【正文】 速頻繁地改變，可適當(dāng)?shù)貫槌鏊疁囟仍O(shè)定一個死區(qū)，如，1℃。為避免控制動作過于頻繁以消除振蕩，在實(shí)際工程應(yīng)用中，通常在PID控制系統(tǒng)中增加一個死區(qū)環(huán)節(jié)，相應(yīng)的算式為 （35）其中: 為人為設(shè)定的一個死區(qū)，是一個可調(diào)參數(shù)，其具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際控制對象由試驗(yàn)確定。以上是PID控制的理論控制方程，但在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。當(dāng)采樣周期足夠短時，用求和代替積分，使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠?，如式?3）所示。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中減少調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。模擬PID控制器如圖31所示，理想控制規(guī)律為 （32）其中，為比例增益，與比例帶成倒數(shù)關(guān)系，即，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)，為控制量，為偏差。PID調(diào)節(jié)器既能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性，又能加快過渡過程，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，是一種比較完善的調(diào)節(jié)規(guī)律，主要應(yīng)用于溫度控制和壓力控制等過程控制系統(tǒng)中，以克服時間響應(yīng)滯后，得到較好的控制指標(biāo)。PID控制，即按偏差的比例(P)、積分(1)、微分(D)控制，是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。例如鍋爐的出水溫度設(shè)定值為，溫控回差為，則當(dāng)出水溫度滿足式(31)時即可。但這只是一種理想設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)誤差的存在，實(shí)際采集值不可能等于用戶設(shè)定值。目前，變頻調(diào)速技術(shù)己逐漸為許多企業(yè)所認(rèn)識和接受，隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，它必將得到更加廣泛的應(yīng)用，也必將為認(rèn)識和接受它的企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益?？梢钥闯?，在相同的風(fēng)量下，變頻控制方式比風(fēng)門調(diào)節(jié)方式能耗更小，二者之差可由下述經(jīng)驗(yàn)公式表示:其中為風(fēng)機(jī)運(yùn)行時實(shí)際風(fēng)量；為風(fēng)門開度為最大，且電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時的風(fēng)量；為風(fēng)門開度為最大，且電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時的功率。因此，風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速運(yùn)行方式下，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可大大降低，節(jié)能效果明顯。如果在風(fēng)門開度最大的條件下用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，則工況點(diǎn)沿曲線3由點(diǎn)移到點(diǎn)。圖21給出了風(fēng)機(jī)中風(fēng)門調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速二種控制方式下風(fēng)路的壓力風(fēng)量關(guān)系及功率風(fēng)量關(guān)系。水泵的節(jié)能分析類似。變頻調(diào)速應(yīng)用于鍋爐系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)和水泵等電機(jī)的自動控制中，其節(jié)能效果明顯。通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。為電機(jī)轉(zhuǎn)差率。變頻 調(diào) 速 技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：其中表示電機(jī)轉(zhuǎn)速。目錄第一章 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用 第二章 鍋爐控制系統(tǒng)原理 PID控制方式 第三章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 第四章 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC的選型 第五章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) S7300系列PLC簡介 S7300編程方式簡介 S7300 PLC的存儲區(qū) PLC控制流程圖 PLC控制程序 參考文獻(xiàn) 第一章 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用目前，隨著大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)己經(jīng)發(fā)展為一項(xiàng)成熟的交流調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速器作為該技術(shù)的主要應(yīng)用產(chǎn)品經(jīng)過幾代技術(shù)更新，己日趨完善，能夠適應(yīng)較為惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，且能提供較為完善的控制功能，能滿足各種生產(chǎn)設(shè)備異步電動機(jī)調(diào)速的要求。