【正文】 數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制 參數(shù)，以 PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)；采用PID算法，運用 PLC 梯形圖編程語言進行編程，實現(xiàn)鍋爐溫度的 自動控制。能適應(yīng)于較高的控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)還不十分成熟。 隨溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然應(yīng)用很廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比仍然 有著較大的差距。 PLC 鍋爐溫度控制系統(tǒng) 2 6）溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強、魯棒性好的特點。借助于計算機軟件技術(shù)，溫度控制器具有對控制參數(shù)及特性進行自整定的功能。 4）這些溫 度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計算機技術(shù)，運用先進的算法，適應(yīng)范圍廣泛。 2）能適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自 70 年代以來 ，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展迅速，并在智能化，自適應(yīng)、參數(shù)整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。 PID 在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問世 ,但由于 PID 算法以它自身的特點，再加上人們在長期使用中積累了豐富經(jīng)驗，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。 PID控制的效果完全取決于其四個參數(shù) ,即采樣周期 ts、比例系數(shù) Kp、積分系數(shù) Ki、微分系數(shù) Kd。 PID 控制是迄今為止最通用的控制方法之一。電熱鍋爐目前主要用于供暖和提供生活用水。 電熱鍋爐是機電一體化的產(chǎn)品，可將電能直接轉(zhuǎn)化成熱能，具有效率高，體積小，無污染，運行安全可靠，供熱穩(wěn)定，自動化程度高的優(yōu)點，是理想的節(jié)能環(huán)保的供暖設(shè)備。 PLC 逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC 的快速發(fā)展發(fā)生在 上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期 。 關(guān)鍵詞 ： 電熱鍋爐的控制系統(tǒng) 溫度控制 串級 控制 PLC PID PLC 鍋爐溫度控制系統(tǒng) 1 1 緒論 課題背景及研究目的和意義 電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。 本文分別就 電熱鍋爐的控制系統(tǒng) 工作原理，溫度變送器的選型、 PLC配置、組態(tài)軟件程序設(shè)計等幾方面進行闡述。 電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，在相當(dāng)多的領(lǐng)域里，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。 PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 目 錄 1 緒論 ................................................................... 1 .............................................. 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................................ 1 項目研究內(nèi)容 .......................................................... 2 2 PLC 和組態(tài)軟件基礎(chǔ) ...................................................... 3 ...................................................... 3 ........................................................ 5 3 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 .................................................. 7 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和步驟 ...................................... 7 系統(tǒng)整體設(shè)計方案和電氣連接圖 .......................................... 9 PLC 控制器的設(shè)計 ..................................................... 10 4 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ................................................. 13 PLC 程序設(shè)計的方法 ................................................... 13 編程軟件 STEP7MICRO/WIN 概述 ........................................ 13 程序設(shè)計 ............................................................. 15 5 組態(tài)畫面的設(shè)計 ......................................................... 25 ............................................. 25 創(chuàng)建組態(tài)畫面 ......................................................... 28 6 系統(tǒng)測試 ............................................................... 32 ........................................................... 32 實時曲線觀察 ......................................................... 32 分析歷史趨勢曲線 .................................................... 33 查看數(shù)據(jù)報表 ......................................................... 35 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試 ....................................................... 36 總 結(jié) ................................................................ 38 致 謝 ................................................................ 39 參考文獻 ................................................................ 40 摘 要 從上世紀(jì) 80年代至 90年代中期， PLC得到了快速的發(fā)展， 在這時期， PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 本文介紹了 以鍋爐為被控對象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以 PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)；采用 PID算法，運用 PLC梯形圖編程語言進行編程，實現(xiàn)鍋爐溫度的自動控制。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計算機控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動化程度又提高設(shè)備的控制精度。通過改造 電熱鍋爐的控制系統(tǒng) 具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、可靠性高 ,控制精度好等特點，對工業(yè)控制有現(xiàn)實意義。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計算機控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動化程度又提高設(shè)備的控制精度 。 在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到 了很大的提高和發(fā)展。 PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。加上目前人們的環(huán)保意識的提高，電熱鍋爐越來越受人們的重視，在工業(yè)生產(chǎn)和民用生活用水中應(yīng)用越來越普及。主要是控制水的溫度，保證恒溫供水。因為其可靠性高、算法簡單、魯棒性好，所以被 廣泛應(yīng)用于過程控制中 ,尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)。因而 ,PID 參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動控制領(lǐng)域研究的重要課題。在 PID算法中，針對 P、 I、 D三個參數(shù)的整定和優(yōu)化的問題成為關(guān)鍵問題。它們主要有以下特點： 1）適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜的溫度控制體統(tǒng)的控制。 3）能適用于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制。 5）溫度控制器普遍具有參數(shù)整定功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向發(fā)展。目前，我國在這方面總體水平處于 20 世紀(jì) 80 年代中后期的水平，成熟產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適用于一般的溫度系統(tǒng)的控制，難以控制滯后、復(fù)雜、時變溫度系統(tǒng)控制。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對溫度控制系統(tǒng)的要求越來越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展的趨勢。 可編程邏輯控制器（ PLC)是集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動控制裝置。 PLC 技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計、程序設(shè)計，控制對象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定、人機界面的設(shè)計等。對于監(jiān)控畫面，利用亞控公司的組態(tài)軟件 “ 組態(tài)王 “ 串級系 統(tǒng) 是由 調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量 檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成。二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。副調(diào)節(jié)器具有 “ 粗調(diào) ” 的作用，主調(diào)節(jié)器具有 “ 細(xì)調(diào) ” 的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進一步提高。 可編程控制器基礎(chǔ) 可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺可編程序控制器 PDP14，并在 GM 公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。 1973 年西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。進入 20 世紀(jì) 70 年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是 PLC 采用通訊微處理器之后，這種控制器功能得到更進一步增強。目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。 1． CPU CPU 是 PLC 的核心，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 除了上述通用 IO外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 編程器的作用是用來供用戶進行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。簡易型只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為 機器語言助記符后才能送入。操作方便且功能強大。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。 可編程控制器的工作原理 : PLC 的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。 CPU 從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返 回第一條指令開始新的一輪掃描。 PLC 工作的全過程可用圖 21 所示的運行框圖來表示。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)、運算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 (三 )大型 PLC 一般 I/O 點數(shù)在 1024 點以上的稱為大型 PLC，大型 PLC 的軟硬件功能極 強，具有極強的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化，大型 PLC 還可以采用冗余或三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)使機器的可靠性更高 組態(tài)軟件的基礎(chǔ) 組態(tài)的定義 組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計算機控制中，如 DCS(集散控制系統(tǒng) )組態(tài)， PLC 梯形圖組態(tài)。工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實時監(jiān)控的。 工控組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類 BASIC 語言，有的支持 VB，現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持 C高級語言。本設(shè)計采用亞控的組態(tài)王軟件進行組態(tài)的設(shè)計