【正文】 的選擇控制算法并進(jìn)行參數(shù)整定。它具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、適用面廣、控制參數(shù)相互獨(dú)立、參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，對(duì)于過(guò)程控制的典型對(duì)象─ “一階慣性＋純滯后”與“二階慣性＋純滯后 ”的控制對(duì)象，PID控制器是一種最優(yōu)控制。 比例調(diào)節(jié)作用對(duì)系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小；比例系數(shù)偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)；系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定；比例系數(shù)太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。積分調(diào)節(jié)作用對(duì)系統(tǒng)性能的影響：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差。因?yàn)橛姓`差積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一個(gè)常值。Ti 越小積分作用就越強(qiáng)。積分作用常與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成 PI 調(diào)節(jié)器或 PID調(diào)節(jié)器。因此能產(chǎn)生超前的控制作用，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)地加大微分調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。 三沖量控制系統(tǒng)參數(shù)整定 系統(tǒng)的參數(shù)整定可以采用理論計(jì)算法或者工程整定法。根據(jù)控制方案可以將汽包水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖重畫為圖 所示。由硬件選型的相關(guān)數(shù)據(jù)可知當(dāng)系統(tǒng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)： ， ， ??????， ， 3WD由于該設(shè)計(jì)采用了串級(jí)控制方式，首先我們應(yīng)該從副回路開始對(duì)流量調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)整定，然后由內(nèi)而外，再對(duì)主回路水位調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)整定，通過(guò)兩步整定的方法完成系統(tǒng)的參數(shù)整定。根據(jù)控制要求可以設(shè)定 1336PlusII 系列變頻器最高輸出頻率為 50Hz，控制信號(hào)為 420ma 電流，頻率上升時(shí)間為 秒，電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)變頻器輸出最高頻率 50Hz，此時(shí)給水流量為 35 m3/h，則有副回路被控對(duì)象的增益是：，選擇頻率上升時(shí)間為 秒，?時(shí)間常數(shù)為 秒的一階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以表示為： ()()03fGS??采用純比例調(diào)節(jié)方式可以保證副回路的穩(wěn)定性，只要保證副回路 P 調(diào)節(jié)器的增益足夠大即可。sk=20*s1。step(s,1)。內(nèi)環(huán)的等效傳遞函數(shù)可以認(rèn)為是 ?。由于汽包水位需要求無(wú)靜差，因此我們采用PID 調(diào)節(jié)器，根據(jù) ZieglerNichols 響應(yīng)曲線法 [9]和被控對(duì)象的開環(huán)傳遞函數(shù)以及特征參數(shù)整定 PID 調(diào)節(jié)器的參數(shù)。s2=tf([220,],[72,0])。s=feedback(sk,)。運(yùn)行后可以得到仿真波形圖如圖 所示:圖 主回路仿真波形圖此時(shí)的超調(diào)量太大，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)該在以上參數(shù)整定的基礎(chǔ)上再進(jìn)行調(diào)整。s2=tf([220,],[72,0])。s=feedback(sk,)。運(yùn)行后可以得到仿真波形圖如圖 所示： 圖 主回路仿真波形圖從仿真圖中我們可以看到系統(tǒng)的超調(diào)量大約是 16%，調(diào)節(jié)時(shí)間大約是 130秒，穩(wěn)態(tài)誤差是 0，控制效果滿足控制要求。蒸汽流量信號(hào)對(duì)汽包水位影響的傳遞函數(shù)是： （） ()18(8)d SWSS?????我們可以設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： （）()(36)10.) SGSS????可以分別抵消掉 Nd 和副回路以及被控對(duì)象的傳遞函數(shù)。因此系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括邏輯判斷和 PID 控制算法兩部分，首先有應(yīng)該完成程序流程圖的設(shè)計(jì)，再根據(jù)流程圖完成 PLC 的軟件設(shè)計(jì)。 由于汽包水位過(guò)高過(guò)低都會(huì)對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，因此應(yīng)當(dāng)對(duì)過(guò)高或過(guò)低水位做出超限處理。根據(jù)采樣定理:對(duì)于一個(gè)具有有限頻譜的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)采樣，采樣信號(hào)頻率必須大于或等于信號(hào)所含最高頻率的兩倍，這樣采樣所得的離散信號(hào)才能對(duì)原來(lái)的連續(xù)信號(hào)完全復(fù)原。為了有效的防止汽包水位超限，該設(shè)計(jì)作以下處理：當(dāng)汽包水位過(guò)高即高于 350mm 時(shí)停止送水，以快速降低汽包水位，當(dāng)汽包水位過(guò)低即低于 200mm 時(shí)滿負(fù)荷送水，即送水電動(dòng)機(jī)工作于工頻 50Hz 電源下，以快速提高汽包水位。 