基于PLC的鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【實(shí)用文檔】doc

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摘要基于PLC的鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【實(shí)用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載鍋爐是鋼鐵、石油、化工、發(fā)電等工業(yè)過程中必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備,所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力源,又可作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過程的熱源。例如電廠里的汽輪發(fā)電機(jī)，就是靠鍋爐產(chǎn)生的一定溫度和壓力的過熱蒸汽來推動(dòng)的,化工廠里許多換熱器的熱源大多是鍋爐提供的蒸汽.為適應(yīng)生產(chǎn)的需要,鍋爐的大小、型號(hào)也是各種各樣。鍋爐的大小是以鍋爐每小時(shí)產(chǎn)生的蒸汽量來衡量的，小型鍋爐每小時(shí)產(chǎn)幾噸蒸汽,大的鍋爐每小時(shí)能產(chǎn)2０0t以上的蒸汽，蒸汽壓力有高、中、低之分。在應(yīng)用類型上,可將鍋爐分為動(dòng)力鍋爐和工業(yè)鍋爐，其中工業(yè)鍋爐又分為輔助鍋爐、廢熱鍋爐、快裝鍋爐、夾套鍋爐等。鍋爐的燃料也各不相同,有燃?xì)庑?、燃油型、燃煤型和化學(xué)反應(yīng)型等.鍋爐產(chǎn)生蒸汽的壓力和溫度是否穩(wěn)定、鍋爐運(yùn)行是否安全,直接影響到生產(chǎn)能否正常進(jìn)行，更關(guān)系到人員和設(shè)備的安全與否，因此，鍋爐的過程控制十分重要.工業(yè)蒸汽鍋爐是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象,為了保證鍋爐能夠提供合格的蒸汽，生產(chǎn)過程中的各工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制。在這些工藝參數(shù)中,鍋爐汽包水位是一個(gè)非常重要的參數(shù)，水位的大小不僅是影響蒸汽質(zhì)量的主要因素,而且將水位控制在一定的范圍之內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的必要因素.關(guān)鍵詞：鍋爐汽包;三沖量；PLC;PID;目錄TOC＼o"1—3＂\h\z＼uＨYＰＥRLINK\l_Ｔｏc19063第一章鍋爐的工藝流程描述ＰＡGEＲEF_Tｏｃ190633第二章鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)ＰＡGEREF_Toc２13４7６2.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)PＡGEＲＥF_Toc７972910２44(1）主控制器的設(shè)計(jì)PAGERＥF_Toc１0２449ＨYＰＥRLIＮK\l_Tｏc1０73１(2）檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)PAＧＥREF＿Toc1０7319HＹPERLIＮK\l_Toc27６04(3）輸出控制電路６04１02.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：PAGEＲEF＿Ｔoc１４2５011HYPERＬINK\l＿Ｔｏc976４第三章PID調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇及參數(shù)整定PＡＧＥREＦ_Ｔoc９76４1３HＹPERＬＩNＫ\l_Ｔｏｃ４2793．1比例調(diào)節(jié)作用對(duì)系統(tǒng)性能的影響 PAGEREF＿Toc427913HYPERLIＮK\l_Ｔｏc2743４3.2積分調(diào)節(jié)作用對(duì)系統(tǒng)性能的影響 ＰAGERＥF_Toc27434133.3微分調(diào)節(jié)作用對(duì)系統(tǒng)性能的影響 ＰAGEＲEＦ_Toc６３331４HYPERLIＮＫ\l＿Toｃ304503。４整定的基本方法PAGEREF_Tｏc30４５0１4（1）臨界比例度法（閉環(huán)整定）PAGEREＦ_Toc370714HＹＰERLINK\l＿Toc155１0(2）衰減曲線法(閉環(huán)整定）PAGEREF_Tｏc1５5１014(３）反應(yīng)曲線法（動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法)ＰAGERＥF_Ｔoc293341４HYPERＬIＮＫ\l_Ｔoc29７78(4)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法PＡＧEREF_Tｏc2977814HＹＰERＬＩNK\l_Toｃ5５94３。5調(diào)節(jié)規(guī)律的確定原則PＡGEREＦ_Ｔｏc559４1５HYPERLINＫ\l_Toc18234總結(jié)PAGEREＦ_Ｔoc1８23416HYPERLINK\l＿Toc4７66參考文獻(xiàn)ＰAGEREF＿Toc４７6617附錄:ＰAGEREF_Toc２８0５718第一章鍋爐的工藝流程描述鍋爐的工藝流程如圖1．1所示.圖1。1鍋爐工藝流程圖燃料和熱空氣按一定的比例混合后進(jìn)入燃燒室燃燒，加熱汽包內(nèi)的水產(chǎn)生飽和蒸汽Ds,經(jīng)過熱器后形成一定溫度的過熱蒸汽D，再匯集到蒸汽總管PM,最后經(jīng)過負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供給負(fù)荷設(shè)備使用.燃料在燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣，其熱量一部分將飽和蒸汽變成過熱蒸汽，另一部分經(jīng)省煤器對(duì)鍋爐供水和空氣進(jìn)行預(yù)熱，最后由引風(fēng)機(jī)從煙囪排入大氣.鍋爐的正常運(yùn)行必須要保持物料(水)平衡和熱量平衡。在物料平衡中負(fù)荷是汽包內(nèi)水的蒸發(fā)量,被控變量是汽包的水位，操縱變量是鍋爐的給水量；在熱量平衡中負(fù)荷是蒸汽帶走的熱量，被控變量是蒸汽壓力，操縱變量是燃料量.上述的物料平衡和熱量平衡是相互關(guān)聯(lián)、互相影響的.汽包水位不僅受到給水流量的影響,而且也受到熱量變化的影響。例如，當(dāng)熱量平衡被破壞,蒸汽壓力發(fā)生變化后，會(huì)影響到汽包水面下蒸發(fā)管中的汽水混合物的體積，使汽包水位發(fā)生變化。同樣蒸汽壓力不僅受到燃料輸入量的影響，而且進(jìn)水量的變化也會(huì)影響到蒸汽壓力的穩(wěn)定。例如，給水流量增加時(shí)，由于冷水的溫度低，會(huì)使汽包內(nèi)的蒸發(fā)量減少，導(dǎo)致蒸汽壓力下降.綜上所述，鍋爐的運(yùn)行主要包括以下三個(gè)方面的過程控制系統(tǒng):（1）汽包水位控制系統(tǒng)：是鍋爐安全運(yùn)行的必要保證，它要維持汽包內(nèi)的水位在工藝允許的范圍內(nèi)；(2）燃燒系統(tǒng)的控制：通過使燃料量與空氣量保持一定的比值,以保證經(jīng)濟(jì)燃燒和鍋爐的安全運(yùn)行,同時(shí)保證引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，維持爐膛內(nèi)的負(fù)壓恒定不變,其最終目的是使燃料產(chǎn)生的熱量滿足蒸汽負(fù)荷的需要;(3)過熱蒸汽系統(tǒng)的控制:這是一個(gè)溫度控制系統(tǒng),其作用主要有２個(gè)：一是保持過熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)；二是保證管壁的溫度不超過允許的工作溫度。影響汽包水位的主要因素是給水量和蒸汽流量,其他因素都可以作為干擾因素另作考慮。當(dāng)負(fù)荷增大時(shí),蒸汽流量增大，會(huì)使得汽包水位下降，當(dāng)突然增加蒸汽流量會(huì)使得蒸汽壓力減小，汽包水位不降反增,出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象，這是設(shè)計(jì)中必須要考慮的因素。給水量對(duì)汽包水位的影響存在慣性區(qū)，但基本是線性的。汽包水位是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行非常重要，保持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的首要條件，水位過高或過低，都會(huì)給鍋爐及蒸汽用戶的安全操作帶來不利影響。過高會(huì)影響汽水分離效果，蒸汽過濕，飽和水蒸汽將會(huì)帶水過多,導(dǎo)致過熱器管壁結(jié)垢并損壞，使過熱蒸汽的溫度嚴(yán)重下降,若以此過熱蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī)，將因蒸汽帶液損壞汽輪機(jī)的葉片,造成運(yùn)行的安全事故。然而,水位過低，則因汽包內(nèi)的水量較少,而負(fù)荷很大，加快水的汽化速度,使汽包內(nèi)的水量變化速度很快，若不及時(shí)加以控制，將有可能使汽包內(nèi)的水全部汽化；尤其是大型鍋爐,水在汽包內(nèi)的停留時(shí)間極短，從而導(dǎo)致水冷壁燒壞,甚至引起爆炸。因此,必須對(duì)汽包水位進(jìn)行嚴(yán)格的控制。汽包水位控制系統(tǒng)的任務(wù)是維持給水量與蒸汽蒸發(fā)量的平衡,使汽包水位保持在允許的范圍內(nèi)。第二章鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前,鍋爐汽包水位常采用單沖量、雙沖量及三沖量控制方案。此處的“沖量"不是物理上定義的作用在物體上力和時(shí)間的乘積，而是一種表示變量的習(xí)慣沿用。鍋爐汽包水位單沖量控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的單回路控制系統(tǒng)，其被控變量是汽包水位,操縱變量是鍋爐的給水流量。當(dāng)汽包水位偏離設(shè)定值時(shí)，變送器將測(cè)量到的信息送給控制器,按照特定的控制規(guī)律來增加或減少供水量,使汽包水位回到設(shè)定值。影響鍋爐汽包水位的主要擾動(dòng)是蒸汽負(fù)荷的波動(dòng),因?yàn)橛脩舻恼羝枰渴窃诓粩嘧兓摹＜僭O(shè)蒸汽需要量突然加大，汽包的壓力會(huì)瞬時(shí)降低，水的沸騰加劇，使水加速汽化，水中的氣泡量會(huì)驟然增多。而氣泡的體積比其液態(tài)時(shí)的體積大很多倍，結(jié)果出現(xiàn)汽包內(nèi)的水位不降反升的假象，即出現(xiàn)“假水位".控制器獲得的信息是“水位升高了”,本來該增加供水量,現(xiàn)在卻錯(cuò)誤地減少供水量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使汽包水位下降到危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)以致發(fā)生事故。產(chǎn)生上述“假水位”的主要原因是蒸汽負(fù)荷量的波動(dòng)而造成“閃蒸”現(xiàn)象，如果把蒸汽流量作為前饋信號(hào)引入控制系統(tǒng)，及時(shí)知道其變化情況,就可以克服這個(gè)主要的擾動(dòng)。為此我們引入雙沖量控制系統(tǒng)。這里的“雙沖量”是指汽包水位信號(hào)和蒸汽流量信號(hào)2個(gè)變量。它是一個(gè)前饋－反饋控制系統(tǒng).水位信號(hào)從系統(tǒng)的輸出端返回到輸入端，因此屬于反饋控制；蒸汽流量信號(hào)未經(jīng)反饋而直接與水位控制器的輸出信號(hào)相加，因此是前饋控制。當(dāng)蒸汽負(fù)荷變化可能導(dǎo)致汽包水位大幅度波動(dòng)時(shí)，蒸汽流量信號(hào)的引入起著超前控制作用,它在汽包水位還沒有出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，提前使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，從而減少因蒸汽負(fù)荷量變化引起的水位波動(dòng),極大改善了控制品質(zhì)。盡管雙沖量控制克服了蒸汽壓力變化帶來的擾動(dòng)，卻不能克服供水壓力變化的干擾，當(dāng)供水壓力變化時(shí),同樣會(huì)引起供水流量的變化，會(huì)導(dǎo)致汽包水位的波動(dòng)，雙沖量控制系統(tǒng)只有在汽包水位變化后才由控制器進(jìn)行調(diào)整，控制不及時(shí)。因此，當(dāng)供水壓力波動(dòng)比較頻繁時(shí),雙沖量控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量較差,這時(shí)可采用三沖量控制系統(tǒng)。在鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了水位、蒸汽流量信號(hào)以外,又增加了一個(gè)供水流量信號(hào)，顯然,當(dāng)蒸汽負(fù)荷不變，供水量因壓力波動(dòng)而變化時(shí)，加法器的輸出相應(yīng)變化,直接調(diào)整給水流量的大小。不需要等汽包水位變化了再去由控制器調(diào)整，從而極大減少了水位的波動(dòng),縮短了過渡過程的時(shí)間，提高了控制質(zhì)量。三沖量控制系統(tǒng)動(dòng)作及時(shí)，有較強(qiáng)的抗干擾能力,在較大的擾動(dòng)時(shí)也能有效地控制水位的變化,顯著地改善了控制系統(tǒng)的品質(zhì)。對(duì)于現(xiàn)代大、中型鍋爐來說,對(duì)象控制通道的遲延和變化速度都比較大,“虛假水位"現(xiàn)象比較嚴(yán)重,工藝上對(duì)控制質(zhì)量的要求又比較高，因此，普遍采用具有蒸汽流量前饋信號(hào)及給水流量反饋信號(hào)和汽包水位主信號(hào)的三沖量水位控制系統(tǒng)。系統(tǒng)控制流程圖如圖2.1。圖2．1鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的控制流程圖，我們還可以繪制出三沖量控制系統(tǒng)的方框圖,如圖2．2。圖2.2三沖量控制系統(tǒng)的方框圖三沖量控制系統(tǒng)由于控制器有不同的位置，又可以有多種不同控制方案，以下為常見的三種方案，如圖2.３。圖2．3常見控制方案２。１系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)(1)主控制器的設(shè)計(jì)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，最常見的控制器有兩種：一種是PLＣ，另外一種是單片機(jī).PLC自誕生以來,由于其可靠的性能、高的性價(jià)比、強(qiáng)大的功能等眾多的優(yōu)點(diǎn)而受到了廣泛的應(yīng)用,本系統(tǒng)也采用PLＣ.PLC選用西門子公司的S７—200CPU２14，該系列ＰLC性能穩(wěn)定，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求靈活的選擇相關(guān)模塊.本系統(tǒng)需要輸入的模擬量有：給水流量信號(hào)、水位信號(hào)、蒸汽流量信號(hào)，需要輸出的數(shù)字量有：變頻器控制信號(hào),所以只需要選擇模擬量輸入模塊EM231，EM23１具有四個(gè)模擬量輸入點(diǎn)，可以剛好滿足需要。（2）檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)由于該設(shè)計(jì)的目的是控制水位穩(wěn)定,而整個(gè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)是對(duì)水位的準(zhǔn)確測(cè)量，因此水位能否準(zhǔn)確測(cè)量直接關(guān)系到控制質(zhì)量的優(yōu)劣.合理的選擇水位傳感器在水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中有關(guān)鍵作用。本系統(tǒng)采用雙室平衡容器進(jìn)行液位信號(hào)的采集，用差壓變送器對(duì)液位信號(hào)進(jìn)行變送。江蘇威騰自控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的微差壓變送器（WT—1151／３３51DR）可滿足變送要求.該型號(hào)變送器可以將微小差壓轉(zhuǎn)換成4——2０mADＣ信號(hào)。它采用專門設(shè)計(jì)的放大線路板和特殊的溫度補(bǔ)償工藝，性能穩(wěn)定可靠。根據(jù)控制方案我們可以知道流量傳感器用于測(cè)量給水流量和蒸汽流量,這兩個(gè)信號(hào)可以有效地改善控制質(zhì)量，因此合理的選擇流量傳感器能夠有效的改善整個(gè)系統(tǒng)的控制質(zhì)量。上海正博自動(dòng)化儀表有限公司生產(chǎn)的LUGB-９９型渦街流量計(jì)是一種基于卡門渦街原理流體振動(dòng)式新型流量計(jì)，它具有測(cè)量范圍廣、壓損小、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高和安裝、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于封閉工業(yè)管道中液體、汽體和蒸汽介質(zhì)體積和質(zhì)量流量的測(cè)量。該流量計(jì)的部分技術(shù)參數(shù)如下：①測(cè)量介質(zhì)：蒸汽、汽體、液體②傳感器的感應(yīng)元件不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，性能穩(wěn)定、可靠性高③傳感器內(nèi)無可動(dòng)部件,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢固,壓損小、維擴(kuò)量小、使用壽命長(zhǎng)④范圍度寬達(dá)1０：１~15：1⑤測(cè)量范圍：正常工作范圍,雷諾數(shù)為20，000~7,00０，000;輸出信號(hào)不受液體溫度、壓力、粘度及組份影響。測(cè)量可能范圍,雷諾數(shù)8，000～7，０0０000⑥精度等級(jí):液體，指示值的±1。0%;蒸汽，指示值的±1．5％

