高速接縫式自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā) 畢業(yè)論文

鍋爐內(nèi)膽水溫PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與監(jiān)控院、部電氣與信息工程學(xué)院班級(jí)自本0903班完成時(shí)間2013/5/30摘要在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，經(jīng)常存在一些如溫度，液位，流量和速度等連續(xù)變化的量。對(duì)這些變量的控制已成為當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。作為控制系統(tǒng)中的一種，水溫控制系統(tǒng)在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。基于可編程控制器（PLC）的水溫控制大多是采用PID控制，PID控制由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，可靠性高，在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。本文的水溫控制采用過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）以其國(guó)際化，開(kāi)放式，高可靠性，高靈活性等優(yōu)勢(shì)，在過(guò)程自動(dòng)化，制造自動(dòng)化，樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。論文首先簡(jiǎn)單做了一些背景資料的介紹，然后重點(diǎn)闡述了PLC水溫定值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)計(jì)，硬件配置，下位機(jī)西門(mén)子PLCS7300的主要功能模塊的介紹和程序的設(shè)計(jì)，上位機(jī)的監(jiān)控組態(tài)畫(huà)面的設(shè)計(jì)，以及系統(tǒng)的調(diào)試和參數(shù)的整定。系統(tǒng)中應(yīng)用到了WINCC和STEP7兩種軟件，WINCC軟件主要是做監(jiān)控畫(huà)面，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控；STEP7軟件設(shè)計(jì)程序，完成對(duì)水溫定值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞現(xiàn)場(chǎng)總線；WINCC；可編程控制器；水溫控制ABSTRACTINTHEPROCESSOFINDUSTRIALPRODUCTION,OFTENTHEREAREAFEWSUCHASTEMPERATURE,LIQUIDLEVEL,FLOWANDSPEEDOFTHEAMOUNTOFCONTINUOUSCHANGEFORCONTROLOFTHESEVARIABLESHASBECOMEAHOTFIELDINTODAYSAUTOMATIONTECHNOLOGYDEVELOPMENTASONEOFTHECONTROLSYSTEM,WATERTEMPERATURECONTROLSYSTEMHASBEENWIDELYUSEDINTHEFIELDOFAUTOMATIONBASEDONPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERTEMPERATURECONTROLWITHPIDCONTROL,PIDCONTROLBECAUSEOFITSSIMPLESTRUCTURE,GOODSTABILITY,HIGHRELIABILITY,WIDELYUSEDININDUSTRIALCONTROLINTHISPAPER,PROCESSOFWATERTEMPERATURECONTROLADOPTSFIELDBUSSYSTEMS,PROCESSFIELDBUSPROFIBUSINITSINTERNATIONALIZATION,OPEN,HIGHFLEXIBILITY,HIGHRELIABILITYADVANTAGES,INPROCESSAUTOMATION,MANUFACTURINGAUTOMATION,BUILDINGAUTOMATIONANDOTHERFIELDSHASBEENWIDELYUSEDFIRST,THESISINTRODUCESIMPLEDIDSOMEBACKGROUNDINFORMATION,ANDTHENEXPOUNDSTHEDESIGNOFTHECONTROLSYSTEMOFPLCTEMPERATURESETTINGVALUE,INCLUDINGHARDWAREDESIGN,HARDWARECONFIGURATION,THEMACHINEOFMAINFUNCTIONMODULEOFSIEMENSPLCS7300ISINTRODUCEDANDPROGRAMDESIGN,PCMONITORCONFIGURATIONSCREENDESIGN,ASWELLASTHESYSTEMDEBUGGINGANDPARAMETERSETTINGTHESEARETWOSOFTWAREAREUSEDINTHESYSTEM,SUCHASTHEWINCCANDSTEP7WINCCSOFTWAREMAINLYDOMONITORING,TOMONITORFIELDDATATHESTEP7SOFTWAREDESIGNPROGRAM,COMPLETETHEDESIGNOFTHECONTROLSYSTEMOFWATERTEMPERATURESETTINGVALUEKEYWORDSFIELDBUSWINCCPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERWATERTEMPERATURECONTROL目錄1緒論111鍋爐112現(xiàn)場(chǎng)總線12鍋爐內(nèi)膽水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)321控制系統(tǒng)介紹3211控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3212硬件設(shè)計(jì)422硬件配置4221生成新項(xiàng)目4222硬件配置523程序設(shè)計(jì)6231FB41簡(jiǎn)介6232FC105簡(jiǎn)介9233FC10610234控制程序11235程序與組態(tài)的連接12236建站1324組態(tài)步驟143系統(tǒng)的整定及調(diào)試2431PID調(diào)節(jié)器24311PID的傳遞函數(shù)24312控制規(guī)律的選擇24313PID控制器參數(shù)整定的方法2532調(diào)試步驟及結(jié)果27結(jié)束語(yǔ)31參考文獻(xiàn)32致謝3301緒論11鍋爐鍋爐是化工、供熱供暖、煉油、發(fā)電等生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)備。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽，既可以作為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、大型泵類的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，又可以作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥等過(guò)程的熱源。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)設(shè)備的革新，作為動(dòng)力設(shè)備和供熱設(shè)備的鍋爐，正在向著更大的容量、更高的系統(tǒng)參數(shù)、更高的效率等方面去發(fā)展。因此為了確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐的控制系統(tǒng)就顯得越發(fā)的重要。電鍋爐也稱電加熱鍋爐、電熱鍋爐，顧名思義，它是以電力為能源并將其轉(zhuǎn)化成為熱能，然后經(jīng)過(guò)鍋爐的轉(zhuǎn)換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機(jī)熱載體的設(shè)備。電鍋爐主要由鋼制的殼體、電腦控制系統(tǒng)、低壓電氣系統(tǒng)、電加熱管、進(jìn)出水管及檢測(cè)儀表等組成。電鍋爐的加熱方式有電磁感應(yīng)加熱方式和電阻（電加熱管）加熱方式兩種。電阻加熱方式又分為不銹鋼加熱管和陶瓷加熱管，電阻加熱方式就是采用電阻式電熱元件進(jìn)行加熱。電鍋爐的優(yōu)點(diǎn)就是在結(jié)構(gòu)上易于疊加和組合，控制更加靈活，維修更換更方便。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自動(dòng)化控制水平也越來(lái)越高，相對(duì)的，用戶對(duì)鍋爐控制系統(tǒng)工作的效率要求也就越來(lái)越高，為了有效的提高鍋爐的工作效率，減少對(duì)環(huán)境的污染，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與組態(tài)軟件技術(shù)對(duì)鍋爐的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化的控制就有著非常重要的意義。目前，國(guó)內(nèi)的許多地方鍋爐的控制系統(tǒng)主要還是采用分布式控制系統(tǒng)DCSDISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM進(jìn)行控制。因?yàn)殄仩t的整個(gè)系統(tǒng)的儀器儀表的信號(hào)比較多，采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制的性價(jià)比較好。但是隨著PLC控制技術(shù)的發(fā)展革新，PLC的功能已經(jīng)得到了很大的強(qiáng)化，在儀表的控制方面也有了較大的突破，用于回路調(diào)節(jié)和組態(tài)畫(huà)面的功能也在不斷的完善。并且PLC的抗干擾能力很強(qiáng)，對(duì)電源的質(zhì)量要求也比較低。12現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)是當(dāng)今自動(dòng)化控制領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，它被譽(yù)為是自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著自動(dòng)化控制技術(shù)又一個(gè)新的時(shí)代的來(lái)臨?，F(xiàn)場(chǎng)總線是用于連接控制現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表和控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字化、串行、多站通信的網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了革命性的變化，使自動(dòng)控制系統(tǒng)朝著智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化的方向迅速的邁進(jìn)，1形成新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布式控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（FIELDBUSCONTROLSYSTEM）?