制器已有 70多年歷史，現(xiàn)在仍然是應用最廣泛的工業(yè)控制器。 PID 控制器 簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型 等先決條 件，因而成為應用最為廣泛的控制器。 當今的 自動控制技術(shù) 都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應。 而影響這一響應就是比例、積分、微分這三個因素。 西京學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 比例控制 (P)是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。其特點是具有快速反應，控制及時，但不能消除余差。 在積分控制 (I)中 ，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點，不能快速對誤差進行有效的控制。 在微分控制 (D)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。微分控制具有超前作用，它能猜測誤差變化的趨勢。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。 P、 I、 D參數(shù)的預置是相輔相成的，運行現(xiàn)場應根據(jù)實際情況進行如下細調(diào)：被控物理量在目標值附近振蕩，首先加大積
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