⑦輸出信號(hào)：a.電壓脈沖低電平:0-1V；高電平：大于4Ｖ；占空比為5０%ｂ．電流：4~2０mA（三線制)（３)輸出控制電路PＬC根據(jù)采樣的相對(duì)液位數(shù)值對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)規(guī)則的計(jì)算、處理、判斷后，得出控制結(jié)果,輸出相應(yīng)的控制信號(hào),模擬量輸出模塊我們選擇EＭ２32,它有兩個(gè)模擬量輸出點(diǎn),可滿足要求。電機(jī)是鍋爐汽包供水的動(dòng)力設(shè)備，電機(jī)的準(zhǔn)確選型關(guān)系到汽包能否準(zhǔn)確供水進(jìn)而影響到汽包水位的穩(wěn)定,經(jīng)查閱資料可知選用功率為100Kw的三相異步電動(dòng)機(jī)完全可以滿足工作要求，由于使用變頻調(diào)速不必選用繞線型異步電動(dòng)機(jī),選用鼠籠型電機(jī)就可以滿足要求.濟(jì)南華力貝爾機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的YJTＧ三相變頻調(diào)速電機(jī)專門為變頻調(diào)速設(shè)計(jì)可以根據(jù)技術(shù)要求訂貨設(shè)定其額定電壓為３8０Ｖ額定功率為100Kw.變頻器是電機(jī)的供能設(shè)備，合理選擇變頻器關(guān)系到電機(jī)能否正常工作為汽包供水.由電機(jī)的選型可以知道電機(jī)在５０Hｚ三相交流電下工作時(shí)電機(jī)的功率大約是100Kw，我們可以選擇羅克韋爾公司的13３6PlｕsII系列1336F-B１５0型號(hào)的變頻器。該變頻器可以輸入38０V—480V50/60Hz三相交流電,輸出３80—４80V三相交流電并通過控制信號(hào)控制其輸出頻率，其容量是1４9Kｗ，可以滿足設(shè)備功率要求。該型號(hào)變頻器具有豐富靈活的控制接口，可以通過控制信號(hào)方便地改變變頻器的工作特性。至此，系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)完成，系統(tǒng)的總體框圖如圖２。4。圖2。４系統(tǒng)硬件原理圖２.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：整個(gè)控制系統(tǒng)的軟件包括以下幾部分：液位的實(shí)時(shí)采集,電機(jī)調(diào)速,算法的控制（這里采用ＰID算法）等功能.本系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)采用了總分的形式,即PＬC一直在運(yùn)行主控制程序,然后主控制程序根據(jù)各種條件來運(yùn)行和調(diào)用各子程序,用來實(shí)現(xiàn)各種功能。這種總分設(shè)計(jì)方式使得軟件簡(jiǎn)單明了,一看便知，并且在調(diào)試起來時(shí)也特別方便.系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)框圖如圖２.5。圖2.5系統(tǒng)軟件原理圖第三章PID調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇及參數(shù)整定眾所周知，要使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能,除了必須正確的選取、設(shè)計(jì)控制方案以外，還必須正確的選擇控制算法并進(jìn)行參數(shù)整定.在控制系統(tǒng)中，按照給定信號(hào)和反饋信號(hào)之間的偏差的比例（P)、積分(I)和微分（D)進(jìn)行控制的PＩＤ控制器是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。它具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、適用面廣、控制參數(shù)相互獨(dú)立、參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn);而且在理論上可以證明，對(duì)于過程控制的典型對(duì)象─“一階慣性＋純滯后”與“二階慣性+純滯后”的控制對(duì)象，ＰID控制器是一種最優(yōu)控制.ＰIＤ調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)改變靈活，可以方便的改變?yōu)镻I、PD、ＰID等控制器.3。1比例調(diào)節(jié)作用對(duì)系統(tǒng)性能的影響比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減?。槐壤禂?shù)偏大，振蕩次數(shù)加多,調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)；系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定；比例系數(shù)太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。比例系數(shù)可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以及控制對(duì)象的特性決定的。3．２積分調(diào)節(jié)作用對(duì)系統(tǒng)性能的影響是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差。提高無差度。因?yàn)橛姓`差積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行,直至無差積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一個(gè)常值。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Tｉ.Ti越小積分作用就越強(qiáng)。反之Ｔｉ大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成ＰI調(diào)節(jié)器或ＰID調(diào)節(jié)器。3．3微分調(diào)節(jié)作用對(duì)系統(tǒng)性能的影響微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢(shì)。因此能產(chǎn)生超前的控制作用,可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能.在微分時(shí)間選擇合適情況下可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)地加大微分調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外微分反應(yīng)的是變化率，當(dāng)輸入沒有變化時(shí)微分作用輸出為零，因此微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合組成PD或PID控制器。整定的任務(wù)：根據(jù)被控過程的特性，確定PＩD調(diào)節(jié)器δ的比例度、Tｉ積分時(shí)間以及微分時(shí)間TD的大小.3．4整定的基本方法(１)臨界比例度法（閉環(huán)整定)①首先將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大，微分時(shí)間置零，比例度置為較大的數(shù)值②等系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對(duì)設(shè)定值施加一個(gè)階躍變化,并減小δ直到出現(xiàn)等幅振蕩曲線為止.記錄下此時(shí)的臨界比例度δｋ和等幅振蕩周期ＴK③查表按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的參數(shù)δ、Ti、TD。(2）衰減曲線法（閉環(huán)整定)衰減曲線法與臨界比例法類似.觀察衰減比然后記錄。Δs、Ts、Tp按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算δ、Ti、TＤ。(3）反應(yīng)曲線法(動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法)反應(yīng)曲線法是利用系統(tǒng)廣義過程的階躍響應(yīng)曲線對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定，是一種開環(huán)整定方法。（4）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法，實(shí)質(zhì)上是一種經(jīng)驗(yàn)試湊法，所以也稱為經(jīng)驗(yàn)法。在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用中,將各類過程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)按先比例、后積分、最后微分的順序置于某些經(jīng)驗(yàn)數(shù)值后,把系統(tǒng)閉合起來,然后再作給定值擾動(dòng),觀察系統(tǒng)過渡過程曲線。若曲線還不夠理想，則改變調(diào)節(jié)器的δ、Ｔi和Td的數(shù)值，進(jìn)行反復(fù)試湊，以尋求“最佳”的整定參數(shù)，直到控制質(zhì)量符合要求為止。3。5調(diào)節(jié)規(guī)律的確定原則⑴調(diào)節(jié)器放大系數(shù)Kｐ的正負(fù)號(hào)正作用方式：y↑→u↑,Ｋp為“—”;反作用方式：y↑→u↓，Kｐ為“+”。⑵調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)的正負(fù)號(hào)氣開式調(diào)節(jié)閥Kv為“+”；氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥Kv為“－”。⑶被控過程放大系數(shù)的正負(fù)號(hào)正作用μ↑→y↑,被控過程的靜態(tài)放大系數(shù)Ko為“+”；反作用μ↑→y↓，被控過程的Ko為“—”。⑷變送器的放大系數(shù)Km為正號(hào)根據(jù)生產(chǎn)工藝安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式；按被控過程特性，確定其正、反作用;根據(jù)組成系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)各環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)極性相乘必須為正的原則，確定調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。在本系統(tǒng)中，由于調(diào)節(jié)閥為電機(jī)，可以視作為氣開式,故Ｋv為“+”;當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，液位上升，故被控對(duì)象的Ko為“＋"；測(cè)量變送器的Kｍ為“+”;則調(diào)節(jié)器的Ｋp應(yīng)該為“+”，故調(diào)節(jié)器應(yīng)采用反作用方式.總結(jié)為期兩周的過程控制課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束,這兩周感覺過的好快，也感覺過的好充實(shí)。由于上學(xué)期過程控制這門課沒好好學(xué)，好多知識(shí)學(xué)的稀里糊涂,不懂也不會(huì)，還有的干脆就是不知道。所以在做設(shè)計(jì)的時(shí)候就感覺很吃力,很困難。不過，在老師們悉心的指導(dǎo)下和同學(xué)熱心的幫助下終于完成并達(dá)到本次設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和要求。通過本次設(shè)計(jì)使我們對(duì)以前所學(xué)的理論知識(shí)有了進(jìn)一步地理解,深化了我們所學(xué)過的知識(shí),并增強(qiáng)了我們獨(dú)立分析和獨(dú)立解決工程實(shí)踐中的問題的能力以及用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力。這次設(shè)計(jì)給我們提供了一次難得的鍛煉的機(jī)會(huì)，雖然這次課程設(shè)計(jì)只有短短的兩周時(shí)間，但我們從中得到了很多體會(huì)，也增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力。在做設(shè)計(jì)的過程中我們掌握并熟練了許多軟件的用法，如:Ｗo(hù)rd、AｕtoCＡD、viｓio等，增強(qiáng)了我們軟件學(xué)習(xí)的能力，也為日后踏上工作崗位后自我學(xué)習(xí)能力打下了良好的基礎(chǔ)。另外，我還認(rèn)識(shí)到實(shí)踐能力的重要性，如果我們?nèi)狈σ欢ǖ膶?shí)踐能力，也將使我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦须y以有所作為。雖然我們以前有過幾次動(dòng)手鍛煉的機(jī)會(huì),但那遠(yuǎn)遠(yuǎn)還不能滿足我們作為當(dāng)代大學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn).因此，在以后的學(xué)習(xí)工作中，我們應(yīng)該更加培養(yǎng)自身的這種能力，以適應(yīng)社會(huì)的需要。最后,在這兩周課程設(shè)計(jì)中對(duì)幫助過我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！參考文獻(xiàn)［1]李文濤,過程控制，北京：科學(xué)出版社，2０12。[2]俞金壽、孫自強(qiáng),過程控制系統(tǒng)，北京:機(jī)械工業(yè)出版社，２00８［3]孫洪程、翁維勤、魏杰,過程控制系統(tǒng)及工程，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2０10［４］王樹青、戴連奎、于玲，過程控制工程，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，20０8［5］郭一楠、?？×帧②w峻、樊曉虹，過程控制系統(tǒng)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，２009[６]劉秀芝，工業(yè)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，山東煤炭科技，2０13年第2期[7］黃永杰，工業(yè)鍋爐汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)分析與研究，煤炭技術(shù)，２013年第6期［8］安鵬羽,鍋爐汽包水位控制方法分析，電氣時(shí)代,201３年第2期［９］丁榮、蔡新平，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的分析與確定，應(yīng)用能源技術(shù)2０1１年第４期(總第160期）[10］劉靜，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，寬厚板,第17卷第1期2011.2[1１]高啟繁，鍋爐汽包水位平衡容器的選型和壓力校正問題探討，熱力發(fā)電２００3。