加热炉串级控制研究与设计

1、20142014届本科毕业设计届本科毕业设计( (论文论文) )答辩答辩设计题目：加热炉串级控制研究与设计设计题目：加热炉串级控制研究与设计专业：自动化专业：自动化班级：班级：姓名：姓名：西安建筑科技大学西安建筑科技大学汇报提纲：汇报提纲：1.1.设计背景设计背景2.2.设计任务及要求设计任务及要求3.3.设计内容及方法设计内容及方法4.4.设计成果设计成果5.5.设计总结设计总结设计任务及要求设计任务及要求1.深入了解设计要求,制定系统实现方案。设计模拟锅炉装置分布式控制系统，画出系统硬件控制原理图一张（CAD图）。 2.针对模拟锅炉装置对象，进行系统辨识，建立模型 3.设计系统I/O控制站

2、软件，完成建模、辨识，达到控制要求。进行调节器参数的整定，要求稳态无静差。 4.熟悉监控组态软件，并使用其编写上位机监控程序，要求能完成显示操作员主界面、数据修改界面、实时数据界面、历史参数界面等功能。 5.进行系统的调试 设计方法及步骤设计方法及步骤1.1.了解并分析工艺流程进行系统控制方案设计，绘制了解并分析工艺流程进行系统控制方案设计，绘制控制方框图控制方框图2.2.系统硬件选型，绘制硬件原理图系统硬件选型，绘制硬件原理图3.3.系统软件设计系统软件设计 （1 1）PLCPLC程序设计程序设计 （2 2）MCGSMCGS组态画面设计组态画面设计4.4.被控对象建模与辨识被控对象建模与辨识

3、5.5.调节器参数整定调节器参数整定设计方法及步骤设计方法及步骤1.了解并分析工艺流程进行系统控制方案设计，绘制控制方框图n1.1加热炉串级控制方案n加热炉串级控制系统由主、副两个回路组成。通过主温度变送器将锅炉夹套温度进行转换与设定值比较后送给主调节器，通过副温度变送器将锅炉内胆温度进行转换与主调节器输出值比较后送给副调节器，副调节器输出值控制加热管给内胆水进行加热，通过热传导将热量传给夹套，从而对夹套水温进行控制。设计方法及步骤设计方法及步骤n1.2锅炉夹套与内胆温度串级控制方框图主调节器副调节器调压器锅炉内胆锅炉夹套温度变送器温度变送器一次干扰二次干扰+设定值设计方法及步骤设计方法及步骤

4、2.2.系统硬件选型，绘制硬件原理图系统硬件选型，绘制硬件原理图n2.1系统硬件选型名称参数型号个数锅炉无1磁力驱动泵 型号：16CQ-8P，流量：30升/分，扬程为8米，功率：180W，电压AC220V 1三相SCR调压器 电流：DC4-20 mA、电压：DC1-5 V 1三相电加热管 功率：1KW，电阻：50 3温度传感器 PT100铂电阻，测温范围：-200+420 2变频器 型号：SA-11型，额定电压：AC220V 1智能调节仪表 型号：AI808型，电压：AC220V 2S7-200PLC 型号：CPU224, 电压：AC220V，I/O: 14/10 1EM235模拟量模块 转换

5、时间小于250us，稳定时间：电压100us,电流：0-20mA 1设计方法及步骤设计方法及步骤n2.2系统硬件原理图设计方法及步骤设计方法及步骤设计方法及步骤设计方法及步骤n3.3.系统软件设计系统软件设计n3.1PLC3.1PLC程序设计程序设计n3.1.13.1.1根据工艺流程确定中间变量地址根据工艺流程确定中间变量地址地址名称地址名称说明VD200主调节器过程变量 VD400副调节器过程变量0.0-0.1之间VD204主调节器给定值 VD404副调节器给定值0.0-0.1之间VD208主调节器输出值 VD408副调节器输出值 0.0-0.1之间VD212主调节器增益 VD412副调节器

6、增益 VD216主调节器采样时间 VD416副调节器采样时间SVD220主调节其积分时间 VD420副调节其积分时间MinVD224主调节器微分时间 VD424副调节器微分时间Min设计方法及步骤设计方法及步骤n3.1.2寄存器名称功能AIW0锅炉夹套温度变送器信号输入 AIW2锅炉内胆温度变送器信号输入 AQW0PID输出，用于控制三相SCR调压器 SM0.0PLC处于RUN状态时，SM0.0总为ON SM0.1初始扫描位，PLC由STOP转换为RUN时的第一个扫描周期为“1”，之后一直为“0”。 M10.0功能相当于电器控制系统中的辅助继电器 M10.1功能相当于电器控制系统中的辅助继电器

7、 设计方法及步骤设计方法及步骤n3.1.3程序流程图n根据控制方案编写程序流程图初始化PLC调用子程序每100ms调用一 次 中 断 程序结束主程序开始结束开始子程序设计方法及步骤设计方法及步骤给副调节器设定输出值中断程序开始将副调节器输出值换算为工程实际值读取AIW0的值并标准化0-1之间设定温度，给主调节器PID参数赋值是否需要手动调节进行PID运算主调节器输出值赋给副调节器设定值给副调节器PID参数赋值读取AIW2的值并标准化0-1之间进行PID运算是否需要手动调节送至AQW0经D/A转换后输出否是否是给副调节器设定值赋值结束设计方法及步骤设计方法及步骤n3.1.4程序编写n通过STEP

