畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PID控制器的中頻燒結(jié)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）文） 基于基于 pidpid 控制器的中頻燒結(jié)機(jī)控制器的中頻燒結(jié)機(jī) 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 0615013114 所在系部：電氣信息系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：06 自動(dòng)化（1） 指導(dǎo)教師： 日 期：二一年六月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué) 院工程技術(shù)學(xué)院指導(dǎo)教師職 稱(chēng)副教授 學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)班級(jí) 06 自動(dòng)化 （1） 學(xué) 號(hào) 0615013114 論文題目基于 pid 控制器的中頻燒結(jié)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 論 文 內(nèi) 容 目 標(biāo) 及 進(jìn) 度 要 求 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：一、設(shè)計(jì)內(nèi)容： 針對(duì)中頻燒結(jié)機(jī)的工作特性和控制要求，使用 pi

2、d 控制器，設(shè)計(jì)一中頻燒結(jié)機(jī)的 控制系統(tǒng)。包括系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)；軟件流程設(shè)計(jì)；寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 。 二、目標(biāo)和要求：二、目標(biāo)和要求： 1、掌握 pid 控制技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計(jì)方法，掌握數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳遞 等功能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方法，提高實(shí)際設(shè)計(jì)和查閱相關(guān)資料的能力。 2、根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和要求，采用 pid 控制技術(shù)，完成燒結(jié)過(guò)程溫度控制設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)重 點(diǎn)內(nèi)容為：燒結(jié)機(jī)溫度檢測(cè)及控制等功能實(shí)現(xiàn)的原理及方法。 3、畫(huà)出系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖，確定所用硬件的規(guī)格型號(hào)，闡明各部分的功能和原理； 4、編寫(xiě)相關(guān)應(yīng)用程序的流程圖，并作說(shuō)明； 5、闡述設(shè)計(jì)應(yīng)用遠(yuǎn)景；給出設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。完成設(shè)計(jì)論文工作。 三、設(shè)計(jì)進(jìn)

3、度安排：三、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排： 1 4 周：收集相關(guān)資料，調(diào)查研究國(guó)內(nèi)外 pid 控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，了 解中頻燒結(jié)機(jī)的運(yùn)行方法，進(jìn)一步的學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)；完成開(kāi)題報(bào)告； 5 7 周：初步方案的確定與設(shè)計(jì)；畫(huà)出系統(tǒng)整體框架圖； 7 10 周：選擇并確定系統(tǒng)硬件規(guī)格型號(hào)；確定設(shè)計(jì)參數(shù)； 1013 周：編寫(xiě)應(yīng)用程序流程；分析軟硬件，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)； 1314 周：修改并完善畢業(yè)設(shè)計(jì)，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)； 1415 周：完成系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（論文） 。答辯 指導(dǎo)教師簽名：趙熙臨 2010 年 1 月 15 日 系 部 審 核 此表由指導(dǎo)教師填寫(xiě) 由所在系部審核 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

4、學(xué)生開(kāi)題報(bào)告 課題名稱(chēng)基于 pid 控制器的中頻燒結(jié)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題類(lèi)型實(shí)踐應(yīng)用類(lèi)指導(dǎo)教師趙熙臨 學(xué)生姓名姜曉曦學(xué) 號(hào) 0615013114 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 06 自動(dòng)化 （1） 本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義 燒結(jié)機(jī)適用于大型黑色冶金 燒結(jié)廠的燒結(jié)作業(yè)， 燒結(jié)就是將含鐵原料、燃料、溶劑等， 按比例配在一起，經(jīng)過(guò)混均制粒，加水潤(rùn)濕后鋪在燒結(jié)設(shè)備上，從上向下進(jìn)行點(diǎn)火燒結(jié)，點(diǎn) 火的同時(shí)燒結(jié)機(jī)下邊開(kāi)始抽風(fēng)，混合礦中的燃料從上到下的進(jìn)行燃燒的同時(shí)，將易融物質(zhì)融 化潤(rùn)濕難融物質(zhì)，液體逐漸冷卻將難融物質(zhì)粘在一起，這個(gè)過(guò)程直到燒結(jié)機(jī)宣告結(jié)束。得到 的塊狀物體叫燒結(jié)礦，也叫人造富礦。 中頻爐是一種將工頻