９附錄：過程控制儀表課程設(shè)計(jì)題目鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師高飛燕班級(jí)自動(dòng)化071學(xué)號(hào)20074460107學(xué)生姓名丁滔滔2021年1月5號(hào)附錄：儀表配接圖………….20鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)1.系統(tǒng)簡(jiǎn)介：控制系統(tǒng)一般由以下幾部分組成圖1自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)易圖鍋爐水位系統(tǒng)如下圖：圖2單沖量控制系統(tǒng)原理圖及方框圖其單位階躍響應(yīng)圖如下：圖3蒸汽流量干擾下水位階躍曲線通過電容式液位計(jì)將檢測(cè)來的液位信號(hào)變送給成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再輸送給控制器，調(diào)節(jié)器再通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥來控制進(jìn)水量，從而達(dá)到自動(dòng)控制鍋爐水位。2．鍋爐控制系統(tǒng)：2.1鍋爐：鍋爐是火力發(fā)電廠中主要設(shè)備之一。它的作用是使燃料在爐膛中燃燒放熱，井將熱量傳給工質(zhì)，以產(chǎn)生一定壓力和溫度的蒸汽，供汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。電廠鍋爐與其他行業(yè)所用鍋爐相比，具有容量大、參數(shù)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。2.2過熱器和再熱器：蒸汽過熱器是鍋爐的重要組成部分，它的作用是將飽和蒸汽加熱成為具有一定溫度的過熱蒸汽，并要求在鍋爐負(fù)荷或其他工況變動(dòng)時(shí)，保證過熱氣溫的波動(dòng)處在允許范圍內(nèi)。提高蒸汽初壓和初溫可提高電廠循環(huán)熱效率，但蒸汽初溫的進(jìn)一步提高受到金屬材料耐熱性能的限制。蒸汽初壓的提高隨可提高循環(huán)熱效率，但過熱蒸汽壓力的進(jìn)一步提高受到汽輪機(jī)排氣濕度的限制，因此為了提高循環(huán)熱效率及降低排氣濕度，可采用再熱器。通常，再熱蒸汽壓力為過熱蒸汽壓力的20%左右，再熱蒸汽溫度與過熱蒸汽溫度相近。過熱器和再熱器內(nèi)流動(dòng)的為高溫蒸汽，其傳熱性能差，而且過熱器和再熱器又位于高煙溫區(qū)，所以管壁溫度較高。如何使過熱器和再熱器管能長(zhǎng)期安全工作是過熱器和再熱器設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的重要問題。在過熱器和再熱器的設(shè)計(jì)及運(yùn)行中，應(yīng)注意下列問題:⑴運(yùn)行中應(yīng)保持汽溫的穩(wěn)定，汽溫波動(dòng)不應(yīng)超過±（5～10）℃。⑵過熱器和再熱器要有可靠的調(diào)溫手段，使運(yùn)行工況在一定范圍內(nèi)變化時(shí)能維持額定的汽溫。⑶盡量防止和減少平行管子之間的偏差。2.3省煤器和空氣預(yù)熱器：省煤器和空氣預(yù)熱器通常布置在鍋爐對(duì)流煙道的尾部，進(jìn)入這些受熱面的煙氣溫度已較低，因此常把這兩個(gè)受熱面稱為尾部受熱面或低溫受熱面。省煤器是利用鍋爐尾部煙氣的熱量來加熱給水的一種熱交換裝置。它可以降低排煙溫度，提高鍋爐效率，節(jié)省燃料。在現(xiàn)代大型鍋爐中，一般都利用汽輪機(jī)抽汽來加熱給水，而且隨著工質(zhì)參數(shù)的提高，常采用多級(jí)給水加熱器?？諝忸A(yù)熱器不僅能吸收排煙中的熱量，降低排煙溫度，從而提高鍋爐效率；而且由于空氣中的預(yù)熱，改善了燃料的著火條件，強(qiáng)化了燃燒過程，減少了不完全燃燒熱損失，這對(duì)于燃用難著火的無煙煤及劣質(zhì)煤尤為重要。使用預(yù)熱空氣，可使?fàn)t膛溫度提高，強(qiáng)化爐膛輻射熱交換，使吸收同樣輻射熱的水冷壁受熱面可以減少。較高溫度的預(yù)熱空氣送到制粉系統(tǒng)作為干燥劑，在磨制高水分的劣質(zhì)煤時(shí)更為重要。因此空氣預(yù)熱器也成為現(xiàn)代大型鍋爐機(jī)組中必不可少的組成部件。綜上所述，省煤器和空氣預(yù)熱器的應(yīng)用，主要是為了降低排煙溫度，提高鍋爐效率，節(jié)省燃料。同時(shí)，也為了減少價(jià)格較貴的蒸發(fā)受熱面積改善燃燒與傳熱效果。鍋爐控制系統(tǒng)流程圖如圖四所示圖4鍋爐控制系統(tǒng)流程圖3.汽包水位的控制與調(diào)整：維持鍋爐汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要條件之一。當(dāng)汽包水位過高時(shí)，由于汽包蒸汽容積和空氣高度減小，蒸汽攜帶鍋水將增加，因而整齊品質(zhì)惡化，容易造成過熱器積鹽垢，引起管子過熱損壞；同時(shí)鹽垢使熱阻增大，引起傳熱惡化，過熱氣溫降低。汽包嚴(yán)重滿水時(shí)，除引起氣溫急劇下降外，還會(huì)造成蒸汽管道和汽輪機(jī)內(nèi)的水沖擊，甚至打壞汽輪機(jī)葉片。汽包水位過低，則可能破壞水循環(huán)，使水冷壁管的安全受到威脅。如果出現(xiàn)嚴(yán)重缺水而又處理不當(dāng)，則可能造成水冷壁爆管。3．1影響水位的因素：鍋爐運(yùn)行中，汽包水位是經(jīng)常變動(dòng)的。引起水位變化的原因一是鍋爐外部擾動(dòng)，如負(fù)荷變化；另一個(gè)是鍋爐內(nèi)部擾動(dòng)，如燃燒工況的改變。出現(xiàn)外擾和內(nèi)擾時(shí)，汽包物質(zhì)平衡遭到破壞，即給水量與送氣量的不平衡；或者工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化（鍋爐壓力變化時(shí)，工質(zhì)比體積和飽和溫度隨之改變），兩者都能引起水位變化。水位變化的劇烈程度隨擾動(dòng)量增大、擾動(dòng)速度加快而增強(qiáng)。自然循環(huán)鍋爐的汽包水位，一般定在汽包中心線下50～150㎜范圍內(nèi)，容許變動(dòng)范圍為±50㎜。對(duì)于強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐，汽包的低水位限制取決于循環(huán)泵的工作，但一般來說其水位波動(dòng)的幅度沒有自然循環(huán)鍋爐要求那樣嚴(yán)格。自然循環(huán)鍋爐汽包的最高、最低水位，應(yīng)通過熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)和水循環(huán)試驗(yàn)確定。最高允許水位應(yīng)當(dāng)比臨界水位稍低，以保證整齊品質(zhì)；最低允許水位應(yīng)不影響水循環(huán)安全。3.2影響水位變化的主要因素:鍋爐運(yùn)行中，汽包水位是經(jīng)常變動(dòng)的。引起水位變化的原因一是鍋爐外部擾動(dòng)，如負(fù)荷變化；另一個(gè)是鍋爐內(nèi)部擾動(dòng)，如燃燒工況的改變。出現(xiàn)外擾和內(nèi)擾時(shí)，汽包物質(zhì)平衡遭到破壞，即給水量與送氣量的不平衡；或者工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化（鍋爐壓力變化時(shí)，工質(zhì)比體積和飽和溫度隨之改變），兩者都能引起水位變化。水位變化的劇烈程度隨擾動(dòng)量增大、擾動(dòng)速度加快而增強(qiáng)。4.儀表的選擇：控制儀表是自動(dòng)控制被控變量的儀表，由各種不同的，相互關(guān)聯(lián)的控制儀表構(gòu)成的控制系統(tǒng)，是操縱一個(gè)或幾個(gè)變量達(dá)到預(yù)定狀態(tài)的系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，除自動(dòng)裝置本身外，控制系統(tǒng)還包括向自動(dòng)裝置提供信息的變送器和開關(guān)部件，以及執(zhí)行自動(dòng)裝置控制指令的執(zhí)行器等。4．1變送器：變送器在自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)中的作用，是對(duì)各種工藝參數(shù)，如溫度，壓力，流量，液位，成分等物理量進(jìn)行檢測(cè)，以供顯示，記錄或控制之用。無論是由模擬構(gòu)成的系統(tǒng)，還是由計(jì)算機(jī)裝置構(gòu)成的系統(tǒng)，變送器都是不可缺少的，獲取精確可靠的過程參數(shù)值是進(jìn)行控制的基礎(chǔ)。串級(jí)控制系統(tǒng)在抗干擾能力、快速性、適應(yīng)性和控制質(zhì)量方面有較好的性能,因此在復(fù)雜的工業(yè)過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用.產(chǎn)品簡(jiǎn)介：UYZ－50系列電容物位計(jì)適用于工業(yè)生產(chǎn)過程中各種貯槽、容器內(nèi)導(dǎo)電、非導(dǎo)電介質(zhì)液位、粉狀料料位的連續(xù)測(cè)量和指示。儀表的輸出電流0～10mA可以接電流表或DDZ－Ⅱ型顯示控制儀表，回路中任何一點(diǎn)不得接地，否則必須配用隔離器以便與計(jì)算機(jī)輸入端相匹配。UYZ－50系列電容物位計(jì)由以下六個(gè)部件構(gòu)成：1.傳感器轉(zhuǎn)換部件，2.溫度緩沖器，3.散熱裝置，4.安全火花型防爆柵，5顯示儀表，6測(cè)量電極，其中1和5是儀表基本組成單元，再分別配以2,3,4,6則構(gòu)成各種形式的產(chǎn)品。UYZ－50系列電容物位計(jì)工作原理圖如圖五。圖5UYZ－50系列電容物位計(jì)工作原理當(dāng)被測(cè)物位發(fā)生變化時(shí)，傳感電容量發(fā)生相應(yīng)變化，經(jīng)傳感器前置線路轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，再傳送到顯示儀表放大成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出，并使電流表直接指示，顯示儀表是通用的，表面上的直型條形給出相應(yīng)的物位指示，同時(shí)有綠色指針供高低物料報(bào)警位置的整定。圖6UYZ-50接線圖1，2輸入，3,4輸出5,6，7是上限報(bào)警8，9，10是下限報(bào)警11是顯示單元電源16接地18—20是交流電參數(shù)與規(guī)格：精度：非防爆型±1％防爆型±1.5％測(cè)量范圍：0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0m（UYZ－561B型的測(cè)量范圍可為3.0，4.0，6.0，10m四檔）。負(fù)載電阻：1.5kΩ輸出信號(hào)：0～10mADC供電電源：220VAC（+10%/-15%）50Hz介質(zhì)壓力：2.5Mpa工作環(huán)境：傳感器溫度－40～＋85℃，相對(duì)濕度10～95%顯示儀表溫度0～45℃，相對(duì)濕度10～90%高低位報(bào)警定點(diǎn)誤差：±2.5％高低位報(bào)警設(shè)定點(diǎn)范圍：0～100%全量程內(nèi)任意給定高低位報(bào)警觸點(diǎn)容量：220VAC3A防爆型選用防爆柵型號(hào)：DFA－3100型檢測(cè)端齊納安全柵防爆型儀表防爆等級(jí)：iaⅡCT6型號(hào)表示表1UYZ－5□□□□5系列代號(hào)□測(cè)量電極形式□介質(zhì)溫度范圍□遷移□防爆等級(jí)1）絕緣式2）同軸裸極式3）裸極式4）同軸絕緣式5）分離式6）絕緣繩式1）標(biāo)準(zhǔn)：－40～＋85℃2）高溫：85～200℃3）低溫：Ⅰ－100～－40℃4）低溫：Ⅱ－156～－100℃5）低溫：Ⅲ－200～－156℃A）微電容6～50pFB）中電容30～1300pFiaⅡCT64.2控制器控制器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中起控制作用。它將來自變送器的測(cè)量信號(hào)與給定值相減以得到偏差信號(hào)，然后對(duì)偏差信號(hào)按一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果為控制信號(hào)，輸送至執(zhí)行器。單元組合式儀表和單個(gè)儀表形式的控制器習(xí)慣上稱為調(diào)節(jié)器，常用的有DDZ-Ⅱ型電動(dòng)調(diào)節(jié)器，DDZ-Ⅲ型調(diào)節(jié)器和可編程調(diào)節(jié)器。對(duì)于液位控制器，閥氣閉為，變送器為⊕，對(duì)于研究對(duì)象當(dāng)控制信號(hào)增大時(shí)液位將相應(yīng)減小，故為，液位控制器LC為⊕，為反作用。對(duì)于流量控制器，閥氣閉為，變送器為⊕，當(dāng)控制信號(hào)增大時(shí)給水流量將相應(yīng)增大，故為⊕，流量控制器為，為正作用。產(chǎn)品概述：DTL型調(diào)節(jié)器是DDZ-Ⅱ型系列儀表中的一個(gè)主要單元。它接受從變送器或轉(zhuǎn)換器來的0～10mADC測(cè)量信號(hào)，并與內(nèi)給定值或外給定值比較，它們的差值經(jīng)調(diào)節(jié)器比例積分、微分運(yùn)算輸出0～10mADC信號(hào)至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。儀表分二類：DTL-221A、321A、121A型主要為石油化工服務(wù)，該類儀表有二個(gè)輸入通道，一個(gè)主通道、一個(gè)付通道（可接受微分信號(hào)）。面板部分帶有一個(gè)偏差顯示表頭、內(nèi)給定帶刻度撥盤、軟硬手動(dòng)、自動(dòng)切換、帶刻度的手操作撥盤，單針0～10mADC輸出電流指示表。另一類DTL-331A、231A、154A型主要為電廠服務(wù)，輸入通道數(shù)達(dá)4～5通道，都不帶手動(dòng)操作。當(dāng)被測(cè)物位發(fā)生變化時(shí)，由變送器傳送而來的電信號(hào)發(fā)生相應(yīng)變化，經(jīng)傳感器前置線路轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，再傳送放大成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出，并使執(zhí)行器發(fā)生動(dòng)作。DTL-221A、321A、231A、331A為大偏差表，指示調(diào)節(jié)器。圖7DTL-231接線圖1，2是出入Ⅰ3,4是輸入Ⅱ5,6是輸入Ⅲ7,8是輸入Ⅳ11,13輸出14,15外部手操18接地19,20電源技術(shù)參數(shù)輸入信號(hào)：DC0～10mA輸出信號(hào)：DC0～10mA負(fù)載電阻：0～1.5KΩ