，F(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)了微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信，因?yàn)槠溟_(kāi)放式、數(shù)字化、多站點(diǎn)通信、低帶寬的特性。所以可以很方便地與因特網(wǎng)（INTERNET）、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（INTERANET）相連。22鍋爐內(nèi)膽水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21控制系統(tǒng)介紹211控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)是以鍋爐的內(nèi)膽作為被控對(duì)象，內(nèi)膽水溫作為控制系統(tǒng)的被控量。要求當(dāng)水溫穩(wěn)定至預(yù)設(shè)好的給定量時(shí)，將鉑電阻TT1測(cè)到的鍋爐內(nèi)膽水溫溫度作為反饋的信號(hào)，在與預(yù)設(shè)好的給定量進(jìn)行比較后，它們之間的差值就轉(zhuǎn)化成調(diào)節(jié)器控制的三相調(diào)壓模塊的輸出電壓（即三相電阻式電加熱管兩端的電壓），以達(dá)到控制鍋爐內(nèi)膽水溫的目的。在鍋爐內(nèi)膽的水溫定值控制系統(tǒng)中，其參數(shù)整定的方法和其它單回路控制系統(tǒng)是一樣的，但由于加熱過(guò)程容量時(shí)延較大，所以其控制過(guò)渡時(shí)間也較長(zhǎng)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器可選擇PI或PID控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖A結(jié)構(gòu)圖B方框圖因此，本系統(tǒng)可以采用兩種方案對(duì)鍋爐內(nèi)膽水溫來(lái)進(jìn)行控制（1）鍋爐夾套不加冷卻水（靜態(tài)）（2）鍋爐夾套加冷卻水（動(dòng)態(tài)）顯然，兩種方案的控制效果是不一樣的，后者比前者的升溫過(guò)程稍慢，降溫過(guò)程稍快。無(wú)論采用靜態(tài)方式進(jìn)行控制還是采用動(dòng)態(tài)方式進(jìn)行控制，本系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控界面的操作都是一樣的。3本設(shè)計(jì)采取第1種方案鍋爐夾套不加冷卻水（靜態(tài)）。212硬件設(shè)計(jì)（1）模擬鍋爐此鍋爐采用不銹鋼制成，由加熱層（內(nèi)膽）和冷卻層（夾套）組成。做溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測(cè)其溫度。由于本文采用鍋爐夾套不加冷卻水，所以動(dòng)態(tài)回流過(guò)程可以省略，只是開(kāi)始用氣動(dòng)閥門(mén)調(diào)節(jié)向水箱內(nèi)注入一定量的冷卻水。（2）水泵本系統(tǒng)采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為16CQ8P，流量為32升/分，揚(yáng)程為8米，功率為180W。泵體全部采用不銹鋼材料，這樣既可以防止生銹，也能延長(zhǎng)水泵使用的壽命。它是使用三相380V恒壓驅(qū)動(dòng)的。（3）溫度傳感器本系統(tǒng)的溫度傳感器是采用PT100傳感器，它是帶PROFIBUSPA通訊協(xié)議的溫度變送器，可直接把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。PT100傳感器的測(cè)量精度高，熱補(bǔ)償性能好。（4）三相移相調(diào)壓裝置該裝置是用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入的控制信號(hào)為420MA標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)，輸出的電壓用來(lái)控制電阻加熱管進(jìn)行加熱，從而達(dá)到控制鍋爐水溫的目的。（5）控制器控制器采用SIEMENS公司的S7300CPU，型號(hào)為314IFM，本CPU既具有能進(jìn)行多點(diǎn)通訊功能的MPI接口，又具有PROFIBUSDP通訊功能的DP通訊接口。該CPU工作存儲(chǔ)器容量為24K字節(jié)，內(nèi)部集成RAM為40K字節(jié)，并自帶4位模擬量輸入，一位模擬量輸出。22硬件配置221生成新項(xiàng)目雙擊桌面上的“SIMATICMANAGER”圖標(biāo)，則會(huì)啟動(dòng)STEP7管理器及STEP7新項(xiàng)目創(chuàng)建向?qū)鐖D2所示。按照向?qū)Ы缑嫣崾?，點(diǎn)擊“NEXT”，選擇好CUP型號(hào)，本論文選擇的CPU型號(hào)為CPU314IFM，設(shè)置CPU的MPI地址為2，點(diǎn)擊“NEXT”，在出現(xiàn)的界面中選擇好你所熟悉的編程語(yǔ)言（本設(shè)計(jì)選用梯形圖LAD），點(diǎn)擊“FINISH”，項(xiàng)目生成完畢，啟動(dòng)后STEP7管理器界面如圖3所示。