目录
1 绪论 (1)
1.1 锅炉 (1)
1.2 现场总线 (1)
1.3 WINCC概述 (2)
2 锅炉内胆水温控制系统的设计 (3)
2.1 控制系统介绍 (3)
2.1.1 控制系统结构 (3)
2.1.2 控制系统流程 (3)
2.2 硬件设计 (4)
2.2.1 实物接线图 (4)
2.2.2 硬件配置 (6)
3 控制系统的软件设计 (8)
3.1 可编程控制器基础 (8)
3.1.1 可编程控制器的产生和应用 (8)
3.1.2 可编程控制器的组成和工作原理 (8)
3.2 PLC控制柜的组成 (9)
3.3 PLC的硬件组态控制程序设计 (10)
3.4 PLC的控制程序设计 (12)
3.4.1 FB41简介 (12)
3.4.2 FC105简介 (14)
3.4.3 FC106简介 (15)
3.4.4 程序设计 (16)
4 系统调试 (20)
4.1 电源连接 (20)
4.2 测试步骤 (20)
5 实验结果显示 (23)
结束语 (25)
参考文献 (26)
1 绪论
1.1 锅炉
锅炉是化工、供热供暖、炼油、发电等生产中不可或缺的设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动动力源，又可以作为蒸馏、化学反应、干燥等过程的热源。随着生产规模的扩大，生产设备的革新，作为动力设备和供热设备的锅炉，正在向着更大的容量、更高的系统参数、更高的效率等方面去发展。因此为了确保安全，稳定生产，锅炉的控制系统就显得越发的重要。
电锅炉也称电加热锅炉、电热锅炉，顾名思义，它是以电力为能源并将其转化成为热能，然后经过锅炉的转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体的设备。电锅炉主要由钢制的壳体、电脑控制系统、低压电气系统、电加热管、进出水管及检测仪表等组成。电锅炉的加热方式有电磁感应加热方式和电阻（电加热管）加热方式两种。电阻加热方式又分为不锈钢加热管和陶瓷加热管，电阻加热方式就是采用电阻式电热元件进行加热。电锅炉的优点就是在结构上易于叠加和组合，控制更加灵活，维修更换更方便。
随着国家经济的快速发展，自动化控制水平也越来越高，相对的，用户对锅炉控制系统工作的效率要求也就越来越高，为了有效的提高锅炉的工作效率，减少对环境的污染，利用计算机技术与组态软件技术对锅炉的生产过程进行自动化的控制就有着非常重要的意义。目前，国内的许多地方锅炉的控制系统主要还是采用分布式控制系统DCS(Distributed Control System)进行控制。因为锅炉的整个系统的仪器仪表的信号比较多，采用DCS系统进行控制的性价比较好。但是随着PLC控制技术的发展革新，PLC的功能已经得到了很大的强化，在仪表的控制方面也有了较大的突破，用于回路调节和组态画面的功能也在不断的完善。并且PLC的抗干扰能力很强，对电源的质量要求也比较低。
1.2 现场总线
现场总线控制技术是当今自动化控制领域技术发展的热点之一，它被誉为是自动化领域的计算机局域网，它的出现标志着自动化控制技术又一个新的时代的
来临。现场总线是用于连接控制现场的仪器仪表和控制室内的控制设备之间的数字化、串行、多站通信的网络。
现场总线技术的出现使传统的控制系统结构发生了革命性的变化，使自动控制系统朝着智能化、数字化、信息化、网络化、分散化的方向迅速的迈进，形成新型的网络集成式全分布式控制系统---现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）。
现场总线实现了微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信，因为其开放式、数字化、多站点通信、低带宽的特性。所以可以很方便地与因特网（Internet）、企业内部网（Interanet）相连。
1.3 WINCC概述
WINCC指的是Windows Control Center，它是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的监控系统，它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的画面更新以及可靠的数据交换使其具有高度的实用性。
WINCC 是基于Windows NT 32位操作系统的，在Windows NT或Windows 2000标准环境中，WINCC具有控制自动化过程的强大功能，它是基于个人计算机，同时具有极高性价比的操作监视系统。WINCC的显著特性就是全面开放，它很容易结合用户的下位机程序建立人机界面，精确的满足控制系统的要求。不仅如此，WINCC还建立了像DDE、OLE等在Windonws程序间交换数据的标准接口，因此能毫无困难的集成ActiveX控制和OPC服务器、客户端功能。
WINCC软件是基于多语言设计的，这意味着可以在中文、德语、英语等众多语言之间进行选择。
2 锅炉内胆水温控制系统的设计
2.1 控制系统介绍
2.1.1 控制系统结构
本系统是以锅炉的内胆作为被控对象，内胆水温作为控制系统的被控量。要求当水温稳定至预设好的给定量时，将铂电阻TT1测到的锅炉内胆水温温度作为反馈的信号，在与预设好的给定量进行比较后，它们之间的差值就转化成调节器控制的三相调压模块的输出电压（即三相电阻式电加热管两端的电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。在锅炉内胆的水温定值控制系统中，其参数整定的方法和其它单回路控制系统是一样的，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PI或PID控制。系统结构图如图1所示。
图2.1系统结构框图
(a)结构图 (b)方框图
2.1.2 控制系统流程
本系统主要涉及两路信号，一路是现场测量信号锅炉内胆温度，另外一路是控制移项调
压模块输出的控制信号。
图2.2 控制系统流程图2.2 硬件设计
2.2.1 实物接线图
图2.3 实物图
2.2.2 硬件配置
（1）模拟锅炉
此锅炉采用不锈钢制成，由加热层（内胆）和冷却层（夹套）组成。做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度。由于本文采用锅炉夹套不加冷却水，所以动态回流过程可以省略，只是开始用气动阀门调节向水箱内注入一定量的冷却水。
（2）水泵
本系统采用磁力驱动泵，流量为32升/分，扬程为8米，功率为180W。泵体全部采用不锈钢材料，这样既可以防止生锈，也能延长水泵使用的寿命。它是使用三相380V恒压驱动的。
（3）温度传感器
锅炉内胆温度的检测装置为PT100热电阻，PT100热电阻检测到的信号传送
给温度变送器，本系统采用带PROFIBUS-PA通讯接口的温度变送器，挂接在
PROFIBUS-PA总线上，PROFIBUS-PA总线通过LINK和COUPLER组成的DP链路与PROFIBUS-DP总线交换数据，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2 DP，这样就完成了现场测量信号到CPU的传送。
（4）三相移相调压装置
本系统的执行机构为移项调压模块，移项调压模块所需的控制信号是4到20mA电流信号。控制信号由控制器CPU315-2 DP发出，经由PROFIBUS-DP总线到达分布式I/O模块ET200M，模拟量输出模块SM332和分布式I/O模块ET200M 直接相连，最后模拟量输出4到20mA电流信号控制移项调压模块的输出电压。
（5）控制器
