【正文】 態(tài)畫面：圖 35 操作員站組態(tài) 網(wǎng)絡(luò)連接組態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接組態(tài)的目的是建立 AS 與 OS 的連接，在此組態(tài)過程中由于 CPU 4125H 會接收 AS 的數(shù)據(jù)，它是 OS 的通信伙伴，所以組態(tài)過程中選擇此 CPU與 OS 進行連接，其中報告本地接口為 IE General（IE 常規(guī)） ，伙伴的接口為 CP 4431。網(wǎng)絡(luò)組態(tài)完成后，實現(xiàn)了自動化站與操作員站的連接，如下圖為網(wǎng)絡(luò)連接組態(tài)示意圖：圖 36 網(wǎng)絡(luò)連接組態(tài) 軟件組態(tài) 系統(tǒng)軟件程序PCS7 庫包括提供在 PCS7 工廠中使用的塊和功能。此時 ,根據(jù)設(shè)計的主汽溫控制系統(tǒng),采用 PCS7 所自帶軟件 CFC 實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制,各個控制單元、監(jiān)測單元以及通信單元等其功能是以圖形功能塊的方式在 CFC 編輯器中體現(xiàn)的,如圖 47 所示。此外,在圖 37 中所提到的在整個控制作用實現(xiàn)的過程中必須有的 AI 功能塊、AO 功能塊以及比例積分微分功能塊等均可在 CFC 系統(tǒng)默認的功能塊庫中找到。 23 / 41圖 37 控制程序CH_AI、CH_AO、CH_DI、CH_DO 等位于 DRIVER 文件夾中的塊是與PCS7 CFC 編譯以后，會自動生成與硬件診斷相關(guān)的系統(tǒng)文件，用于故障檢測。 CH_AI 模擬量輸入模塊：處理 S7300/400 模擬輸入模塊的模擬輸入值信號，從過程映像區(qū)讀取原始模擬值，然后根據(jù)該原始值將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的物理值或計算百分比值。CH_AO 模擬量輸出模塊：處理 S7300/400 模擬輸入模塊的模擬輸出值信號，將過程值作為原始模擬值寫入過程映像區(qū)。連續(xù) PID 控制器模塊比較復(fù)雜，因為它的輸入/輸出變量比較多，本設(shè)計主要關(guān)注 PVIN（模擬量實測值輸入?yún)?shù)）和 LMN（控制器輸出參數(shù)） 。 與硬件地址的連接驅(qū)動模塊需要與硬件地址連接，來完成過程控制系統(tǒng)運行，驅(qū)動程序塊的VALUE 參數(shù)用于連接硬件地址,AI 模塊地址起始為 IW256，單位為 WORD AO模塊起始地址為 QW256，長度 14，單位 WORD。 DI 模塊起始地址為 0，長度2，單位 BYTE。DO 模塊起始地址為 0，長度 4，單位 BYTE。按照下表所示為各塊的相關(guān)參數(shù)連接外部變量。表 32 壓力串級控制各模塊與外部變量的連接塊名稱 參數(shù)名稱 連接變量名稱 連接變量地址TI1104 VALUE TI1104 IW288TI1103 VALUE TI1103 IW286FI1102 VALUE FI1102 IW260FI1105 VALUE FI1105 IW266FV1103 VALUE FV1103 QW264FV1105 VALUE FV1105 QW270 系統(tǒng)報警軟件程序換熱器對溫度調(diào)節(jié)的實現(xiàn)要在一定的范圍內(nèi)，因此對系統(tǒng)輸入輸出量進行監(jiān)視警報是很有必要的，在程序中加入 MEASMON 模塊，在測量值超過警告上下線或報警上下線時，會有相應(yīng)的輸出進行指示，并在適用時發(fā)出信號。MEASMON 塊：用于監(jiān)視模擬量測量值，在測量值超過警告上下限或警報上下限時，會有相應(yīng)的輸出進行警示，并在適用時發(fā)出信號。