【導(dǎo)讀】較大，控制要求又較高，若采用單回路控制系統(tǒng)，其控制質(zhì)量無法滿足生產(chǎn)要求。成鍋爐溫度控制系統(tǒng)；完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和PLC程序設(shè)計(jì)。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鍋爐的使用范圍越來越廣泛。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。工業(yè)過程控制中一個(gè)重要而且困難的問題。由于PLC具有高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)等。進(jìn)入21世紀(jì)以來，PLC已經(jīng)由原來。進(jìn)行各種算法的實(shí)現(xiàn)是工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢?？刂茀?shù)，以PLC為控制器，；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語言進(jìn)行編程，若設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)不正確，則無論選用何種先進(jìn)的過程控制儀表。作用，甚至系統(tǒng)不能運(yùn)行。使用方法和接口要求等進(jìn)行了介紹。程語言進(jìn)行編程，并寫出相應(yīng)的流程圖和地址分配。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。由于本人水平有限，錯(cuò)誤和疏漏之處在所難免，敬請各位老師和同學(xué)批評指正。

　　

【正文】 控制中的控制特征 ： 由 PLC自動采樣 ， 同時(shí)將采入的信西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 號轉(zhuǎn)換為適于運(yùn)算的數(shù)字量 ， 存放 在 指定的數(shù)據(jù)寄存器中 ， 由數(shù)據(jù)處理指令調(diào)用、計(jì)算處理后 ， 由 PLC自動送出。其 PID控制規(guī)律可由梯形圖程序來實(shí)現(xiàn) ， 因而有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性 ， 一些原在模擬 PID控制器中無法實(shí)現(xiàn)的問題在引入 PLC的數(shù)字 PID控制后就可以得到解決。 系統(tǒng)啟動后首先執(zhí)行初始化程序，它是為系統(tǒng)正常工作提供工作方式及初始數(shù)據(jù)而設(shè)置的。初始化程序在系統(tǒng)啟動 后只執(zhí)行一次。到達(dá)采樣時(shí)間，系統(tǒng)則中斷管理程序去執(zhí)行中斷服務(wù)應(yīng)用程序。中斷服務(wù)應(yīng)用程序是整個(gè)控制程序的核心部分，它包括測量值采樣、數(shù)模（模數(shù)）轉(zhuǎn)換、上下限報(bào)警處理、 PID 調(diào)節(jié)，以及輸入輸出處理等程序。 中斷服務(wù)應(yīng)用程序控制系統(tǒng)的采樣是采用 CTC 定時(shí)中斷巡回檢測，每點(diǎn)最小采樣周期可調(diào)到 。由于 A/D 轉(zhuǎn)換需 64s 時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行自診斷測試（約 100s），檢查 RAM 芯片是否在正常工作。如正常才讀取采樣值，進(jìn)行控制運(yùn)算，否則轉(zhuǎn)報(bào)警處理。此外，對某些測量值還要進(jìn)行線性化處理。然后對測量值進(jìn)行 A/D 變換，便于 顯示和打印這些數(shù)據(jù)。對主要被控參數(shù)均需設(shè)上、下限報(bào)警處理，保證安全運(yùn)行和及時(shí)處理事故。針對不同的回路采取不同的處理方式。對于本次設(shè)計(jì)的串級回路，若是主回路，則將 PI 運(yùn)算結(jié)果存入，作為副回路的給定值；若是副回路，則將 P 運(yùn)算結(jié)果經(jīng)限幅值處理、 D/A 轉(zhuǎn)換后輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。然后等待下一個(gè)采樣周期的到來，去執(zhí)行下一個(gè)控制回路的流程。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 程序流程圖 初始化 判斷模塊是否正常 溫度設(shè)定 SP 啟動加熱器 測爐溫并與 SP 比較，即（ SP— PV) PID 調(diào)節(jié) 固態(tài)繼電器 加熱爐 側(cè)加熱溫度 PV N Y 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 采樣信號和控制量分析 本系統(tǒng)共有一個(gè)模擬量（溫度）信號，從模擬量地址的 288 讀入 PLC。三個(gè)數(shù)字量控制固態(tài)繼電器。其余變量如表 。 表 變量表 序號 采樣信號名稱 性質(zhì)（開關(guān)、模擬） 傳感器 占用硬件資源 說明 1 AI0 模擬量 熱電偶 I288 從外界讀入的溫度信號 2 DI0 開關(guān)量 啟動信號 3 DI1 開關(guān)量 停止信號 4 DI2 開關(guān)量 溫度繼電器高溫信號 5 DI3 開關(guān)量 溫度繼電器低溫信號 6 DI5 開關(guān)量 缺相報(bào)警輸入 7 DI6 開關(guān)量 過載保護(hù)信號 8 DO0 開關(guān)量 A 相固態(tài)繼電器控制信號 9 DO1 開關(guān)量 B 相固態(tài)繼電器控制信號 10 DO2 開關(guān)量 C 相固態(tài)繼電器控制信號 11 DO3 開關(guān)量 缺相報(bào)警 12 DO4 開關(guān)量 高溫指示燈 13 DO5 開關(guān)量 低溫指示燈 14 DO6 開關(guān)量 KA線圈 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 程序設(shè)計(jì) 數(shù) 字 PID 調(diào)節(jié)器有 三 個(gè)參數(shù)需要選擇，這 三 個(gè)參數(shù) 分別是采樣周期Ｔ、調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) Kp、調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù) Ti。