控制器采用SIEMENS公司的S7-300 CPU，型号为315 2DP 本CPU既具有能进行多点通讯功能的接口，又具有PROFIBUS-DP通讯功能的DP通讯接口。该CPU 工作存储器容量为24K字节，内部集成RAM为40K字节，并自带4位模拟量输入，一位模拟量输出。
3 控制系统的软件设计
3.1可编程控制器基础
3.1.1可编程控制器的产生和应用
1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。进入20世纪70年代，随着电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器功能得到更进一步增强。进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC，使PLC的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活，方便。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
3.1.2可编程控制器的组成和工作原理
可编程控制器的组成:PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
1．CPU
CPU是PLC的核心，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
2.I/O模块
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
常用的I/O分类如下：
开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
3.编程器
编程器的作用是用来供用户进行程序的输入、编辑、调试和监视的。编程器一般分为简易型和智能型两类。简易型只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后才能送入。而智能型编程器（又称图形编程器），不但可以连机编程，而且还可以脱机编程。操作方便且功能强大。
4.电源
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。[6]
5.可编程控制器的工作原理:
PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 CPU 从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。 PLC 就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。
3.2 PLC控制柜的组成
(1) 电源部分
(2) CPU模块
西门子S7-300PLC，型号为CPU315-2 DP，它集成了MPI接口，可以很方便的在PLC站点、操作站OS、编程器PG、操作员面板建立较小规模的通讯。它还集成了PROFIBUS-DP接口，通过DP可以组建更大范围的分布式自动化结构。
工作电压:DC 24V; 通讯方式:CP5611网卡进行通讯; 通讯协议:PROFIBUS-DP。
(3) 模拟量输入模块
采用西门子SM331-7NF00-OABO模拟量输入模块。输入所采集到的信号至控制单元。规格:AI 8×16bit;
(4) 模拟量输出模块
采用西门子SM332-5HD01-OABO模拟量输出模块。输出控制信号至执行机构。规格:AO 4×12 bit
(5) 数字量模块
本系统采用西门子SM323-1BH01-0AA0数字量模块，该模块集成了8路数字量输入通道和8路数字量输出通道。锅炉内胆水温控制系统没用到此模块，但在硬件组态时需编入硬件组态。
3.3 PLC的硬件组态控制程序设计
PLC的硬件组态。STEP7是西门子公司针对S7系列PLC所开发的一款编程软件，可以通过MPI接口实现PC和PLC之间的通讯，并在PC上对PLC下载和上载程序。进行组态，组态结束后，在CPU为‘STOP’模式下点击，将PLC的硬件组态下载到PLC中。双击桌面上的“SIMATIC Manager”图标，则会启动STEP 7管理器及STEP 7新项目创建向导如图3.1所示。按照向导界面提示，点击“NEXT”，选择好CUP型号，本论文选择的CPU型号为CPU315 2DP，设置CPU的MPI 地址为2，点击“NEXT”，在出现的界面中选择好你所熟悉的编程语言（本设计选用梯形图LAD），点击“FINISH”，项目生成完毕，启动后STEP 7管理器界面如图3.2所示。
图3.1 新项目创建向导
图3.2 管理器界面
组态结果如图所示。
图3.3 组态结果图
3.4 PLC的控制程序设计
3.4.1 FB41简介
FB41模块被称为连续控制的PID，用于控制连续变化的模拟量。它是S7-300给用户提供的标准的已经编制好的程序的块，用户可以直接调用它们，以便高效地编制自己的程序，但是不能修改这些编制好的功能块。系统功能块有存储功能，其变量保存在指定给它的背景数据块中。FB41不仅实现了设定值和过程值分支的功能，还实现了一个完整的PID控制器。FB41“CONT_C”用于在SIMATIC S7可编程控制器上，控制带有连续输入和输出变量的工艺过程。在参数分配期间可以激活或取消激活PID控制器的子功能，以使控制器适合实际的工艺过程。其功能模块引脚图如图3.4所示。参数表如表3.1所示。
图3.4 功能模块引脚图表3.1 参数表
FC105功能是通过获取一个整型值(IN)，并将其转换成以工程量单位表示的介于LO_LIM和HI_LIM之间的实型值。然后将转化后的值送入OUT进行输出。FC105功能可以使用以下等式。
OUT = [ ((FLOAT (IN) -K1)/(K2-1)) * (HI_LIM-O_LIM)] + LO_LIM （1）如果输入整型值大于设定上限值，输出(OUT)将钳位于HI_LIM，并返回一个错误。如果输入整型值小于设定下限值，输出将钳位于LO_LIM，并返回一个错误。FC105的引脚图如图3.5所示。FC105的参数表如表3.2所示。
图3.5 FC105
表3.2 FC105参数
说明参数数据类型描述
输入
EN BOOL 使能输入端，状态为1有效IN INT 输入值
HI_LIM REAL 工程单位表示的上限值LO_LIM REAL 工程单位表示的下限值BIPOLAR BOOL 1为双极性，0为单级性
输出OUT REAL 转换的结果
ENO BOOL 使能输出端，状态为1有效RET_V AL WORD 状态字
FC106模块功能为获取一个以工程量单位表示、且标定于 LO_LIM和HI_LIM 之间的实型输入值(IN)，然后通过模块的内部运算转化为一个整型值，其结果通过OUT输出。FC106功能使用以下等式：
OUT = [ ((IN-O_LIM)/(HI_LIM-O_LIM)) * (K2-1) ] + K1 （2）如果输入值超出LO_LIM和HI_LIM范围，输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLAR或UNIPOLAR)的指定范围的下限或上限较近的一方，并返回一个错误。FC106的引脚图如图3.6所示。参数表如表3.3所示。
图3.6 FC106
表3.3 FC106参数
说明参数数据类型描述
输入
EN BOOL 使能输入端，状态为1有效IN REAL 输入值
HI_LIM REAL 工程单位表示的上限值LO_LIM REAL 工程单位表示的下限值BIPOLAR BOOL 1为双极性，0为单级性