5、50hz 交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l（ 300hz 以上至 20k hz）的電源裝置，把 三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，供給由電容和感 應(yīng)線圈里流過(guò)的中頻交變電流，在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應(yīng)圈里盛放的金 屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流。這種渦流同樣具有中頻電流的一些性質(zhì)，即金屬自 身的自由電子在有電阻的金屬體里流動(dòng)要產(chǎn)生熱量。例如，把一根金屬圓柱體放在有交變中 頻電流的感應(yīng)圈里，金屬圓柱體沒(méi)有與感應(yīng)線圈直接接觸，通電線圈本身溫度已很低，可是 圓柱體表面被加熱到發(fā)紅，甚至熔化，而且這種發(fā)紅和熔化的速度只要調(diào)節(jié)頻率大小和電流 的強(qiáng)弱就能實(shí)現(xiàn)。如果圓柱體放

6、在線圈中心，那么圓柱體周邊的溫度是一樣的，圓柱體加熱 和熔化也沒(méi)有產(chǎn)生有害氣體、強(qiáng)光污染環(huán)境。 我們所要設(shè)計(jì)的中頻燒結(jié)機(jī)就是使用中頻爐的加熱原理，由于中頻感應(yīng)加熱的原理為電 磁感應(yīng)，其熱量在鐵礦石內(nèi)自身產(chǎn)生，用中頻燒結(jié)機(jī)進(jìn)行燒結(jié)工作能更有效的利用能量，節(jié) 約電能，在能源危機(jī)越發(fā)嚴(yán)重的今天，燒結(jié)機(jī)設(shè)備能量的利用率將對(duì)該設(shè)備的前景有著深遠(yuǎn) 的影響。另外，該加熱方式還有眾多有點(diǎn)，比如熔化升溫快、爐溫容易控制、生產(chǎn)效率高 、 爐子周?chē)鷾囟鹊?、煙塵少、作業(yè)環(huán)境好。 本課題所設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)是使用pid 控制器對(duì)中頻燒結(jié)機(jī)的工作過(guò)程中溫度變化 做到精確控制， pid（比例積分微分）英文全稱(chēng)為propor

7、tion integration differentiation，pid 控制及其控制器或智能 pid 控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工 程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的pid 控制器產(chǎn)品，各大公司均開(kāi)發(fā)了具有pid 參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中 pid 控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào) 整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，成熟的 pid 控制儀表為我們溫度控制 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多方便。 目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。近日，中國(guó)金 屬學(xué)會(huì)組織科技成果評(píng)價(jià)會(huì)，對(duì)首自信公司與首鋼京唐公司合作完成的“550燒結(jié)

8、機(jī)智 能閉環(huán)控制系統(tǒng) ”項(xiàng)目給予了 “國(guó)際領(lǐng)先”的高度評(píng)價(jià) 。 成功的設(shè)計(jì)出 基于 pid 控制器的中頻燒結(jié)機(jī)溫度控制系統(tǒng)將具有深遠(yuǎn)意義，不僅能給予燒 結(jié)機(jī)爐專(zhuān)業(yè)工人舒適的工作環(huán)境，燒結(jié)本身也是個(gè)高耗能、高污染的生產(chǎn)過(guò)程，更先進(jìn)的溫 度控制系統(tǒng)在節(jié)能環(huán)保方面也當(dāng)大有作為，另外，燒結(jié)機(jī)對(duì)燒結(jié)過(guò)程的優(yōu)化也將促進(jìn)鋼鐵產(chǎn) 能的提升。 本課題的研究?jī)?nèi)容 燒結(jié)機(jī)是屬于生產(chǎn)人造富礦的燒結(jié)設(shè)備，中頻燒結(jié)機(jī)使用中頻電磁感應(yīng)原理加熱，電磁 感應(yīng)過(guò)程中電流的大小將決定電磁感應(yīng)產(chǎn)生熱量的多少，對(duì)電磁感應(yīng)過(guò)程中電流進(jìn)行pid 控制可以對(duì)中頻燒結(jié)機(jī)的工作過(guò)程中溫度變化進(jìn)行控制。 pid 控制器問(wèn)世至今已有近 70 年歷史

9、，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方 便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)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(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，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(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)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(gè)系統(tǒng)和被控對(duì) 象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用pid 控制技術(shù)。 pid 控制， 實(shí)際中也有 pi 和 pd 控制。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 控制量進(jìn)行控制的。比例（ p）控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差 信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)

