加熱爐串級控制研究及設計

1、20142014屆本科畢業(yè)設計屆本科畢業(yè)設計( (論文論文) )答辯答辯設計題目：加熱爐串級控制研究與設計設計題目：加熱爐串級控制研究與設計專業(yè)：自動化專業(yè)：自動化班級：班級：姓名：姓名：西安建筑科技大學西安建筑科技大學匯報提綱：匯報提綱：1.1.設計背景設計背景2.2.設計任務及要求設計任務及要求3.3.設計內容及方法設計內容及方法4.4.設計成果設計成果5.5.設計總結設計總結設計任務及要求設計任務及要求1.深入了解設計要求,制定系統(tǒng)實現(xiàn)方案。設計模擬鍋爐裝置分布式控制系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)硬件控制原理圖一張（CAD圖）。 2.針對模擬鍋爐裝置對象，進行系統(tǒng)辨識，建立模型 3.設計系統(tǒng)I/O控制站

2、軟件，完成建模、辨識，達到控制要求。進行調節(jié)器參數(shù)的整定，要求穩(wěn)態(tài)無靜差。 4.熟悉監(jiān)控組態(tài)軟件，并使用其編寫上位機監(jiān)控程序，要求能完成顯示操作員主界面、數(shù)據(jù)修改界面、實時數(shù)據(jù)界面、歷史參數(shù)界面等功能。 5.進行系統(tǒng)的調試 設計方法及步驟設計方法及步驟1.1.了解并分析工藝流程進行系統(tǒng)控制方案設計，繪制了解并分析工藝流程進行系統(tǒng)控制方案設計，繪制控制方框圖控制方框圖2.2.系統(tǒng)硬件選型，繪制硬件原理圖系統(tǒng)硬件選型，繪制硬件原理圖3.3.系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計 （1 1）PLCPLC程序設計程序設計 （2 2）MCGSMCGS組態(tài)畫面設計組態(tài)畫面設計4.4.被控對象建模與辨識被控對象建模與辨識

3、5.5.調節(jié)器參數(shù)整定調節(jié)器參數(shù)整定設計方法及步驟設計方法及步驟1.了解并分析工藝流程進行系統(tǒng)控制方案設計，繪制控制方框圖n1.1加熱爐串級控制方案n加熱爐串級控制系統(tǒng)由主、副兩個回路組成。通過主溫度變送器將鍋爐夾套溫度進行轉換與設定值比較后送給主調節(jié)器，通過副溫度變送器將鍋爐內膽溫度進行轉換與主調節(jié)器輸出值比較后送給副調節(jié)器，副調節(jié)器輸出值控制加熱管給內膽水進行加熱，通過熱傳導將熱量傳給夾套，從而對夾套水溫進行控制。設計方法及步驟設計方法及步驟n1.2鍋爐夾套與內膽溫度串級控制方框圖主調節(jié)器副調節(jié)器調壓器鍋爐內膽鍋爐夾套溫度變送器溫度變送器一次干擾二次干擾+設定值設計方法及步驟設計方法及步驟

4、2.2.系統(tǒng)硬件選型，繪制硬件原理圖系統(tǒng)硬件選型，繪制硬件原理圖n2.1系統(tǒng)硬件選型名稱參數(shù)型號個數(shù)鍋爐無1磁力驅動泵 型號：16CQ-8P，流量：30升/分，揚程為8米，功率：180W，電壓AC220V 1三相SCR調壓器 電流：DC4-20 mA、電壓：DC1-5 V 1三相電加熱管 功率：1KW，電阻：50 3溫度傳感器 PT100鉑電阻，測溫范圍：-200+420 2變頻器 型號：SA-11型，額定電壓：AC220V 1智能調節(jié)儀表 型號：AI808型，電壓：AC220V 2S7-200PLC 型號：CPU224, 電壓：AC220V，I/O: 14/10 1EM235模擬量模塊 轉換