4圖2新項(xiàng)目創(chuàng)建向?qū)D3管理器界面222硬件配置（1）選中STEP7管理器左邊窗口中的“SIMATIC300STATION”項(xiàng)，單擊鼠標(biāo)的左鍵，則會(huì)在右邊窗口中出現(xiàn)“HARDWARE”和“CPU314IFM1”兩個(gè)項(xiàng)目，雙擊“HARDWARE”，打開(kāi)硬件配置窗口如圖4所示。圖4硬件配置窗口（2）整個(gè)硬件配置窗口分為四個(gè)部分，左上方為模塊機(jī)架，左下方為機(jī)架上模塊的詳細(xì)內(nèi)容，右上方是硬件列表，右下方是硬件列表中具體某個(gè)模塊的功能說(shuō)明和訂貨號(hào)。5（3）要配置一個(gè)新模塊，首先要確定模塊放置在機(jī)架上的什么位置，再在硬件列表中找到相對(duì)應(yīng)的模塊，雙擊模塊或者按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)模塊到安放到選擇好的位置，放好后，會(huì)自動(dòng)彈出模塊屬性對(duì)話框，只要設(shè)置好模塊的地址和其他參數(shù)即可。（4）按照上面的步驟，逐一按照實(shí)際硬件排放順序配置好所有的模塊，編譯通過(guò)后，保存所配置的硬件。配置好的硬件配置如圖5所示。圖5配置好的硬件配置23程序設(shè)計(jì)231FB41簡(jiǎn)介FB41模塊被稱為連續(xù)控制的PID，用于控制連續(xù)變化的模擬量。它是S7300給用戶提供的標(biāo)準(zhǔn)的已經(jīng)編制好的程序的塊，用戶可以直接調(diào)用它們，以便高效地編制自己的程序，但是不能修改這些編制好的功能塊。系統(tǒng)功能塊有存儲(chǔ)功能，其變量保存在指定給它的背景數(shù)據(jù)塊中。FB41不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)定值和過(guò)程值分支的功能，還實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的PID控制器。FB41“CONT_C”用于在SIMATICS7可編程控制器上，控制帶有連續(xù)輸入和輸出變量的工藝過(guò)程。在參數(shù)分配期間可以激活或取消激活PID控制器的子功能，以使控制器適合實(shí)際的工藝過(guò)程。其功能模塊引腳圖如圖6所示。參數(shù)表如表1所示。67圖6FB41功能模塊引腳圖表1FB41參數(shù)表8232FC105簡(jiǎn)介FC105功能是通過(guò)獲取一個(gè)整型值IN，并將其轉(zhuǎn)換成以工程量單位表示的介于LO_LIM和HI_LIM之間的實(shí)型值。然后將轉(zhuǎn)化后的值送入OUT進(jìn)行輸出。FC105功能可以使用以下等式。OUTFLOATINK1/K21HI_LIMO_LIMLO_LIM（1）如果輸入整型值大于設(shè)定上限值，輸出OUT將鉗位于HI_LIM，并返回一個(gè)錯(cuò)誤。如果輸入整型值小于設(shè)定下限值，輸出將鉗位于LO_LIM，并返回一個(gè)錯(cuò)誤。FC105的引腳圖如圖7所示。FC105的參數(shù)表如表2所示。圖7FC105表2FC105參數(shù)說(shuō)明參數(shù)數(shù)據(jù)類型描述ENBOOL使能輸入端，狀態(tài)為1有效ININT輸入值HI_LIMREAL工程單位表示的上限值LO_LIMREAL工程單位表示的下限值輸入BIPOLARBOOL1為雙極性，0為單級(jí)性9233FC106FC106模塊功能為獲取一個(gè)以工程量單位表示、且標(biāo)定于LO_LIM和HI_LIM之間的實(shí)型輸入值IN，然后通過(guò)模塊的內(nèi)部運(yùn)算轉(zhuǎn)化為一個(gè)整型值，其結(jié)果通過(guò)OUT輸出。FC106功能使用以下等式OUTINO_LIM/HI_LIMO_LIMK21K1（2）如果輸入值超出LO_LIM和HI_LIM范圍，輸出OUT將鉗位于距其類型BIPOLAR或UNIPOLAR的指定范圍的下限或上限較近的一方，并返回一個(gè)錯(cuò)誤。FC106的引腳圖如圖8所示。參數(shù)表如表3所示。輸出OUTREAL轉(zhuǎn)換的結(jié)果ENOBOOL使能輸出端，狀態(tài)為1有效RET_VALWORD狀態(tài)字10圖8FC106表3FC106參數(shù)234控制程序說(shuō)明參數(shù)數(shù)據(jù)類型描述ENBOOL使能輸入端，狀態(tài)為1有效INREAL輸入值HI_LIMREAL工程單位表示的上限值LO_LIMREAL工程單位表示的下限值輸入BIPOLARBOOL1為雙極性，0為單級(jí)性輸出ENOBOOL使能輸出端，狀態(tài)為1有效OUTINT轉(zhuǎn)換的結(jié)果1112235程序與組態(tài)的連接點(diǎn)擊窗口工具欄上的電源控制開(kāi)關(guān)，把CPU設(shè)置成STOP模式，返回硬件配置窗口，點(diǎn)擊編譯圖標(biāo)，然后把CPU置于成RUN的狀態(tài)，如果SF燈不亮，且亮的只有綠燈，表明程序與組態(tài)可以連接。如果SF燈亮，則表明程序連接組態(tài)出錯(cuò)，修改程序，直到成功。如圖9所示。圖9連接窗口236建站選中文件名“S7XX”，單擊鼠標(biāo)的右鍵，選擇“INSERTNEWOBJECT”項(xiàng)，13“OS”項(xiàng)，就成功建立了一個(gè)新的站。如圖10、11所示。圖10建立新站圖11建立新站后的窗口24組態(tài)步驟（1）新建工程14點(diǎn)擊菜單“文件”“新建”，打開(kāi)如圖12所示的窗口。在打開(kāi)創(chuàng)建新項(xiàng)目的窗口中，選擇“單用戶項(xiàng)目”，單擊“確定”按鈕，打開(kāi)如圖13所示的窗口。