【導(dǎo)讀】鍋爐是眾多工業(yè)部門必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。因此，鍋爐往往成了不少工廠不可缺。因而，對(duì)鍋爐設(shè)備中的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究是必要的。系統(tǒng)是鍋爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。對(duì)鍋爐生產(chǎn)操作如果不合理，管理不善，處理。不當(dāng)，往往會(huì)引起事故。這些事故中的大部分是由于鍋爐水位控制不當(dāng)引起的，可見(jiàn)鍋爐。由于鍋爐的水位調(diào)節(jié)過(guò)程難以建立數(shù)學(xué)。模型，具有非線形、不穩(wěn)定性、時(shí)滯等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的鍋爐水位三沖量控制系統(tǒng)大都采用。PID控制，其控制效果還可以進(jìn)一步提高。而模糊控制不要求知道被控對(duì)象的精確模型，

　　

【正文】 則選用“ if e then u”的形式。 控制規(guī)則表如表 42所示 ： E NB MN NS Z PS PM PB U PB PM PS Z NS NM NB PID 控制的設(shè)計(jì) 控制的基本公式 PID是比例 (P)、積分 (I)、微分 (D)的縮寫， PID控制器是目前應(yīng)用最為廣泛的閉環(huán)控制器。標(biāo)準(zhǔn) PID的控制值與偏差 (實(shí)際值與設(shè)定值之差 )、偏差對(duì)時(shí)間的積分、偏差對(duì)時(shí)間的微分，三者之和成正比。模擬量 PID控制器的輸出表達(dá)式為0()1( ) [ ( ) ( ) ]t DpiT d e tu t K e t e t d t MT d t? ? ? ??,式中 ()ut 為控制值 ()et 為偏差值， pK 為比例系數(shù)， iT 為積分常數(shù)， DT 為微分常數(shù)， M為積分部分的初始值。 PID 的參數(shù)設(shè)置 P 增益： 設(shè)定范圍： ～ 倍 這是操作量和偏差之間有比例關(guān)系的動(dòng)作。增益取大時(shí)，響應(yīng)快，但過(guò)大將產(chǎn)生振 17蕩。增益取小時(shí)，響應(yīng)遲后。實(shí)際中 本設(shè)計(jì) 取 。 積分時(shí)間： 設(shè)定范圍： ～ 3600s 操作量（輸出頻率）的變化速度和偏差成比例關(guān)系的動(dòng)作，即輸出按偏差 積分的動(dòng)作。積分時(shí)間大時(shí)，響應(yīng)遲后，另外，對(duì)外部擾動(dòng)的控制能力變差。積分時(shí)間小時(shí)，響應(yīng)速度快，但過(guò)小將產(chǎn)生振蕩 [10]。實(shí)際中 本設(shè)計(jì) 取 50s。 5. PLC 選型及資源分配 PLC 電氣圖和 I/O 分配表 圖 51 PLC I/0口分配圖 根據(jù)上述關(guān)于 PLC 控制系統(tǒng)的基本單元輸入和輸出信號(hào)統(tǒng)計(jì)，制定 I/O 分配表，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表 51所示。模擬量模塊輸入地址分配表如表 52所示。 表 51 PLC I/O 分配表 輸入信號(hào) 輸入點(diǎn)編號(hào) 輸入點(diǎn)名稱 輸入點(diǎn)編號(hào) 輸入點(diǎn)編號(hào) X0 系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕 X3 最高水位 X1 停止按鈕 X4 最危險(xiǎn)水位 18X2 最低水位 X5 警鈴消聲 輸出信號(hào) 輸出點(diǎn)編號(hào) 輸出點(diǎn)名稱 輸出點(diǎn)編號(hào) 輸出點(diǎn)名稱 Y0 工作指示燈 Y2 警鈴控制器 Y1 水泵接觸器 Y3 報(bào)警燈控制器 表 52模擬量模塊輸入地址分配表 通道 1 應(yīng)力式渦街流量傳感器 通道 2 應(yīng)力式渦街流量傳感器 通道 3 浮球式液位開關(guān)傳感器 通道 4 關(guān)閉 PLC 選型 根據(jù)系統(tǒng)的 I/O點(diǎn)數(shù)，并考慮富裕量及今后系統(tǒng)的擴(kuò)展升級(jí)和工藝控制等問(wèn)題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三菱公司的 FX2N16MR 型 作為主機(jī)， FX2N48MR 型是三菱公司的典型產(chǎn)品，具有功能強(qiáng)大，處理速度快、容量大等優(yōu)點(diǎn)，屬于高性能小型機(jī)，系統(tǒng) I/O 總點(diǎn)數(shù)為 16點(diǎn)，輸入、輸出均為 8點(diǎn)，配置擴(kuò)展單元后可增加 I/O 點(diǎn)數(shù)。 