基于PLC控制的鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文說明書

1、 . . . 基于PLC控制的鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 引言11 技術(shù)綜述自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以與自動控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器與儀器儀表，在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 目前，國外溫度控制系統(tǒng)與儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。 溫度控制系統(tǒng)在國各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比，仍然有著較大的差距

2、。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平。成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制與常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少?，F(xiàn)在，我國在溫度等控制儀表業(yè)與國外還有著一定的差距。 溫度控制系統(tǒng)大致可分別用3種方式實(shí)現(xiàn)，一種是用儀器儀表來控制溫度，這種方法控制的精度不高。另一種是基于單片機(jī)進(jìn)行PID控制，然而單片機(jī)控制的DDC 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜, 特別是涉與到邏輯控制方面更不是其長處, 而PLC 在這方面卻是公認(rèn)的最佳選擇。隨著PLC功能

3、的擴(kuò)充在許多PLC控制器中都擴(kuò)充了PID控制功能。因此本設(shè)計(jì)選用西門子S7-300PLC來控制加熱爐的溫度。12 系統(tǒng)工作原理加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖1-1所示，它由PLC主控系統(tǒng)、固態(tài)繼電器、加熱爐、溫度傳感器等4個部分組成。PID控制器D/A固態(tài)繼電器加熱爐A/D溫度傳感器PLC主控系統(tǒng)SV PV圖1-1 加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本組成加熱爐溫度控制實(shí)現(xiàn)過程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號，PLC主控系統(tǒng)部的A/D將送進(jìn)來的電壓信號轉(zhuǎn)化為西門子S7-300PLC可識別的數(shù)字量，然后 PLC將系統(tǒng)給定的溫度值與反饋回來的溫度值進(jìn)行比較并經(jīng)過PID運(yùn)算處理后，給固態(tài)繼電器輸入端

4、一個控制信號控制固態(tài)繼電器的輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開始加熱或停止加熱。既加熱爐溫度控制得到實(shí)現(xiàn)。其中PLC主控系統(tǒng)為加熱爐溫度控制系統(tǒng)的核心部分起著重要作用。13系統(tǒng)組成本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示。上位機(jī)S7-300PLC控制器固態(tài)繼電器電阻爐溫度傳感器圖1-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由圖1-2可知，溫度傳感器采集到數(shù)據(jù)后送給S7-300PLC，S7-300PLC通過運(yùn)算后給固態(tài)繼電器一個控制信號從而控制加熱爐的導(dǎo)通與否。上位機(jī)是編寫PLC程序以與監(jiān)控溫度的變化。14系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)與技術(shù)要求本系統(tǒng)應(yīng)能夠控制在設(shè)定值的±5的誤差圍并且具有溫度上下限報(bào)警功能和故障報(bào)警功能。由學(xué)校提供，模擬真實(shí)

5、鍋爐的溫度檢測和控制模塊，可自行將010V模擬信號轉(zhuǎn)化為占空比對鍋爐進(jìn)行加熱。輸出的模擬信號也是010V，鍋爐外接24V直流電源。2 下位機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用控制裝置。本系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)分為PLC的軟件和工控機(jī)的軟件設(shè)計(jì)兩部分

6、，其中下位機(jī)使用的軟件為siemens公司的step7。本章主要介紹西門子S7-300系列PLC以與其它硬件的組成與選型。21 硬件接線圖硬件接線圖如下圖2-1。SB1SB2SB3SB5SB4SB6SQ1SQ224V CPU314-2DP PLC I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7COM1Q4.0Q4.1Q4.2Q4.3Q4.4Q4.5Q4.6COM2Q5.0Q5.1Q5.2Q5.3Q5.4Q5.5Q5.6COM3PQW305comPIW288傳感器加熱管220VFU1圖2-1 硬件接線圖22 傳感器溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。溫

7、度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。根據(jù)美國儀器學(xué)會的調(diào)查，1990年，溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀(jì)初伽利略發(fā)明溫度計(jì)開始，人們開始利用溫度進(jìn)行測量。真正把溫度變成電信號的傳感器是1821年由德國物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，這就是后來的熱電偶傳感器。50年以后，另一位德國人西門子發(fā)明了鉑電阻溫度計(jì)。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。這里我們主要介紹熱電阻和熱電偶。2.2.1 熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度測量元件。熱電

8、阻是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。當(dāng)電阻值變化時，二次儀表便顯示出電阻值所對應(yīng)的溫度值。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精度是最高的。鉑熱電阻根據(jù)使用場合的不同與使用溫度的不同，有云母、瓷、簿膜等元件。作為測溫元件，它具有良好的傳感輸出特性，通常和顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)儀以與其它智能模塊或儀表配套使用，為它們提供精確的輸入值。若做成一體化溫度變送器，可輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號或0-10V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，使用起來更為方便。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅。此外，現(xiàn)在已開始采用鉻、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。根據(jù)使用場合的不

9、同，熱電阻也有鎧裝式熱電阻、裝配式熱電阻、隔爆式熱電阻等種類，與熱電偶類似。鉑電阻的工作原理是，在溫度作用下，鉑熱電阻絲的電阻值隨溫度變化而變化，且電阻與溫度的關(guān)系即分度特性符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。分度號Pt100的含義為在0時的名義電阻值為100，目前使用的一般都是這種鉑熱電阻。此外還有Pt10、Pt200、Pt500和Pt1000等鉑熱電阻，Cu50、Cu100的銅熱電阻等。2.2.2 熱電偶工業(yè)熱電偶作為測量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用，它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中不同圍的溫度。若配接輸出4-20mA、0-10V等標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號的溫度變送器，使用更加方便、可靠。