圖12創(chuàng)建新項(xiàng)目向?qū)D13輸入項(xiàng)目名稱填寫(xiě)好項(xiàng)目名稱后，點(diǎn)擊“創(chuàng)建”按鈕，這樣就新建好一個(gè)工程了。（2）添加通訊驅(qū)動(dòng)程序選中變量管理器，單擊鼠標(biāo)的右鍵，選擇“添加新的驅(qū)動(dòng)程序”項(xiàng)，如圖14圖A所示，之后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)窗口，選擇“SIMATICS7PROTOCOLSUITECHN”項(xiàng)，單擊“打開(kāi)”按鈕，出現(xiàn)如圖14圖B所示的窗口。15圖A圖B圖14添加通訊驅(qū)動(dòng)程序（3）組態(tài)變量點(diǎn)擊圖14圖B右側(cè)窗口的“SIMATICS7PROTOCOLSUITE”項(xiàng)，會(huì)出現(xiàn)如圖15所示的窗口。圖15顯示通道單元在圖15中，選中“MPI”項(xiàng)，單擊右鍵，選擇“新建驅(qū)動(dòng)程序連接”項(xiàng)，打開(kāi)如圖16所示的窗口。點(diǎn)擊“確定”按鈕。16圖16連接屬性窗口在窗口的右側(cè)，單擊右鍵，選擇“新建變量”項(xiàng)，打開(kāi)如圖17所示的窗口。單擊“選擇”項(xiàng)，彈出如圖18所示的窗口。用同樣的方法組態(tài)剩下的下變量，組態(tài)好的變量如圖19所示。17圖17定義變量圖18變量地址屬性18圖19定義好的變量（4）組態(tài)畫(huà)面編輯在窗口的左側(cè)，選中“圖形編輯器”，單擊右鍵，選擇“新建畫(huà)面”項(xiàng)。在窗口右側(cè)增加了一個(gè)文件“NEWPDL0PDL”，雙擊“NEWPDL0PDL”，打開(kāi)如圖20所示的窗口。圖20畫(huà)面編輯窗口在對(duì)象調(diào)色板的智能對(duì)象中，選中“棒圖”項(xiàng)，制作成參數(shù)整定中溫度量程的儀表，如圖21所示。在對(duì)象調(diào)色板的智能對(duì)象中，選中“輸入/輸出域”項(xiàng)，作成對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入/輸出顯示，如圖22所示。在對(duì)象調(diào)色板的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象中，選中“靜態(tài)文本”項(xiàng)，作為輸入/輸出域的文字解釋，如圖23所示。組態(tài)好的參數(shù)整定畫(huà)面如圖24所示。19圖21棒圖畫(huà)面圖22輸入/輸出域畫(huà)面圖23靜態(tài)文本畫(huà)面20圖24組態(tài)好的參數(shù)整定畫(huà)面在對(duì)象調(diào)色板的窗口對(duì)象中，選中“按鈕”項(xiàng)，放入畫(huà)面編輯窗口中，如圖25所示。選中按鈕，單擊右鍵，進(jìn)行屬性的編譯，如圖26、27所示。圖25按鈕畫(huà)面圖26按鈕的屬性設(shè)置21圖27編輯動(dòng)作窗口點(diǎn)擊對(duì)象調(diào)色板的窗口的“控件”按鈕，如圖28所示，選擇“ACTIVE控件”項(xiàng)中的“WINCCONLINETRENDCONTROL”項(xiàng)，在組態(tài)窗口中，拖一個(gè)長(zhǎng)方形的區(qū)域，歷史曲線顯示控件被放置到窗口中，如圖29所示。雙擊這個(gè)控件，打開(kāi)如圖30所示的WINCC在線趨勢(shì)控件屬性窗口。22圖28控件選項(xiàng)窗口圖29歷史曲線窗口圖30WINCC在線趨勢(shì)控件屬性窗口組態(tài)好的按鈕畫(huà)面如圖31所示，組態(tài)好的全部畫(huà)面如圖32所示。圖31組態(tài)好的按鈕畫(huà)面23圖32組態(tài)好的全部畫(huà)面3系統(tǒng)的整定及調(diào)試31PID調(diào)節(jié)器311PID的傳遞函數(shù)本次設(shè)計(jì)采用PID控制的算法，它具有原理簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)。PID調(diào)節(jié)器的微分方程如式（3）所示，傳遞函數(shù)如式（4）所示。（3）DTETE1TTTKUDIP（4SSEGIPC式中P比例系數(shù)；TI積分時(shí)間常數(shù)；24TD微分時(shí)間常數(shù)；312控制規(guī)律的選擇（1）比例控制P調(diào)節(jié)）比例控制器的傳遞函數(shù)如式（5）所示。比例動(dòng)作的調(diào)節(jié)器對(duì)擾動(dòng)有及時(shí)而有力的抑制作用，這種調(diào)節(jié)器的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)存在靜態(tài)誤差，不能做無(wú)靜差調(diào)節(jié)。比例值KP增大，穩(wěn)態(tài)誤差減小，但是可能導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩加劇，甚至不穩(wěn)定。51SKGPC式中KP是比例系數(shù)，是比例帶。（2）比例積分PI調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)器主要是利用比例調(diào)節(jié)來(lái)快速消除擾動(dòng)的影響，同時(shí)利用積分調(diào)節(jié)來(lái)消除穩(wěn)態(tài)誤差，當(dāng)偏差出現(xiàn)時(shí)，比例起粗調(diào)作用，積分起細(xì)調(diào)作用，直到誤差為零。當(dāng)KP不變時(shí)，減小TI，積分作用增強(qiáng)，衰減比減小，震蕩加劇，超調(diào)量增大。