2022年夹套与锅炉内胆水温串级控制32

1、目 录1总体设计11.1系统概述11.2系统根本工作原理22系统分析32.1控制方案分析32.2串级控制系统的特点32.3主、副调节器控制规律32.4主、副调节器正、反作用方式的选择32.5串级控制系统的整定方法42.6组态软件MCGS简介53硬件组态说明63.1数据采集63.2模拟数据设备的组态63.3变量定义及说明64程序设计与数据连接74.1按钮链接74.2数据输入、输出的制作与连接94.3系统初始状态104.4循环程序编写105系统运行126总结13参考文献14夹套与锅炉内胆水温串级控制1总体设计1.1系统概述本设计以锅炉作为被控对象，夹套的水温为系统的被控制量。设计目的是使锅炉夹套的

2、水温稳定至给定量；使用MCGS组态软件结合研华数据采集设备来实现具体调节效果；系统整体硬件组态界面如图1所示，控制界面如图2所示。图1硬件组态界面图图2控制组态界面图1.2系统根本工作原理将温度传感器TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反响信号形成副回路；主回路以TT2检测到的被控量即夹套水温为反响信号，与输入设定值相比拟送入主调节器，主调节器输出再与副回路反响信号比拟后，经副调节器将控制信号传给执行器，以到达控制锅炉内胆水温的目的。系统原理方框图如图3所示。主对象副对象执行器调节器副调节器主调节器内胆温度检测变送器夹套温度检测变送器图3系统原理方框图2系统分析2.1控制方案分析系统的主控量为锅

3、炉夹套的水温，副控量为锅炉内胆的水温，它是一个辅助的控制量。系统由主、副两个回路所组成，主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控量等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制；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，已到达对主控量的控制目的，因而副调节器可采用P控制，必要时引入适当的积分环节。由于锅炉夹套的温度升降式通过锅炉内胆的热传导来实现的，显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象时间常数，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，故设计为串级控制构造如上图2所示。2.2串级控制系统的特点1改善了过程的动态特

4、性； 2能及时克制进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动能力； 3提高了系统的鲁棒性； 4具有一定的自适应能力。2.3主、副调节器控制规律在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。主调节器起定值控制作用，它的控制任务是使主参数等于给定值无余差 ，故一般宜采用 PI或 PID 调节器。由于副回路是一个随动系统，它的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用 P或 PI调节器。2.4主、副调节器正、反作用方式的选择 正如单回路控制系统设计中所述，要使一个过程控制系统能正常工作，系统必须采用负反响。对于串级控制系统来说，

5、主、副调节器的正、反作用方式的选择原那么是使整个系统构成负反响系统，即其主通道各环节放大系数极性乘积必须为正值。各环节的放大系数极性是这样规定的：当测量值增加，调节器的输出也增加，那么调节器的放大系数 Kc 为负即正作用调节器 ，反之，Kc 为正即反作用调节器本装置所用电动调节阀的放大系数 Kv 恒为正；当过程的输入增大时，即调节器开大，其输出也增大，那么过程的放大系数 K0为正，反之K0为负。2.5串级控制系统的整定方法 在工程实践中，串级控制系统常用的整定方法有以下三种： 1逐步逼近法 所谓逐步逼近法，就是在主回路断开的情况下，按照单回路的整定方法求取副调节器的整定参数，然后将副调节器的参

6、数设置在所求的数值上，使主回路闭合，按单回路整定方法求取主调节器的整定参数。而后，将主调节器参数设在所求得的数值上，再进展整定，求取第二次副调节器的整定参数值，然后再整定主调节器。依此类推，逐步逼近，直至满足质量指标要求为止。 2两步整定法 两步整定法就是第一步整定副调节器参数， 第二步整定主调节器参数。 整定的具为： 在工况稳定，主回路闭合，主、副调节器都在纯比例作用条件下，主调节器的置于100%，然后用单回路控制系统的衰减如 4:1曲线法来整定副回路。记下相例度2S和振荡周期T2S。 将副调节器的比例度置于所求得的2S值上， 且把副回路作为主回路中的一个环同样方法整定主回路，求取主回路的比

7、例度1S和振荡周期T1S。 根据求取的1S、T1S和2S、T2S值，按单回路系统衰减曲线法整定公式计算主节器的比例度、积分时间TI和微分时间 TD的数值。 按“先副后主，“先比例后积分最后微分的整定程序，设置主、副调节器的参数观察过渡过程曲线，必要时进展适当调整，直到过程的动态品质到达满意为止。 3一步整定法 由于两步整定法要寻求两个 4:1 的衰减过程，这是一件很花时间的事。因而对两步整定法做了简化，提出了一步整定法。所谓一步整定法，就是根据经历先确定副调节器的参数，然后将副回路作为主回路的一个环节，按单回路反响控制系统的整定方法整定主调节器的参数。 具体的整定步骤为： 在工况稳定，系统为纯

8、比例作用的情况下，根据 K02/20.5 这一关系式，通过副过程放大系数 K02，求取副调节器的比例放大系数2或按经历选取，并将其设置在副调节器上。 按照单回路控制系统的任一种参数整定方法来整定主调节器的参数。 改变给定值，观察被控制量的响应曲线。根据主调节器放大系数 K1 和副调节器放大系数K2的匹配原理，适当调整调节器的参数，使主参数品质指标最正确。 如果出现较大的振荡现象，只要加大主调节器的比例度或增大积分时间常数 TI，即可得到改善。2.6组态软件MCGS简介MCGSMonitor and Control Generated System是一套基于 Windows平台的，用于快速构造和

