过程控制系统课程设计--锅炉内胆动态水温PID控制实验

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1、I 摘摘 要要 温度是工业生产过程中最常检测和控制的热工参数之一， 本设计是以西门子 S7-200PLC 为主控制器，以 WINCC 为上位机监控软件来实现对锅炉内胆水温的 DCS 自动控制。系统主要由一台带有 WINCC 组态软件的上位机和应用于 STEP7-MicroWIN V4.0软件、 西门子S7-200PLC下位机以及PC/PPI电缆、 RTGK-2 型过程控制系统构成。 通过对下位机 S7200PLC 的软件编程，完成锅炉内胆温度信号采集、处理以 及 PID 控制， 分别对上位机以及下位机进行了详细设计， 并运用工程整定方法， 整定出满足系统要求的锅炉内胆水温 PID 控制参数，得

2、到比较理想的 PID 控制 曲线，实现了对锅炉内胆水温控制的目的，达到了设计要求。 关键词：锅炉内胆；水温；PID；S7200 II 目目 录录 1 系统总体方案分析系统总体方案分析 1 1.1 锅炉内胆动态水温 PID 控制系统总体方案分析 . 1 1.2 上位机组态与程序设计 2 2 系统调试系统调试. 13 2.1 流程图绘制 13 2.2 电源连接 14 2.3 测试步骤 14 3 参数整定与系统分析参数整定与系统分析 17 3.1 锅炉内胆水温定值控制实验的结构框图 17 3.2 调节器相关参数整定过程 17 3.3 系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能 20 3.4 不同 PID 参

3、数对系统的性能产生的影响。 . 22 3.5 P、PI、PID 控制方式的控制效果. 26 4 结论结论. 30 参考文献参考文献 32 1 1 系统总体方系统总体方案分析案分析 1.1 锅炉内胆动态水温锅炉内胆动态水温 PID 控制控制系统总体方案分析系统总体方案分析 锅炉内胆水为动态循环水，变频器、磁力泵与锅炉内胆组成循环水系统。如 图 1 所示： 图 1.1 锅炉内胆温度特性测试系统 (a)结构图 (b)方框图 本实验系统组态软件进行， 由于自动控制的时候考虑到机械及机器会出现故 障，设置的调节阀可在及其出现故障时，非自动的情况下，手动进行调节开度， 是锅炉内胆保持给定值， 运用在大型生

4、产过程中采用手动和自动模式替换操作达 到整个生产的能耗最低，效益最大化。被控变量为锅炉内胆水温，要求锅炉内胆 水温等于给定值。实验前先通过变频器、磁力泵支路给锅炉内胆打满水，然后关 闭锅炉内胆的进水阀门 。待系统运行后，变频器磁力泵再以固定的小流量使 锅炉内胆的水处于循环状态。在内胆水为静态时，由于没有循环水进行热交换， 而三相电加热管功率为 4.5KW，从使内胆水温上升相对快速，散热过程又比较 缓慢，而且调节的效果受对象特性和环境的限制，导致系统的动态性能较差，即 超调大，调节时间长。改变为循环水系统后，有利于热交换，加快了散热能力， 相比于静态温度控制实验，在控制的动态精度、快速性方面有了

5、很大地提高。系 统采用的调节器为工业上常用 AI 智能调节仪。图 2 为锅炉内胆动态水温控制系 统的结构示意图。 因可控硅调压模块是通过输入信号使电源电压变化， 实验前， 先用万用表测可控硅模块输入端的电压，再测输出端的电压看是否变化。当给锅 2 炉加热时，应使输出端电压为 60V 左右，而一旦超过设定值，可控硅的输出电 压为最小。这样，电加热管停止加热，使温度超过设定值不会太高便于散热。本 项目的任务就是设计一套方案，使锅炉内胆的水温保持在设定值。 图 1.2 锅炉内胆动态水温控制系统的方框图 1.2 上位机组态与程序设计上位机组态与程序设计 本设计用组态软件的是西门子公司的 WinCC，它

6、是 Windows Control Center （视窗控制中心） 的简称， 是 HMI/SCADA 软件中的后起之秀。 WinCC 是 Siemens 公司的一种功能强大的工业控制软件，是“真正开放的”HMISCADA 软件。它集 成了 SCADA、组态、脚本（Script）语言和 OPC 等先进技术，为用户提供了 Windows 操作系统环境下使用各种通用软件的功能。WinCC 继承了西门子公司 的全集成自动化（TIA）产品的技术先进性和无缝集成的特点。WinCC 运行于个 人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、 可视窗口和菜单选择，使用方便灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组 态、 编程和数据管理， 可形成所需的操作画面、 监视画面、 控制画面、 报警画面、 趋势曲线等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软 件设计周期， 而且提高了工作效率。 WinCC 的另一个特点在于它的整体开放性， 它可以方便的与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实 际需要。用户也可以将 WinCC 作为系统扩充的基础，通过