積分作用除消除系統(tǒng)的余差外，也降低了系統(tǒng)的震蕩頻率，使響應(yīng)速度變慢。PI調(diào)節(jié)器是在過(guò)程控制中被應(yīng)用的最多的一種。它的傳遞函數(shù)如式（6）所示。6S11STKGIIPC式中TI是積分的時(shí)間。（3）比例微分PD調(diào)節(jié)PD調(diào)節(jié)就是利用微分的超前控制作用。微分反映變化率，可以使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性改善，但微分作用過(guò)強(qiáng)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性減弱。對(duì)于大時(shí)滯系統(tǒng)，微分控制不能改善系統(tǒng)品質(zhì)。噪聲大的系統(tǒng)也不宜加入微分，容易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開(kāi)度飽和。它的傳遞函數(shù)如式（7）所示。7S11STKGDDPC式中TD是微分的時(shí)間。（4）比例積分微分PID調(diào)節(jié)器PID調(diào)節(jié)器是常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一種。它集各種調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)于一身，既能迅速消除外部干擾的影響，消除靜差，又能加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小超調(diào)，克服震蕩。三者結(jié)合，可以達(dá)到快速敏捷，平穩(wěn)準(zhǔn)確。它的傳遞函數(shù)如式（8）所示。258S1S1STTKGDIDIPC313PID控制器參數(shù)整定的方法參數(shù)整定的方法一般分為兩種一種是理論整定法，它是利用對(duì)數(shù)頻率特性法和根軌跡法來(lái)求得相應(yīng)的參數(shù)；另一種是工程整定法，它的特點(diǎn)是不需要事先知道過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，可以直接在過(guò)程控制系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整定，方法簡(jiǎn)單，計(jì)算簡(jiǎn)便，易于掌握。工程整定法包含有以下四種（1）現(xiàn)場(chǎng)湊試法（也稱經(jīng)驗(yàn)法）它是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將控制器的參數(shù)設(shè)置在某些數(shù)值上，直接在閉環(huán)控制系統(tǒng)中通過(guò)改變給定值和施加擾動(dòng)信號(hào)，觀察系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線和擾動(dòng)響應(yīng)曲線的形狀，根據(jù)，TI，TD對(duì)控制系統(tǒng)的影響規(guī)律，現(xiàn)場(chǎng)湊試調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，直到獲得滿意的動(dòng)、靜特性為止。（2）臨界比例度法在閉合的控制系統(tǒng)里，將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，由大到小逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩的過(guò)渡過(guò)程，如圖33所示。此時(shí)的比例度被稱為臨界比例度K，相鄰兩個(gè)波峰間的時(shí)間間隔，被稱為臨界振蕩周期TS，按表4所列的經(jīng)驗(yàn)算式，求取調(diào)節(jié)器的參考參數(shù)值。圖33具有周期TS的等幅振蕩表4臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱TISTDSP2KPI22KTS/12PID16K05TS0125TS26此法的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用簡(jiǎn)單方便，但有些事項(xiàng)仍要注意。有的控制系統(tǒng)，臨界比例度非常小，使系統(tǒng)接近兩式控制，調(diào)節(jié)閥不是全開(kāi)就是全關(guān)，對(duì)控制工業(yè)的生產(chǎn)十分的不利。也有的控制系統(tǒng)，就算把調(diào)節(jié)器的比例度調(diào)到最小的刻度值，系統(tǒng)也仍不會(huì)產(chǎn)生等幅的振蕩，對(duì)此，就可以把最小刻度所對(duì)應(yīng)的比例度看作是臨界比例度K來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)器的參數(shù)的整定。（3）衰減曲線法（阻尼振蕩法）圖3441衰減曲線法圖形在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，首先把調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置為純比例作用（TI，TD0）使系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，然后再把比例度由大逐漸減小，直至出現(xiàn)如圖34所示的41衰減過(guò)程曲線為止。此時(shí)的比例度稱為41衰減比例度S，兩個(gè)相鄰波峰間的時(shí)間間隔，稱為41衰減周期TS。