10、對于實(shí)驗(yàn)室等短距離的應(yīng)用場合，可以直接把熱電偶信號引入PLC進(jìn)行測量。熱電偶的工作原理是,兩種不同成份的導(dǎo)體,兩端經(jīng)焊接，形成回路，直接測量端也叫工作端（熱端），接線端子端也叫冷端，當(dāng)熱端和冷端存在溫差時，就會在回路里產(chǎn)生熱電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)；接上顯示儀表，儀表上就會指示所產(chǎn)生的熱電動勢的對應(yīng)溫度值，電動勢隨溫度升高而增長。熱電動勢的大小只和熱電偶的材質(zhì)以與兩端的溫度有關(guān)，而和熱電偶的長短粗細(xì)無關(guān)。根據(jù)使用場合的不同，熱電偶有鎧裝式熱電偶、裝配式熱電偶、隔爆式熱電偶等種類。裝配式熱電偶由感溫元件（熱電偶芯）、不銹鋼保護(hù)管、接線盒以與各種用途的固定裝置組成。鎧裝式熱電偶比裝配式熱電偶具有

11、外徑小、可任意彎曲、抗震性強(qiáng)等特點(diǎn)，適宜安裝在裝配式熱電偶無法安裝的場合，它的外保護(hù)管采用不同材料的不銹鋼管，可適合不同使用溫度的需要，部充滿高密度氧化絕緣體物質(zhì)，非常適合于環(huán)境惡劣的場合。隔爆式熱電偶通常應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體的場合，如果使用普通熱電偶極易引起氣體爆炸，則在這種場合必須使用隔爆熱電偶。熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微

12、的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程，如燃燒和爆炸過程等。對一般的工業(yè)應(yīng)用來說，為了保護(hù)感溫元件避免受到腐蝕和磨損，總是裝在厚厚的護(hù)套里面，外觀就顯得笨大，對于溫度場的反應(yīng)也就遲緩得多。使用熱電偶的時候，必須消除環(huán)境溫度的波動對測量帶來的影響。有的把它的自由端放在不變的溫度場中，有的使用冷端補(bǔ)償器抵消這種影響。當(dāng)測量點(diǎn)遠(yuǎn)離儀表時，還需要使用熱電勢率和熱電偶相近的導(dǎo)線來傳輸信號，這種導(dǎo)線稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。 本設(shè)計(jì)選用鎳鉻-鎳硅N型熱電偶，選用其型號為WRM-101。23PLC的基本概念可編程序控制器簡稱為PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。P

13、LC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其它領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動化設(shè)備中的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。2.3.1 S7-300簡介S7-300是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求。品種繁多的CPU模塊、信號模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時更換模塊也很方便。S7-300有很高的電磁兼容性和抗振動抗沖擊能力，有350多條指令，其編程軟件STEP7功能強(qiáng)大，可以使用多種編程語言。S7-300采用緊湊的、無槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，各個模塊都安裝在導(dǎo)軌上，用螺栓鎖緊即可。2.3.2 模塊式PLC的基本結(jié)構(gòu)這

14、里我們主要介紹的是西門子S7-300，S7-300屬于模塊式PLC。西門子的PLC以其極高的性價比，在國占有很大的市場份額，在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。S7-300模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝的機(jī)架上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計(jì)算機(jī)、其它PLC或其它設(shè)備通信。圖2-2是PLC控制系統(tǒng)的示意圖。接觸器電磁閥指示燈電源接口模塊其他設(shè)備其他PLC計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展機(jī)架CPU模塊通信模塊輸出模塊電源模塊輸入模塊圖2-2 PLC控制系統(tǒng)示意圖CPU模塊：CPU模塊主

15、要由微處理器和存儲器組成，S7-300將CPU模塊簡稱為CPU。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，模塊中的存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。信號模塊：輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊一般簡稱為I/O模塊，開關(guān)量輸入/輸出模塊簡稱為DI模塊和DO模塊，模擬量輸入/輸出模塊簡稱為AI模塊和AO模塊，在S7-300中統(tǒng)稱為信號模塊。信號模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號

16、；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制電動調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。在信號模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC的部電路和外部的輸入、輸出電路。功能模塊：為了增強(qiáng)PLC的功能，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，PLC廠家開發(fā)了各種各樣的功能模塊。主要用于完成某些對實(shí)時性和存儲容量要求很高的控制任務(wù)。接口模塊：CPU模塊所在的機(jī)架稱為中央機(jī)架，如果一個機(jī)架不能容納全部模塊，可以增設(shè)一個或多個擴(kuò)展機(jī)架。接口模塊用來實(shí)現(xiàn)中

17、央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴(kuò)展機(jī)架供電。通信處理器：通信處理器用于PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于點(diǎn)對點(diǎn)通信。電源模塊：PLC一般使用AC 220V電源或DC 24V電源，電源模塊用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC 24V和背板總線上的DC 5V電壓，供其他模塊使用。編程設(shè)備：S7-300使用安裝了編程軟件STEP7的個人計(jì)算機(jī)作為編程設(shè)備，在計(jì)算機(jī)屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將

18、PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程。編程軟件還具有對網(wǎng)絡(luò)和硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控和故障診斷等功能。24硬件配置2.4.1 s7-300硬件配置（1） 如圖2-4，選中一槽，并雙擊SIMATIC300PS300中的PS 307 5A（電源模塊）。（2） 2號槽為CPU模塊，選用CPU314C-2DP。（3） 3號槽為空。（4） 如圖2-5，選中4槽，并選擇“SM-300-DI-300-SM 321 DI16×DC24”并雙擊，完成數(shù)字量輸入模塊的配置。圖2-4 電源模塊圖2-5 數(shù)字量輸入模塊圖2-6 數(shù)字量輸出模塊圖2-7 脈沖信號設(shè)置（5）