10、系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（steady-state error）。在 積分（i）控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)， 如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng) （system with steady-state error） 。在微分（d）控制中，控制器的輸出與輸入誤差信 號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn) 振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑 制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。 使用溫度傳感器，將燒結(jié)機(jī)中的溫度作為控制參數(shù)

11、傳遞給pid 控制器，然后由 pid 控制 器使用正確的算法進(jìn)行精確的控制，這樣，燒結(jié)機(jī)的每一點(diǎn)溫度變化都能得到準(zhǔn)確及時(shí)的測(cè) 量及控制。 本課題研究的實(shí)施方案、進(jìn)度安排 1 4 周：收集相關(guān)資料，調(diào)查研究國(guó)內(nèi)外 pid 控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，了解中頻燒結(jié) 機(jī)的運(yùn)行方法，進(jìn)一步的學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)；完成開(kāi)題報(bào)告； 5 7 周：初步方案的確定與設(shè)計(jì)；畫(huà)出系統(tǒng)整體框架圖； 7 10 周：選擇并確定系統(tǒng)硬件規(guī)格型號(hào)；確定設(shè)計(jì)參數(shù)； 1013 周：編寫(xiě)應(yīng)用程序流程；分析軟硬件，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)； 1314 周：修改并完善畢業(yè)設(shè)計(jì)，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)； 1415 周：完成系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（論文） 。答辯。 已查閱

12、的主要參考文獻(xiàn) 1張惠寧，燒結(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè)m.北京：冶金工業(yè)出版社，1990. 2賈艷，李文興，鐵礦石燒結(jié)生產(chǎn)m. 北京：冶金工業(yè)出版社，2006. 3傅菊英,姜濤.燒結(jié)球團(tuán)學(xué)m.長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社 1996. 4黃友銳，曲立國(guó). pid 控制器參數(shù)整定與實(shí)現(xiàn)m.北京：科學(xué)出版社，2008. 5陶永華，尹怡欣，葛蘆生編著.新型 pid 控制及其應(yīng)用m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998. 6田淑珍，s7-200 plc 原理及應(yīng)用m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. 7高鴻斌、赫孟合. 西門(mén)子 plc 與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用m,電子工業(yè)出版社，2006. 8王永華，現(xiàn)代電氣控制及 plc 應(yīng)用技術(shù)m

13、.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008. 9黃柱深，黃超麟.基于 plc 的高精度溫度控制系統(tǒng)m.廣州:廣東省機(jī)械研究所,2006. 10張揚(yáng).s7-200plc 原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. 11肖寶興.西門(mén)子 s7-200plc 的使用經(jīng)驗(yàn)和技巧m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008. 12張偉林.電氣控制與 plc 綜合應(yīng)用技術(shù)m. 北京：人民郵電出版社，2009. 13鄭鳳翼，鄭丹丹. plc 控制系統(tǒng)梯形圖和語(yǔ)句表m. 北京：人民郵電出版社，2006. 14趙繼文,何玉森.傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì)m.北京:科學(xué)出版社,2002. 15王家禎.調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器m.北京

14、:清華大學(xué)出版社，2001. 16徐學(xué)峰.傳感器變送器測(cè)控儀表大全m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998. 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（論論文文）學(xué)學(xué)生生申申請(qǐng)請(qǐng)答答辯辯表表 課 題 名 稱(chēng)基于 pid 控制器的中頻燒結(jié)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師(職稱(chēng))趙熙臨（副教授） 申 請(qǐng) 理 由 本人已修完本科四年各專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)，并完成畢業(yè)論文，特申 請(qǐng)本科畢業(yè)答辯 學(xué)生所在系部電氣信息系專(zhuān)業(yè)班級(jí) 06 自動(dòng)化 （1） 學(xué)號(hào) 061501311 4 學(xué)生簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)審表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)審表 序號(hào)評(píng)分項(xiàng)目（理工類(lèi)）滿(mǎn)分評(píng)分 1工作量

15、15 2文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯 10 3技術(shù)水平與實(shí)際能力 25 4研究成果基礎(chǔ)理論與專(zhuān)業(yè)知識(shí) 25 5文字表達(dá) 10 6學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求 15 總 分100 評(píng) 語(yǔ) （是否同意參加答辯）是否同意參加答辯） 指導(dǎo)教師簽名： 另附畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)記錄冊(cè) 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)審表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)審表 學(xué)生姓名姜曉曦專(zhuān)業(yè)班級(jí) 06 自動(dòng)化 （1） 學(xué)號(hào) 0615013 114 設(shè)計(jì)(論文)題目基于 pid 控制器的中頻燒結(jié)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 評(píng)閱人 評(píng)閱人職 稱(chēng) 序號(hào)評(píng)分項(xiàng)目（理工類(lèi)）滿(mǎn)分評(píng)分 1工作量 15 2文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯 10 3技術(shù)水平與實(shí)際能力 25 4研究成