⑾⑿端0KΩ～3KΩ

⑾⒀端獨(dú)立微分增益：K（D）=0－10倍可調(diào)（DTL-154A、331A）積分增益：K1≥180倍（P=100%時(shí)）干擾系數(shù)：1+2TD/TI微分獨(dú)立運(yùn)算內(nèi)給定值穩(wěn)定度：±0.25%內(nèi)給定值刻度誤差：±2.5%工作條件：環(huán)境溫度：0～45℃相對(duì)濕度：≤85%工作振動(dòng)：頻率≤25Hz振幅≤0.1mm（雙向）供電電源;220V

50Hz消耗功率：≤6W結(jié)構(gòu)型式：面板嵌入式表2

型號(hào)規(guī)格型號(hào)T1STDS獨(dú)立微分P%TDS獨(dú)立微分操作通道數(shù)偏差表型式DTL-121A6～12003～3001～200

帶2小DTL-154A6～6003～3001～2003～300不帶5/DTL-221A6～600

1～500

帶2大DTL-321A6～12003～3001～200

帶2大DTL-331A6～12003～3001～2003～300不帶5大DTL-231A6～600

1～500

不帶4大4.3執(zhí)行器：執(zhí)行器再自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用是接受來自控制器的控制信號(hào)，通過其本身開度的變化，從而達(dá)到控制流量的目的。因此執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要的，必不可少的組成部分。執(zhí)行器的構(gòu)成如下：P0I0執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)被控介質(zhì)流量圖8變送器的基本組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行器常直接與介質(zhì)接觸，常常在高壓，高溫，深冷，高粘度，易結(jié)晶，閃蒸，汽蝕，高壓差等情況下工作。使用條件惡劣，因此，它是控制系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。如果執(zhí)行器選擇使用不當(dāng)，往往給生產(chǎn)過程自動(dòng)化帶來困難。在許多場(chǎng)合下，會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量下降，控制失靈，甚至因介質(zhì)的易燃易爆，有毒，而造成生產(chǎn)事故。執(zhí)行器分為氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器、液動(dòng)執(zhí)行器3大類。氣動(dòng)執(zhí)行器按其執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式分為薄膜式、活塞式和長(zhǎng)行程式。近年來還研制了增力型薄膜調(diào)節(jié)閥。電動(dòng)和液動(dòng)執(zhí)行器按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式分為直行程和角行程兩類。4.3．1執(zhí)行機(jī)構(gòu)：由于我們采用的是DDZ－Ⅱ型的0—10mA信號(hào)，故選擇DDZ－Ⅱ型儀表。DKJ角行程、DKZ直行程是我國(guó)最早的、唯一生產(chǎn)的電動(dòng)執(zhí)行器，它是我國(guó)計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期，全國(guó)聯(lián)合統(tǒng)一設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。隨著現(xiàn)代工控計(jì)算機(jī)管理的發(fā)展，今天，我們的DKJ、DKZ系列與以前相比，有了2大實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，①生產(chǎn)出直接受計(jì)算機(jī)控制的智能電子式型、戶外型、隔爆型等改進(jìn)型產(chǎn)品②將電路控制部分灌封在一個(gè)小型塑料盒中，俗稱模塊，形成了便于維護(hù)的即插即用型，調(diào)節(jié)精度更高、使用壽命更長(zhǎng)。DKJ/ZKJ型角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)DKZ/ZKZ型直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)ZKJ/DKJ-210DKJ電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服放大器、伺服電動(dòng)機(jī)、減速器、位置發(fā)信器和電動(dòng)操作器組成。其工作原理如圖十所示。圖9DKJ電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理圖來自調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，在伺服放大器內(nèi)與位置反饋信號(hào)相比較，其偏差經(jīng)伺服放大器放大后，去驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，然后經(jīng)減速器輸出角位移。位置發(fā)信器將執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸角位移轉(zhuǎn)換成與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的直流信號(hào)(0-10mA或4-20mA)，作為位置反饋信號(hào)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向決定于偏差信號(hào)的極性，而又總是朝著減小偏差的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，只有當(dāng)偏差信號(hào)小于伺服放大器的不靈敏區(qū)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)才停轉(zhuǎn)，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出位移與輸入信號(hào)始終成正比關(guān)系。配用電動(dòng)操作器可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自動(dòng)-手動(dòng)無擾動(dòng)切換。手動(dòng)操作時(shí)，由操作開關(guān)直接控制電動(dòng)機(jī)電源，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)在全行程轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)操作。自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，兩相伺服電動(dòng)機(jī)由伺服放大器供電，輸出軸轉(zhuǎn)角隨輸入信號(hào)而變化。主要技術(shù)參數(shù)：

*輸入信號(hào)：0--10mADC

*出軸有效轉(zhuǎn)角：0--90度

*輸入電阻：200Ω(Ⅱ)、250Ω(Ⅲ)

*輸入通道：3個(gè)隔離通道

*電源電壓：AC220V50Hz

*使用環(huán)境溫度：-10--+55℃

*使用環(huán)境濕度：≤95%圖10DKJ執(zhí)行器安裝圖圖11DKJ接線圖1腳接位置發(fā)送器正電；2腳接位置發(fā)送器反負(fù)；3－4－5可以連一起做電機(jī)正轉(zhuǎn)接DTL-23111腳；8－9－10可以連一起做電機(jī)反轉(zhuǎn)接DTL-23113腳；13－6腳連一起接交流N；14－7腳連一起接交流L；12接地，其他的不需要接或者內(nèi)部已經(jīng)接好表3DKJ、DKZ系列電動(dòng)執(zhí)行器規(guī)格及參數(shù)規(guī)格型號(hào)Ⅱ型Ⅲ型輸出力矩(N.m)每轉(zhuǎn)時(shí)間(S)消耗功率(VA)重量(Kg)ZKJ/DKJ-210ZKJ/DKJ-210010010011031ZKJ/DKJ-310ZKJ/DKJ-310025010014048ZKJ/DKJ-410ZKJ/DKJ-410060010027086ZKJ/DKJ-510ZKJ/DKJ-51001600100490145ZKJ/DKJ-610ZKJ/DKJ-610040001001400255ZKJ/DKJ-710ZKJ/DKJ-710060001001800500調(diào)節(jié)閥：調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器重要部分，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力F(輸出力矩M)和輸出位移作用下，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)閥芯的運(yùn)動(dòng)，改變了閥芯和閥座之間的流通截面積，即改變了調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。KVGD9113-1P型電動(dòng)雙水冷式超高溫蝶閥概述：圖12KVGD9113-1P結(jié)構(gòu)示意圖KVGD9113-1P型電動(dòng)雙水冷式超高溫蝶閥系我廠95年度通過國(guó)家科委鑒定,并榮獲國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品證書,廣泛地應(yīng)用于冶金、化工、建材、電站等行業(yè)中的超高溫氣體管道中,作為高溫氣體介質(zhì)流量調(diào)節(jié)或切斷裝置,可與各種執(zhí)行器配套使用組成不同性能設(shè)備。該閥中的閥體采用優(yōu)質(zhì)碳鋼和不銹鋼內(nèi)腔通水冷卻,閥板采用雙層優(yōu)質(zhì)耐熱鋼,內(nèi)腔和軸通水冷卻,并在閥出口處設(shè)有流量開關(guān)報(bào)警功能,同時(shí)在進(jìn)出口設(shè)有二個(gè)流量調(diào)節(jié)閥。具有耗水量少、耐溫高、體積小、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、使用壽命長(zhǎng)、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。公稱壓力：0.1MPa額定轉(zhuǎn)角：0～90°普通型泄漏率：≤5%后座型低泄漏：≤1%工作溫度：P9t≤950℃；P10t≤1050℃；P11t≤1150℃；P12t≤1150℃；P13t≤1350℃（瞬間最高溫度：≤1400℃）適用介質(zhì)：高溫?zé)煔饣蚱渌瑝m高溫氣體；調(diào)節(jié)型：（KVGD9113a-1）配ZKJ型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或根據(jù)用戶選定執(zhí)行機(jī)構(gòu)）電壓：根據(jù)用戶選定的執(zhí)行機(jī)構(gòu)而定220（或380）VAC；輸入信號(hào)：0～10（4～20）mADC（用戶自定）；兩位開關(guān)型：（KVGD9113b-1）配Z型電動(dòng)裝置，本閥可水平或垂直安裝，但閥軸應(yīng)處于水平位置安裝4.4操作器：DFD-07型電動(dòng)操作器是DDZ-Ⅱ型電動(dòng)單元組合儀表中的一個(gè)輔助單元。適用于由DDZ-Ⅱ型變送單元、調(diào)節(jié)單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。應(yīng)用DFD-07型電動(dòng)操作器可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由“自動(dòng)到手動(dòng)（或手動(dòng)到自動(dòng)）”工作狀況的無擾動(dòng)切換。1．電源電壓：220V