9、生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows95/98/NT/2000等操作系统。MCGS5.1为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现数据采集、实时和历史数据 理、报警和平安机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。3硬件组态说明3.1数据采集数据采集卡采用研华1711，将温度传感器TT1、TT2采集来的模拟信号进展处理送入计算机使用，组态软件具体实现操作为点击“工作台、“设备窗口、双击“设备窗口进入设备组态窗口，点击工具箱在“设备管理器中找到研华PCI1711，参加设备窗口中，并对其设置项中对其“根本属性、“通道

10、连接与“数据处理进展设置，具体设置如下列图所示。图4设备通道连接属性设置3.2模拟数据设备的组态由于时间紧迫，实验条件有限，对TT1、TT2采集的数据使用软件中的模拟正弦信号代替，同样点开设备管理器，在“通用设备子菜单下“模拟数据设备中找到“模拟设备，选中此卡，并参加设备窗口，对其“通道链接进展设置，以便提供所需的模拟数据。3.3变量定义及说明在实时数据库中对要使用的变量进展定义，其中主要变量定义如表1所示：表1变量定义表夹套PV：夹套内液体的温度 内胆PV：锅炉内胆液体温度夹套SV：夹套内液体温度设定值即给定值 内胆SV：锅炉内胆液体设定值k：主调节器的比例增益 ti：主调节器的积分时间常数

11、td：主调节器的微分时间常数 k1：副调节器的比例增益ei：主调节器的偏差信号 q0:比例调节输出值q1:积分调节器输出值 q2：微分调节器输出值set：实验开场/停顿标志位 op11、op0：为系统输出值e1、e2、ei：为偏差中间变量 ma1：手动/自动标志位ma：手动调节值opo：系统输出初始值夹套sv：温度设定初始值 op11：主调节器输出值op21：副调节器输出值 out1：手动调节时系统的输出值4程序设计与数据连接4.1按钮链接建立好上述变量后，接下来需完成与各硬件间的链接，对于按钮链接，以“停顿按钮的链接为例说明：双击“停顿按钮，进入按钮属性设置窗口，如下列图所示；图5按钮构件属

12、性设置对“按钮标题设置即为按钮名称：停顿，根本属性中其他属性依需要而定； 2点击“操作属性，对该按钮所要完成的操作进展设置；在此设置如下列图所示；图6按钮操作属性设置窗3点击“可见度属性，对按钮进展隐藏或显示条件的设置，在此设置如图7所示；图7按钮可见度属性设置窗结合图6、图7可以看出点击“停顿按钮后，系统中变量set值清零，且当set不为零时该按钮不可见；4由于按钮在此不需要完成复杂操作，无需编写脚本程序，根据实际情况，假设有需要可点击“脚本程序项，进入脚本程序编写窗口，完成相应程序的编写；4.2数据输入、输出的制作与连接1点击工具箱标签，拖拽适当大小，双击所画图形，出现如图8所示窗口， 图

13、8动画组态属性设置窗12在“输入输出连接一栏内打上相应的对勾，在此以“显示输出为例，勾上之后出现如图9所示对话框，可看出多出“显示输出设置项；图9动画组态属性设置窗23点击“显示输出项，在此对其设置如图10所示，点击下列图表达式项中问号，可在数据库选择需要显示的变量；图10 数据“显示输出设置4输入按钮连接与输出类同，指示选择按钮输入，并对其进展相应设置即可。4.3系统初始状态初始化状态默认为停顿状态，点击“开场实验按钮后，默认为自动调节状态，各变量初始值如表2所示：表2变量初始状态值set=0k=2ti=100td=0k1=4sv1=0ei=0e1=0e2=0ei1=0ma1=0ma=0op

14、o=0夹套sv=0op11=0op21=0out1=04.4循环程序编写'''''''''''''''''界面数值显示''''''''''''''''''''''''''夹套pv = TT2 内胆pv = TT1''''&#

15、39;''''''''''''主调节器数值处理''''''''''''''''''''''sv1 = 夹套svei=sv1 - TT2 '主调节器偏差'''''''''''''''''

16、开场实验''''''''''''''''''''''''''if set=1 then '主调节器增量式PID控制 q0=k*(ei-e1) '比例项 q1=0 '积分项 if ti<>0 then q1=k*0.3*ei/ti endif q2=k*td*(ei-2*e1+e2)/0.3 '微分项 e2=e1 e1=ei op11=opo+q0

17、+q1+q2'''''''''''''''''主调节器输出限幅'''''''''''''''''''''''''' if op11>=100 then op11=100 endif if op11<=0 then op11=0 endif op

18、o=op11 '''''''''''''''''副调节器数值处理'''''''''''''''''''''''''' 内胆sv=op11ei1=内胆sv - 内胆pv '副调节器偏差 op21=k1*ei1 '副调节器位置式PID控制(纯P

19、控制)'''''''''''''''''副调节器输出限幅'''''''''''''''''''''''''' if op21>=100 then op21=100 endif if op21<=0 then op21=0 endif'&

20、#39;'''''''''''''''手/自动切换'''''''''''''''''''''''''''''' if ma1=0 then ma=op21 out1=op21*50 else opo=ma op11=ma op21=ma out1=ma*50 endif''''''''''&#