以下是系統(tǒng)報警程序：圖 38 系統(tǒng)報警程序 人機界面創(chuàng)建WinCC 是 SIMATIC PCS7 過程控制系統(tǒng)及其它西門子控制系統(tǒng)中人機界面25 / 41組件，用于在生產(chǎn)和過程自動化環(huán)境中實現(xiàn)可視化和控制任務(wù)。WinCC 提供適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板，具有良好的開放性和靈活性，便于實施用戶的解決方案。WinCC 是編輯操作員站（OS）的軟件平臺。工廠操作員可在組態(tài)軟件的運行模式下，在操作員站（OS）上操作并監(jiān)視過程，為此必須給操作員提供過程畫面。自動化系統(tǒng)（AS）用于開環(huán)或閉環(huán)控制過程，而 OS 將從 AS 讀取過程值并在過程畫面中以圖形的形式顯示這些值。過程值波動到超過某個指定限值時，過程畫面中還會立即顯示警告和報警，這使得操作員可以確定工廠中出現(xiàn)問題的位置。WinCC 圖形設(shè)計器是 OS 的編輯器之一。對象選擇板包含圖形設(shè)計器所提供的各種標準對象的庫。進入圖庫，在圖庫中選擇閥、泵、按鈕以及管道拖到畫面中并調(diào)整到合適的大小，完成過程畫面的建立，畫面如下圖所示：圖 39 WinCC 人機界面 過程趨勢畫面的創(chuàng)建對于整個設(shè)計系統(tǒng)需要進行最后的參數(shù)整定和系統(tǒng)各項的數(shù)據(jù)變化趨勢有一個更加直觀的呈現(xiàn)，PCS 系統(tǒng)包含有 OS 運行界面的過程模式，趨勢畫面能夠顯示變量的數(shù)值變化趨勢，通過趨勢畫面可以了解參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)，判斷生產(chǎn)工況是否正常。觀察變量的變化趨勢，是操作員進行監(jiān)控的重要手段。 下圖是副控量的過程趨勢畫面。圖 310 過程趨勢27 / 41第 4 章控制系統(tǒng)的投運 運前的準備工作確保各控制器的 P、I 、D 參數(shù)均設(shè)置在初始值GAIN=TI=9999TD=0 ，確保各控制器均處在 Manual 模式、Internal 給定，勾選 SP=PV；判斷各控制器的正反作用。 副環(huán)參數(shù)整定在串級控制系統(tǒng)中的參數(shù)整定都是先整定副回路，再整定主回路，投運順序也是先副后主。在 FIC1103 控制器的操作面板中，手動不斷修改 OP 值，也就是不斷改變FV1103 的開度，觀察 SP 和 PV 的值達到 ，將控制器投自動。將 FIC1103 的增益 GAIN 從小到大逐漸變化，每變化一次 GAIN，修改FI1103 的 SP 加入階躍擾動，如從 ，并觀察響應(yīng)曲線，直到出現(xiàn) 4:1 衰減振蕩為止。記錄此時 FIC1103 的比例增益 GAIN，GAIN=。 主環(huán)參數(shù)整定在 TIC1104 控制器的操作面板中改變熱流出口溫度的 SP，如從 120℃變?yōu)?30℃，觀察 TI1104 的響應(yīng)曲線。根據(jù)比例控制器的特點，當(dāng)響應(yīng)曲線振蕩弱時，增大 GAIN 的值；當(dāng)響應(yīng)曲線振蕩劇烈時，減小 GAIN 的值，不斷修改GAIN 的值，每修改一次都要通過改變 SP 來加入階躍擾動，直到 TI1104 的響應(yīng)曲線達到 4:1 衰減，記錄下此時的 GAIN 確定 GAIN 的值之后，根據(jù)積分控制器的特點，當(dāng)響應(yīng)曲線振蕩劇烈時，增大 TI 的值；當(dāng)響應(yīng)曲線振蕩弱時，減小 TI 的值，不斷修改 TI 的值，每修改一次都要通過改變 SP 來加入階躍擾動，觀察 TI1104 的響應(yīng)曲線。在響應(yīng)曲線穩(wěn)態(tài)無差且衰減比接近 4:1 時，可適當(dāng)調(diào)整比例系數(shù)，將衰減比調(diào)節(jié)到 4:1。記錄下此時的 GAIN 值和 TI 值為 和 53。