【導(dǎo)讀】系統(tǒng)主要由一臺(tái)帶有WINCC組態(tài)軟件的上位機(jī)和應(yīng)用于。型過程控制系統(tǒng)構(gòu)成。及PID控制，分別對(duì)上位機(jī)以及下位機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并運(yùn)用工程整定方法，曲線，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍋爐內(nèi)膽水溫控制的目的，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。不同PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。鍋爐內(nèi)膽水為動(dòng)態(tài)循環(huán)水，變頻器、磁力泵與鍋爐內(nèi)膽組成循環(huán)水系統(tǒng)。障，設(shè)置的調(diào)節(jié)閥可在及其出現(xiàn)故障時(shí)，非自動(dòng)的情況下，手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)開度，到整個(gè)生產(chǎn)的能耗最低，效益最大化。水溫等于給定值。實(shí)驗(yàn)前先通過變頻器、磁力泵支路給鍋爐內(nèi)膽打滿水，然后關(guān)。待系統(tǒng)運(yùn)行后，變頻器－磁力泵再以固定的小流量使。超調(diào)大，調(diào)節(jié)時(shí)間長。改變?yōu)檠h(huán)水系統(tǒng)后，有利于熱交換，加快了散熱能力，因可控硅調(diào)壓模塊是通過輸入信號(hào)使電源電壓變化，實(shí)驗(yàn)前，的簡稱，是HMI/SCADA軟件中的后起之秀。WinCC繼承了西門子公司?？梢暣翱诤筒藛芜x擇，使用方便靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進(jìn)行組

　　

【正文】 中的一項(xiàng)或兩項(xiàng)，可以組成 P、 PI、或 PD 調(diào)節(jié)器。需要較好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和較高的穩(wěn)態(tài)精度，可以選用 PI控制方式；控制對(duì)象的慣性滯后較大時(shí)，應(yīng)選擇 PID 控制方式 [10]。 PID 控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響已在有關(guān)課程中介紹，在此將有關(guān)結(jié)論再簡單歸納一下。 比例 (P)調(diào)節(jié) 24 純比例調(diào)節(jié)器是一種最簡單的調(diào)節(jié)器，它對(duì)控制作用和擾動(dòng)作用的響應(yīng)都很快。由于比例調(diào)節(jié)只有一個(gè)參數(shù)，所以整定很方便。這種調(diào)節(jié)器的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)有靜差存在。其傳遞函數(shù)為： 式中 KP 為比例系數(shù)， δ為比例帶。 比例積分 (PI)調(diào)節(jié) PI 調(diào)節(jié)器就是利用 P 調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)利用 I 調(diào)節(jié)消除殘差，但 I 調(diào)節(jié)會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這種 調(diào)節(jié)器在過程控制中是應(yīng)用最多的一種調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)為： GC(s)=KP(1+s1IT)＝ ?1 (1+s1IT) 式中 TI 為積分時(shí)間。 比例微分 (PD)調(diào)節(jié) 這種調(diào)節(jié)器由于有微分的超前作用，能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度，加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，減小動(dòng)態(tài)誤差，但微分抗干擾能力較差，且微分過大，易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥動(dòng)作向兩端飽和。因此一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。 PD 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 GC(s)=KP(1+TDs)＝ ?1 (1+TDs) 式中 TD 為微分時(shí)間。 比例積分微分 (PID)調(diào)節(jié)器 PID 是常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一種調(diào)節(jié)器。由于它具有各類調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)，因而使系統(tǒng)具有更高的控制質(zhì)量。它的傳遞函數(shù)為 GC(s)=KP(1+s1IT+TDs)＝ ?1 (1+s1IT+TDs) 上式 表示了同一對(duì)象在相同階躍擾動(dòng)下，采用不同控制規(guī)律時(shí)具有相同衰減率的響應(yīng)過程。 )11()( )( 1 sTsTKsEV sMV Dp ???25 圖 各種控制規(guī)律對(duì)應(yīng)的響應(yīng)過程 圖 比例調(diào)節(jié)規(guī)律 圖 積分作用曲線 圖 積分作用曲線 26 P、 PI、 PID 控制方式的控制效果 (1) P 調(diào)節(jié)與分析 在監(jiān)控畫面中，將控制器設(shè)為 ?自動(dòng) ?模式，且 ?比例作用開關(guān) ?設(shè)置為 ?1?、 ?積分作用開關(guān) ?設(shè)置為 ?0?、 ?微分作用開關(guān) ?設(shè)置為 ?0?，此時(shí)就成了 P 調(diào)節(jié)器。 溫度初值為 ℃ ，設(shè)定值設(shè)為 60℃ 。所得曲線如圖 所示。其中曲線① 即為水溫測(cè)量值曲線 。曲線 ② 為給定值曲線 。曲線 ③ 為控制器的輸出值曲線。 圖 P 調(diào)節(jié) 分析 :KP=2 時(shí)，水溫上升速度慢，即控制系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢，且穩(wěn)態(tài)誤差大，最小的穩(wěn)態(tài)誤差也有 2℃ 。KP=20 時(shí)，可見穩(wěn)態(tài)誤差明顯減小，此時(shí)的最大穩(wěn)態(tài)誤差為 =℃ 。KP =200 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)作靈敏，控制器輸出加大，此時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差為 =℃ ，但是系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩最大振幅為=℃ 。