19、 如圖2-6，選中5槽，選擇“SM-300-DO-300-SM 322 DO16×DC24V/0.5A”并雙擊，完成數(shù)字量輸出模塊的配置。（6）如圖2-7，將M3.0M3.7設(shè)置為脈沖信號。2.5 I/O分配表表2-1 I/O分配表輸入I0.0啟動按鈕I0.1停止按鈕I0.2進(jìn)水閥開關(guān)AI0.3出水閥開關(guān)AI0.4進(jìn)水閥開關(guān)BI0.5出水閥開關(guān)BI0.6上限位開關(guān)I0.7下限位開關(guān)PIW288檢測溫度輸出Q4.0鍋爐加熱指示燈Q4.1溫度溢出指示燈Q4.2超溫報(bào)警指示燈Q4.3低溫報(bào)警指示燈Q4.4調(diào)節(jié)器AQ4.5進(jìn)水閥AQ4.6出水閥AQ5.0正常運(yùn)行指示燈Q5.1停止運(yùn)行指示燈Q

20、5.2高水位報(bào)警指示Q5.3低水位報(bào)警指示Q5.4調(diào)節(jié)器BQ5.5進(jìn)水閥BQ5.6出水閥BPQW305加熱器驅(qū)動3下位機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 PID控制器PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量來進(jìn)行控制。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時、控制理論的其它技術(shù)難以采用時,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時,最適合采用PID控制技術(shù)。3.1.1 PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心容。它是根據(jù)被

21、控過程的特性，確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多,概括起來有理論計(jì)算整定法和工程整定法，其中工程整定法主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。本設(shè)計(jì)選用臨界比例法，利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩,記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。3.1.2 PID控制器的主要優(yōu)點(diǎn)PID控制器成為應(yīng)用最廣泛的控制器，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）PID算法蘊(yùn)涵了動態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在、

22、將來的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。（2）PID控制適應(yīng)性好，有較強(qiáng)的魯棒性，對各種工業(yè)應(yīng)用場合，都可在不同的程度上應(yīng)用。特別適于“一階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”和“二階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”的過程控制對象。（3）PID算法簡單明了，各個控制參數(shù)相對較為獨(dú)立，參數(shù)的選定較為簡單，形成了完整的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整方法，很容易為工程技術(shù)人員所掌握。 （4）PID控制根據(jù)不同的要求，針對自身的缺陷進(jìn)行了不少改進(jìn)，形成了一系列改進(jìn)的PID算法。這些改進(jìn)算法在一些應(yīng)用場合取得了很好的效果。同時當(dāng)今智能控制理論的發(fā)展，又形成了許多智能PID控制方法。3.1.3 PID控制器的選取PID控制器的性能和處理速度只與所采用的CP

23、U的性能有關(guān)。對于任意給定的CPU，控制器的數(shù)量和每個控制器被調(diào)用的頻率是相互矛盾的。控制環(huán)執(zhí)行的速度，也即在每個時間單元操作值必須被更新的頻率決定了可以安裝的控制器的數(shù)量。對要控制的過程類型沒有限制，遲延系統(tǒng)（溫度、液位等）和快速系統(tǒng)（流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速等）都可以作為被控對象。過程分析時應(yīng)注意：控制過程的靜態(tài)性能（比例）和動態(tài)性能（時間延遲、死區(qū)和重設(shè)時間等）對被控過程控制器的構(gòu)造和設(shè)計(jì)以與靜態(tài)（比例）和動態(tài)參量（積分和微分）的維數(shù)選取有著很大的影響。準(zhǔn)確地了解控制過程的類型和特性數(shù)據(jù)是非常必要的?？刂破鬟x取時應(yīng)注意：控制環(huán)的特性由被控過程或被控機(jī)械的物理特性決定，并且設(shè)計(jì)中可以改變的程度不是很

24、大。只有選用了最適合被控對象的控制器并使其適應(yīng)過程的響應(yīng)時間，才能得到較高的控制質(zhì)量。不用通過編程就可以生成控制器的大部分功能（構(gòu)造、參數(shù)設(shè)置和在程序中的調(diào)用等），前提是必須已經(jīng)掌握STEP 7的編程基礎(chǔ)知識。3.1.4 PID參數(shù)的設(shè)定 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)是根據(jù)控制對象的慣量來確定的。大慣量如大烘房的溫度控制，一般P可在10以上，I=3-10，D=1左右。小慣量如一個小電機(jī)帶一個水泵進(jìn)行壓力閉環(huán)控制，一般只用PI控制，P=1-10，I=0.1-1，D=0，這些要在現(xiàn)場調(diào)試時進(jìn)行修正，主要是靠經(jīng)驗(yàn)與對生產(chǎn)工藝的熟悉，參考對測量值的跟蹤與設(shè)定值的曲線，從而調(diào)整P、I、D的大小。3.1.5 閉環(huán)控制

25、系統(tǒng)特點(diǎn)PID就是應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制器。如圖3-1所示系統(tǒng)是用于電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)定值為期望的加熱爐溫度，閉環(huán)控制器的反饋值通過溫度傳感器測得，并經(jīng)A/D變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；目標(biāo)設(shè)定值與溫度傳感器的反饋信號相減，其差送入PID控制器，經(jīng)比例、積分、微分運(yùn)算，得到疊加的一個數(shù)字量；該數(shù)字量經(jīng)過上限、下限限位處理后進(jìn)行D/A變換，輸出一個電壓信號去控制固態(tài)繼電器，以控制加熱爐的溫度。該系統(tǒng)的PID控制器一般采用PLC提供的專用模塊（本系統(tǒng)采用FB58模塊），也可以采用編程的方法（如PLC編程、高級語言編程或組態(tài)軟件編程等）生成一個數(shù)字PID控制器。同