5、時間小于250us，穩(wěn)定時間：電壓100us,電流：0-20mA 1設計方法及步驟設計方法及步驟n2.2系統(tǒng)硬件原理圖設計方法及步驟設計方法及步驟設計方法及步驟設計方法及步驟n3.3.系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計n3.1PLC3.1PLC程序設計程序設計n3.1.13.1.1根據(jù)工藝流程確定中間變量地址根據(jù)工藝流程確定中間變量地址地址名稱地址名稱說明VD200主調節(jié)器過程變量 VD400副調節(jié)器過程變量0.0-0.1之間VD204主調節(jié)器給定值 VD404副調節(jié)器給定值0.0-0.1之間VD208主調節(jié)器輸出值 VD408副調節(jié)器輸出值 0.0-0.1之間VD212主調節(jié)器增益 VD412副調節(jié)器

6、增益 VD216主調節(jié)器采樣時間 VD416副調節(jié)器采樣時間SVD220主調節(jié)其積分時間 VD420副調節(jié)其積分時間MinVD224主調節(jié)器微分時間 VD424副調節(jié)器微分時間Min設計方法及步驟設計方法及步驟n3.1.2寄存器名稱功能AIW0鍋爐夾套溫度變送器信號輸入 AIW2鍋爐內膽溫度變送器信號輸入 AQW0PID輸出，用于控制三相SCR調壓器 SM0.0PLC處于RUN狀態(tài)時，SM0.0總為ON SM0.1初始掃描位，PLC由STOP轉換為RUN時的第一個掃描周期為“1”，之后一直為“0”。 M10.0功能相當于電器控制系統(tǒng)中的輔助繼電器 M10.1功能相當于電器控制系統(tǒng)中的輔助繼電器

7、 設計方法及步驟設計方法及步驟n3.1.3程序流程圖n根據(jù)控制方案編寫程序流程圖初始化PLC調用子程序每100ms調用一 次 中 斷 程序結束主程序開始結束開始子程序設計方法及步驟設計方法及步驟給副調節(jié)器設定輸出值中斷程序開始將副調節(jié)器輸出值換算為工程實際值讀取AIW0的值并標準化0-1之間設定溫度，給主調節(jié)器PID參數(shù)賦值是否需要手動調節(jié)進行PID運算主調節(jié)器輸出值賦給副調節(jié)器設定值給副調節(jié)器PID參數(shù)賦值讀取AIW2的值并標準化0-1之間進行PID運算是否需要手動調節(jié)送至AQW0經D/A轉換后輸出否是否是給副調節(jié)器設定值賦值結束設計方法及步驟設計方法及步驟n3.1.4程序編寫n通過STEP

8、7-Micro/WIN 編程軟件編寫PLC程序主程序LD SM0.1CALL SBR_0:SBR0子程序LD SM0.0MOVB 100, SMB34ATCH INT_0:INT0, 10ENI中斷程序Network1 主調節(jié)器賦值LD SM0.0MOVR VD104, VD204/R 100.0, VD204MOVR VD112, VD212MOVR 0.1, VD216MOVR VD120, VD220MOVR VD124, VD224Network2 讀取AIW0并標準化LD SM0.0ITD AIW0, AC0DTR AC0, AC0MOVR AC0, VD200/R 32000.0,

9、 VD200MOVR VD200, VD100*R 100.0, VD100設計方法及步驟設計方法及步驟Network3 自動LD M10.0PID VB200, 0Network4 手動LDN M10.0MOVR VD108, VD208/R 100.0, VD208Network5 副調節(jié)器賦值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 讀AIW2并標準化LD SM0.0ITD AIW2, AC1DTR AC1, AC1MOVR AC1, VD400/R 32000.0, VD400MOVR VD400, VD300*R 100.0, VD300Network7 自動LD M10.1PID VB400, 1Network8 手動LDN M10.1MOVR VD308, VD408/R 100.0, VD408Network9 輸出AQW0LD SM0.0MOVR VD408, VD308*R 100.0, VD308MOVR VD408, AC1*R 32000.0, AC1ROUND AC1, A

11、C1DTI AC1, AC1MOVW AC1, AQW0設計方法及步驟設計方法及步驟n3.2MCGS組態(tài)畫面設計n3.2.1實時數(shù)據(jù)窗口設計n根據(jù)PLC分配地址建立MCGS變量設計方法及步驟設計方法及步驟n3.2.2用戶窗口設計n本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，本窗口中包含了加熱爐串級控制監(jiān)控畫面，實時、歷史曲線，數(shù)據(jù)瀏覽畫面，退出試驗界面。設計方法及步驟設計方法及步驟n（1）加熱爐串級控制監(jiān)控畫面設計方法及步驟設計方法及步驟n（2）實時曲線與歷史曲線設計方法及步驟設計方法及步驟n（3）數(shù)據(jù)瀏覽畫面設計方法及步驟設計方法及步驟n3.2.3主控窗口和運行策略窗口設計n根據(jù)工藝需求設計主控