KP=500 時(shí)，控制器輸出再次加大，此時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差僅為=℃ ，但再怎么加大，穩(wěn)態(tài)誤差仍舊存在，不可能完全消除，且振幅已達(dá)到 =℃ 。所以 KP 不能太小，也不能太大。動(dòng)態(tài)時(shí) :若 KP27 偏大，則振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長。當(dāng) KP 太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。若KP 太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。穩(wěn)態(tài)時(shí) :加大 KP，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差 ess，提高控制精度。但是加大 KP 只是減少 ess，卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。 (2) PI 調(diào)節(jié)與分析 在監(jiān)控畫面中，將控制器設(shè)為 ?自動(dòng) ?模式，且 ?比例作用開關(guān) ?設(shè)為 ?1?、 ?積分作用開關(guān) ?設(shè)為 ?1?、 ?微分作用開關(guān) ?設(shè)為 ?0?，此時(shí)就成了 PI 調(diào)節(jié)器。 溫度初值為 ℃ ，設(shè)定值設(shè)為 40℃ ， KP=， TI=20xx0ms。所得曲線如圖 所示。其中曲線 ① 即為水溫測(cè)量值曲線 。曲線 ② 為給定值曲線 。曲線 ③ 為控制器的輸出值曲線。 圖 PI 調(diào)節(jié) (2) PD 調(diào)節(jié)與分析 28 圖 PD 調(diào)節(jié) 分析 :對(duì)于圖 ，此時(shí)超調(diào)量為 ，系統(tǒng)能慢慢趨于穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差 ≤℃ 。調(diào)節(jié)時(shí)間稍微長了點(diǎn)，這是因?yàn)槲⒎肿饔脹]加，相當(dāng)于 0，而微分太小會(huì)使超調(diào)量增加，調(diào)節(jié)時(shí)間也增長。對(duì)于圖 ，此時(shí)超調(diào)量為 ，比 TI=20xx0ms 時(shí)的超調(diào)大，系統(tǒng)不是很穩(wěn)定，系統(tǒng)振蕩次數(shù) 多。因?yàn)閺拈_環(huán)對(duì)象特性中看出，對(duì)象具有一定的積分特性，所以當(dāng)使控制器的 TI=500000ms 時(shí)，反而使積分作用更強(qiáng)，因此出現(xiàn)了振蕩現(xiàn)象。 (3) PID 調(diào)節(jié)與分析 在監(jiān)控畫面中，將控制器設(shè)為 ?自動(dòng) ?模式，且 ?比例作用開關(guān) ?設(shè)置為 ?1?、 ?積分作用開關(guān) ?設(shè)置為 ?1?、 ?微分作用開關(guān) ?設(shè)置為 ?1?，此時(shí)就成了 PID 調(diào)節(jié)器。 溫度初值為 ℃ ，設(shè)定值設(shè)為 30℃ ， KP=， TI=20xx0ms， TD=10000ms。所得曲線如圖 所示。其中曲線 ① 即為水溫測(cè)量值曲線 。曲線 ② 為給定值曲線 。曲線 ③ 為控制器的輸出值曲線。 29 圖 PID 調(diào)節(jié) (1) 圖 PID 調(diào)節(jié) (2) 30 溫度初值為 ℃，設(shè)定值設(shè)為 60℃， KP=， TI=10000ms， TD=10000ms。所得曲線如圖 所示。其中曲線①即為水溫測(cè)量值曲線 。曲線②為給定值曲線 。曲線③為控制器的輸出值曲線。31 4結(jié)論 從以上實(shí)驗(yàn)可得有水循環(huán)將提高系統(tǒng)的控制性能，升溫時(shí)可以保證系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，在降溫時(shí)雖然也要一定時(shí)間，但比起自然冷卻，其可以明顯得縮短降溫時(shí)間。所以在上 文 中的 “ 鍋爐內(nèi)膽水溫 PID 控制和分析 ” 中所有實(shí)驗(yàn)都已加入水循環(huán)。但是，若鍋爐的內(nèi)膽水溫與水循環(huán)通路中的水溫溫差小的話，此時(shí)的降溫效果不明顯，跟自然冷卻差不多 。而當(dāng)兩者溫差越大時(shí)，降溫速度越快，所以在內(nèi)膽溫度需要加熱到 60℃ 以上時(shí)，最好關(guān)閉水循環(huán)通路，否則系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間加長或達(dá)不到穩(wěn)定的效果。鍋爐內(nèi)膽水溫控制系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)的效果看，已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)和要求， 而且還有一定的改進(jìn)。雖然對(duì)象特性具有一定的大慣性，但經(jīng)過多次調(diào)試后，能確定合適的 PID 控制參數(shù)，且控制效果較好，系統(tǒng)的超調(diào)量能控制在 5%以內(nèi)，使鍋爐的內(nèi)膽溫度與給定值保持一致，實(shí)現(xiàn)了鍋爐內(nèi)膽水溫的常規(guī) PID 控制。在原有課題的基礎(chǔ)上，考慮了水循環(huán)通路，很好的解決了鍋爐內(nèi)膽水溫控制系統(tǒng)的冷卻問題，使系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。由于常規(guī) PID 控制沒有自整定功能，故不具有自適應(yīng)性，所以各參數(shù)的整定不是唯一的，隨著周邊環(huán)境的溫度變化等干擾因素，其參數(shù)會(huì)有一定的偏移。解決的辦法是可以采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊自適應(yīng) PID 控制 方法等改進(jìn)后的 PID 控制算法來實(shí)現(xiàn)控制。雖然加了水循環(huán)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定起到了良好的作用，但當(dāng)內(nèi)膽溫度加熱到 60℃ 以上時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間加長或達(dá)不到穩(wěn)定，此時(shí)只能關(guān)閉水循環(huán)通路。 32 參考文獻(xiàn) [1]劉福仁， 我國鍋爐現(xiàn)狀及存在的問題 [J]. 北京市計(jì)劃勞動(dòng)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)， [2]潘勇等， PLC 的應(yīng)用和發(fā)展 [J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程， [3]謝柳紅，該如何振興國產(chǎn) PLC[J].機(jī)電一體化， [4]李暉等， PLC 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