這些參數(shù)隨不同的控制對象的要求而定。選擇合適的參數(shù)使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定速度最快，超調(diào)量最小。采樣時(shí)間是用 PLC定時(shí)器來控制，須選用運(yùn)算速度較快且具有算術(shù)運(yùn)算等功能的 PLC。為提高其抗干擾性能，還可 添 加數(shù)字濾 波 處理程序。 在依據(jù)流程圖具體編制程序時(shí)，有幾個(gè)關(guān)鍵的問題需要解決 : (1) 保留小數(shù)位數(shù)?？筛鶕?jù)控制要求確定小數(shù)位數(shù)，如在實(shí)際處理時(shí)須保留兩位小數(shù)，又設(shè)整個(gè)控制系統(tǒng)的最大輸入和輸出量為177。 10 V，為此可把一個(gè)存儲單元的 4位十進(jìn)制的低兩位為小數(shù)位 ,高兩位為整數(shù)位。如 V 在一個(gè)存儲單元表示為 0050。 (2) 符號的處理。因?yàn)?e(k)=VSVP， VS和 VP可正可負(fù)， e(k)和 e(k 1) 也可正可負(fù)，這時(shí)在程序的編制過程中應(yīng)當(dāng)注意符號的處理，應(yīng)另外存放以便以后的數(shù)值計(jì)算。 (3) 加法處理成減法。為了簡化程序設(shè)計(jì)，在執(zhí)行單字長加法運(yùn)算時(shí)，可把加數(shù)的符號取反再調(diào)用減法子程序。 (4) 雙字長相加。單字長相乘，其乘積為雙字長，再執(zhí)行加法指令時(shí)，就要考慮雙字長相加問題。且在存放數(shù)據(jù)時(shí)不能用 MOV運(yùn)算指令，而要用塊傳送 XFER指令。 (5) 結(jié)果 的雙字長變單字長的處理。由于 u(k)的結(jié)果是雙字長，而輸出模塊只能處理單字長，可在設(shè)計(jì)中采用十進(jìn)制左移位指令 SLD 和四舍五入的處理方法。 程序見附錄 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第 4 章 控制系統(tǒng)的調(diào)試與實(shí)驗(yàn) 單元電路調(diào)試 數(shù)據(jù)采集的調(diào)試 首先進(jìn)入 PLC 編程界面，讓其處于運(yùn)行狀態(tài)，按下 00000 按鈕，此時(shí) PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集，從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來看，運(yùn)行比較成功。 運(yùn)行結(jié)果的分析 從運(yùn)行結(jié)果來看， 調(diào)試是基本成功的。 程序調(diào)試 程序調(diào)試中，除數(shù)據(jù)符號處 理、子程序調(diào)用等須注意的問題外， PI 參數(shù)的調(diào)整也很重要。當(dāng)初始參數(shù)確定后 ,應(yīng)根據(jù)實(shí)際的調(diào)節(jié)情況來反復(fù)修改控制參數(shù)值，直到達(dá)到滿意的控制效果。最初，當(dāng) KI = 時(shí)，得到的曲線如圖 61。圖 61平衡點(diǎn)在 0V左右，遠(yuǎn)低于 5 V，可推知積分作用太弱，可適當(dāng)減小積分時(shí)間，增大積分作用。當(dāng) KI = 時(shí)得到的曲線如圖 62。此曲線圖基本能滿足控制要求。本例研究中 PI控制參數(shù)最終確定如下 : T==9s， Kp= k=，T1==， KI=KPTIT =。 圖 61 當(dāng) KI= PID調(diào)節(jié)曲線 圖 62 KI= PID調(diào)節(jié)曲線 V V t 10T 5T T 5 10 0 t 10T 5T T 5 10 0 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 系統(tǒng)調(diào)試 連接各單元電路組成完整的一個(gè)系統(tǒng)后，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，直到滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為止。 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析 對各個(gè)單元電路、程序以及系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)過程實(shí)驗(yàn)的過程中，記錄了一系列數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；從調(diào)試過程曲線和結(jié)果可以看出，所得結(jié)果基本滿足了系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求。 本次設(shè)計(jì)主要針對的是溫度誤差在 C??2 范圍 內(nèi)而選用相應(yīng)的器件而完成的，在精度要求更高的場合使用時(shí)，就會有一定的局限性，當(dāng)精度要求更高時(shí)，可對系統(tǒng)所選用的傳感器的測量精度及 A/D 轉(zhuǎn)換器的精度做相應(yīng)的調(diào)整，以滿足更高的測量要求。如選用針對某一溫度值測量精度更高的溫度敏感元件，也可達(dá)到更高的測量精度。