26、時，其它功能如A/D、D/A都由PLC實(shí)現(xiàn)，加熱爐的反饋信號直接送PLC采集，控制固態(tài)繼電器的電壓信號也由PLC送出，從而控制加熱爐的溫度。 控制下限D(zhuǎn)/A固態(tài)繼電器加熱爐溫度傳感器控制上限比例積分微分目標(biāo)設(shè)定值A(chǔ)/DError圖3-1電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例運(yùn)行PLC初始化指示燈初始化PID設(shè)定溫度設(shè)定PID值讀入溫度并轉(zhuǎn)換把實(shí)際溫度存放于MD30調(diào)用PID指令輸出PID值3.2 S7-300程序設(shè)計(jì)流程圖圖3-2 設(shè)計(jì)流程圖3.3 基于PLC的軟件設(shè)計(jì)FB41是S7-300系統(tǒng)自帶的PID運(yùn)算控制模塊。在P,I,D這三種控制作用中，比例部分與誤差部分信號在時間上時一致的，

27、只要誤差一出現(xiàn)，比例部分就能與時地產(chǎn)生與誤差成正比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)與時的特點(diǎn)。比例系數(shù)越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高；但是對于大多數(shù)的系統(tǒng)來說，比例系數(shù)過大，會使系統(tǒng)的輸出振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。調(diào)節(jié)器中的積分作用與當(dāng)前誤差的大小和誤差的歷史情況都有關(guān)系，只要誤差不為零，控制器的輸出就會因積分作用而不斷變化，一直要到誤差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，積分部分才不再變化，因此，積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但是積分作用的動作緩慢，可能給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性代來不良影響，因此很少單獨(dú)使用。積分時間常數(shù)增大時，積分作用減弱，系統(tǒng)的動態(tài)性能（穩(wěn)定性）可能有所改善，但是，消除穩(wěn)態(tài)誤差的

28、速度減慢。根據(jù)誤差變化的速度（即誤差的微分），微分部分提前給出較大的調(diào)節(jié)作用，微分部分反映了系統(tǒng)變化的趨勢，它較比例調(diào)節(jié)更為與時，所以微分部分具有預(yù)測的特點(diǎn)。微分時間常數(shù)增大時，超調(diào)量減小，動態(tài)性能得到改善，但抑制高頻干擾的能力下降。如果微分時間常數(shù)過大，系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)值時上升緩慢。采樣時間按常規(guī)來說應(yīng)越小越好，但是時間間隔過小時，會增加CPU的工作量，相鄰兩次采樣的差值幾乎沒有什么變化，所以也不易將此時間取的過小，另外，假如此項(xiàng)取比運(yùn)算時間短的時間數(shù)值，則系統(tǒng)無法執(zhí)行。S7-300PLC自帶的FB41默認(rèn)的采樣時間是0.1秒，而OB1的循環(huán)掃描時間一般遠(yuǎn)低于0.1秒，而且不固定，故一般

29、在OB35（默認(rèn)0.1秒周期執(zhí)行）中調(diào)用。3.3.1FB41部分端口定義EN：使能，高電平有效COM_RST：初始化，高電平清除所用中間值與輸出值MAN_ON：高電平手動工作，低電平閉環(huán)工作P_SEL、I_SEL、D_SEL：PID三種運(yùn)算使能，高電平采用該運(yùn)算CYCLE：采樣時間，一般取100MSGAIN：比例參數(shù),實(shí)數(shù)TI、TD：積分、微分參數(shù)，時基為1MS的32位整數(shù)SP_INT：給定值，實(shí)數(shù)PV_IN：反饋值，實(shí)數(shù)DEADB：死區(qū)，差值的百分?jǐn)?shù)LMN_PER：PID運(yùn)算輸出，0-6C003.3.2控制程序（1）初次上電，讀入模擬信號，并把數(shù)值轉(zhuǎn)化顯示鍋爐的當(dāng)前電壓，判斷爐溫是否在正常圍

30、，打亮正常運(yùn)行指示燈/溫度越上限報(bào)警指示燈。（2） 輸入設(shè)定溫度、把設(shè)定溫度、P值、I值、D值都導(dǎo)入PID、每100ms中斷一次子程序進(jìn)行PID運(yùn)算。(3) 輸出限幅：因?yàn)镻LC模擬量輸出電壓圍為0-10V(0-600)，而加熱驅(qū)動器輸入電壓圍為0-5V。4 控制系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)某高校鍋爐控制系統(tǒng)上位機(jī)使用SIEMENS公司丌發(fā)的與STEP7-300配套的上位機(jī)開發(fā)軟件，并使用MPI卡與下位機(jī)STEP7之間的通信，同時為了適應(yīng)現(xiàn)在集約型自動化控制的需要，采用與WINCC配套的WEB NAVIGATOR軟件來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程WEB瀏覽功能，從而可以進(jìn)行遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)測與控制。4.1 WINCC軟件介紹WINC