12、窗口與運行策略窗口設計方法及步驟設計方法及步驟n3.2.4設備窗口設計n建立PLC與MCGS的連接設計方法及步驟設計方法及步驟n4被控對象建模與辨識n4.1鍋爐內膽建模辨識n采用階躍響應曲線法對鍋爐內膽進行建模辨識圖4-1鍋爐內膽階躍響應擬合曲線及切線( )0.2562009 ,97 ,1.3(0)0.2yTss Kx971.3( )20091sG SeS特性參數(shù)：鍋爐內膽傳遞函數(shù)：設計方法及步驟設計方法及步驟n4.2鍋爐夾套建模辨識n仍采階躍用響應曲線法對鍋爐夾套進行建模辨識圖4-2鍋爐夾套階躍響應擬合曲線及切線( )0.243760 ,353 ,1.2(0)0.2yTss Kx3531.2

13、( )37601sG SeS特性參數(shù)鍋爐夾套傳遞函數(shù)：設計方法及步驟設計方法及步驟n5.調節(jié)器參數(shù)整定n5.1副調節(jié)器參數(shù)整定n根據(jù)響應曲線法中的PID整定公式，副調節(jié)器采用比例（P）調節(jié)得000971.30.0632009115.9pPT PKP設計方法及步驟設計方法及步驟n將整定好的參數(shù)輸入副調節(jié)器，階躍性改變副調節(jié)器設定值（主調節(jié)器輸出值），得到鍋爐溫度響應曲線（圖中綠色曲線）圖5-1鍋爐單回路動態(tài)響應設計方法及步驟設計方法及步驟n5.2主調節(jié)器參數(shù)整定n將已經整定好的副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，按單回路對主調節(jié)器進行一次參數(shù)整定。 圖5-2主調節(jié)器參數(shù)整定擬合曲線及切線000( )0.

14、231717 ,280 ,1.15(0)0.2yTss Kx特性參數(shù)：設計方法及步驟設計方法及步驟00 01.1 280 1.151.10.211717PT P根據(jù)響應曲線法中的PID整定公式，用PI調節(jié)得：015,3.315.4minpiKTP根據(jù)響應曲線法中的PID整定公式，主調節(jié)器采用PID調節(jié) 00 00.85 280 1.150.850.191437PTP0015.3,29.3min,0.52.3minpidKTTP將整定好的主、副調節(jié)器參數(shù)輸入，進行系統(tǒng)調試。由于微分的存在，主調節(jié)器輸出值波動較大，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。（舍棄）設計方法及步驟設計方法及步驟n將整定好的主、副調節(jié)器參數(shù)輸入，

15、進行系統(tǒng)調試。圖5-3加熱爐串級控制溫度響應曲線畢業(yè)設計成果畢業(yè)設計成果1. 1. 通過查找相關資料了解了加熱爐串級通過查找相關資料了解了加熱爐串級控制系統(tǒng)的構成及工作原理控制系統(tǒng)的構成及工作原理，設計了模設計了模擬鍋爐裝置分布式系統(tǒng)并畫出了系統(tǒng)硬擬鍋爐裝置分布式系統(tǒng)并畫出了系統(tǒng)硬件控制原理圖件控制原理圖2.2.設計了系統(tǒng)設計了系統(tǒng)I/OI/O控制站軟件及組態(tài)監(jiān)控控制站軟件及組態(tài)監(jiān)控軟件軟件3.3.完成了建模與辨識和調節(jié)器參數(shù)整定完成了建模與辨識和調節(jié)器參數(shù)整定4.4.進行了系統(tǒng)調試進行了系統(tǒng)調試總結總結1. 1. 本設計在分析了本設計在分析了加熱爐特點和控制要求的前加熱爐特點和控制要求的前提下，查閱相關文獻資料，設計了基于提下，查閱相關