输出ENO BOOL 使能输出端，状态为1有效OUT INT 转换的结果
3.4.4 程序设计
(1) 在“Blocks”中添加所需编程模块，进行编程。设计中主要用到的编程模块为FB41。具体添加的模块见图3.7所示。
图3.7 程序所建立的模块
(2) 创建“符号表”。其中用符号“AI1”定义为‘锅炉水温信号’的采样通道,在模拟量输入模块中的地址为‘IW2’;“AI3”定义为‘夹套水温信号’的采样通道,在模拟量输入模块中的地址为‘IW4’;“AQ1”定义为‘电加热控制信号’的输出通道,在模拟量输出模块中的地址为‘QW16’。
图3.8 符号表之一
图3.9 符号表之二 (3)使用STEP7 PLC编程如下。
（4）编好程序后，鼠标点击将各个块的程序下载到PLC中; （5）将PLC置于RUN模式，运行程序。
锅炉温度控制系统上位机设计 1.设计背景 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。 2.任务要求 (1) 按照题目设计监控画面及动态模拟； (2) 在数据字典中定义需要的内存变量和I/O变量； (3) 实现监控系统的实时、历史曲线及报警界面显示； (4) 实现保存数据和参数报表打印功能； (5) 实现登陆界面和帮助界面。 3. 界面功能 3.1 系统说明 本系统的目的是实现锅炉的温度控制，所以在监控界面设置了加热部分和降温部分，同时通过观察相应仪表，操作者手动的实现对锅炉温度的控制，而且在加热过程和降温过程中有信号灯可以清楚地显示系统工作在什么阶段。此外，在监控界面加入了液位控制部分，通过对进水量和出水量的控制实现液位平衡。实时曲线和历史曲线可以让操作者清楚地观察到锅炉内液体的液位高度和温度，从而更加准确的操作系统，达到控制要求。实时报警界面可以随时进行提醒，防止发生意外情况。帮助界面可以让初次登陆该系统的用户快速学会如何操作系统。登陆界面中加入用户登陆部分，只有有相应权限的操作者也可以控制系统。该系统还加入历史曲线打印功能和对系统相关变量的保存功能，用户可以随时查看历史记录。 3.2主监控界面 主控界面实现的是操作者观察仪表，得到锅炉内液体温度和液位的实时信息，通过调节电磁阀1、2，使得锅炉内液体液位保持在要求范围内，通过加热按钮和降温按钮对
第五节锅炉内胆水温PID控制实验 一、实验目的 1. 根据实验数据和曲线,分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能。 2. 比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。 3. 分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。 二、实验设备 1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2. 计算机及相关软件 3. 万用电表一只 三、实验原理 本实验以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量。本实验要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。本实验系统结构图和方框图如图5-1所示。
图5-1 锅炉内胆温度特性测试系统 (a)结构图(b)方框图 可以采用两种方案对锅炉内胆的水温进行控制： （一）锅炉夹套不加冷却水（静态） （二）锅炉夹套加冷却水（动态） 显然，两种方案的控制效果是不一样的，后者比前者的升温过程稍慢，降温过程稍快。无论操作者采用静态控制或者动态控制，本实验的上位监控界面操作都是一样的。 四、实验内容与步骤 1.先将储水箱贮足水量，将阀门F1-1、F1-4、F1-5、F1-13全开，打开电磁阀开关，其余阀门关闭，启动380伏交流磁力泵，给锅炉内胆贮存一定的水量（要求至少高于液位指示玻璃管的红线位置），然后关闭阀F1-13、F1-4及电磁阀，打开阀F1-12，为给锅炉夹套供冷水做好准备。
PID控制原理 3个故事：看完您就明白了。 1、：PID的故事小明接到这样一个任务：有一个水缸点漏水(而且漏 水的速度还不一定固定不变)，要求水面高度维持在某个位置，一旦发 现水面高度低于要求位置，就要往水缸里加水。 小明接到任务后就一直守在水缸旁边，时间长就觉得无聊，就跑到房 里看小说了，每30分钟来检查一次水面高度。水漏得太快，每次小明 来检查时，水都快漏完了，离要求的高度相差很远，小明改为每3分 钟来检查一次，结果每次来水都没怎么漏，不需要加水，来得太频繁 做的是无用功。几次试验后，确定每10分钟来检查一次。这个检查时 间就称为采样周期 开始小明用瓢加水，水龙头离水缸有十几米的距离，经常要跑好几趟 才加够水，于是小明又改为用桶加，一加就是一桶，跑的次数少了， 加水的速度也快了，但好几次将缸给加溢出了，不小心弄湿了几次鞋，小明又动脑筋，我不用瓢也不用桶，老子用盆，几次下来，发现刚刚好，不用跑太多次，也不会让水溢出。这个加水工具的大小就称为比 例系数 小明又发现水虽然不会加过量溢出了，有时会高过要求位置比较多， 还是有打湿鞋的危险。他又想了个办法，在水缸上装一个漏斗，每次 加水不直接倒进水缸，而是倒进漏斗让它慢慢加。这样溢出的问题解 决了，但加水的速度又慢了，有时还赶不上漏水的速度。于是他试着 变换不同大小口径的漏斗来控制加水的速度，最后终于找到了满意的 漏斗。漏斗的时间就称为积分时间 小明终于喘了一口，但任务的要求突然严了，水位控制的及时性要求 大大提高，一旦水位过低，必须立即将水加到要求位置，而且不能高 出太多，否则不给工钱。小明又为难了！于是他又开努脑筋，终于让 它想到一个办法，常放一盆备用水在旁边，一发现水位低了，不经过 漏斗就是一盆水下去，这样及时性是保证了，但水位有时会高多了。 他又在要求水面位置上面一点将水凿一孔，再接一根管子到下面的备 用桶里这样多出的水会从上面的孔里漏出来。这个水漏出的快慢就称 为微分时间 看到几个问采样周期的帖子，临时想了这么个故事。微分的比喻一点 牵强，不过能帮助理解就行了，呵呵，入门级的，如能帮助新手理解 下PID，于愿足矣。故事中小明的试验是一步步独立做，但实际加水 工具、漏斗口径、溢水孔的大小同时都会影响加水的速度，水位超调 量的大小，做了后面的实验后，往往还要修改改前面实验的结果。 2、控制模型：人以PID控制的方式用水壶往水杯里倒印有刻度的半杯 水后停下； 设定值：水杯的半杯刻度；
锅炉温度控制系统上位机设计 1. 设计背景 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。 2.任务要求 (1) 按照题目设计监控画面及动态模拟； (2) 在数据字典中定义需要的内存变量和I/O变量； (3) 实现监控系统的实时、历史曲线及报警界面显示； (4) 实现保存数据和参数报表打印功能； (5) 实现登陆界面和帮助界面。 3. 界面功能 3.1 系统说明 本系统的目的是实现锅炉的温度控制，所以在监控界面设置了加热部分和降温部分，同时通过观察相应仪表，操作者手动的实现对锅炉温度的控制，而且在加热过程和降温过程中有信号灯可以清楚地显示系统工作在什么阶段。此外，在监控界面加入了液位控制部分，通过对进水量和出水量的控制实现液位平衡。实时曲线和历史曲线可以让操作者清楚地观察到锅炉内液体的液位高度和温度，从而更加准确的操作系统，达到控制要求。实时报警界面可以随时进行提醒，防止发生意外情况。帮助界面可以让初次登陆该系统的用户快速学会如何操作系统。登陆界面中加入用户登陆部分，只有有相应权限的操作者也可以控制系统。该系统还加入历史曲线打印功能和对系统相关变量的保存功能，用户可以随时查看历史记录。 3.2主监控界面 主控界面实现的是操作者观察仪表，得到锅炉内液体温度和液位的实时信息，通过调节电磁阀1、2，使得锅炉内液体液位保持在要求范围内，通过加热按钮和降温按钮对温度进行控制，使得温度在要求范围内。这样，就实现了锅炉温度的控制。在该界面加入菜单项，可以查看历史系统报警。加入实时曲线、历史曲线和帮助界面按钮，可以使操作者更加快捷、准确的实现对系统的控制。如图1所示：