31、C(Windows Control Center)是SIEMENS公司的一種功能強(qiáng)大的工業(yè)控制軟件，是“真正開放的”人機(jī)界面SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))軟件。它是第一個使用最新的32位技術(shù)的過程監(jiān)控系統(tǒng)，具有良好的開放性和靈活性、分布式多任務(wù)的特點(diǎn)，適合于對過程事件的快速反應(yīng)。無論是單用戶系統(tǒng)還是冗余多服務(wù)器/多用戶系統(tǒng)、還是針對復(fù)雜的或特定的任務(wù)，WINCC均能夠很好的處理；WINCC集成ODBC/SQL數(shù)據(jù)庫，具有OLE，ActiveX，OPC等標(biāo)淮接口、開放的API程序接口以與針對所有主要PLC廠商的通訊接口程序。WINCC編程語言為ANSI C語言，易于組態(tài)，能夠在組態(tài)和在線運(yùn)

32、行環(huán)境中切換語言；WINCC支持分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有廣泛的應(yīng)用，可以連接到已存在的自動化環(huán)境中；WINCC是模塊化結(jié)構(gòu)，可運(yùn)行于Windows98/2000或NT，用戶只需要選擇購買應(yīng)用所需要的部分。WINCC具有控制自動化過程的強(qiáng)大功能，是基于個人計(jì)算機(jī)、同時具有極高性價比的SCADA級的操作監(jiān)控系統(tǒng)。WINCC容易結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的和用戶的程序建立人機(jī)界面，精確的滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。系統(tǒng)集成商可應(yīng)用WINCC作為其系統(tǒng)擴(kuò)展的基礎(chǔ)，通過開放接口開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。4.1.2 WINCC的特點(diǎn)1強(qiáng)大的圖形組態(tài)功能：WINCC組態(tài)軟件以Microsoft Windows平臺作為操作平臺，充分利用了Windo

33、ws圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)。WINCC的圖形編輯器提供了強(qiáng)大的圖形庫，設(shè)計(jì)人員可高效快捷地繪制出各種工藝畫面，并可方便進(jìn)行編輯，使采用PC機(jī)比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，減少了工控軟件開發(fā)者的重復(fù)工作。另外WINCC支持豐富的動畫連接如“閃爍”、“旋轉(zhuǎn)”、“填充”、“移動”等，使畫面生動直觀。2支持腳本語言：從使用腳本語方面，組態(tài)軟件均使用腳本語言提供二次開發(fā)。腳本語言也稱命令語言、控制語言。用戶可根據(jù)自己需要編寫程序。組態(tài)軟件在腳本語言功能與提供的腳本函數(shù)數(shù)量上不斷提高。WINCC部提供了很多標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)和部函數(shù)，編程人員可直接調(diào)用這些函數(shù)，另外WINCC提供

34、C腳本編輯器，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)任務(wù)自行設(shè)計(jì)項(xiàng)目函數(shù)，或修改標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)和部函數(shù)。3全集成自動化：WINCC與SIMATIC產(chǎn)品家族中的組件一起使用時可能進(jìn)行廣泛的集成。這種集成有利于：全局組態(tài)和編程；全局?jǐn)?shù)據(jù)維護(hù)；全局通訊。因此，在使用WINCC進(jìn)行工作時，可對STEP7中所定義的符號表直接進(jìn)行訪問。在用戶S7自動化系統(tǒng)中可用的所有變量的列表將顯示在WINCC變量選擇對話框中。用戶既可從該列表選擇所需的變量，也可在WINCC中重新創(chuàng)建變量。4開放性：WINCC提供了開放的界面用于用戶解決方案，這使得將WINCC集成入復(fù)雜、廣泛的自動控制解決方案成為可能?？梢约赏ㄟ^ODBC和SOL方式的歸檔數(shù)據(jù)訪問

35、，以與通過OLE2。和ActiveX控件的對象和文檔的。5強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫：組態(tài)軟件均有一個實(shí)時數(shù)據(jù)庫作為整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)組織和管理的核心。負(fù)責(zé)整個應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、報(bào)警處理，完成與過程的雙向數(shù)據(jù)通訊。WINCC通過變量記錄和報(bào)警記錄等編輯器對過程值進(jìn)行歸檔，自動存入數(shù)據(jù)庫。6豐富的功能模塊：組態(tài)軟件以模塊形式掛接在基本模塊上，互相獨(dú)立提高了系統(tǒng)可靠性和可擴(kuò)展性。WINCC利用圖形編輯器、變量記錄編輯器、報(bào)警記錄編輯器、報(bào)表編輯器和腳本編輯器等功能模塊，完成實(shí)時監(jiān)控、報(bào)表生成、實(shí)時曲線、歷史曲線、提供報(bào)警等功能。4.1.3 項(xiàng)目組態(tài)本系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件選用西門子工控組態(tài)軟

36、件WINCC SP2 70英文版設(shè)計(jì)。WINCC是用于Microsoft Windows NT和Windows 2000的一種高效HMI(Human Machine Interface。人機(jī)界面)的組態(tài)工具。其自動化過程(As)保持對過程的實(shí)際控制，一方面實(shí)現(xiàn)WINCC和操作員之間的通訊，另一方面，實(shí)現(xiàn)WINCC和自動化系統(tǒng)之問的通訊。系統(tǒng)上位機(jī)由兩個操作站構(gòu)成，兩臺操作員站具有同樣的功能并互為備用，當(dāng)一臺操作站死機(jī)，另一臺操作站可完全替代它的功能。操作站設(shè)置的畫面有鍋爐系統(tǒng)流程圖，分系統(tǒng)流程圖，可形象的顯示整個鍋爐系統(tǒng)的控制過程，另外還設(shè)計(jì)有總貌畫面、報(bào)警顯示畫面、棒圖顯示畫面，報(bào)表打印畫面