根據(jù)S和TS，運(yùn)用表5所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出調(diào)節(jié)器預(yù)整定的參數(shù)值。表5衰減曲線法計(jì)算公式調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱（）TIMINTDMINPSPI12S05TSPID08S03TS01TS（4）動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法這種整定的方法，就是以對(duì)象特性的階躍響應(yīng)曲線為依據(jù)，利用一些已知的經(jīng)驗(yàn)公式去求取調(diào)節(jié)器的被控過(guò)程的增益K、時(shí)間常數(shù)T、時(shí)滯。常見(jiàn)的方法有齊格勒尼科爾斯（ZIEGLERNICHOLS法，柯恩庫(kù)恩（COHENCOON法等。利用表6所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出對(duì)應(yīng)于衰減率為41時(shí)調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。如果被控對(duì)象是一階慣性環(huán)節(jié)，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例度法或阻尼振蕩法（41衰減）就有難度，此時(shí)應(yīng)采用動(dòng)態(tài)特性參27數(shù)法進(jìn)行整定。表6經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱（）TITDP100TKPI1110033PID085100T20532調(diào)試步驟及結(jié)果本系統(tǒng)選擇鍋爐內(nèi)膽水溫作為被控制量，仿真之前先將儲(chǔ)水箱貯滿水，將閥門(mén)F11、F15、F113全開(kāi)，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)F14至適當(dāng)開(kāi)度，打開(kāi)電磁閥開(kāi)關(guān)，其余閥門(mén)關(guān)閉，啟動(dòng)380伏交流磁力泵，給鍋爐內(nèi)膽貯存一定的水量（要求至少高于液位指示玻璃管的紅線位置）。接通控制系統(tǒng)電源，打開(kāi)用作上位監(jiān)控的PC機(jī)，進(jìn)入仿真主界面，系統(tǒng)進(jìn)入正常的測(cè)試狀態(tài)，在上位機(jī)監(jiān)控界面中點(diǎn)擊“手動(dòng)”，并將輸出值設(shè)置為一個(gè)合適的值。合上三相電源空氣開(kāi)關(guān)，三相電加熱管通電加熱，適當(dāng)增加/減少輸出量，使鍋爐內(nèi)膽的水溫穩(wěn)定于設(shè)定值。待鍋爐內(nèi)膽水溫穩(wěn)定于給定值時(shí)，將調(diào)節(jié)器切換到“自動(dòng)”狀態(tài)，待水溫穩(wěn)定后，突增（或突減）設(shè)定值的大小，使其有一個(gè)正（或負(fù)）階躍增量的變化（即階躍干擾，此增量不宜過(guò)大，一般為設(shè)定值的515為宜），鍋爐內(nèi)膽的水溫便離開(kāi)原平衡狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一段調(diào)節(jié)時(shí)間后，水溫穩(wěn)定至新的設(shè)定值。點(diǎn)擊仿真界面下邊的切換按鈕，觀察實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表所記錄的設(shè)定值、輸出值，內(nèi)膽水溫的響應(yīng)過(guò)程曲線將如下圖所示。圖35內(nèi)膽水溫的響應(yīng)過(guò)程曲線28（1）控制系統(tǒng)采用P調(diào)節(jié)器時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖36所示。圖36采用P調(diào)節(jié)器時(shí)鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫效果圖（2）控制系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖37所示。29圖37采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫效果圖（3）控制系統(tǒng)采用PD調(diào)節(jié)器時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖38所示。圖38采用PD調(diào)節(jié)器時(shí)鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫效果圖（4）控制系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)器時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖39所示。30圖39采用PID調(diào)節(jié)器時(shí)鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫效果圖結(jié)束語(yǔ)此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要認(rèn)識(shí)了STEP7軟件的基本編程和WINCC組態(tài)畫(huà)面的設(shè)計(jì),了解了鍋爐內(nèi)膽水溫控制系統(tǒng)的基本原理，并且學(xué)會(huì)了如何去設(shè)計(jì)一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)，掌握了基本的設(shè)計(jì)方法。