【正文】 系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控以及對控制參數(shù)的設置。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、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。因為其可靠性高、算法簡單、魯棒性好，所以被廣泛應用于過程控制中 ,尤其適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性系統(tǒng)。因而 ,PID 參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動控制領域研究的重要課題。 課題研究內(nèi)容 分析鍋爐壓力控 制系統(tǒng)組成，畫出系統(tǒng)組成原理圖，列出主要元件及其主要參數(shù)。編寫采用 PID 算法的鍋爐壓力閉環(huán)控制 PLC 程序，試驗調(diào)試通過。 PID 控制算法介紹 PID 控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）組成。 與輸出 錯誤 !未找到引用源。在很多情況下， 并不一定需要全部三個單元，可以取其中的一兩個單元，但比例控制單元是必不可少的。 PID 參數(shù)較易整定。如果過程的動態(tài)特性變化， PID 參數(shù)就可以重新整定。 KC偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。 KC太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。如果 KC的符號選擇不當，對象狀態(tài)就會離控制目標的狀態(tài)越來越遠，如果出現(xiàn)這樣的情況 KC的符號就一定要取反。微分控制 TD對系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動態(tài)特性， TD偏大時，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較短。只有 TD合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時間。它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控 制的主要技術之一。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用 PID 控制技術。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。在已知被控對象的數(shù)學模型的基礎上，根據(jù)選取的質量指標，經(jīng)過理論的計算（微分方程、根軌跡、頻率法等），求得最佳的整定參數(shù)。二是工程整定方法，對于工程整定法，工程人員無需知道對象的數(shù)學模型，無需具備理論計算所學的理論知識，就可以在控制系統(tǒng)中直接進行整定 ，工程整定法主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。 基于 PLC 和 TD400 的鍋爐壓力控制系統(tǒng)設計 4 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 5 第二章 鍋爐控制系統(tǒng)方案設計 鍋爐控制系統(tǒng)組成 鍋爐壓力控制系統(tǒng)（如圖 ）由以下部分組成，即可編程控制器 PLC，模擬量輸入輸出 EM235，固態(tài)繼電器，三相加熱管，壓力變送器及溫度傳感器。 P L CE M2 3 5固 態(tài) 繼電 器控 制信 號鍋 爐 圖 鍋爐壓力控制系統(tǒng)組成 1． EM235 模擬量輸入 /輸出模塊 在壓力控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測到的壓力信號轉換成 420mA 的電流信號，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號轉換成數(shù)字信號再送入 PLC 中進行處理。 EM235在接入電路工作前需設置和校準，設置是選擇輸入信號的量程，校準是調(diào)整機內(nèi)放大器的增益。 EM235 模塊具有 4 路模擬量輸入 /1 路模擬量的輸出。開關 SW1SW3用于衰減選擇， SW SW5 用于增益選擇， SW6 用于極性選擇。設置初始化子程序，在該子程序中完成采樣次數(shù)的預置及采樣和單元的清零工作。設置模塊檢測子程序，該子程序檢查模塊的連接正確性及模 塊工作的正確性。設置子程序完成采樣及相關的計算工作。工程所需的有關該模擬量的處理程序。處理后的模擬量的輸出工作。每種單元又有交流 220V供電及直流 24V供電兩種供電安排，每種 CPU都有繼電器輸出、晶體管輸出兩種輸出形式。 此系統(tǒng)選用的 S7200 CPU224XP，集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個數(shù)字量 I/O 點， 2 輸入/1 輸出共 3 個模擬量 I/O 點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展值至 168 路數(shù)字量 I/O 點或38 路模擬量 I/O 點。本機還新增多種功能，如內(nèi)置模擬量 I/O，自整定 PID 功能，線性斜坡脈沖指令，診斷 LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等，是具有模擬量 I/O 和強大控制能力的新型 CPU。