37、、實(shí)時趨勢、歷史趨勢畫面和系統(tǒng)自檢畫面等。監(jiān)控系統(tǒng)完成的任務(wù)如下：1參數(shù)設(shè)定：對模擬量標(biāo)度變換參數(shù)的設(shè)定以與控制回路中控制參數(shù)設(shè)定。2數(shù)據(jù)監(jiān)視：監(jiān)視每臺鍋爐運(yùn)行汽包水位、蒸汽壓力、爐膛負(fù)壓、爐膛溫度、出水流量等模擬量參數(shù)以與電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出電壓、電流信號的變化。數(shù)據(jù)以直接顯示、趨勢圖和在線表格三種形式顯示在圖形界面上供用戶查看。3數(shù)據(jù)歸檔：所有模擬量信號均通過變量記錄編輯器進(jìn)行短期歸檔，而對于一些重要參數(shù)(如汽包水位)和統(tǒng)計(jì)量(如耗煤量、蒸汽流量等)則需長期歸檔。4報(bào)警記錄：系統(tǒng)中采集到的模擬量信號都必須設(shè)定上下限，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中模擬量發(fā)生超限報(bào)警時，報(bào)警記錄編輯器記錄報(bào)警時間，并提示報(bào)警信息

38、。對于超溫超壓報(bào)警，必要時要停止風(fēng)機(jī)和水泵等電機(jī)。5報(bào)表打?。篧INCC通過報(bào)表編輯器產(chǎn)生趨勢圖、報(bào)警記錄和數(shù)據(jù)記錄報(bào)表等。自動記錄交接班情況，記錄每一班鍋爐運(yùn)行時間，實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)記錄，報(bào)警記錄的打印，班（日）報(bào)、月報(bào)報(bào)表記錄與打印，耗煤量、供熱量、統(tǒng)計(jì)與打印等。4.2系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)WINCC在組態(tài)期間，界面系統(tǒng)用于創(chuàng)建在運(yùn)行系統(tǒng)中對過程進(jìn)行顯示的畫面。界面系統(tǒng)由組態(tài)和運(yùn)行期組件組成。圖形編輯器是界面系統(tǒng)的組態(tài)組件，它用于創(chuàng)建畫面的編輯器。圖形運(yùn)行系統(tǒng)是界面系統(tǒng)的運(yùn)行組件，它將顯示運(yùn)行系統(tǒng)中的畫面上的圖片，并管理所有的輸入與輸出。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的任務(wù)，本系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)很多圖形界面，下面是具體實(shí)現(xiàn)

39、步驟：1. 啟動WINCC,建立新的WINCC項(xiàng)目，如圖4-1所示：圖4-1 建立WINCC項(xiàng)目2. 在變量管理中右鍵擊選擇添加新的PLC驅(qū)動程序，選擇支持S7協(xié)議的通信驅(qū)動程序SIMATICS7ProtocolSuite.chn添加到變量管理器如圖4-2所示：圖4-2 添加S7協(xié)議的通信驅(qū)動程序3.在WINCC瀏覽器窗口，打開“圖形編輯器”，如圖4-3，創(chuàng)建鍋爐供熱控制系統(tǒng)過程畫面。圖4-3 圖形編輯器畫面4.創(chuàng)建鍋爐供熱控制系統(tǒng)過程畫面。完成控制對象的過程畫面.組態(tài)控制對象的動態(tài)屬性。如圖4-4所示：圖4-4 WINCC控制界面按照表4-1在WINCC上組態(tài)完畢各個樓層的外部顯示裝置以與控

40、制按鈕。下圖是WINCC上對各個按鈕的詳細(xì)說明。表4-1 全部部變量與過程變量表序號變量數(shù)據(jù)類型備注1x1部變量無符號16位數(shù)B水寬12x1_1部變量無符號16位數(shù)B水高13x1_2部變量無符號16位數(shù)B水寬24x1_3部變量無符號16位數(shù)B水高25x1_4部變量無符號16位數(shù)B水寬36x1_5部變量無符號16位數(shù)B水高37x部變量無符號16位數(shù)B水寬1的x軸8x_1部變量無符號16位數(shù)B水高1的y軸9x_2部變量無符號16位數(shù)B水寬2的x軸10x_3部變量無符號16位數(shù)B水高2的y軸11xa部變量無符號16位數(shù)A水寬112xa_1部變量無符號16位數(shù)A水高113xa_2部變量無符號16位數(shù)A

41、水寬214xa_3部變量無符號16位數(shù)A水高315xa_4部變量無符號16位數(shù)A水寬416xa_5部變量無符號16位數(shù)A水高517xa_6部變量無符號16位數(shù)出水A寬18ya部變量無符號16位數(shù)A水寬1的x軸19ya_1部變量無符號16位數(shù)A水高1的y軸20ya_3部變量無符號16位數(shù)A水高3的y軸21ya_4部變量無符號16位數(shù)A水寬4的x軸22ya_6部變量無符號16位數(shù)出水A寬的x軸23xb部變量無符號16位數(shù)出水B寬24Xb_1部變量無符號16位數(shù)出水B高25yewei部變量無符號16位數(shù)液位高26yewei_1部變量無符號16位數(shù)液位Y軸27M2.0過程變量二進(jìn)制啟動28M2.1過程

42、變量二進(jìn)制停止29M0.1過程變量二進(jìn)制超水位限位開關(guān)30M0.2過程變量二進(jìn)制低水位限位開關(guān)31M0.5過程變量二進(jìn)制進(jìn)水開關(guān)A32M0.6過程變量二進(jìn)制出水開關(guān)A33M0.7過程變量二進(jìn)制進(jìn)水開關(guān)B34M1.0過程變量二進(jìn)制出水開關(guān)B35A4.0過程變量二進(jìn)制加熱指示燈36A4.1過程變量二進(jìn)制溫度溢出指示燈37A4.2過程變量二進(jìn)制高溫報(bào)警指示38A4.3過程變量二進(jìn)制低溫報(bào)警指示39A4.4過程變量二進(jìn)制調(diào)節(jié)器A40A4.5過程變量二進(jìn)制進(jìn)水閥A41A4.6過程變量二進(jìn)制出水閥A42A5.0過程變量二進(jìn)制運(yùn)行指示燈43A5.1過程變量二進(jìn)制停止運(yùn)行指示燈44A5.2過程變量二進(jìn)制超水位

