【正文】 于20實(shí)際80年代中后期水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。形成商品化并在儀表控制系統(tǒng)參數(shù)的自整定方面，還沒開發(fā)性能可靠的自整定軟件。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)展趨勢。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB76651987對傳感器（transducer/sensor）的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?！睂ιa(chǎn)過程的監(jiān)控首先離不開采集設(shè)備工作信息，因此選用合適的傳感器至關(guān)重要，如果把計(jì)算機(jī)看作是自動(dòng)化系統(tǒng)的“大腦”，信道看作是“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的話，那么傳感器就是自動(dòng)化系統(tǒng)的“五官”。 PLC可編程控制器的英文名稱是Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，簡稱PLC?？删幊炭刂破髡琼槕?yīng)這一潮流而出現(xiàn)的，以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。這套裝置設(shè)備體積龐大，可靠性差，同時(shí)維護(hù)不便，而且，完全由邏輯硬件構(gòu)成，接線十分復(fù)雜。隨著汽車生產(chǎn)工業(yè)的迅猛發(fā)展，對于汽車型號頻繁改進(jìn)，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)捉襟見肘，弊端日益放大，最終PLC 應(yīng)運(yùn)而生。早期PLC僅僅是替代繼電器控制裝置完成順序控制、定時(shí)等任務(wù)，但是其簡單易懂、安裝方便、體積小、能耗低、有故障顯示、能重復(fù)使用的特點(diǎn)，使得PLC很快就得到了推廣應(yīng)用。國際電工委員會（IEC）對PLC的正式定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬或輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。”PLC技術(shù)發(fā)展至今已十分成熟，生產(chǎn)PLC產(chǎn)品的廠家多達(dá)200多個(gè)，其中較著名有德國的西門子（Siemens）公司、美國的Rockwell自動(dòng)化公司所屬的AB（Allen amp。 上位機(jī)即便遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，操作人員仍可以通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)—即上位機(jī)—直接向生產(chǎn)設(shè)備發(fā)出控制指令的。而下位機(jī)是獲取設(shè)備狀況及直接控制設(shè)備的計(jì)算機(jī)，一般是PLC或單片機(jī)。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI（人機(jī)接口軟件）應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長、效率低、可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。為了滿足這一需求，生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)必須具有極高的靈活性和可靠性，可編程控制器就順應(yīng)而生。在建材、化工、食品、機(jī)械、鋼鐵、煤礦等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用時(shí)運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送原料物品。 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。 本文主要從溫度控制算法角度進(jìn)行闡述。2 溫度PID控制硬件設(shè)計(jì) 控制要求本課設(shè)以鍋爐內(nèi)膽作為被控對象，內(nèi)膽的水溫為系統(tǒng)的被控制量。給定值（目標(biāo)值）可以預(yù)先設(shè)定后直接輸入到回路中；過程變量由在受熱體中的Pt100測量并經(jīng)溫度變送器給出，為單極性電壓模擬量；輸出值是送至加熱器的電壓，其允許變化范圍為最大值的0% 至100%。如圖所示。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲卡、寫入器等。表21 S7200系列PLC中CPU22X的基本單元型號輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7200CPU221640S7200CPU222862個(gè)擴(kuò)展模塊S7200CPU22424107個(gè)擴(kuò)展模塊S7200CPU224XP24167個(gè)擴(kuò)展模塊S7200CPU22624167個(gè)擴(kuò)展模塊本論文采用的是CUP224?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168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?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。本論文采用的是K型熱電阻。模擬量輸入/出模塊EM235具有4個(gè)模擬量輸入通道、1個(gè)模擬量輸出通道。模擬量輸出功能同EM232模擬量輸出模塊。對于未用的輸入通道應(yīng)短接。圖23 EM235 CN連接圖 溫度檢測和控制模塊由學(xué)校提供，模擬真實(shí)鍋爐的溫度檢測和控制模塊，可自行將0～5V模擬信號轉(zhuǎn)化為占空比對鍋爐進(jìn)行加熱。 I/O分配表該系統(tǒng)所需的輸入通道為1個(gè)，輸出通道為1個(gè)，則可將I//O分配用下表表示：表22 I/O分配表模塊端子0~5 +0~5 +OUT→測溫模擬量端子V0M0A+A I/O接線圖圖24 輸入輸出接線圖注意事項(xiàng)： 接線時(shí)注意模塊的輸入端子應(yīng)接變送器的輸出，輸出端子接驅(qū)動(dòng)模塊的正負(fù)端子，且注意極性不能接反，否則燒壞PLC。PLC模塊不需接電源，與自身電源提供。系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，應(yīng)檢查接線，檢查無誤后才可上電。PID控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：原理簡單，使用方便:適應(yīng)性強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用于化工，熱工，冶金，煉油及造紙，建筑等各種生產(chǎn)部門：魯棒性強(qiáng)，控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不太敏感。由于比例調(diào)節(jié)只有一個(gè)參數(shù)，所以整定很方便。其傳遞函數(shù)為： 其中：δ：比例系數(shù)Kp的倒數(shù),即當(dāng)調(diào)節(jié)機(jī)關(guān)的位置改變100% 時(shí)，偏差應(yīng)有的改變量, 稱為比例帶，δ越大比例作用越弱 。動(dòng)態(tài)方程式： 傳遞函數(shù)為： 其中：TI為積分時(shí)間。3．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)和靜態(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。動(dòng)態(tài)方程為 ：傳遞函數(shù)為： 式中為微分時(shí)間。比例帶不但影響比例作用的強(qiáng)弱而且也影響微分作用的強(qiáng)弱 .4．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。動(dòng)態(tài)方程為： 傳遞函數(shù)為： 圖31 幾種調(diào)節(jié)器的響應(yīng)曲線5．各種調(diào)節(jié)比較上圖表示了同一對象在相同階躍擾動(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。PID兼顧了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)控制要求。若工藝容許有靜差，可