【正文】 parameters to control the heating resistance wire voltage parameters to PLC, controller, constitutes a series of boiler temperaturelevel control system。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(jì)算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動(dòng)化程度又提高設(shè)備的控制精度。在這時(shí)期，PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到了很大的提高和發(fā)展。 　　PID 控制是迄今為止最通用的控制方法之一。PID 控制的效果完全取決于其四個(gè)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 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(diǎn)，再加上人們?cè)陂L期使用中積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。 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(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)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。2．適用于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制。4．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。能適應(yīng)于較高的控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)還不十分成熟。 項(xiàng)目研究內(nèi)容以鍋爐為被控對(duì)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(jí)控制系統(tǒng)；采用 PID 算法，運(yùn)用 PLC 梯形圖編程語言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自動(dòng)控制。其性能優(yōu)越，已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM）之一。論文通過對(duì)德國西門子公司的 S7200 系列 PLC 控制器，溫度傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到 PLC 中進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，PID 控制器輸出轉(zhuǎn)化為 010mA 的電流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率。 整 個(gè) 系 統(tǒng) 包 括 兩 個(gè) 控 制 回 路 ， 主 回 路 和 副 回 路 。 一 次 擾 動(dòng) ：作 用 在 主 被 控 過 程 上 的 ， 而 不 包 括 在 副 回 路 范 圍 內(nèi) 的 擾 動(dòng) 。 在 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 由于 引 入 了 一 個(gè) 副 回 路 ， 不 僅 能 及 早 克 服 進(jìn) 入 副 回 路 的 擾 動(dòng) ， 而 且 又 能 改 善 過程 特 性 。第二章 PLC 和組態(tài)軟件基礎(chǔ)可編程控制器是是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱 PLC（Programmable logic Controller),它使用可編程序的記憶以存儲(chǔ)指令，用來執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。 1971 年 日 本從 美 國 引 進(jìn) 這 項(xiàng) 技 術(shù) ， 很 快 研 制 出 第 一 臺(tái) 可 編 程 序 控 制 器 DSC18。 我 國 從 1974 年 開 始 研制 ， 1977 年 開 始 工 業(yè) 推 廣 應(yīng) 用 。 進(jìn) 入 20 世 紀(jì) 80 年 代 ， 隨 著 大 規(guī) 模 和 超 大 規(guī) 模 集 成 電 路 等 微 電 子 技 術(shù)的 迅 猛 發(fā) 展 ， 以 16 位 和 少 數(shù) 32 位 微 處 理 器 構(gòu) 成 的 微 機(jī) 化 PLC， 使 PLC 的功 能 增 強(qiáng) ， 工 作 速 度 快 ， 體 積 減 小 ， 可 靠 性 提 高 ， 成 本 下 降 ， 編 程 和 故 障 檢測(cè) 更 為 靈 活 ， 方 便 。 可編程控制器的組成和工作原理可 編 程 控 制 器 的 組 成 :PLC 包 括 CPU 模 塊 、 I/O 模 塊 、 內(nèi) 存 、 電 源 模 塊 、 底 板 或 機(jī) 架 。 CPU 主 要 由 運(yùn) 算 器 、 控 制 器 、 寄 存 器 及 實(shí) 現(xiàn) 它 們 之 間 聯(lián) 系 的數(shù) 據(jù) 、 控 制 及 狀 態(tài) 總 線 構(gòu) 成 ， CPU 單 元 還 包 括 外 圍 芯 片 、 總 線 接 口 及 有 關(guān)電 路 。 CPU速 度 和 內(nèi) 存 容 量 是 PLC 的 重 要 參 數(shù) ， 它 們 決 定 著 PLC 的 工 作 速 度 ， IO 數(shù)量 及 軟 件 容 量 等 ， 因 此 限 制 著 控 制 規(guī) 模 。 I/O模 塊 集 成 了 PLC 的 I/O 電 路 ， 其 輸 入 暫 存 器 反 映 輸 入 信 號(hào) 狀 態(tài) ， 輸 出 點(diǎn) 反映 輸 出 鎖 存 器 狀 態(tài) 。 I/O 分 為 開 關(guān) 量 輸 入 （ DI） ， 開 關(guān) 量 輸 出 （ DO） ， 模 擬 量 輸 入（ AI） ， 模 擬 量 輸 出 （ AO） 等 模 塊 。模 擬 量 ： 按 信 號(hào) 類 型 分 ， 有 電 流 型 （ 420mA,020mA） 、 電 壓 型 （ 010V,05V,1010V） 等 ， 按 精 度 分 ， 有 12bit,14bit,16bit 等 。按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。編程器一般分為簡(jiǎn)易型和智能型兩類。而智能型編程器（又稱圖形編程器） ，不但可以連機(jī)編程，而且還可以脫機(jī)編程。 源PLC 電 源 用 于 為 PLC 各 模 塊 的 集 成 電 路 提 供 工 作 電 源 。 電 源 輸 入 類 型 有 ： 交 流 電 源 （ 220VAC 或110VAC） ， 直 流 電 源 （ 常 用 的 為 24VDC） 。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。 圖 21 可編程控制器運(yùn)行框圖 可編程控制器的分類及特點(diǎn)(一)小型 PLC小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功能模塊。