根據(jù)以上分析我們可以設(shè)計(jì) PLC 的程序流程圖如圖 所示： 水位超過(guò) 3 5 0 m m ? 水位低于 2 0 0 m m ?執(zhí)行 P I D 控制算法 停止送水 滿負(fù)荷送水是 否是 否開始 延時(shí)滿 1 秒 ? 否是結(jié)束 結(jié)束 ?是 否 程序流程圖 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)組態(tài) 由于該設(shè)計(jì)選用 DeviceNet 實(shí)現(xiàn) PLC 與變頻器之間的連接因此需要進(jìn)行 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，從而實(shí)現(xiàn) PLC 與變頻器之間的網(wǎng)絡(luò)通信，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。圖 通信配置在 RSNetWorx for DeviceNet 軟件環(huán)境下，選擇“File→New”新建一個(gè)文件，然后點(diǎn)擊“Network →Online” ，在彈出網(wǎng)絡(luò)掃描對(duì)話框中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)掃描路徑設(shè)置。圖 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)掃描網(wǎng)絡(luò)掃描結(jié)束后，在圖形視圖中可以看到網(wǎng)絡(luò)上所有被識(shí)別的設(shè)備。圖 DeviceNet 掃描結(jié)果雙機(jī)該掃描器圖標(biāo)，將會(huì)出現(xiàn) 1756_DNB 掃描器的屬性對(duì)話框，在這個(gè)對(duì)話框里點(diǎn)擊各個(gè)不同的選項(xiàng)卡將會(huì)出現(xiàn)該模塊的名稱、節(jié)點(diǎn)地址、生產(chǎn)廠家、版本號(hào)等信息。點(diǎn)擊掃描表（Scanlist）將會(huì)彈出 Scanner Configuration Applet 窗口詢問(wèn)是否上載設(shè)備信息，點(diǎn)擊上載（Upload）按鈕將會(huì)上載設(shè)備信息。在 Scanlist 列表中將會(huì)出現(xiàn) 1336PlusII 變頻器的數(shù)據(jù)。圖 掃描器數(shù)據(jù)配置配置完 I/O 數(shù)據(jù)后可以保存 dnt 文件。 RSLogix5000 程序設(shè)計(jì)RSLogix5000 是為 Logix5000 系列 PLC 開發(fā)的組態(tài)軟件 [10]。 控制器組態(tài)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)首先進(jìn)行的是控制器組態(tài)，新建一個(gè)項(xiàng)目選擇logix5550 系列控制器，設(shè)置 CPU 槽號(hào)為 0。圖 控制器組態(tài)配置 I/O 模塊組態(tài)我們根據(jù)實(shí)際情況配置模擬量輸入信號(hào)的范圍是 1~5V 電壓，模擬量輸出 4~20ma 電流作為變頻器的頻率給定對(duì)應(yīng) 0~50Hz 頻率。模擬量輸入模塊組態(tài)如圖 所示。選擇通訊模塊 1756DNB/A 并設(shè)置其槽號(hào)為 4，如圖 所示。 梯形圖程序設(shè)計(jì)根據(jù)以上所述的模塊組態(tài)情況，可以在控制器標(biāo)簽里（Controller tags）建立以下三個(gè)標(biāo)簽：wlevel、 wfloat、sfloat 分別表示汽包水位信號(hào)、送水流量信號(hào)、蒸汽流量信號(hào)在程序標(biāo)簽里（Program tags）建立以下三個(gè)標(biāo)簽：highlevel、lowlevel、time1s、controlenable 等分別表示過(guò)高水位信號(hào)、過(guò)低水位信號(hào)、定時(shí) 1 秒信號(hào)、控制算法使能信號(hào)，并為各個(gè)標(biāo)簽設(shè)置合適的數(shù)據(jù)類型，根據(jù)參數(shù)整定為各個(gè) PID 模塊配置參數(shù)。圖 主程序梯形圖圖 子程序梯形圖程序執(zhí)行后首先進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送，然后再進(jìn)行比較以判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，根據(jù)水位高低情況按照?qǐng)D 所示的流程圖情況進(jìn)行處理。它基于 Microsoft WinNT 和 Win95 平臺(tái)設(shè)計(jì)，而且是第一個(gè)把 Active X 控制嵌入畫面的軟件包。首先應(yīng)該進(jìn)行通道設(shè)置，由于上位機(jī)和 PLC 之間采用以太網(wǎng)連接因此應(yīng)當(dāng)選擇與 TCP/IP 通信協(xié)議 相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng) AB_ETH2，這取決于使用RSLinx 組態(tài)網(wǎng)絡(luò)時(shí)用到的處理器所在網(wǎng)絡(luò)使用的驅(qū)動(dòng)類型。最后根據(jù)系統(tǒng)要求建立標(biāo)簽并設(shè)置合適的數(shù)據(jù)類型和地址如表 所示：表 標(biāo)簽分配標(biāo)簽名 數(shù)據(jù)類型 地址wlevel Analog Local:3:wfloat Analog Local:3:highlevel Digital high_levellowlevel Digital lowl_evelstart Digital workenableend Digital workenablel_kp Analog lki Analog lkd Analog 續(xù)表 標(biāo)簽分配w_kp Analog wki Analog wkd Analog 在 Graphic 窗口里繪制監(jiān)控畫面，為各個(gè)元件設(shè)置合適的標(biāo)簽并分配地址，使之能夠動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，如圖 所示。