过程控制系统课程设计---锅炉水温与流量串级S7200控制系统设计

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1、 过程控制系统课程设计过程控制系统课程设计 题目：题目：锅炉水温与流量串级锅炉水温与流量串级 S7200 控制控制 系统设计系统设计 姓名姓名: 专业班级：专业班级：10 自动化（自动化（1）班）班 指导老师：指导老师： 2013 年年 6 月月 9 日日 目录目录 一、摘要3 二、引言4 三、控制系统的结构5 1、S7200 PLC 概况5 2、锅炉水温与流量串级整体设计方案7 3、系统设计方案电器接图7 4、串级控制系统数学模型的建立8 5、被控对象建模9 四、控制系统的方针.10 1、simulink 控制系统仿真.10 2、控制系统仿真响应曲线.10 五、结论.11 六、参考文献.1

2、摘要摘要 自 70 年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是微 电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设 计方法发展的推动，国内外温度控制系统的发展迅速，并在 智能化、自适应、参数整定等方面取得成果。 20 世纪 80 年代至 90 年代中期， 是 PLC 发展最快的时期， 年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟 量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅 度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了 在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。PLC 具有通用 性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编 程简单等特点。 本文介绍

3、了以锅炉为被控对象，以锅炉出口温度为主被 控参数，以炉内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为 控制参数，以 PLC 为控制器，构成锅炉温度串级控制系统； 采用 PID 算法， 运用 PLC 梯形图编程语言进行编程， 实现锅 炉温度的自动控制。 电热锅炉的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，电 热锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前电热锅炉的 控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既 提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。 本文分别就电热锅炉的控制系统工作原理，温度变送器 的选型、PLC 配置等几个方面阐述。通过改造电热锅炉的控 制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高、控制精

4、度好等特 点，对工业控制有现实意义。 关键字：锅炉控制系统 温度控制 串级控制 PLC PID 引言引言 电热锅炉是机电一体化的产品，可将电能直接转化成热 能，具有效率高，体积小，无污染，运行安全可靠，供热稳 定，自动化程度高的优点，是理想的节能环保的供热设备。 加上目前人们的环保意识的提高，电热锅炉越来越受人们的 重视，在工业生产和民用生活用水中应用越来越普及。电热 锅炉目前主要用于供暖和提供生活用水。主要是控制水的温 度，保证恒温供水。 PID 控制是迄今为止最通用的控制方法之一。因为其可 靠性高、算法简单，所以被广泛应用于过程控制中，尤其适 用于可建立精确数学模型的确定性关系。PID 控

5、制的效果完 全取决于其四个参数，即采样周期t s、比例系数Kp 、积分系 数K i、微分系数Kd 。因而，PID 参数的整定与优化一直是 自动控制领域研究的重要课题。PID 在工业过程控制中的应 用已有近百年的历史，在此期间虽然有许多控制算法问世， 但由于 PID 算法以它自身的特点，再加上人们在长期使用中 积累了丰富的经验， 使之在工业控制中得到广泛应用。 在 PID 算法中，针对 P、I、D 三个参数的整定和优化的问题成为关 键问题。 串级系统是调节器串联起来工作的，其中一个调节器的 输出作为另外一个调节器的给定值的系统。整个系统包括两 个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、

6、 副调节器、调节阀、和副过程构成；主回路由主变量检测变 送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围 内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副 回路范围内的扰动。在串级控制系统中，由于引入一个副回 路， 不仅能及早克服进入副回路的扰动， 而且又能过程特性。 副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作 用，从而使其控制品质得到进一步提高。 控制系统的结构控制系统的结构 1、S7200 PLC 概况：概况： PID 控制器由比例单元(P)、 积分单元(I)、 和微分单元(D) 组成。其数学表达式为：/)()(/1)(dttdedttete TTKu dict PLC 工作过程框图： PLC 控制系统的设计步骤框图： 2、锅炉水温与流量串级系统整体设计方案：锅炉水温与流量串级系统整体设计方案： 系统选用了 PLC CPU 226 为控制器， PT100 型热电阻将 检测到的实际锅炉水温转化为电流信号，经过 EM231 模拟 量输入模块转化成数学量信号并送到 PLC 中进行 PID