43、指示45A5.3過程變量二進(jìn)制低水位指示46A5.4過程變量二進(jìn)制調(diào)節(jié)器B47A5.5過程變量二進(jìn)制進(jìn)水閥B48A5.6過程變量二進(jìn)制出水閥B對控制按鈕的設(shè)置主要是使其能夠用鼠標(biāo)左鍵來控制，當(dāng)鼠標(biāo)按下時相當(dāng)于對PLC相應(yīng)的存區(qū)置1，所以可以在WINCC中將按鈕按下時的控制信號1直接到PLC中一部存儲區(qū)；WINCC中各個顯示器件和按鈕所需的外部變量都要與PLC中的各個存儲區(qū)精確地對應(yīng)起來。5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 PID部分整定下面具體說明經(jīng)驗(yàn)法的整定步驟：（1）讓調(diào)節(jié)器參數(shù)的積分系數(shù)I=0，微分系數(shù)D=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，由小到大改變比例系數(shù)P，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意

44、的控制過程為止。（2）取比例系數(shù)P為當(dāng)前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數(shù)I，同樣讓擾動信號作階躍變化，直至得到滿意的控制過程。（3）積分系數(shù)I保持不變，改變比例系數(shù)P，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。否則，將原比例系數(shù)P增大一些，再調(diào)整積分系數(shù)I，力求改善控制過程。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù)P和積分系數(shù)I為止。（4）引入適當(dāng)?shù)奈⒎窒禂?shù)D，此時可適當(dāng)增大比例系數(shù)P和積分系數(shù)I。和前述步驟一樣，微分系數(shù)的整定也需反復(fù)調(diào)整，直到控制過程滿意為止。需要注意的是：仿真系統(tǒng)所采用的PID調(diào)節(jié)器與傳統(tǒng)的工業(yè)PID調(diào)節(jié)器有所不同，其各個參數(shù)之間是相互隔離的，因而互不影響

45、，用其觀察調(diào)節(jié)規(guī)律十分方便。經(jīng)驗(yàn)法實(shí)質(zhì)上是一種試湊法，它是在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來的行之有效的方法，并在現(xiàn)場中得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)驗(yàn)法簡單可靠，但需要有一定的現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，整定時易帶有主觀片面性。當(dāng)采用PID調(diào)節(jié)器時，由于有多個整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多，因此增加了得到最佳整定參數(shù)的難。5.2 WINCC界面運(yùn)行調(diào)試用戶程序的調(diào)試是通過過程畫面來完成的。圖形編輯器是用于創(chuàng)建過程畫面并使其動態(tài)化的編輯器。圖形編輯器的“對象選項(xiàng)板”包含了在過程畫面中頻繁出現(xiàn)使用的不同類型的對象，它包括“標(biāo)準(zhǔn)”和“控件”個選項(xiàng)卡?！皹邮竭x項(xiàng)板”允許快速更改線型、線粗細(xì)、線端樣式和填充圖案。下面是用WinCCV7.0配

46、合S7-PLCSIM調(diào)試程序的步驟：1.在STEP7編程軟件中生成項(xiàng)目，編寫用戶程序。2.在WINCC組態(tài)軟件中生成項(xiàng)目，組態(tài)變量，建立和編輯反映用戶程序工作過程的過程畫面。3.點(diǎn)擊STEP7的SIMATIC管理器工具條中的圖標(biāo)，打開S7-PLCSIM窗口，將程序下載到仿真PLC中。4.建立WINCC與S7-PLCSIM的通訊連接。5.用過程畫面中的控制按鈕來起?？刂葡到y(tǒng)，通過觀察過程畫面的對象工作情況，檢查用戶程序是否能正確執(zhí)行。變量建立好了，圖形界面也做好之后，接下來就是與PLC程序連起來，調(diào)試和完善界面。這一過程是發(fā)現(xiàn)問題解決問題的階段。運(yùn)行之前，在資源管理器的“計(jì)算機(jī)”右擊“屬性”，在

47、彈出的快捷菜單欄中選擇“啟動”，選擇“NewPdl0.pdl”為啟動畫面。這樣一來，當(dāng)我們激活項(xiàng)目時將把導(dǎo)航界面作為啟動進(jìn)入的畫面。點(diǎn)擊資源管理器中的“激活”按扭或點(diǎn)擊圖形編輯器中的“運(yùn)行系統(tǒng)”按扭，都可以達(dá)到運(yùn)行圖形界面的效果，所不同的是，從資源管理器中激活后運(yùn)行的是我們定義好的啟動畫面，而從圖形編輯器激活后運(yùn)行的是我們當(dāng)前打開的畫面。按下啟動按鈕之后，如圖5-1所示。圖5-1 運(yùn)行界面按下停止按鈕后，如圖5-2所示。圖5-2 停止運(yùn)行溫度超過55報(bào)警指示燈亮，如圖5-3。圖5-3 超溫報(bào)警低水位、低溫報(bào)警如圖5-4所示。圖5-4低水位、低溫報(bào)警出水閥A 流出恒溫水，如圖5-5。圖5-5 恒