(二)中型 PLC中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在256～1024 點(diǎn)之間，I/O 的處理方式除了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 組 態(tài) 軟 件 是 有 專 業(yè) 性 的 ， 一 種 組 態(tài) 軟 件 只 能 適 合 某 種 領(lǐng) 域 的 應(yīng) 用 。 人 機(jī) 界 面 生 成 軟 件 就 叫 工 控 組 態(tài) 軟 件 。 從 表 面 上 看 ， 組 態(tài) 工 具 的 運(yùn) 行 程 序 就 是 執(zhí) 行 自己 特 定 的 任 務(wù) 。在 當(dāng) 今 工 控 領(lǐng) 域 ， 一 些 常 用 的 大 型 組 態(tài) 軟 件 主 要 有 ： ABBOptiMax， WinCC， iFix， Intouch， 組 態(tài) 王 ， 力 控 ， 易 控 ， MCGS 等 。 組態(tài)王軟件的特點(diǎn) 組 態(tài) 王 軟 件 具 有 適 應(yīng) 性 強(qiáng) 、 開 放 性 好 、 易 于 擴(kuò) 展 、 經(jīng) 濟(jì) 、 開 發(fā) 周 期 短 等優(yōu) 點(diǎn) 。其 中 監(jiān) 控 層 對(duì) 下 連 接 控 制 層 ， 對(duì) 上 連 接 管 理 層 ， 它 不 但 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 現(xiàn) 場(chǎng) 的 實(shí) 時(shí) 監(jiān)測(cè) 與 控 制 ， 且 在 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 中 完 成 上 傳 下 達(dá) 、 組 態(tài) 開 發(fā) 的 重 要 作 用 。 通 過 對(duì) 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 要 求 及 實(shí) 現(xiàn) 功 能 的 分析 ， 采 用 組 態(tài) 王 對(duì) 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 。 而 且 ， 它 能 充 分 利 用 Windows 的 圖形 編 輯 功 能 ， 方 便 地 構(gòu) 成 監(jiān) 控 畫 面 ， 并 以 動(dòng) 畫 方 式 顯 示 控 制 設(shè) 備 的 狀 態(tài) ， 具有 報(bào) 警 窗 口 、 實(shí) 時(shí) 趨 勢(shì) 曲 線 等 ， 可 便 利 的 生 成 各 種 報(bào) 表 。 組態(tài)王軟件仿真的基本方法(1)圖 形 界 面 的 設(shè) 計(jì) 圖 形 ,是 用 抽 象 的 圖 形 畫 面 來 模 擬 實(shí) 際 的 工 業(yè) 現(xiàn) 場(chǎng) 和 相 應(yīng) 的 工 控 設(shè) 備 。(3)建 立 動(dòng) 畫 連 接第三章 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本 章 主 要 從 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 結(jié) 構(gòu) 和 硬 件 設(shè) 計(jì) 的 角 度 ， 介 紹 該 項(xiàng) 目 的 PLC 控 制系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 步 驟 、 PLC 的 硬 件 配 置 、 外 部 電 路 設(shè) 計(jì) 以 及 PLC 控 制 器 的 設(shè) 計(jì)參 數(shù) 的 整 定 。2．在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。4．應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 的型號(hào)、I／O 點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。然后是進(jìn)行 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號(hào)的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行：1．熟悉被控對(duì)象，制定控制方案 分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的控制要求。3．選擇 PLC 選擇時(shí)主要包括 PLC 機(jī)型、容量、I／O 模塊、電源的選擇。5．設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。6．聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。2．設(shè)計(jì)梯形圖程序。4．對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試及修改，直到滿足控制要求為止。PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟可參考圖 31 ： 圖 31 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 PLC 的選型和硬件配置 PLC 型號(hào)的選擇本溫度控制系統(tǒng)采用德國西門子 S7200 PLC。S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。 S7200 CPU 的選擇S7200 系列的 PLC 有 CPU22CPU222 、CPU22CPU226 等類型?？蛇B接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。在這里我們選擇西門子的 EM235 模擬量輸入/ 輸出模塊。它允許 S7200連接微小的模擬量信號(hào)，177。用戶必須用 DIP 開關(guān)來選擇熱電偶的類型，斷線檢查，測(cè)量單位，冷端補(bǔ)償和開路故障方向：SW1～SW3用于選擇熱電偶的類型，SW4沒有使用，SW5用于選擇斷線檢測(cè)方向，SW6用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測(cè)，SW7用于選擇測(cè)量方向，SW8用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。 熱電式傳感器熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。其中最為常用于測(cè)量溫度的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)化為電勢(shì)變化，而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。該系統(tǒng)需要的傳感器是將溫度轉(zhuǎn)化為電流，且水溫最高是 100℃，所以選擇 Pt100 鉑熱電阻傳感器。PT 后的 100 即表示它在 0℃時(shí)阻值為 100 歐姆，在100℃時(shí)它的阻值約為 歐姆。 可控硅加熱裝置簡(jiǎn)介對(duì)于要求保持恒溫控制而不要溫度記錄的電阻爐采用帶 PID 調(diào)節(jié)的數(shù)字式溫度顯示調(diào)節(jié)儀顯示和調(diào)節(jié)溫度，輸出 0～10mA 作為直流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率，完全可以滿足要