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 第 5 章 設(shè)計(jì)總結(jié) 電阻爐是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的 主要裝備，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有舉足輕重的作用。本次設(shè)計(jì)是根據(jù)電阻爐溫度控制技術(shù)的發(fā)展要求而設(shè)計(jì)的一種溫度實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。其控制原理、思想非常適用于自動化程度比較高的企業(yè)以及現(xiàn)場環(huán)境比較復(fù)雜 的控制場所。 系統(tǒng)具備的主要功能 本系統(tǒng)利用溫度傳感器、繼電器、 PLC 及其配套的 A/D 轉(zhuǎn)換器件 、 上位計(jì)算機(jī)等，完成了電阻爐溫度可編程控制器串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 以 CXProgrammer、Windows 為平臺，通過上位機(jī)和下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電阻爐溫度的實(shí)時(shí)串級控制。 系統(tǒng)的測量精度 在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，完成了以軟件方式對溫度信號的處理，誤差范圍為 C? 。 A/D 轉(zhuǎn)換器采用的是與 PLC 相配套的 8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，設(shè)計(jì)中所要求監(jiān)測的溫度 范圍 C?1000～ ，而在實(shí)際測量過程中，所測溫度約為 0～C?95 ，故 A/D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的平均的測量誤差為 C?? 。由于設(shè)計(jì)中傳感器所產(chǎn)生的溫度誤差就其他原因所產(chǎn)生的誤差而言相對較小，故本次設(shè)計(jì)的綜合誤差為 C? ， 滿足設(shè)計(jì)要求的誤差范圍在 C?2 以內(nèi)的條件。所以本次設(shè)計(jì) 能夠完成在 C?1000～ 對電阻爐溫度進(jìn)行較精確的監(jiān)測，并在以 CXProgrammer為運(yùn)行平臺，上位機(jī)與 PLC 進(jìn)行通訊的條件下，實(shí)現(xiàn)了電阻爐溫度的實(shí)時(shí)控制。本次設(shè)計(jì)，雖然在實(shí)際應(yīng)用中可能還有 不足之處，但在理論研究上，已基本上滿足需要。所以，可以說本次設(shè)計(jì)基本上是成功的。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 存 在的問題及改進(jìn)措施 由于時(shí)間上的倉促，在本次設(shè)計(jì)中，雖然硬件方面完成地不錯(cuò)，但是在軟件方面，尤其是在 PID 參數(shù)的整定方面，做的不是很完美，因?yàn)樗捎玫膮?shù)工程整定方法需要大量的經(jīng)驗(yàn)，尤其需要有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人才，而我在這方面的經(jīng)驗(yàn)幾乎為零。所以最終還 是影響到了系統(tǒng)控制的精度。如果放在精度要求更高的場合使用，會有一定的局限性。 關(guān)于這次設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施：我認(rèn)為當(dāng)精度要求更高時(shí)，如果對系統(tǒng)所選用的傳感器的測量精度及 A/D 轉(zhuǎn)換器的精度做相應(yīng)的調(diào)整，就會滿足更高的測量要求。也可以選用針對某一溫度值測量精度更高的溫度敏感元件等，均可達(dá)到更高的測量精度，當(dāng)然平時(shí)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也很重要，在以后的工作時(shí)間當(dāng)中我會抓住一切機(jī)會積累工程經(jīng)驗(yàn)，成為一名優(yōu)秀的工程人員。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 參考文獻(xiàn) [1]辛廣路 .鍋爐 運(yùn)行與操作指南 .機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 年 [2]張子棟，王懷彬，李炳熙 .鍋爐自動調(diào)節(jié) .哈爾濱大學(xué)出版社， 1994 年 [3]張亮明，夏桂娟 .工業(yè)鍋爐微機(jī)控制 .中國建筑工業(yè)出版社， 1989 年 [4] 邵裕森 ,巴筱云 . 過程控制及儀表 [M] . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1999 [5]邵裕森，戴先中 .過程控制工程 .機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 年 [6]中國電子學(xué)會 .2020/2020 傳感器與執(zhí)行器大全（年卷） 傳感器變送器執(zhí)行器 .電子工業(yè)出版社， 2020 年 [7]柴瑞娟，陳海霞 .西門子 PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用 .機(jī) 械工業(yè)出版社， 2020 年 [8] 李俊秀 ,趙黎明 . 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) [M ]. 北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 , 2020. 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