確定 GAIN 以及 TI 的值之后，再修改 TD 的值，即加入微分作用。先使TD=1，改變 TI1104 的 SP，如從 120℃變?yōu)?130℃ ，觀察并 TI1104 的響應(yīng)曲線。根據(jù)微分作用的特點，修改 TD 的值，當(dāng)響應(yīng)曲線接近 4:1 衰減振蕩時，適當(dāng)修改 GAIN、TI 和 TD 的值，使響應(yīng)曲線的衰減比達到 4:1，觀察 TI1104 的響應(yīng)曲線，記錄此時的 PID ,51,?？刂破鞑僮髅姘搴驼ㄚ厔輬D分別如下：圖 41 主環(huán)參數(shù)整定 控制系統(tǒng)的仿真運行 熱流出口溫度完成了 PID 參數(shù)的調(diào)節(jié)，利用在 GAIN=,TI=51,TD= 參數(shù)調(diào)節(jié)下的PID 進行換熱器熱流出口溫度的控制，從圖 42 中可以看出，溫度曲線以 4:1 的衰減震蕩衰減，最終趨于溫度設(shè)定值。29 / 41圖 42 熱流出口溫度曲線 系統(tǒng)擾動測試將 TI1104 設(shè)定值從 120 變?yōu)?130，記錄 TI1104 的響應(yīng)曲線。待 TI1104 穩(wěn)定后，將 TI1104 設(shè)定值從 130 再變?yōu)?120，記錄 TI1104 的響應(yīng)曲線。待系統(tǒng)穩(wěn)定之后，手工將 FV1105 開度設(shè)置為 40，觀察 TI1104 曲線的變化趨勢。當(dāng)TI1104 穩(wěn)定后，再將 FV1105 開度調(diào)回到 30，等待 TI1104 穩(wěn)定。下圖所示為GAIN=、 TI=5TD= 時，施加擾動所得到的各變量的響應(yīng)曲線：圖 43 施加擾動響應(yīng)曲線對完成參數(shù)調(diào)整的換熱器熱流出口溫度系統(tǒng)進行添加擾動來檢測系統(tǒng)的抗干擾能力，添加擾動后，從圖 42 看出系統(tǒng)在添加擾動后經(jīng)過短時間的調(diào)節(jié)就能夠達到溫度的設(shè)定值。所以換熱器熱流出口溫度控制系統(tǒng)成功的運行。31 / 41第 5 章 總結(jié)本文設(shè)計了鍋爐中蒸汽壓力的控制方案，采用了 SMPT1000 實訓(xùn)系統(tǒng)進行仿真，通過西門子的 DCS 系統(tǒng) PCS7 來完成一系列的設(shè)計、操作、監(jiān)控功能。鍋爐蒸汽壓力作為表征鍋爐運行狀態(tài)的重要參數(shù)，不僅直接關(guān)系到鍋爐設(shè)備的安全運行，而且其穩(wěn)定狀況反映了燃燒過程中能量的供求關(guān)系，在整個鍋爐控制系統(tǒng)中是至關(guān)重要的。本文設(shè)計主要完成的工作有：對 SMPT1000 的設(shè)備構(gòu)造、系統(tǒng)連接、閥門設(shè)置、通訊地址等基礎(chǔ)知識和設(shè)備工藝流程的掌握；以換熱器熱流出口溫度為研究對象，設(shè)計出對換熱器熱流出口溫度的串級控制系統(tǒng)，其中主環(huán)用 PID 算法控制熱流出口溫度，副環(huán)用純比例控制冷水流量；基于 PCS7 軟件平臺 ,采用 CFC 和模塊化編程相結(jié)合的編程方式,成功設(shè)計了串級 PID 控制模塊,并在 PCS7 的仿真系統(tǒng) WinCC 中進行了仿真研究,獲得成功。從仿真結(jié)果我們可以看出,在 PCS7 平臺下實現(xiàn)換熱器熱流出口溫度控制是可行的。 參考文獻[1]靳繼勇. 多回路溫度控制器的研究與設(shè)計[D]. 蘭州理工大學(xué)，2022.[2]林洪. 過程控制系統(tǒng) PCS7 在制藥和精細化工行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展[J] .國內(nèi)外機電一體化技術(shù)，2022，(6)：2428. 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