1 PLC构成及WinCC的组态 采用WinCC组态技术设计多机联网运行的实时监控系统，核心思想是通过计算机超强的处理能力，以软件实现实际生产过程变化，把传统控制中进行人工操作或数据分析与处理、数据输出与表达的硬件，利用方便的PC机软硬件代替。 建立WinCC组态监控系统。首先启动WinCC，建立一个单用户项目——添加通讯驱动程序——选择通道单元——输入逻辑连接名，确定与S7—300端口的通讯连接。然后在驱动程序连接下建立结构类型和元素，给过程变量分配一个在PLC中的对应地址（地址类型与通讯对象相关），给除二进制变量外的过程变量和内部变量设定上限值和下限值（当过程值超出上限值和下限值的范围时，数值将变为灰色，并且不可以再对其进行任何处理）。 接着创建和编辑主导航画面、单台空压机组态画面、远程监控画面、分析诊断画面、数据归档画面、报警显示画面、报警在线限制值画面、报表打印画面、用户登录方式画面等。对画面中添加的按钮、窗口和静态文本等，进行组态变量连接、状态显示设置等等。 再对远程控制画面中的启动/停止按钮进行变量连接，设置手动控制和自动控制两种方式，并且手动控制为高级控制方式。通过设置随变量值的变化范围而改变颜色的比功率棒图进行故障诊断分析；通过对过程值的归档，建立历史和当前的表格与曲线两种状态的监控界面；利用报警和报表打印等，实现信息上报、及时反馈的功能，实现最佳的生产状态监测控制。还可通过用户管理权限的设置，为不同级别的用户设置权限和等待空闲时间，以更好地安全防护。 1.1 PLC控制柜的组成 (1) 电源部分 (2) CPU模块 西门子S7-300PLC，型号为CPU315-2 DP，它集成了MPI接口，可以很方便的在PLC站点、操作站OS、编程器PG、操作员面板建立较小规模的通讯。它还集成了PROFIBUS-DP接口，通过DP可以组建更大范围的分布式自动化结构。 工作电压:DC 24V; 通讯方式:CP5611网卡进行通讯; 通讯协议:PROFIBUS-DP。 (3) 模拟量输入模块 采用西门子SM331-7NF00-OABO模拟量输入模块。输入所采集到的信号至控制单元。规格:AI 8×16bit; (4) 模拟量输出模块 采用西门子SM332-5HD01-OABO模拟量输出模块。输出控制信号至执行机构。规格:AO 4×12 bit (5) 数字量模块 本系统采用西门子SM323-1BH01-0AA0数字量模块，该模块集成了8路数字量输入通道和8路数字量输出通道。锅炉内胆水温控制系统没用到此模块，但在硬件组态时需编入硬件组态。 1.2 基于PLC的锅炉内胆水温控制的系统结构
定时中断组织块OB35 西门子S7-300/400有9个定时中断组织块：OB30、OB31、OB32、OB33、OB34、OB35、OB36、OB37、OB38 。 CPU可以定时中断去执行这些模块中的程序，即:每隔一段时间就停止当前的程序，转去执行定时中断组织块中的程序，执行结速后再返回。相当于单片机的定时中断。 这9个组织块功能相同，你可以选择其中之一使用，区别是它们的中断优先级不同，如果程序中用到了多个定时中断组织块，应设好它们的执行优先级。 S7-300CPU 可用的定时中断组织模块是OB35，在300站点的硬件组态中，打开CPU 属性设置可以看到其它的中断组织块为灰色。OB35默认的调用时间间隔为100ms 我们可以根据需要更改，定时范围是1-60000毫秒(ms) 设置中断时间间隔如下图所示 注意：设置的时间必须大于OB35中程序执行所花费的时间。 例如：如果中断时间间隔为50ms而OB35中的程序花费的时间是70ms,那么OB35中的程序还没执行完毕就产生第二次中断，程序就会出错，这显然是我们不想看到的结果。 以现在的技术，让你间隔一小时去月球拿一块石头你能做到吗？？？ 去月球所用的时间大于去月球的时间间隔，你做不到吧？？？ 正确设置：中断时间间隔大于OB35中程序执行完毕一次所需的时间
使用FB41实现PID控制 在自动化领域中常常要用到PID控制，而常规仪表里一个控制器就只能实现一路的PID 控制，如果要现实多路的PID控制成本就会变得非常高，而且不便于我们集中控制与管理。 经过学习西门子S7-300PLC，我们可以使用模块FB41来实现PID控制，FB41就相当于我们常规仪表里的控制器，既然是PID控制器就应该能够设定P、I、D参数。即：比例度、积分时间、微分时间。常规仪表的面板上可以更改PID参数，又有手动/自动切换按钮等。 今天我们要做的就是使用S7-300PLC 的FB41来代替常规仪表，如何使用FB41来实现PID控制的呢？？ FB41是一个功能块，它所能实现的功能（PID）已经由专业人员设计好，我们只要调用它，并根据我们的需要来更改相应的参数即可使用。所以我们不用理会FB41是如何实现比例运算、积分运算、微分运算等等这些问题，只需要会调用就可以了。 现在我们已经知道FB41就相当于常规仪表里的一个控制器了，那么我们是如何使用FB41并给它设置相应的参数呢？？ FB41相当于一个子程序，它是用来实现PID运算的，我们只需要每隔一段时间去调用这一“子程序”就可以实现PID控制。所以我们在OB35里调用FB41就可以了，调用的频率可以在属性里面设置。 我们是在OB35里调用FB41的所以在OB35里可以看到FB41的端口。因此可以直接在这些端口上直接设参数。 如下图所示
锅炉自动控制系统 摘要 锅炉是国民经济中主要的供热设备之一。电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品等工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的蒸汽。各种工业的生产性质与规模不同，工业和民用采暖的规模大小不尽相同。锅炉是供热之源，锅炉及其设备的任务在于安全，可靠，有效把燃料的化学能转化成热能，进而将热能传递给水，以生产热水和蒸汽。为了生产工艺有特殊要求外，所生产的热水不需要过高温的压力和温度，容量也无需很大。 随着现代工业技术的飞速发展，对能源利用率的要求越来越高。锅炉作为将一次能源转化为二次能源的重要设备之一，其控制和管理的水平也日趋提高。但在我国，大部分锅炉还采用仪表和继电器控制，甚至人工操作，已无法满足生产需求。因此，对锅炉控制系统采用先进的控制技术，不仅能够保证安全生产，而且能够节能增效，具有很好的市场发展空间和投资收益前景。 本论文的主要方向就是采用过程控制对工业锅炉进行控制。 关键字：锅炉；过程控制；控制算法；DCS；现场总线；工业以太网；监控软件 一、锅炉的基本构造及其工作原理 锅炉的主要设备包括汽锅、炉子、炉膛、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、燃烧热备、引风设备、送风设备、给水设备、空气预热器、水处理设备、燃烧供给设备以及除灰除尘设备等。 锅炉的原理及过程 锅炉的工作过程概括起来应该包括三个同时进行的过程：燃料的燃烧过程，烟气向水的传热过程，水的汽化过程。 一个锅炉进行工作，其主要任务是：（1) 要使锅炉出口蒸汽压力稳定；（2）保证燃烧过程的经济性；（3）保持锅炉负压稳定，通常我们是炉膛负压保持在微负压（-10～80Pa）。为了完成上述三项任务，我们对三个变量进行控制：燃烧