在通常情況下，主要是由以下幾個(gè)部分組成了解被控對(duì)象、設(shè)計(jì)控制方案、儀器設(shè)備的選擇、編寫(xiě)程序、設(shè)計(jì)組態(tài)畫(huà)面、系統(tǒng)調(diào)試等，這種設(shè)計(jì)方法可以讓設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到最佳的效果，最符合系統(tǒng)的控制要求。通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)有了全新的認(rèn)知，從無(wú)到有，體會(huì)到了過(guò)程控制系統(tǒng)的強(qiáng)大，明白了過(guò)程控制系統(tǒng)的重要性，同時(shí)我也學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單使用WINCC和STEP7這兩款西門(mén)子的軟件。本次設(shè)計(jì)中還調(diào)用了PID控制模塊的FB41功能模塊，在使用的過(guò)程當(dāng)中，再一次的加深了對(duì)PID控制器的了解。這次設(shè)計(jì)讓我在新的領(lǐng)域又學(xué)到了新的知識(shí)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，一開(kāi)始對(duì)課題確實(shí)不是很了解，而且對(duì)需要用到的軟件WINCC和STEP7更是完全不懂，通過(guò)老師和同學(xué)的幫助以及上網(wǎng)查找資料，31逐漸的對(duì)課題和軟件有了初步的了解。了解了組態(tài)知識(shí)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，學(xué)會(huì)了簡(jiǎn)單應(yīng)用。這個(gè)階段也許就是學(xué)習(xí)的初級(jí)階段，最重要的是在無(wú)聊中發(fā)現(xiàn)新奇，培養(yǎng)學(xué)習(xí)的興趣。一開(kāi)始的時(shí)候完全不知道該怎么做，查了一些相關(guān)的的課題資料和相關(guān)課本知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也加深了對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)的理解，可以說(shuō)是溫故而知新，并且在摸索之中設(shè)計(jì)出組態(tài)圖，不過(guò)圖還不是很完整。在畫(huà)組態(tài)圖的過(guò)程中，剛開(kāi)始那是毫無(wú)頭緒，也借鑒了很多別人設(shè)計(jì)好的組態(tài)畫(huà)面，最終還是把程組態(tài)圖畫(huà)完了。在此期間，我覺(jué)得是在解析一道道難題，難免會(huì)有心煩意亂的時(shí)候,導(dǎo)致不想接著做，但是畢竟確實(shí)還是學(xué)到了一些知識(shí)，這些知識(shí)是大學(xué)課堂中所沒(méi)有涉及的，相信對(duì)我今后的工作和生活會(huì)有幫助的。這次設(shè)計(jì)，讓我明白了相互幫助、團(tuán)隊(duì)合作的重要性，自己的方法不一定是最合理的，也不是所有的問(wèn)題靠自己就能夠解決，相互交流補(bǔ)充能夠讓我們少走許多彎路，同時(shí)保證了畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成。所以加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作，對(duì)工作學(xué)習(xí)都有著重要的意義。通過(guò)對(duì)課題的把握和理解，我著重對(duì)編程和組態(tài)軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)，讓自己對(duì)組態(tài)設(shè)計(jì)保持一定的興趣，對(duì)組態(tài)的應(yīng)用感到好奇?？傊?，畢業(yè)設(shè)計(jì)一定要按照指導(dǎo)老師要求和步驟，一步步的完成，做到理論聯(lián)系實(shí)際，才能更好地完成設(shè)計(jì)。通過(guò)這次鍋爐內(nèi)膽水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，學(xué)到了挺多的知識(shí)，換句話說(shuō)，本次設(shè)計(jì)也提供了一個(gè)好的機(jī)會(huì)，讓我從生疏到入門(mén)，從無(wú)知到了解，加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。因此，總體來(lái)說(shuō)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，也是對(duì)大學(xué)生涯的一個(gè)圓滿的總結(jié)。參考文獻(xiàn)1劉華波，王雪組態(tài)軟件WINCC及其應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社，2010LIUHUABO,WANGXUECONFIGURATIONSOFTWAREWINCCITSAPPLICATIONMECHANICALINDUSTRYPRESS,20102祁紅芳，王淑紅PID算法在西門(mén)子PLC模擬量閉環(huán)控制忠的實(shí)現(xiàn)J機(jī)床電器,2005QIHONGFANG,WANGSHUHONGPIDALGORITHMSIEMENSPLCANALOGCLOSEDLOOPCONTROLANDFAITHFULIMPL