50～60Hz2．開關(guān)觸關(guān)額定容量：主回路：L500V

15A3．信號(hào)回路：110V

2A4．跟蹤電壓：0～10V

DC5．環(huán)境溫度：0～45℃6．相對(duì)濕度：≤85%7．重量：3㎏8．外形尺寸：295×80×160（mm）9．開孔尺寸：75+1×153+1（mm）圖13DFD-07操作器接線圖5．儀表配接圖及說明：配接圖見附錄，各儀表之間說明如下：UYZ－50系列電容物位計(jì)有測(cè)量和變送物位的功能，輸出0～10mADC電流信號(hào)，其中1，2腳接測(cè)量電極至于鍋爐中，3，4腳分別接調(diào)節(jié)器的1，2腳，57接上限報(bào)警電路，810接報(bào)警電路的下限，11腳接自帶顯示儀表部分工作電源+18V或者+24V，16腳接地，18和20接220V交流工作電源，其他引腳不要接或內(nèi)部已經(jīng)接好。DTL-231調(diào)節(jié)器1腳接來自UYZ-50變送器3腳的0～10mADC電流信號(hào)，2腳接來自UYZ-50變送器4腳的0～10mADC電流信號(hào)，11腳輸出至DJK-210執(zhí)行機(jī)構(gòu)8腳，13腳輸出至DJK-2104腳如果需要外加手操再分別接14,15腳，18腳接地，19和20接220V交流工作電源，其他引腳不需要接內(nèi)部已經(jīng)接好。DFD-07操作器3和4腳接DKJ-210執(zhí)行器1和2腳位置接收信號(hào)（輸入），9和10腳接KVGD9113b-1的1和2腳，11和12分別接DKJ-210執(zhí)行器1和2，18接地，19，20接220V交流電。DKJ-210執(zhí)行機(jī)構(gòu)1腳接DFD-07操作器5腳；2腳接位置DFD-07操作器6腳；3－4－5可以連一起DFD-07操作器11腳控制伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)；8－9－10可以連一起接DFD-07操作器13腳控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)；13－6腳連一起接交流N；14－7腳連一起接交流L；12接地，其他的不需要接或者內(nèi)部已經(jīng)接好6.儀表清單：表4儀器清單儀表名稱儀表數(shù)量變送器UYZ-50同軸式電容物位計(jì)1調(diào)節(jié)器DTL-231A1角行程執(zhí)行器DKJ-2101操作器DFD-071調(diào)節(jié)閥KVGD9113b-117.參考文獻(xiàn)：1葉江祺.熱工測(cè)量和控制儀表的安裝.北京：中國(guó)電力出版社，19982周澤魁.控制儀表與計(jì)算機(jī)控制裝置.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20023金以慧.過程控制.北京：清華大學(xué)出版社，19934張寶芬.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20045楊獻(xiàn)勇.熱工過程自動(dòng)控制.北京：清華大學(xué)出版社，20006吳秋峰.自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001山東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目：基于PLＣ的溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系部名稱：機(jī)電工程系班級(jí)名稱：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)老師:完成日期：2０16年６月6日