锅炉内胆温度控制系统设计 一．引言 过程控制是自动化的重要分支，其应用范围覆盖石油、化工、制药、生物、医疗、水利、电力、冶金、轻工、建材、核能、环境等许多领域，在国民经济中占有极其重要的地位。无论是在现代复杂工业生产过程中还是在传统生产过程的技术改造中，过程控制技术对于提高劳动生产率、保证产品质量、改善劳动条件以及保护生态环境、优化技术经济指标等方面都起着非常重要的作用。 过程控制的主要任务是对生产过程中的有关参数(温度、压力、流量、物位、成分、湿度、PH值和物性等)进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下，是连续型生产过程自动的进行下去。实际的生产过程千变万化，要解决生产过程的各种控制问题必须采用有针对性的特殊方法与途径。这就是过程控制要研究和解决的问题。二．任务和要求 任务：设计锅炉内胆温度控制系统，选择合适的传感器、控制器和执行器，使其满足一定的控制要求。 要求：本系统的控制对象为锅炉内胆的水温，要求锅炉内胆的温度的稳定值等于给定值，误差保持在 5%的误差带以内。 三．总体方案 系统组成：本实验装置由被控对象和控制仪表两部分组成。系统动力支路分两路:一路由三相(380V交流)磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成;另一路由日本三菱变频器、三相磁力驱动泵(220V变频)、涡轮流量计及手动调节阀组成。1．原理框图 图1
2．简要原理 单闭环锅炉水温定值控制系统的结构示意如课程设计指导书所示，图1为其结构框图。其中锅炉内胆为动态循环水，磁力泵、电动调节阀、锅炉内胆组成循环供水系统。而控制参数为锅炉内胆的水温，即要求锅炉内胆的水温等于设定值。先通过变频器-磁力泵动力支路给锅炉内胆打满水，然后关闭锅炉内胆的进水阀。待系统投入运行后，再打开锅炉内胆的进水阀，允许变频器-磁力泵以固定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。在锅炉内胆水温的控制过程中，由于锅炉内胆由循环水，因此锅炉内胆循环水水温控制相比于内胆静态水温控制时更充分，因而控制速度有较大的改善。 在结构原理框图中可以清楚的看出，我们给定温度的设定值，将温度传感器的值与设定值相比较，把偏差值送入PID调节器，PID调节器的输出信号送入可控硅调压装置，经调压装置输出的电压信号来控制加热装置的阻值，从而控制锅炉内胆的水温。此控制系统为单闭环反馈系统，只要PID参数设置的合理，就能够使系统达到稳定。 3．优缺点分析 优点：单闭环系统结构简单，稳定性好、可靠性高，在工业控制中得到广泛的应用。 缺点：对动态特性复杂、存在多种扰动或扰动幅度很大，控制质量要求高的生产过程，简单控制系统难以满足要求 四．元器件的选择与参数整定 1．元器件的选择： (1)被控对象 由不诱钢储水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒构成)、冷热水交换盘管和敷朔不锈钢管道组成。 模拟锅炉：本装置采用模拟锅炉进行温度实验，此锅炉采用不锈钢精制而成，设计巧妙。 管道：整个系统管道采用不诱钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底有一个出水阀，当水箱需要更换水时，将球阀步打开直接将水排出。 (2)检测装置 变送器：采用工业用的扩散硅压力变送器，含不诱钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。 温度传感器：本装置采用六个Pt100传感器，分别用来检测上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温。经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成4~20mA DC电流信
FB41称为连续控制的PID用于控制连续变化的模拟量，与FB42的差别在于后者是离散型的，用于控制开关量，其他二者的使用方法和许多参数都相同或相似。 PID的初始化可以通过在OB100中调用一次，将参数COM-RST置位，当然也可在别的地方初始化它，关键的是要控制COM-RST； PID的调用可以在OB35中完成，一般设置时间为200MS， 一定要结合帮助文档中的PID框图研究以下的参数，可以起到事半功倍的效果 以下将重要参数用黑体标明.如果你比较懒一点，只需重点关注黑体字的参数就可以了。其他的可以使用默认参数。 A：所有的输入参数： COM_RST:BOOL: 重新启动PID：当该位TURE时：PID执行重启动功能，复位PID内部参数到默认值；通常在系统重启动时执行一个扫描周期，或在PID进入饱和状态需要退出时用这个位； MAN_ON：BOOL：手动值ON；当该位为TURE时，PID功能块直接将MAN的值输出到LMN，这可以在PID框图中看到；也就是说，这个位是PID的手动/自动切换位；（默认为1） PEPER_ON：BOOL：过程变量外围值ON：过程变量即反馈量，此PID可直接使用过程变量PIW（不推荐），也可使用PIW规格化后的值（常用），因此，这个位为FALSE； P_SEL：BOOL：比例选择位：该位ON时，选择P（比例）控制有效；一般选择有效； I_SEL：BOOL：积分选择位；该位ON时，选择I（积分）控制有效；一般选择有效； INT_HOLD BOOL：积分保持，不去设置它； I_ITL_ON BOOL：积分初值有效，I-ITLVAL（积分初值）变量和这个位对应，当此位ON 时，则使用I-ITLVAL变量积分初值。一般当发现PID功能的积分值增长比较慢或系统反应不够时可以考虑使用积分初值； D_SEL ：BOOL：微分选择位，该位ON时，选择D（微分）控制有效；一般的控制系统不用； CYCLE ：TIME：PID采样周期，一般设为200MS； SP_INT：REAL：PID的给定值； PV_IN ：REAL：PID的反馈值（也称过程变量）； PV_PER：WORD：未经规格化的反馈值，由PEPER-ON选择有效；（不推荐） MAN ：REAL：手动值，由MAN-ON选择有效； GAIN ：REAL：比例增益； TI ：TIME：积分时间； TD ：TIME：微分时间； TM_LAG：TIME：我也不知道，没用过它，和微分有关； DEADB_W：REAL：死区宽度；如果输出在平衡点附近微小幅度振荡，可以考虑用死区来降低灵敏度； LMN_HLM：REAL：PID上极限，一般是100%； LMN_LLM：REAL：PID下极限；一般为0%，如果需要双极性调节，则需设置为-100%；（正负10V输出就是典型的双极性输出，此时需要设置-100%）； PV_FAC：REAL：过程变量比例因子 PV_OFF：REAL：过程变量偏置值（OFFSET） LMN_FAC：REAL：PID输出值比例因子； LMN_OFF：REAL：PID输出值偏置值（OFFSET）； I_ITLVAL：REAL：PID的积分初值；有I-ITL-ON选择有效；