8、7-Micro/WIN 编程软件编写PLC程序主程序LD SM0.1CALL SBR_0:SBR0子程序LD SM0.0MOVB 100, SMB34ATCH INT_0:INT0, 10ENI中断程序Network1 主调节器赋值LD SM0.0MOVR VD104, VD204/R 100.0, VD204MOVR VD112, VD212MOVR 0.1, VD216MOVR VD120, VD220MOVR VD124, VD224Network2 读取AIW0并标准化LD SM0.0ITD AIW0, AC0DTR AC0, AC0MOVR AC0, VD200/R 32000.0,

9、 VD200MOVR VD200, VD100*R 100.0, VD100设计方法及步骤设计方法及步骤Network3 自动LD M10.0PID VB200, 0Network4 手动LDN M10.0MOVR VD108, VD208/R 100.0, VD208Network5 副调节器赋值LD SM0.0MOVR VD208, VD108*R 100.0, VD108MOVR VD208, VD404MOVR VD404, VD304*R 100.0, VD304MOVR VD312, VD412MOVR 0.1, VD416MOVR VD320, VD420MOVR VD324,

10、VD424Network6 读AIW2并标准化LD SM0.0ITD AIW2, AC1DTR AC1, AC1MOVR AC1, VD400/R 32000.0, VD400MOVR VD400, VD300*R 100.0, VD300Network7 自动LD M10.1PID VB400, 1Network8 手动LDN M10.1MOVR VD308, VD408/R 100.0, VD408Network9 输出AQW0LD SM0.0MOVR VD408, VD308*R 100.0, VD308MOVR VD408, AC1*R 32000.0, AC1ROUND AC1, A

11、C1DTI AC1, AC1MOVW AC1, AQW0设计方法及步骤设计方法及步骤n3.2MCGS组态画面设计n3.2.1实时数据窗口设计n根据PLC分配地址建立MCGS变量设计方法及步骤设计方法及步骤n3.2.2用户窗口设计n本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，本窗口中包含了加热炉串级控制监控画面，实时、历史曲线，数据浏览画面，退出试验界面。设计方法及步骤设计方法及步骤n（1）加热炉串级控制监控画面设计方法及步骤设计方法及步骤n（2）实时曲线与历史曲线设计方法及步骤设计方法及步骤n（3）数据浏览画面设计方法及步骤设计方法及步骤n3.2.3主控窗口和运行策略窗口设计n根据工艺需求设计主控

12、窗口与运行策略窗口设计方法及步骤设计方法及步骤n3.2.4设备窗口设计n建立PLC与MCGS的连接设计方法及步骤设计方法及步骤n4被控对象建模与辨识n4.1锅炉内胆建模辨识n采用阶跃响应曲线法对锅炉内胆进行建模辨识图4-1锅炉内胆阶跃响应拟合曲线及切线( )0.2562009 ,97 ,1.3(0)0.2yTss Kx971.3( )20091sG SeS特性参数：锅炉内胆传递函数：设计方法及步骤设计方法及步骤n4.2锅炉夹套建模辨识n仍采阶跃用响应曲线法对锅炉夹套进行建模辨识图4-2锅炉夹套阶跃响应拟合曲线及切线( )0.243760 ,353 ,1.2(0)0.2yTss Kx3531.2

13、( )37601sG SeS特性参数锅炉夹套传递函数：设计方法及步骤设计方法及步骤n5.调节器参数整定n5.1副调节器参数整定n根据响应曲线法中的PID整定公式，副调节器采用比例（P）调节得000971.30.0632009115.9pPT PKP设计方法及步骤设计方法及步骤n将整定好的参数输入副调节器，阶跃性改变副调节器设定值（主调节器输出值），得到锅炉温度响应曲线（图中绿色曲线）图5-1锅炉单回路动态响应设计方法及步骤设计方法及步骤n5.2主调节器参数整定n将已经整定好的副回路作为主回路的一个环节，按单回路对主调节器进行一次参数整定。 图5-2主调节器参数整定拟合曲线及切线000( )0.

14、231717 ,280 ,1.15(0)0.2yTss Kx特性参数：设计方法及步骤设计方法及步骤00 01.1 280 1.151.10.211717PT P根据响应曲线法中的PID整定公式，用PI调节得：015,3.315.4minpiKTP根据响应曲线法中的PID整定公式，主调节器采用PID调节 00 00.85 280 1.150.850.191437PTP0015.3,29.3min,0.52.3minpidKTTP将整定好的主、副调节器参数输入，进行系统调试。由于微分的存在，主调节器输出值波动较大，使系统不稳定。（舍弃）设计方法及步骤设计方法及步骤n将整定好的主、副调节器参数输入，

15、进行系统调试。图5-3加热炉串级控制温度响应曲线毕业设计成果毕业设计成果1. 1. 通过查找相关资料了解了加热炉串级通过查找相关资料了解了加热炉串级控制系统的构成及工作原理控制系统的构成及工作原理，设计了模设计了模拟锅炉装置分布式系统并画出了系统硬拟锅炉装置分布式系统并画出了系统硬件控制原理图件控制原理图2.2.设计了系统设计了系统I/OI/O控制站软件及组态监控控制站软件及组态监控软件软件3.3.完成了建模与辨识和调节器参数整定完成了建模与辨识和调节器参数整定4.4.进行了系统调试进行了系统调试总结总结1. 1. 本设计在分析了本设计在分析了加热炉特点和控制要求的前加热炉特点和控制要求的前提下，查阅相关文献资料，设计了基于提下，查阅相关