用隔離器件實現(xiàn)了控制端與負載端的隔離。 固態(tài)繼電器是具有隔離功能的無觸點電子開關，在開關過程中無機械接觸部件，因此固態(tài)繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機械沖擊，安裝位置 無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 7 方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏 度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點。 此系統(tǒng)采用 三相固態(tài)繼電器 MGR3 032 3860Z，接受來自 PLC 輸出脈沖，通過輸出脈沖的頻率來控制三相加熱管加熱，實現(xiàn)控制爐內(nèi)蒸汽壓力。 4．壓力變送器與溫度傳感器 一般意義上的壓力變送器主要由測壓元件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測量電路和過程連接件三部分組成。 其原理大致是：將壓力的力學信號轉變成電流（ 420mA） 這樣的電子信號壓力和電壓電流大小成線性關系，一般是正比關系。 此鍋爐壓力控制系統(tǒng) 采用 JY3051GP 系列電容式壓力變送器，測量最小壓力為,測量介質可以是 液體、氣體、蒸汽。 SBWZ 系列 Pt100 溫度變送器為 24V 供電、二線制的一體化變送器。 其中鎧裝變送器可以直接 測量氣體或液體的溫度特別適用于低溫范圍測量，克服了冷凝水對測溫所帶來的影響 . SBWZ 系列溫度變送器有如下特點：可直接安裝在傳感器接線盒內(nèi)、信號準確、可遠傳 (最大 1000M)、精度高、抗干擾、長期穩(wěn)定性好、免維護 ， 該系列產(chǎn)品已廣泛應用于工業(yè)控制各領域。 為了更好的實現(xiàn)人機交互以及對鍋爐壓力控制的監(jiān)控，采用人機交互設備 TD400 來對實時鍋爐溫度和壓力進行觀測，通過設定 PLC 與 TD400 的交互數(shù)據(jù)，使用 STEP 7Micro/WIN 的文本顯示向導來配置 TD400C 的屏幕、報警、語言和自定義菜單。 方案設計 以鍋爐內(nèi)壓力為被控參數(shù)，以固態(tài)繼電器的接收的脈沖頻 率為控制參數(shù) ，以 PLC 為控制器，以壓力變送器為檢測元件，構成鍋爐壓力控制系統(tǒng)（如圖 ）。爐內(nèi)的壓力和溫度信號由檢測裝置進行實時檢測，然后將被測的標準信號經(jīng)模擬量擴展單元 EM235 進入 PLC，在PLC 內(nèi)部進行 A/ D 轉換，變?yōu)?16 位 2 進制數(shù)，在系統(tǒng)內(nèi)部將此數(shù)值進行數(shù)值變換，將其換算為和壓力等值的實數(shù)，一方面顯示該值，一方面根據(jù)采集到的信號情況進行比較，進行 PID 運算之后，計算機將控制信號轉換后輸出給執(zhí)行機構 。 P L C 控 制 器 固 態(tài) 繼 電 器 鍋 爐壓 力 變 送 器擾動壓 力 輸 入 壓 力 輸 出 圖 壓力過程控制系統(tǒng) 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 9 第三章 PLC 控制系統(tǒng)設計 系統(tǒng)接線原理圖 該壓力控制系統(tǒng)采用 2 個按鈕 SB1 與 SB2 分別來控制鍋爐的加熱和停止。 SB1 控制鍋爐啟動加熱， SB2 用來控制鍋爐停止加熱。 表 I/O端子分配表 壓力控制系統(tǒng)采用 CPU224XP，模擬量輸入輸出模塊 EM235 構成，其接線原理圖如圖、圖 。爐膛水溫傳感器將采集到的爐膛水溫度信號轉換為電流信號，電流信號在通過AIW6 進入 PLC，用于觀察鍋爐溫度變化。 主要功能及實現(xiàn) 1. 壓力溫度信號采集 因為壓力變送器的輸出電流信號 420mA,范圍為 01000KPa，模擬量擴展模塊 EM235輸入技術規(guī)范為電流 020mA， 單極滿量程 032021。 溫度傳感器的輸 出信號為 420mA，測量溫度范圍為 0150℃ ，模擬量擴展模塊 EM235輸入技術規(guī)范為電流 020mA， 單極滿量程 032021，所以也需要進行變換，換算過程如圖 控制程序，運算公式為 37256015 ?? di gV TT 式中， TV 為實際溫度， Tdig 為 AIW6 輸入的數(shù)字量 。根據(jù) PID 指令回路表（如表 ）對 PID 回路進行賦值及參數(shù)的設置，如圖 、 控制程序。PID 運算結束之后，需要把回路輸出（ 之間的標準化實數(shù)）轉換為可以送給模擬量輸出模塊的整數(shù)。 表 PID指令回路表 偏移地址 參數(shù) 格式 I/O 類型 描述 0 過程變量 (PVn) 雙字 實數(shù) 輸入 過程變量必須在 之間 4 設定值 (SPn) 雙字 實數(shù) 輸入 給定值必須在 之間 8 輸出值 (Mn) 雙字 實數(shù) 輸入 /輸出 輸出值 必須在 之間 12 增益 (KC) 雙字 實數(shù) 輸入 增益是比例常數(shù) 可正可負 16 采樣時間 (TS) 雙字 實數(shù) 輸入 單位為秒 必須是正數(shù) 20 積分時間 (TI) 雙字 實數(shù) 輸入 單位為分鐘 必須是正數(shù) 24 微分時間 (TD) 雙字 實數(shù) 輸入 單位為分鐘 必須是正數(shù) 28 積分項前項 (MX) 雙字 實數(shù) 輸入 /輸出 積分項前項 必須在 之間 32 過程變量前值 (PVn1) 雙字 實數(shù) 輸入 /輸出 最近一次 PID 運算的過程變量值 比例、積分、微分控制是閉環(huán)模擬量控制中的傳統(tǒng)控制方式，它在改善控制系統(tǒng)品質，保證