综述 锅炉汽包燃烧系统是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，温度过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，严重时将引起蒸汽品质下降，影响生产和安全；温度过低又将破坏部分水冷壁的水循环不能满足工艺要求，严重时会发生锅炉爆炸。尤其是大型锅炉，一旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化，造成重大事故。因此，在锅炉运行中，保证温度在正常范围是非常重要的。 本文设计了一种数字式锅炉温度控制系统，并给出了硬件原理图。该控制系统是用MCS-51系列单片机及其相关硬件来实现，利用传感器测量温度数据、CPU循环检测传感器输出状态，并用光柱和LED指示温度的高度。当锅炉温度低于用户设定的值时，系统自动打开燃料通道，当温度到达设定值时，系统自动关闭燃料通道。通过定量的计算表明该控制系统设计合理、可行。
一.系统总体设计 1．1 系统总体设计方案 设计框图如下所示： 图1-1系统框图 1．2 单元电路方案的论证与选择 硬件电路的设计是整个实验的关键部分，我们在设计中主要考虑了这几个方面：电路简单易懂，较好的体现物理思想；可行性好，操作方便。在设计过程中有的电路有多种备选方案，我们综合各种因素做出了如下选择。 1．2．1 温度信号采集电路的论证与选择 采用温度传感器DS18B20 美国DALLAS公司的产品可编程单总线数字式温度传感器DS18B20可实现室内温度信号的采集，有很多优点：如直接输出数字信号，故省去了后继的信号放大及模数转换部分，外围电路简单，成本低;单总线接口，只有一根信号线作为单总线与CPU连接，且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部的ROM存储器中，故在一根信号线上可以挂接多个DS18820,便于多点测量且易于扩展。 DS 18 B2 0的测温范围较大，集成度较高，但需要串口来模拟其时序才能使用，故没有选用此方案。
实验三、锅炉内胆温度二位式控制实验 一、实验目的 1）、熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。 2）、掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。 二、实验设备 过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。 三、实验原理 1、温度传感器 温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。它是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度关系式如下： Rt＝Rt [1+α(t-t0)] 式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值； Rt 0——温度为t (通常为0℃)时的电阻值； α——电阻的温度系数。 可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化。这样只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。 虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化，但是它们并不能都作为测温用的热电阻。作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数小、电阻率要大、热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性；并要求电阻值随温度的变化呈线性关系。 但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。根据具体情况，目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。本装置使用的是铂电阻元件PT100，并通过温度变送器（测量电桥或分压采样电路或者AI人工智能工业调节器）将电阻值的变化转换为电压信号。 铂电阻元件是采用特殊的工艺和材料制成，具有很高的稳定性和耐震动等特点，还具有较强的抗氧化能力。 在0~650℃的温度范围内，铂电阻与温度的关系为：
Rt ＝Rt 0(1+At+Bt 2+Ct 3) 式中Rt ——温度为t(如室温20℃)时的电阻值； Rt 0——温度为t 0(通常为0℃)时的电阻值； A 、 B 、 C 是常数，一般A=3.90802*10－31/℃，B=-5.802*10－71/℃，C=-4.2735*10－121/℃。 Rt-t 的关系称为分度表。不同的测温元件用分度号来区别，如Pt100、C U 50等。 2、二位式温度控制系统 二位控制是位式控制规律中最简单的一种。本实验的被控对象是1.5KW 电加热管，被控制量是复合小加温箱中内套水箱的水温T ，智能调节仪内置继电器线圈控制的常开触点开关控制电加热管的通断，图3-1为位式调节器的工作特性图，图3-2为位式控制系统的方块图。 图3-1、位式调节器的特性图 由图3-1可见，在一定的范围内不仅有死区存在，而且还有回环。因而图3-2所示的系统实质上是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开”或“关”两种极限输出状态，故称这种控制器为两位调节器。 该系统的工作原理是当被控制的水温测量值V P =T 小于给定值V S 时，即测量 值〈给定值，且当e=VS-VP ≥dF 时，调节器的继电器线圈接通，常开触点变成常闭，电加热管接通380V 电源而加热。随着水温T 的升高，Vp 也不断增大，e 相应变小。若T 高于给定值，即Vp 〉Vs ，e 为负值，若e ≤-dF 时，则两位调节器的继电器线圈断开，常开触点复位断开，切断电加热管的供电。由于这种控制方
实验六、锅炉内胆水温PID整定实验（动态） 一、实验目的 1）、了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。 2）、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。 3）、改变P、PI、PD和PID的相关参数，观察它们对系统性能的影响。 二、实验设备 CS2000型过程控制实验装置， PC机，DCS监控软件，DCS控制系统。 三、实验原理 图6-1、温度控制系统原理图 本系统所要保持的恒定参数是锅炉内胆温度给定值，即控制的任务是控制锅炉内胆温度等于给定值。根据控制框图，采用DCS控制系统。 一、实验内容与步骤 1）、开通以水泵、电动调节阀、孔板流量计以及锅炉内胆进水阀所组成的水路系统，关闭通往其他对象的切换阀。 2）、将锅炉内胆的出水阀关闭。 3）、检查电源开关是否关闭。 4）、开启相关仪器和计算机软件，进入相应的实验六。 5)、点击上位机界面上的“点击以下框体调出PID参数”按钮，设定好给定值，并根据实验情况反复调整Ｐ、Ｉ、Ｄ三个参数，直到获得满意的测量值。 6）、比例调节（P）控制 待基本不再变化时，加入阶跃扰动（可通过改变调节器的设定值来实现）。观察并记录在当前比例P时的余差和超调量。每当改变值P后，再加同样大小的阶跃信号，比较不同P 时的ess和σp，并把数据填入表一中。 表一、不同比例P时的余差和超调量