摘要溫室大棚是用來栽培農(nóng)作物的設(shè)施，它能改變農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境,使其能夠外界的四季變化和惡劣氣候，為農(nóng)作物的生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的條件.溫室大棚作為高效農(nóng)業(yè)的重要組成部分,已經(jīng)成為我們研究的方向。如何利用科學(xué)技術(shù)控制溫室內(nèi)的各種環(huán)境因子，已成為我國(guó)溫室大棚行業(yè)研究的重要課題之一。本論文主要介紹了基于PLC控制的溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該研究中將采用溫度傳感器、CO２濃度傳感器、光照傳感器對(duì)溫室大棚中各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),將測(cè)量值送入PＬC中,在ＰLC中將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備來調(diào)控溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了溫室大棚的自動(dòng)化、智能化控制。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)輸出顯示等功能，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)優(yōu)良的人機(jī)界面，為溫室大棚的研究提供新的方向。關(guān)鍵詞:溫室大棚;可編程控制器(PLC）;傳感器;控制；AＢSTRACTGreｅｎhousｅsareuｓedforgrowingplantsinarangeoｆｆaｃiliｔies,ｉtcａｎｃｈａngeｔhecrｏpgｒowingeｎｖｉroｎment,enablinｇittotheｏｕtｓｉｄeofｆｏurseasonsａndhａrshcｌimate，cｒeａt(yī)ingsｕitablecｏndiｔiｏnsforcropｇｒｏwｔh.Ｇreeｎhouseｓaｓiｍpoｒｔantcomｐonentofagricuｌture，haｓbecomｅouｒresｅａrｃhdｉrectionｓ.Hoｗtousescienｃeaｎdｔechnologytｏcontrolｅnｖiroｎmentalfａｃtoｒｓwithｉnｔhegreｅnhｏuse，ｇｒeeｎhｏuseindustrｙｈaｓbecomeaｎiｍpoｒtantｓｕbjectofstudy.Deｓｃrｉbedintｈｉsｐaper，basedｏnＳiemensS7—2０0ｓerieｓPＬCcontrｏｌsysｔeｍdesignofｇreｅｎｈouｓeＴｈｅreｓearchwillｂeusｅdtemｐｅrａt(yī)urｅseｎsoｒ，aｎｄCO2concentrａt(yī)iｏnsensｏr,ａnｄlightsｅnsorongｒｅｅnhousebｉgｓhedｉnthetheindexforｄｅtecｔｉoｎ,ｗillmeaｓuremｅnｔvalueｉntoＰLCiｎthe,iｎＰLCｗillｂeiｔｓaｎdｓetvａluefｏrcoｍｐａred，aｇainissｕedcoｒresｐｏndinｇofinstructｉｏnｄriｖepｅripｈeralｅquipmenｔtoＲegｕlatｉongreenhoｕsebigshedｗitｈｉｎofｅｎvirｏnmentｐａｒameteｒ,toachiｅｖedｈasｇreｅnｈousebigshedofaｕtｏmatｉｏn，ａnｄiｎtelliｇeｎtoｆconｔrol。Ｏｎthiｓbasiｓ，usingcｏnfigurationｓofｔwarｅconｆiｇurａt(yī)iondesignｏｆcｏnｔrolsyｓtｅms,ｍｏnitoring，dataloｇging，dataoｕtｐｕtfｕncｔion，ａchievｉｎｇeｘｃelｌentconｔroｌsysteｍｈuｍan－machineiｎｔeｒfａce，ｆoｒgｒeｅnhousｅｒｅseａrｃhtoｐｒovidenewdirectｉon.Keywordｓ：gｒｅe(cuò)ｎhouse;progrａｍmabｌelｏgiccontrollｅｒs(PLC);ｓｅnsor;ｃontrol；appliｃａt(yī)ｉon．目錄摘要。。。。．．。.。。。.。。.。．。。．．.．．．．...。．.。...。．..。．..．..．。．．．。．。.。．．。。..。.．．。。..．．．．．。．.。.。...。。．。．.。.。..．...．。。．.。。．ⅠABＳTRACＴ..。。。。..。．.．.．.。.．。..．。．.．.。．。．．。．．．。．.．。.．．．.。。.．。..．.．.．。。。．．。．.．。．。．。.。．．...。.．．。．.。。。...。。．。。．.。。。Ⅱ目錄．.。.。。．．。。．...．．。...。。.。..。.．．。.。。。。．。。..。.。.。．．。．...。。..。．.．。。．。..。。．.．。.。...．.。.．.。.。.。。。．．．.．.。。。.．。。。。。.．.。。．.。.Ⅲ1緒論.。.．..。。.。。。.。。.．。。。。。.。．.．．。．。．。.．..。．。。。．。。．.。．。..．。。．.。。。.．。..。.。．。.。。.。．．．。。..。．...。..。.．.。．。.．。．.．．。11。1課題概述．。。．。。．．。．。.。..。.．．..。。...。.．.。。。。．..。..．。．。。..．..．．.．。。。..。.。.。．．。。．...．.。。。.。。．．。.．。．11。1．１課題簡(jiǎn)介。.。．。。.．．..．。.。。.．.．。。。..．。。.。.．.。。．．。。。..。...。...。.。。..。。．．.。．。。..。.。。。．。１１。1.2研究目的及意義.．。.．．。。。．。.。。。．..。。。。．.．．。.。。．。.。.．。．.。。。.．...．．.．.。。.。．.。。．。.。.。．１1。２國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀．。.。．．。。.．．．.．．。。．。。．。．．..．．。。。.．..。.．。。。。。。。.。．.．..．.。．..．.。..。。.．.。．...．．.。.．21。２。1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀。。.．.。。...．.。。．。．..。。.。.。.。．..．。．。..．.．。．。.。。．。。。。。..。。.．。．。...．．．.。。．.。。。.21.2．2國(guó)外研究現(xiàn)狀．.．．。．．。。.。。。．．。．。。．.．。。。。．．．。．．..。。..．．.。。...。。．．。.。.。。．.。．．．．...．。..。．.。．2１。3研究?jī)?nèi)容。.。。.。。。．。．。.。。。。。.。。．．.。．.．。．..．。.。．。．.。..．。。...。.．。。．。。...。..．．.。。.。。．..．..。.．。．．...。．...32控制系統(tǒng)的整體控制方案.。．。．.．。．．。...。。。。．。.．.。。.。。。．。。.。。.。.。。.。.．。．.。．.．。．．。。..。.．...。。。。。．。4２。1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。.．．.．..。。.。。。。。．．．。..。。.。。.。．。.。．．．．.。.。．．..。。..。.。．。。.。．。．．。..。。．。.。..。.。４2．2系統(tǒng)的控制方案．。.．。.。.．。．。．。.。.。.。。。..．。。..。．．。．。．。。．..。。．。。。.．。。。。．．.．.。。。.．..。.。。。。。.．.４3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)．。.。．．.。．．。。.。。．...．．。．.。.。．。.．.．..．..。.．.。。．。.．...。。.。.．．．.．。..。。.．..。．．。。.．..。７3。1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。．.．.。．.。．。.．．。..。．．．。。．。．。．。。.．.。．。.．。。。．..．。...。..．..。。。．。.。。.。。.。.。．。．..。。...７3。１。1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì).。.。.。。...。.．。。。。...。。。.。.．．。..。。．．.．..。.．。。.。．。..．．．..．．。.。．。．.。．73．１.2控制系統(tǒng)各部分控制電路設(shè)計(jì)．。。。。．.。。．。。。．..。．．。.。.．。。．。.。..。．。。。.。.．。.．73.2PLC簡(jiǎn)介。。。．。。..。。。。。．...。．．.。．．．。。.。．．．．。。。。．...。.．．．.．。．.。。。。.．。。..．。。。。．.。。.．.。。．。．.。．..。．..．．。.．．．。123．2．1ＰLC的產(chǎn)生和系統(tǒng)組成．．..．。。..。。.。.．.．．。．.。.。.。。.．..。。..。。..．．．..。。.。．。．。。。．..。。１23.２。2PLC的工作原理..。。..。.．.．...。.．.。.．．。。．。.．.。..．。．..。。．.．...．。.．.。.。。..。..．..．.。.．123.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及步驟．..．.．.。。。。。。...．．..。。.．．..．.．．．。。..。．。。。.．．..．1４3．3。1設(shè)計(jì)PＬC控制系統(tǒng)的基本原則。．．。。。。.。。．..。.。．.．．．．..。．。.．。。.。...．。．．。。．。。..143。3.2PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟.。。。.。。..。。．..．。..．。。。。．。。。..。.。．.．。..。..．．..。143。4PLC硬件電路設(shè)計(jì)．。．...。。..。..．...．。.．.。。．．...。．。.。.。。．.。。．..．。。.。。．。。．.．.．。。。。.。。...。．173.4。1ＰＬC型號(hào)的選擇..。..．．..。．。..。.。.。..。。。．。．.．．..。。．.。．。．。.．..．。.．..。．。．。.。．．。．．．.．。1７3。4．２傳感器的選型。．。.．。。...．。.．.．．。。．.．．。..。．．．。．。。.。。。。．.．．。。。。.．..．．．..。。．。.。。..。。．。..。．.１7３.4。3模擬量輸入模塊EM23５。.．。.．。．.。。..。。。..。。...．．.。.。。。．。。。．。．．.．。。。。。。。.。。．.．．。.。．.193。４。4PLCO/Ｉ地址分配表。．。．．．。。..．.。.。。。.。。．．.。.。.。。。。。.．。．。..．。.．。..。．.．。。..２1３.4.５PLC硬件接線圖設(shè)計(jì)．．．。.。．.．.。..．．．.．．..。。...。。。..．。。．.。．...．．。．。.．.。。．。.。。.。．２3４控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。．...。．。。.．。。...。。。。.．。。。。．。。。．．。。。．.。。...．..。.．。.。。。。．..。．.。.。．...．.。．。。。...。２4４。1PLC程序設(shè)計(jì)方法.．.．...。．．。．．．。。。..．。.．...．。。．。.。.．．．。.。。..。...。。。．。。。。。。．。。..。。．。。.．．．．.。。．。。．２44．2編程軟件STEP7—MICＲO/WＩN概述．．。.。。..。.。。.。..．。．.。．。.。。。..。。.。．．．。。.。.．.。．.。..。．.．.．24４。3控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì).。.．。.。..。.．..。。..．．。．..。.。..。。．．。。.。。..。。．..．。.。。.。.．。．。。.。．..。.。。．..．.。。25４.3。1程序的設(shè)計(jì)思路。。。.．..。．。。..．。．。.。。.。..。.。。．.。．.．.。。。．．．..．.。．。.。。.。．.。．.。．.．。.。．２5４．３.2程序控制流程圖.。。。．。。.。。。.。。...。。.．..．．。。.。.。.。。．。...。.。。。。。。。.．.。．．。．.．.．...。.。.．．.264。3。