傳感器選型 各傳感器主要用于水位、蒸汽流量、給水流量等測(cè)量。 (1) 應(yīng)力式渦街流量傳感器 : 一種既可以測(cè)蒸汽、氣體又可以測(cè)液體的傳感器 流速 : 氣（汽）體： 3 m/s ～ 90 m/s 液體： m/s ～ 9 m/s (2)連桿浮球式液位開關(guān) (IL1402):一 種基于自重原理工作的液位 開關(guān)。當(dāng)浮球受液體浮力作用而隨液位上升時(shí)，浮球向上移動(dòng)后壓縮彈簧，并快速啟動(dòng)微型開關(guān)，輸出相應(yīng)觸點(diǎn)。 特殊模塊功能 系統(tǒng)同時(shí)配有 FX2N4AD 特殊功能模塊作為模擬量控制的輸入接口。其中 FX2N4AD模擬量輸入模塊接到 FX2N16MR 基本單元的最近位置，模塊編號(hào)為 0， CH1， CH2， CH3通道分別與 應(yīng)力式渦街流量傳感器 、 應(yīng)力式渦街流量傳感器 、 連桿浮球式液位開關(guān)。 19 編程軟件 編 程 軟 件 采 用 三 菱 公 司 為 其 生 產(chǎn) 的 PLC 開 發(fā) 的 編 程 軟 件 SWOPCFXGP/。 控制系統(tǒng)流程圖 控制系統(tǒng)總流程圖設(shè)計(jì) 圖 621 控制系統(tǒng)總流程圖 模糊控制流程圖 圖 622 模糊控制流程圖 20 控制流程圖 圖 623 PID 流程圖 動(dòng)態(tài)前饋流程圖 圖 624 動(dòng)態(tài)前饋流程圖 21 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 水位控制 當(dāng)輸入起動(dòng)的指令時(shí) (X0= 1) , 輔助繼電器 Y0 被激勵(lì) , 給出系統(tǒng)運(yùn)行指示 (Y0= 1) , 并且工作指示燈亮。為鍋爐水位雙位控制。當(dāng)水位到最低位 (X2= 1) , 輔助繼電器 M 0 被激勵(lì) (M 0= 1) , 同時(shí)給水泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行 (Y1= 1)。當(dāng)水位到最高位 (X3= 1) , 水泵電動(dòng)機(jī)停止 。 當(dāng)水位到最低位 (X2= 1) 時(shí)重復(fù)上述過(guò)程 , 實(shí)現(xiàn)鍋爐水位雙位控制。當(dāng)雙位式控制失靈 , 鍋爐內(nèi)水位低至過(guò)低限后 (X4= 1) , 輔助繼電器 M 1 被激勵(lì) (M 1= 1) 實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警 , 警鈴聲音應(yīng)報(bào)警 (Y2= 1) , 答后 (X5= 1) 消音 。 報(bào)警燈仍以 1s (T T2) 為周期閃爍 , 直至故障消除 [11]。具體梯形圖如 631。 圖 631 模糊控制算法的 PLC 實(shí)現(xiàn) 首先將模糊化過(guò)程的量化因子 ek 、 eck 、 uk 存入 PLC 的保持繼電器中，然后利用 A/D模塊將輸入量采集到 PLC的 D數(shù)據(jù)區(qū)，根據(jù)它們所對(duì)應(yīng)的的輸入模糊論域中的相應(yīng)元素，查模糊控制量表求出模糊輸出量 U，再乘以輸出量化因子即可得實(shí)際輸出量 u,由 D/A 模塊輸出對(duì)閥門度進(jìn)行控制。在模糊控制算法的實(shí)現(xiàn)中，模糊控制量表的查詢是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 ，圖 632 給出了實(shí)現(xiàn)模糊控制量表查表功能的梯形圖。為了簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)中將輸入模糊論域的元素有 [6， 5， 4， 3， 2， 1， 0， +1， +2， +3， +4， +5，+6]轉(zhuǎn)化為 [0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10， 11， 12]，將模糊控制量表中的 U 的 22控制結(jié)果按由上到下、由左到右的順序依次存入 D100~D268 中，控制量的基址為 100，偏移地址為 Ec*13+E。