為電動機(jī)工作電源頻率。為電機(jī)磁極對數(shù)。變頻器就是基于上述原理采用交一直一交電源變換技術(shù)，集電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。本節(jié)將以風(fēng)機(jī)節(jié)能為例，詳細(xì)分析其節(jié)能效果。由流體力學(xué)的基本定律可知:風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速與流量，壓力以及軸功率具有如下關(guān)系: 即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。其中，曲線1是風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下的曲線，曲線2是風(fēng)機(jī)在某一較低速度下的曲線，曲線3是風(fēng)門開度最大時的曲線，曲線4是風(fēng)機(jī)在某一較小開度下的曲線可以看出當(dāng)實(shí)阮工況風(fēng)量由下降到時，如果在風(fēng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的條件調(diào)節(jié)風(fēng)門開度，則工況點(diǎn)沿曲線1由點(diǎn)移到點(diǎn)。顯然，點(diǎn)與點(diǎn)的風(fēng)量相同，但點(diǎn)的壓力要比點(diǎn)壓力小得多。圖21變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)中的節(jié)能分析曲線5為變頻控制方式下的曲線，曲線6為風(fēng)門調(diào)節(jié)方式下的曲線。假設(shè)有一臺lO的熱水鍋爐:引風(fēng)機(jī):55，鼓風(fēng)機(jī):22，共7 則由變頻調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)相比較可知:80%風(fēng)量時每小時節(jié)能=60%風(fēng)量時每小時節(jié)能=如果按全年運(yùn)行7000小時計(jì)算，其中80%風(fēng)量運(yùn)行5000小時:60%風(fēng)量運(yùn)行2000小時，則全年節(jié)能由此可見，其節(jié)能效果非常顯著。第二章 鍋爐控制系統(tǒng)原理 偏差控制方式偏差控制是指當(dāng)熱工參數(shù)實(shí)際采集值與用戶設(shè)定值之間存在偏差時，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)某些量來減小偏差，直至實(shí)際采集值等于用戶設(shè)定值為止。因此，引入“回差”的概念，即給用戶設(shè)定值一個可以接受的范圍，在此范圍內(nèi)都可認(rèn)為達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值。 (31) PID控制方式偏差控制只能輸出開關(guān)量信號，對于連續(xù)調(diào)節(jié)的設(shè)備，則需要過程控制系統(tǒng)中最常用的控制規(guī)律PID控制方式。實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和理論的分析都表明，運(yùn)用這種控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進(jìn)行控制時，都能得到滿意的結(jié)果。 PID被控對象 + 圖31 PID控制系統(tǒng) PID控制器的基本形式PID控制分兩種基本形式，即模擬PID控制器和數(shù)字PID控制器。比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除靜態(tài)誤差，過大，可能會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作屏就不斷地積累，輸出控制量以消除靜態(tài)誤差，因而，只要有足夠的時間積分作用將能完全消除誤差，但調(diào)節(jié)動作緩慢；微分控制加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減少調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。 （33）增量型的控制方程為: （34）其中稱為比例增益；稱為積分系數(shù)；稱為微分系數(shù)。 PID控制器的改進(jìn)計(jì)算機(jī)控制是一種比較準(zhǔn)確的控制方式，只要系統(tǒng)偏差存在且大于傳感器的精度范圍，計(jì)算機(jī)就不斷進(jìn)行控制量增量的計(jì)算，并輸出相應(yīng)的控制信號給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，這樣容易產(chǎn)生某些動作過于頻繁而引起振蕩。太小，使調(diào)節(jié)過于頻繁，達(dá)不到穩(wěn)定控制量的目的；太大，則系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的滯后。在鍋爐控制系統(tǒng)中，當(dāng)啟動/停止電機(jī)或大幅度改變溫度、壓力等設(shè)定值時，由于短時間內(nèi)產(chǎn)生很大的偏差，往往會產(chǎn)生嚴(yán)重的積分飽和現(xiàn)象，以致造成很大的超調(diào)和長時間的振蕩。當(dāng)偏差較小時才將積分作用投入。積分分離閥值應(yīng)根據(jù)具體對象及控制要求確定。綜上所述，鍋爐控制系統(tǒng)中燃燒控制和水泵控制所采用的PID控制方式，作出死區(qū)設(shè)定和積分分離兩項(xiàng)改進(jìn)措施，以達(dá)到穩(wěn)定控制溫度和壓力等信號的目的。