３控制程序設(shè)計(jì)及分析．.。。。..。...．.。。。..．。．。．.。。。...。。..。.．。．。.。...．．.．．。．。．．．.。29結(jié)論。.。.．..。。．..。.．。。．．.。．．.。.。。.。.。．.。.。．。.。。...．..。.。.。...．..．．。.．。.。。。。。。.．。。．．．..。．.。.。．。．.。。。．.。．。.。。.．。..。。。.。36參考文獻(xiàn).。..。。。。．。．.．.。。。.．.．。．．．.．．。。．．。．.。.．.．。。。．。.。．..。．...。。..．。.。。..．。．.。．．．...．。．.．.．.。．．。.。。.37致謝。.。．.。。．。.．.。．.．..．。...。．.。。。。。.。。..．。。。。。。．。。..。.．.。。.．。.。。．.。。.．.．。。..．．.．.．．．．.．.．..。.．．。...．。.．。.．..。.。。。．.．３9附錄1外文資料翻譯。.。.．.．.。。。..。...。．．。.．．．。．.．．。.．。.．。.．...．.。..。.。.．。．．．。．。.．...．．。.。。..40附錄2電氣原理圖．。.．．。．..．。.。。。．。．.。．．。.．.．。。。..．.。。．.。。...。．。.。。。.。。.．．。.．.。．．。．．．。。。．.。。。..。．53附錄3軟件程序.。。。.．．.．．．．。。.。．．..。．。．。。.。．．。.。．..．.。.．。．。.。．。..．．...。．。..。。.。.。..．.。..。..。。。。．。.。.。...。..54１緒論1.1課題概述1．1.1課題簡(jiǎn)介溫室大棚是用來栽培植物的設(shè)施。溫室是用來改變農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境,避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)r(nóng)作物的不利影響，為農(nóng)作物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的條件。溫室環(huán)境指的是農(nóng)作物的生長(zhǎng)空間，它是由光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等諸多因素組成的。溫室控制主要是通過控制溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)與光照等自然因素，使得它可以在不適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的季節(jié)和惡劣的環(huán)境下可以高效的種植農(nóng)作物。從而達(dá)到對(duì)農(nóng)作物調(diào)節(jié)產(chǎn)期、促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育、提高產(chǎn)量的目的.現(xiàn)代化溫室中具有控制溫度、光照、氣肥等條件的設(shè)備,并采用電腦進(jìn)行自動(dòng)智能控制，以此創(chuàng)造農(nóng)作物生長(zhǎng)所需最佳的環(huán)境條件。1．1．２研究目的及意義目前的農(nóng)作物栽培設(shè)施中,按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)裝配的鋼管塑料大棚和玻璃溫室僅占全國(guó)大棚面積的一少部分，大多數(shù)的農(nóng)村仍是采用自行搭建的竹木棚。這種簡(jiǎn)單的竹木棚只能起到一定的保溫效果,根本談不上對(duì)光照和二氧化碳的合理充份的利用，而且抗自然環(huán)境的能力很差，面對(duì)突發(fā)的氣象災(zāi)害也無能為力。即使那些為數(shù)不多的裝配式塑料大棚和玻璃溫室，也都不同程度的缺乏配套的專業(yè)調(diào)控設(shè)備和儀器,所以我國(guó)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)特別是溫室大棚領(lǐng)域的自動(dòng)智能化程度還非常低。中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展,必須走現(xiàn)代化發(fā)展這一條路.隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)在化農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視,特別是溫室大棚,因?yàn)闇厥掖笈镆呀?jīng)成為了現(xiàn)代化高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)最重要的一環(huán)就是對(duì)環(huán)境中影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的因素做檢測(cè)和控制,通過對(duì)溫室環(huán)境的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,并結(jié)合農(nóng)作物的生長(zhǎng)規(guī)律，對(duì)環(huán)境因素的控制，是作為溫室大棚自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)管理的基本保證，從而能使農(nóng)作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高效的栽培目的.所以，現(xiàn)在我們進(jìn)行溫室大棚PＬC監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有積極的現(xiàn)實(shí)意義.本課題通過對(duì)可編程控制器ＰLC、傳感器的學(xué)習(xí)和研究，完成了利用西門子PLC與電腦終端組成的溫室大棚群監(jiān)控系統(tǒng)。1．２國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1。2．1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)溫室大棚技術(shù)起步較晚，政府發(fā)展的以塑料大棚、日光溫室為主的農(nóng)業(yè)栽培設(shè)施,促進(jìn)了農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和緩和了蔬菜的季節(jié)性短缺矛盾。利用太陽(yáng)光熱資源，節(jié)約不可再生能源,減少環(huán)境污染是我國(guó)溫室大棚的一大特色。雖然我國(guó)溫室規(guī)模有限,還沒有形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，另外構(gòu)建設(shè)施的費(fèi)用也比較高,但從長(zhǎng)期發(fā)展來看,溫室監(jiān)控系統(tǒng)分布式和網(wǎng)絡(luò)化將是我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)代溫室大棚中常用的能自動(dòng)控制的調(diào)控機(jī)構(gòu)有:通風(fēng)窗、遮陽(yáng)簾、通風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、人工加熱燈、二氧化碳增肥器、噴霧系統(tǒng)及蒸熏設(shè)備?？刂破骶C合調(diào)節(jié)各個(gè)機(jī)構(gòu),使系統(tǒng)在節(jié)省能源的同時(shí)保證室內(nèi)氣候滿足植物生長(zhǎng)需要.使用的控制器也有很多選擇，如單片機(jī)、工控機(jī)、ＰLC、通用PC機(jī)等.１.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀西方發(fā)達(dá)國(guó)家在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的起步比較早。１94９年，美國(guó)借助于工程技術(shù)的發(fā)展，建成了第一個(gè)人工氣候室.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，溫室大棚作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的重要組成部分，其自動(dòng)控制技術(shù)和管理技術(shù)得到不斷地提高，在世界各地都得到了不錯(cuò)的發(fā)展。目前,國(guó)外的溫室大棚內(nèi)部設(shè)施已經(jīng)發(fā)展到了比較完備的程度,并形成了一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。溫室內(nèi)被控環(huán)境因子由計(jì)算機(jī)控制，傳感器也較為齊全，如溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等等，由傳感器的檢測(cè)基本上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。計(jì)算機(jī)對(duì)于這些系統(tǒng)的控制已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的、獨(dú)立的、靜態(tài)的直接數(shù)字控制,而是基于ＰLC的智能控制系統(tǒng)，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。1.3研究?jī)?nèi)容可編程控制器是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置,PLＣ的優(yōu)越性能，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的三大支柱之一。ＰＬC的應(yīng)用已經(jīng)成為了世界潮流，在以后PLC技術(shù)將會(huì)在我國(guó)的到更全面的應(yīng)用。本文研究的是PLC技術(shù)在溫室大棚技術(shù)上的應(yīng)用。從整體上分析研究了溫室大棚控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和人機(jī)界面等.本次的研究?jī)?nèi)容為溫室大棚PLＣ控制系統(tǒng)。溫室大棚的作用是改變植物生長(zhǎng)的環(huán)境,從而避免因四季變化和突發(fā)的惡劣天氣對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的不良影響，為植物生長(zhǎng)提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境。在農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境中,溫室大棚中的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)起著非常重要的作用。本次研究以可編程控制器ＰＬＣ為核心，通過傳感器檢測(cè)溫室中的環(huán)境參數(shù),經(jīng)變送為4-2０mA的電流信號(hào)后送入S7-2００的模擬量輸入模塊ＥM２35,經(jīng)分析處理，輸出開關(guān)量，通過驅(qū)動(dòng)電路控制通風(fēng)扇、冷暖風(fēng)機(jī)、遮陽(yáng)簾、二氧化碳發(fā)生器等多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚智能化控制,從而實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)界面。2控制系統(tǒng)的整體控制方案2.1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)本控制系統(tǒng)主要針對(duì)的被控對(duì)象是溫度、光照、二氧化碳濃度，通過對(duì)這些因素的檢測(cè)，然后與設(shè)定值進(jìn)行比較,然后進(jìn)行調(diào)節(jié)。溫度的調(diào)節(jié)主要靠通風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)、和加熱器進(jìn)行調(diào)節(jié)；光照主要通過遮陽(yáng)簾進(jìn)行控制；二氧化碳濃度主要通過二氧化碳發(fā)生器來進(jìn)行調(diào)節(jié)。