圖中， D0 和 D1 分別為 E和 Ec在模糊論域中所對(duì)應(yīng)的元素 [12]。 圖 632 PID 控制的 PLC 實(shí)現(xiàn) 237 結(jié)束語(yǔ) 由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用可編程控制器批 plc 作為鍋爐控制系統(tǒng)的控制核心，使該控制系統(tǒng)具有操作方便，運(yùn)行可靠，便于修改，擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。 主回路我們?cè)O(shè)計(jì)的是 PI 控制器和模糊控制器并聯(lián)的混合控制器，減小了靜態(tài)誤差， 改變對(duì)象參數(shù)后，模糊控制系統(tǒng)仍能使偏差在工藝允許范圍內(nèi)。副回路用模糊控制器取代了常規(guī)控制器，解決了因?yàn)椤疤摷僖何弧痹斐傻牟荒艽_定精確的數(shù)學(xué)模型而無(wú)法采用常規(guī)控制器進(jìn)行自動(dòng)控制的問(wèn)題并且實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)前饋 [13]。 鑒于學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，未能將本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 plc 梯形圖進(jìn)行模擬調(diào)試，所以系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 的可行性未能得到實(shí)踐證明；鑒于系統(tǒng)建設(shè)資金龐大，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)還停留于理論上的方案設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，本次設(shè)計(jì)尚待檢測(cè)、實(shí)踐。 24參考文獻(xiàn)： [1]任向民 .工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].中國(guó)科技信息 ,2021年 ,第 12 期 [2]丁鵬飛 .工業(yè)鍋爐集中監(jiān)視與監(jiān)控系統(tǒng) [J].中國(guó)科技信息 ,2021年 ,第 16期 [3]肖大雛 .控制設(shè)備及系統(tǒng) [M] 北京：中國(guó)電力出版社 , [4]周美蘭 ,周封 ,王岳宇 .plc電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì) [M] 北京：科學(xué)出版社 , [5]柴瑞娟 ,陳海霞 .西門子 PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用 [M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 , [6]馬育鋒 ,吳漢松 ,郭頸東 .鍋爐水位系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制 [J].自動(dòng)化儀表第二十卷第四期 , 1999年 [7]唐濤 .鍋爐汽包三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].化工技術(shù)與開發(fā) , 第 32卷第六期 2021年 12月 [8]文群英 ,潘汪杰等 .熱工自動(dòng)控制系統(tǒng) [M] 北京： 中國(guó)電力出版社 , [9]潘祥亮 ,羅利文 .模糊 PID控制在工業(yè)鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].控制系統(tǒng) [10]甄立常 ,高欣 ,鍋爐水位控制系統(tǒng)中不完全微分 PID 控制器的研究 [J].鍋爐技術(shù)第 38卷第四期 , 2021 [11]李玲玲 .工業(yè)鍋爐水位三沖量控制系統(tǒng)的改進(jìn) [J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) [12]孫欣 .PLC在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].節(jié)能環(huán)保 :中國(guó)設(shè)備工程 ,2021年 6期 [13]高欽和，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例 [M] 北京：人民郵電出版社， 2021. 252257 25附錄： 26 27 28 29