增大比例系數(shù)一般會加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于消除靜差。增大積分時間常數(shù),相當(dāng)于減小積分系數(shù)，積分作用減弱，有利于減小超調(diào)，減小振蕩，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之變慢。在湊試時，可參考3個參數(shù)對控制過程的影響趨勢，對參數(shù)實(shí)行先比例，后積分，再微分的整定步驟。即將比例系數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。(2)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則須加入積分環(huán)節(jié)。在此過程中，可根據(jù)控制效果反復(fù)改變比例系數(shù)與積分時間,，以期得到滿意的控制過程和整定參數(shù)。在整定時，可先置微分時間為零。鍋爐管網(wǎng)系統(tǒng)的一個任務(wù)是通過循環(huán)泵將出水缸內(nèi)的熱水輸送到用戶供熱并回到回水缸。偏差控制設(shè)定出水壓力范圍，當(dāng)出水壓力實(shí)際值不在設(shè)定范圍內(nèi)時，調(diào)節(jié)流量，直到出水壓力達(dá)到要求為止。循環(huán)泵系統(tǒng)根據(jù)出水壓力的設(shè)定值與采集到的出水壓力的實(shí)時數(shù)據(jù)，通過PID算法將出水壓力值控制在設(shè)定值附近。壓力調(diào)節(jié)PID變頻器管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)定值 出水壓力 圖33循環(huán)流量PID控制原理圖供暖鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個多變量輸入、多變量輸出、大慣性、大滯后且相互影響的一個復(fù)雜系統(tǒng)。鍋爐燃燒過程自動控制的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)負(fù)荷的需要，同時還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。出水溫度的設(shè)定值與室外溫度以及消耗熱量(負(fù)荷)的變化相關(guān)，以出水溫度為信號，改變?nèi)济毫亢惋L(fēng)煤比，達(dá)到出水溫度與設(shè)定值一致。若爐膛溫度過高則適當(dāng)減少給煤量，反之則適當(dāng)加大給煤量。對于給定出水溫度的情況下，需要調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與給煤量的比例，使鍋爐運(yùn)行在最佳燃燒狀態(tài)。(3)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與引風(fēng)量，保持爐膛壓力在一定的負(fù)壓范圍內(nèi)。如果爐膛負(fù)壓太小，爐膛容易想外噴火，危及設(shè)備與工作人員的安全。本系統(tǒng)中根據(jù)鼓風(fēng)量的變化，對引風(fēng)量進(jìn)行前饋控制。第四章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，主要由進(jìn)口變頻器、可編程控制器、壓力變送器、溫度變送器和泵房機(jī)組以及電氣控制柜等組成。通過工控機(jī)和可編程控制器對鍋爐系統(tǒng)中的鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)、循環(huán)泵和補(bǔ)水泵實(shí)現(xiàn)控制。(2)過溫超過報(bào)警按要求，鍋爐控制系統(tǒng)必須包含超溫超壓報(bào)警功能，當(dāng)系統(tǒng)中的溫度、壓力等信號超過上下限時，必須提示報(bào)警信息，對某些重要參數(shù)，還設(shè)置了報(bào)警聯(lián)動功能，即超限時停爐或停泵處理。(4)系統(tǒng)性能指標(biāo)①出水溫度要求80℃②回水溫度要求40℃③出口壓力為50Pa本文針對供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一套基于變頻調(diào)速技術(shù)的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。控制系統(tǒng)以兩臺工業(yè)控制機(jī)作為上位機(jī)，以西門子S7300可編程控制器為下位機(jī)。本系統(tǒng)屬于熱水鍋爐供暖系統(tǒng)，主要通過熱水循環(huán)給用戶供暖，一般分為燃燒控制系統(tǒng)、循環(huán)泵控制系統(tǒng)和補(bǔ)水泵控制系統(tǒng)。通過MPI多點(diǎn)接口與下位機(jī)PLC進(jìn)行通訊，對現(xiàn)場鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對鍋爐的遠(yuǎn)程控制。另一方面，關(guān)于鍋爐運(yùn)行及網(wǎng)管系統(tǒng)的各種歷史數(shù)據(jù)，則存儲在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中?，F(xiàn)場控制層: 該層以西門子S7300系列可編程控制器為核心，一方面通過MPI多點(diǎn)接口與上位機(jī)通訊，接收上位機(jī)管理層的控制命令。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與變送層: 這一層是集散控制系統(tǒng)的最底層，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理和變送等工作。變送器將采集的溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號并傳送給可編程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。力控是運(yùn)行在Window