记录实验过程各项数据绘成过渡过程曲线。（数据可在软件上获得） 7）比例积分调节（PI）控制 （1）、在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，加入积分（I）作用，观察被控制量能否回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下没有余差。 （2）、固定比例P值，然后改变积分时间常数I值，观察加入扰动后被调量的动态曲线，并记录不同I值时的超调量σp。 表二、不同Ti值时的超调量σp （3）、固定I于某一中间值，然后改变比例P的大小，观察加扰动后被调量的动态曲线，并记下相应的超调量σp。 表三、不同δ值时的超调量σp （4）、选择合适的P和I值，使系统瞬态响应曲线为一条令人满意的曲线。此曲线可通过改变设定值(如把设定值由50%增加到60%)来实现。 8）比例微分调节器（PD）控制 在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，引入微分作用（D）。固定比例P 值，改变微分时间常数D的大小，观察系统在阶跃输入作用下相应的动态响应曲线。 表四、不同D时的超调量和余差 9）比例积分微分（PID）调节器控制 （1）、在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，引入积分（I）作用，使被调量回复到原设定值。减小P，并同时增大I，观察加扰动信号后的被调量的动态曲线，验证
PID白话式理解说明及智能车闭环控制详解 By jiahangsonic 编码器专卖https://www.doczj.com/doc/6511889050.html, 本文只是技术交流，仅仅是鄙人对一些知识的看法和认识，由于鄙人学疏才浅，必然会在本文中出现定义理解不深刻，原理叙述有误等错误，敬请各位高人理解，如有错误之处，请大家指出，我将积极学习改进。 其实很早就应该写这么一个东西，由于学习和工作太忙，一直没有时间去写，春节放假，偶尔有了时间，决心一定要写好，本文只是针对初学者，对于那些老鸟和大神们，基本上没有看的必要，所以再您看这篇文章之前，还要对我多多的理解和宽容，写不好，我改进学习，写的好，希望对您有帮助。 （一） PID的背景和一些原理上理解 PID控制技术，是最简单的闭环控制技术之一，一般都是利用单反馈或者多反馈来实现对控制对象的调节，实现被控对象的可控性和可预知性的控制。使得设备运行的更加的可靠，合理且平稳。 PID的全称为比例积分微分控制，P即为比例，I即为积分，D即为微分。PID往往都是应用于惰性系统，所谓惰性系统就是变化较慢且无法精确控制和调节的对象，其中最最重要的特点就是变化速度慢，调节速度慢，控制周期较长，最经典的控制对象就为温度的温控。 下面就举一个简单的例子进行说明： 比如我们要对一个水箱里面的水进行加热，我们的目标加热温度为100℃，首先我们不用闭环对水温进行加热，也就是说我们只是靠人为观察温度计的温度值来对加热器进行人工的干预。
当温度加热到100℃以后，我们就停止加热，这个时候，虽然水温已经到达100且加热器已经不再通电加热，但是由于加热器的预热和水本身传递温度的惰性，导致水温会继续上升，经过一段时间后，水温会继续升高，并且超过100℃，那么该系统就无法达到我们所预期的要求。 这个时候您谁想，停止加热后本身会继续散热继续升温，那等到温度到90摄氏度左右以后，我们停止加热，然后利用水的惰性和加热器的散热，让水温继续升温，正好达到100℃，这样不就解决问题了吗？这么想是对的，但是水温要达到90几度的时候我们停止加热呢？还有就是从停止加热到100℃的时间是多少？经过一段时间后，温度没有达到100℃，而是小于100摄氏度以后温度就达到了顶峰，这样怎么办？ 上述所有的办法，可能能够解决水温到达100℃的要求，但是其中很多环节很多结果都是无法预测和无法控制的，即便经历了很麻烦的人为干预同时经过了一个较长的时间达到了我们对水温加热到100℃的要求，也要经历一个相当复杂和相当漫长的时间才能达到，并且整个过程一直要有人为的干预，实在是属于劳民伤财。 不只是对温度的控制，还有其他很多领域的过程控制，都遇到了这些让人很困惑问题，所以科学家就针对此类问题发明了闭环控制原理，其中最经典最简单最实用的就是PID闭环控制。该控制原理简单可靠，参数调整简便，实用性强，广泛的受到人们的支持。 利用PID控制原理对水温进行加热控制，我现在进行举例说明：目标温度
引言 随着科学技术的发展，自动控制在现代工业中起着主要的作用，目前已广泛应用于工农业生产及其他建设方面。生产过程自动化是保持生产稳定、降低成本、改善劳动成本、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志之一。可以说，自动化水平是衡量一个国家的生产技术和科学水平先进与否的一项重要标志。电力工业中电厂热工生产过程自动化技术相对于其他民用工业部门有较长的历史和较高的自动化水平，电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。 本次毕业设计的主要是针对单元机组汽温控制系统的设计。锅炉汽温控制系统主要包括过热蒸汽和再热蒸汽温度的调节。主蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行是非常重要的。过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许的范围之内，并保护过热器，使其管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点，蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至烧坏过热器的高温段，严重影响安全。一般规定过热器的温度与规定值的暂时偏差不超过±10℃，长期偏差不超过±5℃。 如果过热蒸汽温度偏低，则会降低电厂的工作效率，据估计，温度每降低5℃，热经济性将下降约1%；且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽温度升高，甚至使之带水，严重影响汽轮机的安全运行。一般规定过热汽温下限不低于其额定值10℃。通常，高参数电厂都要求保持过热汽温在540℃的范围内。 由于汽温对象的复杂性，给汽温控制带来许多的困难，其主要难点表现在以下几个方面： （1）影响汽温变化的因素很多，例如，蒸汽负荷、减温水量、烟气侧的过剩空气系数和火焰中心位置、燃料成分等都可能引起汽温变化。 （2）汽温对象具有大延迟、大惯性的特点，尤其随着机组容量和参数的增加，蒸汽的过热受热面的比例加大，使其延迟和惯性更大，从而进一步加大了汽温控制的难度。 （3）汽温对象在各种扰动作用下（如负荷、工况变化等）反映出非线性、时变等特性，使其控制的难度加大。
九江学院电子工程学院 电子工程学院课外学分设计报告 题目：锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统 姓名：曾志成黄家平龙建平学号：25、32、29 专业：自动化实验室：开放实验室班级：A1031 设计时间：2012年9月10日——2012年12月30 日 评定成绩：审阅教师：
目录 1．专业综合设计任务 (1) 2．方案设计与论证 (1) 3．硬软件设计 (1) 4．实现与测试 (6) 5．分析与总结 (6) 1.专业综合设计任务