48、溫水流出以上為WINCC監(jiān)控方面的設(shè)計(jì)能夠基本模擬出所設(shè)計(jì)的鍋爐供熱系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)的功能，但是在實(shí)現(xiàn)液位的腳本設(shè)計(jì)上還是存在一些缺陷。結(jié) 論本課題設(shè)計(jì)了基于PLC的鍋爐供熱控制系統(tǒng)。PLC（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、功能強(qiáng)大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。PID閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的一種控制算法，對大部分控制對象都有良好的控制效果。組態(tài)軟件組態(tài)王因其簡單易用的特點(diǎn)，在HMI設(shè)計(jì)中深受用戶的喜歡而得到廣泛的使用。在西門子S7-300系列PLC和組態(tài)軟件WINCC的基礎(chǔ)上，我設(shè)計(jì)出了鍋爐供熱控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)達(dá)到了快、準(zhǔn)

49、、穩(wěn)的效果，也達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。再加上由WINCC設(shè)計(jì)的監(jiān)控界面，使整個系統(tǒng)操作簡單，控制方便，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度和實(shí)用性。該鍋爐控溫系統(tǒng)也有一些有不足的地方需要改進(jìn)，編程時我們用了編程軟件自帶的PID指令向?qū)K，這樣雖然方便，但是使得控制系統(tǒng)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間都稍微偏大，若不直接調(diào)用該模塊，而是自己編寫PID控制子程序的話，控制效果可能會更好。還有監(jiān)控界面容不夠豐富，若再加上報(bào)表系統(tǒng)、打印功能的話，那就更完美了。日后，隨著對PLC硬件系統(tǒng)和通信方式的深入了解，還可以豐富遠(yuǎn)程控制指令，以應(yīng)對運(yùn)行過程中的各種突發(fā)事件，增加其他PLC，通過構(gòu)建復(fù)雜的多級網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)大型的工業(yè)控制，使該系統(tǒng)運(yùn)行

50、時更加穩(wěn)定可靠，性能更加完善。 致 （小3號黑體，居中）本課題的研究是在我的導(dǎo)師老師的悉心指導(dǎo)下完成的，老師學(xué)識淵博、治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)、工作一絲不茍，更有誨人不倦的師者風(fēng)，在此謹(jǐn)向老師致以誠摯的意和崇高的敬意！畢業(yè)在即，衷心感指導(dǎo)過我的各位老師，四年的成長離不開他們的諄諄教誨；感工學(xué)院，大學(xué)生涯是人生中的一筆寶貴財(cái)富；感08級電子與電氣系輔導(dǎo)員郁春紅，最后一年的大學(xué)生活對我們關(guān)懷備至；感相伴度過四年的舍友、感同窗四年的同學(xué)、感幫助關(guān)心過我的校友，感默默關(guān)心我支持我的朋友們，祝大家在今后的生活中幸?？鞓罚∽詈蟾泻寥憧鄵狃B(yǎng)我的父母，感他們多年來的支持與付出！參 考 文 獻(xiàn)1 Gilman，GFJer

51、ryBoiler control systems engineeringPortland：Sci tech Book News，Sep20052 Tim-McCarthyBe aware of rebuilt burnerboiler controlsPortland：Barring ton Engineering，Sep20033 RahuMProcess Control EngineeringGordon and Breach Science Publisher，2005.4 ConnellBProcess Instrumentation Application Manual，New yo

52、rk McGrawsHill Company Inc，1996.5 王洪猛，建君，曾云等.基于PLC的過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).自動化技術(shù)與應(yīng)用，2004，23(7)6 周繼明，江世明等.傳感技術(shù)與應(yīng)用M.：中南大學(xué)，20057 廖常初.大中型PLC應(yīng)用教程M.：機(jī)械工業(yè)，20058 廖常初.PLC編程與應(yīng)用.：機(jī)械工業(yè)，20099 王卓，付冬梅，德軍等.鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的研究.白動化儀表，第22卷第11期，200610 益霖.西門子S7-300PLC應(yīng)用技術(shù)M.：電子工業(yè)，2007.411 吳波，靜，向勇等.基于PLC的箱式熱處理爐溫度控制方法的研究與實(shí)現(xiàn)A.中南大學(xué)機(jī)電工院學(xué)程，2007

53、12 郝萬軍，胡林獻(xiàn)等.基于專家PID的鍋爐蒸汽壓力控制策略.控制工程，2005年S1期13 林德杰.過程控制儀表與控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)，200814 柴瑞娟，海霞.西門子PLC編程技術(shù)與工程應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)，200615 宇，鳴，湯志彪，紅星.基于S7一300PLC的電加熱器模糊控制編程實(shí)現(xiàn).大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27(4)附錄1：T型圖OB1：OB100:附錄B：腳本B水寬1:BOOL a;int X;X=GetTagWord("x1");a=GetTagBit("進(jìn)水閥B");/Return-Type: BOOL if (a)X=X+5;if(X>

54、80)X=80;SetTagWord("x1",X);return X;B水高1:int a;int b;a=GetTagWord("x1");b=GetTagWord("x1_1");/Return-Type: WORD if (a=80)b=b+5;if(b>180)b=180;SetTagWord("x1_1",b);return b;B水寬2:int a;int b;a=GetTagWord("x1_1");b=GetTagWord("x1_2");/Return-Type: WORD if (a=180)b=b+5;if(b>350)b=350;SetTagWord("x1_2",b);return b;B水高2:int a;int b;a=GetTagWord("x1_2");b=GetTagWord("x1_3");/Return-Type: WORD if (a=350)b=b+5;if(b>190)b=190;SetTagWord("x1_3",b);return b;B水寬3:int a;int b;a=GetTagWor