本次設(shè)計(jì)的溫室大棚就是通過溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器來檢測(cè)溫室大棚中的溫度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等信息，然后通過ＰLC控制系統(tǒng)控制溫室大棚的通風(fēng)扇、冷／熱風(fēng)機(jī)、遮陽(yáng)簾、加熱器、二氧化碳發(fā)生器等硬件設(shè)施，對(duì)溫室大棚中的環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)控,以使溫室大棚里的環(huán)境為最適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境。2。２系統(tǒng)的控制方案在溫室大棚中,需要一套完善的溫室控制系統(tǒng)來控制上述任務(wù).本控制系統(tǒng)以PLＣ為控制核心，采用傳感器對(duì)溫室大棚中的各項(xiàng)環(huán)境因子進(jìn)行檢測(cè),然后將測(cè)量結(jié)果送入PLC中,經(jīng)過PLC的處理，然后對(duì)執(zhí)行設(shè)備發(fā)出指令,通過執(zhí)行設(shè)備對(duì)溫室中的各項(xiàng)環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)控?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)中的穩(wěn)定性與安全性，本控制系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)兩個(gè)模式，自動(dòng)方式是周期性的按照ＰＬC進(jìn)行控制，手動(dòng)模式是當(dāng)遇到緊急突發(fā)狀況時(shí),改為手動(dòng)操作,進(jìn)而去控制執(zhí)行設(shè)備的運(yùn)行。通過傳感器檢測(cè)到數(shù)據(jù)和設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，然后通過軟件程序去執(zhí)行相關(guān)的命令，本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，節(jié)約資源,能實(shí)現(xiàn)利益最大化。該溫室大棚的控制系統(tǒng)總體框圖如下圖2。1所示:圖2。1控制系統(tǒng)總體框圖該溫室大棚控制系統(tǒng)由ＰLC系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng),外部執(zhí)行系統(tǒng)等幾部分組成,以PLC控制系統(tǒng)為核心，通過傳感器系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，通過PＬＣ模擬量輸入模塊EM23５輸入到PLC,經(jīng)過與設(shè)定值比較,輸出開關(guān)量進(jìn)而對(duì)執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行控制。本系統(tǒng)為一個(gè)溫室大棚的控制系統(tǒng)，以后還可以以大棚群為單位，通過上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制。具體來說就是按下啟動(dòng)按鈕,系統(tǒng)啟動(dòng)后，接收由溫度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器檢測(cè)到的信號(hào)，然后經(jīng)過PLＣ內(nèi)部處理，由輸出模塊輸出控制信號(hào),以控制外圍的執(zhí)行器件。如果溫度過高,就會(huì)驅(qū)動(dòng)冷風(fēng)機(jī)、通風(fēng)扇來降低溫室內(nèi)溫度；如果溫度過低，就會(huì)驅(qū)動(dòng)熱風(fēng)機(jī)、加熱器、通風(fēng)扇來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；光照則由遮陽(yáng)簾和發(fā)光器來進(jìn)行調(diào)節(jié);二氧化碳濃度則由二氧化碳添加器來添加.3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)PLＣ控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。本章主要從硬件角度介紹了溫室大棚控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案,主要從電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、ＰLＣ外部接線圖及外部硬件配置方面進(jìn)行設(shè)計(jì).3．1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.１。1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)溫室大棚控制系統(tǒng)的主電路如下圖3。1所示。其中通風(fēng)扇和遮陽(yáng)簾主工作電路相似，都需要電機(jī)的啟動(dòng)、停止以及正反轉(zhuǎn)來完成工作，不同點(diǎn)是通風(fēng)扇和遮陽(yáng)簾電機(jī)的功率不同，且遮陽(yáng)簾電機(jī)帶限位開關(guān)。其中冷/熱風(fēng)機(jī)、加熱器、發(fā)光體、CＯ2發(fā)生器的工作原理大致相同,都屬于開關(guān)設(shè)備.圖3.1溫室大棚控制系統(tǒng)主電路原理圖從上圖可以看出,QK為刀開關(guān),其作用為控制整個(gè)主電路的啟停；FR1—FＲ5位熱繼電器，起過載保護(hù)作用；FＵ1—FＵ7為熔斷器,對(duì)各支路起到短路保護(hù)和過載保護(hù)作用;ＫM1－KM9為接觸器的主觸頭，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)以及開關(guān)設(shè)備的啟停控制。３.1．２控制系統(tǒng)各部分控制電路設(shè)計(jì)通過系統(tǒng)主電路可以看出，溫室大棚的控制系統(tǒng)的執(zhí)行設(shè)備分為兩大類：開關(guān)設(shè)備和非開關(guān)設(shè)備。開關(guān)設(shè)備包括風(fēng)機(jī)、加熱器等等；非開關(guān)設(shè)備比如正反轉(zhuǎn)的電機(jī)，包括通風(fēng)扇、遮陽(yáng)簾等，這些電機(jī)需要啟停和正反轉(zhuǎn)，需要限位開關(guān)。１.開關(guān)設(shè)備加熱器、二氧化碳添加器、熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、發(fā)光體都屬于開關(guān)設(shè)備，其控制電路比較相似，現(xiàn)在就以熱風(fēng)機(jī)為例,做以下分析：（1)熱風(fēng)機(jī)的主電路風(fēng)機(jī)的運(yùn)行可以通過一個(gè)繼電器來控制，主要控制風(fēng)機(jī)的電機(jī)通斷。風(fēng)機(jī)工作運(yùn)行必須有熔斷器、熱繼電器來保護(hù)電路,主要功能有過電流保護(hù)、短路保護(hù)和過載保護(hù).下圖３。2為熱電機(jī)的主電路圖：圖3。2熱風(fēng)機(jī)主電路圖（2）熱風(fēng)機(jī)控制電路控制電路原理圖如下圖３.3所示,依照電路原理圖可知:SB１為手動(dòng)/自動(dòng)切換開關(guān).按下總啟動(dòng)開關(guān)SB2，接觸器線圈ＫM10得電，KM10常開觸點(diǎn)閉合,形成自鎖。若是手動(dòng)操作，將旋鈕開關(guān)ＳB1打到手動(dòng)檔位，將SB6旋轉(zhuǎn)到開啟檔位,接觸器KM5得電，其常開觸點(diǎn)閉合,熱風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行;將SＢ6旋轉(zhuǎn)到停止檔位，接觸器KM5失電,其常閉觸點(diǎn)斷開，熱風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行.若是自動(dòng)控制,將開關(guān)ＳＢ1旋轉(zhuǎn)到自動(dòng)檔位，由PLC控制器控制，當(dāng)接觸器KM5得電時(shí),其常開觸點(diǎn)閉合,熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行。圖3。3熱風(fēng)機(jī)控制電路圖２．正反轉(zhuǎn)設(shè)備在執(zhí)行設(shè)備里，通風(fēng)扇和遮陽(yáng)簾屬于非開關(guān)設(shè)備,也就是正反轉(zhuǎn)設(shè)備，他們的控制電路很相似,現(xiàn)在以遮陽(yáng)簾為例來分析一下主電路圖和控制電路原理圖。(1)遮陽(yáng)簾主電路下圖３.4為遮陽(yáng)簾的主電路圖。由電路圖可知，接觸器KＭ３、ＫＭ4主要是控制遮陽(yáng)簾電機(jī)正反轉(zhuǎn)；熔斷器FU2主要是在電路中起到過電流保護(hù)，應(yīng)對(duì)短路;熱繼電器FR2的作用主要是電機(jī)的過載保護(hù).圖3.4遮陽(yáng)簾主電路圖（2）遮陽(yáng)簾的控制電路遮陽(yáng)簾的控制電路原理圖如下圖３.５所示.由其電路原理圖可以分析得：旋鈕ＳB1為手動(dòng)/自動(dòng)選擇開關(guān),按鈕SB2為總啟動(dòng)開關(guān),按下SＢ2,交流接觸器KM１0得電,其常開觸點(diǎn)閉合,形成自鎖;若手動(dòng)操作，將旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動(dòng)位置，SB4為開簾、閉簾切換開關(guān)，當(dāng)ＳB4切換到開簾開關(guān)時(shí),接觸器KM3得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)其開簾程度達(dá)到最大程度時(shí)，碰到限位開關(guān)SＱ1，其常閉觸點(diǎn)斷開,接觸器KM3失電，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)SＢ4切換到閉簾開關(guān)時(shí)，接觸器KＭ4得電，其常開觸點(diǎn)閉合,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，待關(guān)閉到最大限度時(shí),限位開關(guān)ＳＱ２常閉觸點(diǎn)斷開，ＫM4失電，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。SＢ３為緊急停止開關(guān),當(dāng)按下SＢ3時(shí)，接觸器KM1０失電，其常閉觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。若自動(dòng)運(yùn)行時(shí),旋鈕開關(guān)SB１旋轉(zhuǎn)到自動(dòng)位置，遮陽(yáng)簾運(yùn)行受到PLＣ控制,中間接觸器KM３得電時(shí),其常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行,遮陽(yáng)簾打開;中間接觸器KM4得電時(shí),其常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，遮陽(yáng)簾閉合。圖3.5遮陽(yáng)簾控制電路原理圖３．２PＬC簡(jiǎn)介3．２。1ＰLC的產(chǎn)生和系統(tǒng)組成19６9年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出世界第一臺(tái)PLC,開創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)代。ＰＬC隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展,由最初的1位機(jī)發(fā)展到８位機(jī)，并隨著微處理器CＰU和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在PＬC中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的PLＣ。目前，PLC已經(jīng)使用16位、32位高性能微處理器，并實(shí)