本实验选择锅炉内胆和循环水组成串级控制系统。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-12、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-11、F2-12关闭，其余阀门也关闭。将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水。然后关闭变频器、关闭阀F1-12，打开阀F1-13，为给锅炉内胆供循环冷水作好准备。 具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照本章第二节水箱液位串级控制中相应方案进行，实验的接线可按照下面电路图中的的接线图连接。 2. 方案设计与论证 本实验系统的主控量为锅炉内胆的水温T，副控量为锅炉内胆循环水流量Q，它是一个辅助的控制变量。内胆内的电热管持续恒压加热，执行元件为电动调节阀，它控制管道中流过的冷水的流量大小，以改变内胆中的水温。副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量T的控制目的，因而副调节器可采用P控制。但选择流量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。引入积分作用的目的不是消除静差，而是增强控制作用。显然，由于副对象管道的时间常数远小于主对象锅炉内胆的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路的调节作用可快速消除扰动的影响。本实验系统结构图和方框图如图5-21所示。 图5-21 锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统 (a)结构图(b)方框图 3. 硬软件设计
基于S7300锅炉内胆水温的前馈反馈控制系设计（组态）
毕业设计（论文） 题目：基于S7-300锅炉内胆水温的前馈 -反馈控制系设计（组态） （英文）：Design of Feedforward and Feedback Control Systems Based on S7-300 Boiler Water Temperature (Configuration) 院别：自 动化学院 专业：自
动化 姓名：肖 奎 学号： 2010104843020 指导教师：李 虎山 日期： 2014年4月 基于S7-300锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系 统设计（组态） 摘要 温度是常见的过程参数之一，许多的生产过程都离不开对温度的控制，温度的控制往往是对加热和冷却的平衡，锅炉正是这样的系统，当加热大于冷却时整个系统升温；反之则降温；二者若是趋于相等就可以使温度趋于稳定。若是采用单纯的反馈控制对锅炉内胆水温进行控制，由于流量变化快而温度控制滞后大就会导致系统的稳定性、快速性较差，不能取得理想的控制效果。解决这个问题的办法就是加入对主要扰动流量的前馈补偿环节构成锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统，使得流量的变化能够迅速得到补偿，提高系统的响应速度。 近年来，可编程控制器（PLC）依托着可靠性高，抗干扰，功能强大等特点得到
了广泛的运用，随着生产和编程的技术不断进步，越来越多的控制方式得以在PLC上实现。本设计将围绕西门子S7-300 PLC从前馈-反馈控制系统的介绍、PLC及测量变送仪表设备的选择、软件的展示及组态编程这三个方面来阐述锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统的设计，力求展示出前馈-反馈控制系统的特点。通过本设计可以观测到前馈-反馈控制系统在以流量变化为主要扰动的情况下对锅炉内胆的水温可以取得较好的控制效果。 关键词：前馈-反馈控制； PLC；温度
PID调节器又称回路调节器，本调节器提供的具体功能有：手动、自动、串级、及跟踪运行方式的切换，设定值、手动输出值的调整，PID参数的整定等。 PID调节有三种画面：回路操作画面、趋势显示画面和参数调整画面。下面介绍每种画面显示的信息及用途。 1.回路操作画面 在预先设置的PID热点上，单击鼠标左键，屏幕上将弹出如图3.11-1所示回路操作画面，由回路操作画面可分别进入其它两种画面。 （1）显示信息说明 在回路调节画面中显示的有设定值、过程值和输出值的棒图及数值显示，运行方式显示，报警状态显示等。 ?棒图显示 画面左边的三个棒图分别代表设定值、过程值和输出值，棒的颜色依次为蓝、天蓝、粉色。 设定值棒的高度为当前值相对量程的百分数。如果PID运行于串级状态，则设定棒显示串级外给定值，在其它运行状态下显示内给定值。 过程值棒的高度表示过程输入值。 输出棒的高度表示输出值。 ?数值显示 画面右下区域的三个方框中显示的内容依次为设定量、过程量及输出量的当前值，各数值颜色与棒颜色相对应。 当PID调节器运行于手动、自动或跟踪状态时，设定值为内部给定值；当运行于串级状态时，显示为串级输入值。 当PID调节器运行于手动状态时，输出值由手动给出；运行于自动和串级状态时，由算法结果给出；运行于跟踪状态时，为跟踪量点值。 ?报警状态显示 当偏差报警到来时，左上角灯置亮（呈红色）；报警消失时，恢复正常颜色。 ?运行方式显示 PID调节器的运行方式包括手动、自动、串级及跟踪四种，当某个运行方式下的状态灯呈绿色时，表示调节器处于某方式。 ?其它 PID调节器画面静态显示的内容有点名、点描述(说明)等。
S7-300的PID控制的方法 1、这是一个典型的PID控制系统。 通过模拟量4--20mA的传感器来监视水池的液位，对应PLC的0-27648的工程值，经这个比例转换成水池的液位。对应的液位是你液位传感器对应的最高量程。这个值就是PID的反馈值。 阀门调节由量模拟量输出控制阀门调节开度，控制你水池的液位。 2、无法与实际水位对应（读的参数不知道表示什么意思）？ 在PID调节中有不同的物理量，因此在参数设定中需将其规格化。参数规格化： 1.规格化概念及方法：PID参数中重要的几个变量，给定值， 反馈值和输出值都是用0.0~1.0之间的实数表示，因此，需要将模拟输入转换为0.0~1.0的数据，或将0.0~1.0的数据转换为模拟输出，这个过程称为规格化。规格化的方法：（即变量相对所占整个值域范围内的百分比对应与27648数字量范围内的量）。对于输入和反馈，执行：变量*100/27648，然后将结果传送到PV-IN和SP-INT，对于输出变量，执行：LMN*27648/100，然后将结果取整传送给PQW即可； 2.例： 输入参数： SP_INT(给定值）：0--100%的实数。 假定模块的输入变量量程为0-10Mpa,则SP_IN的范围0.0-1.00
对应0-10米.可以根据这一比例关系来设置给定值。例：如给定5.0米 SP_INT(给定值）=5.0/(10.0-0.0)*100.0=50.0（50%） PV_IN(过程值，即反馈值）：0--100%的实数。 此值来自与阀门阀位（开度）的相应的压力反馈值。其范围0.0-1.0对应0-100%.即，当模拟量模板输入为数值为27648时则对应100%（量程的上限），数值为0时则对应0%（量程的下限）。 可以根据这一比例关系来换算PV_IN值。例：如输入数值为12000时 PV_IN(过程值，即反馈值）=12000/27648*100.0=43.403（43.403%） 输出参数： 当通过PID控制器（FB41）运算后，即得出调节值LMN_PER,该值已转化范围为0-27648的整型数值。例如经运算为43.403%， LMN_PER=43.403*27648/100,取整后为12000，将LMN_PER 送入模拟量输出模板即可. 3、积分时间不知道该如何设定？ （1）对于比例控制来说，将比例度调到比较大的位置，逐步减小以得到满意的曲线。 （2）对于比例积分来说，先将积分时间无限大，按纯比例作用