按下開始或停止按鈕能夠啟動(dòng)或停止系統(tǒng)的運(yùn)行；按下 PID 參數(shù)設(shè)定按鈕可以進(jìn)行主副回路調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定，如 所示。圖 汽包水位趨勢(shì)圖8 結(jié)束語(yǔ)鍋爐汽包水位控制的任務(wù)是控制給水流量使其與蒸發(fā)量保持動(dòng)態(tài)平衡，從而維持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi)，是保證鍋爐安全生產(chǎn)運(yùn)行的必要條件。大量的實(shí)踐證明三沖量控制方案在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中是切實(shí)可行的，并且取得了理想的控制效果，滿足了控制要求，對(duì)于企業(yè)提高生產(chǎn)效率、節(jié)約資源起到了明顯的作用。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算以及數(shù)據(jù)處理等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。在自動(dòng)控制領(lǐng)域，PLC 是一種重要的控制設(shè)備，獲得了廣泛的應(yīng)用。本文根據(jù)影響鍋爐汽包水位的各種因素以及它們的動(dòng)態(tài)性能，按照控制要求采用了三沖量控制方案，利用目前已經(jīng)發(fā)展成熟的 PLC 技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)的鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。盡管畢業(yè)設(shè)計(jì)期間作了大量的工作，但由于個(gè)人水平所限以及時(shí)間關(guān)系，論文中存在的問(wèn)題是在所難免的?？傊?，PLC 技術(shù)在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用是行之有效的，相信 PLC 技術(shù)在其他控制領(lǐng)域也會(huì)有廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[1] 容鑾恩， . 北京：中國(guó)電力出版社，1998，5. 162～183[2] ：機(jī)械工業(yè)出版社，2022，7. 2～53[3] Charlie Jackson. PAC for Industrial Control, the Future of Control. National Instrument. 2022, (2):9～14[4] .北京：清華大學(xué)出版社，2022,6. 212～246[5] ：中國(guó)礦業(yè)出版社，1996,3. 166～240[6] ：機(jī)械工業(yè)出版社，2022，4. 158～164[7] Thedore wildi. Electrical machines, drives, and power systems. Prentice , ～22[8] ：中國(guó)電力出版社，2022,2. 176～213[9] ：中國(guó)電力出版社，2022，～196[10] :浙江大學(xué)出版社，1999,～110致 謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下和同組同學(xué)的共同協(xié)作努力下完成的。而我也通過(guò)這次設(shè)計(jì)，鞏固了基礎(chǔ)知識(shí)，受益匪淺，在這個(gè)過(guò)程中不斷的發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題，我學(xué)到了不少知識(shí)，提高了理論與實(shí)踐相結(jié)合的本領(lǐng)。我謹(jǐn)代表個(gè)人，向他們表示感謝！另外，在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中也得到了在羅克韋爾實(shí)驗(yàn)室中參加畢業(yè)設(shè)計(jì)的其他同學(xué)和老師的熱心幫助，在此對(duì)他們表示誠(chéng)摯的謝意。最后，向擔(dān)任本次畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)審工作的其他老師們表示衷心的感謝！附 錄PAC for Industrial Control, the Future of ControlFor the last decade a passionate debate has raged about the advantages and disadvantages of PLC(programmable logic controllers) pared to PCbased control. As the technological differences between PC and PLC wane, with PLC using mercial of the shelf (COTS) hardware and PC systems incorporating realtime operating systems, a new class of controllers, the PAC is emerging a new acronym created by Automation Research Corporation (ARC), stands for Programmable Automation Controller and is used to describe a new generation of industrial controllers that bine the functionality of a PLC and a PC. The PAC acronym is being used both by traditional PLC vendors to describe their high end systems and by PC control panies to describe their industrial control platforms.The “8020” RuleDuring the three decades following their introduction, PLC have evolved to incorporate analog I/O, munication over works, and new programming standards such as IEC611313. However, engineers create 80 percent of industr