16、果基礎(chǔ)理論與專(zhuān)業(yè)知識(shí) 25 5文字表達(dá) 10 6學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求 15 總 分100 評(píng) 語(yǔ) 評(píng)閱人簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯表 學(xué)生姓名姜曉曦專(zhuān)業(yè)班級(jí) 06 自動(dòng)化 （1） 學(xué) 號(hào) 0615013114 設(shè)計(jì)(論文)題目基于 pid 控制器的中頻燒結(jié)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目指 標(biāo)滿(mǎn)分 評(píng) 分 1 報(bào)告內(nèi)容 思路清晰；語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；實(shí)驗(yàn) 方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論有應(yīng)用價(jià)值。 40 2 報(bào)告過(guò)程準(zhǔn)備工作充分,時(shí)間符合要求。 10 3 創(chuàng) 新對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。 10 4 答 辯 回答問(wèn)題有理論依據(jù)，基本概念清

17、楚。主要問(wèn)題回答準(zhǔn) 確，深入。 40 總 分 100 答 辯 組 評(píng) 語(yǔ) 答辯組組長(zhǎng)（簽字）： 年 月 日 答辯 委員會(huì) 意見(jiàn) 答辯委員會(huì)負(fù)責(zé)人（簽字）： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄表 學(xué)生姓名姜曉曦專(zhuān)業(yè)班級(jí) 06 自動(dòng)化 （1） 學(xué)號(hào) 061501311 4 設(shè)計(jì)(論文)題目基于 pid 控制器的中頻燒結(jié)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 答辯時(shí)間答辯地點(diǎn) 答辯委員會(huì)名單 問(wèn)題： 問(wèn)題 1 提問(wèn)人： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題： 問(wèn)題 2 提問(wèn)人： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題： 問(wèn)題 3 提問(wèn)人： 回答（要點(diǎn)）： 記錄人簽名 問(wèn)題： 問(wèn)題 4 提問(wèn)人： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題： 問(wèn)題

18、5 提問(wèn)人： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題： 問(wèn)題 6 提問(wèn)人： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題： 問(wèn)題 7 提問(wèn)人： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題： 問(wèn)題 8 提問(wèn)人： 回答（要點(diǎn)）： 記錄人簽名 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定總表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定總表 學(xué)生姓名：姜曉曦 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：06 自動(dòng)化（1） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于 pid 控制器的中頻燒結(jié)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 注：成績(jī)?cè)u(píng)定由指導(dǎo)教師、評(píng)閱人和答辯組分別給分(以百分記)，最后按“優(yōu)(90-100)” 、 “良 (80-89)” 、 “中(70-79)” 、 “及格(60-69)” 、 “不及格(60 以下)”評(píng)定等級(jí)。其中，指導(dǎo)教師評(píng) 定成績(jī)占 40%，評(píng)

19、閱人評(píng)定成績(jī)占 20%，答辯組評(píng)定成績(jī)占 40%。 成績(jī)類(lèi)別成績(jī)?cè)u(píng)定 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī) 評(píng)閱人評(píng)定成績(jī) 答辯組評(píng)定成績(jī) 總評(píng)成績(jī) 40%+20%+40% 評(píng)定等級(jí) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得 的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或 集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)院有關(guān)保管、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)院保留 并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的

20、復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和 借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編 入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位 論文。 本學(xué)位論文屬于 1、保密 ，在 年解密后適用本授權(quán)書(shū)。 2、不保密 。 （請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“” ） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）文） 樓宇空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)樓宇空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 姜曉曦 學(xué) 號(hào)： 0615013114 所在系部：電氣信息系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：06 自動(dòng)化（1） 指導(dǎo)教師：趙熙臨 副教授 日 期：二一年六月 based on pid

21、 controller if sintering temperature control system design by jiang xiaoxi june 2010 摘摘 要要 燒結(jié)機(jī)適用于大型黑色冶金燒結(jié)廠的燒結(jié)作業(yè)，可將不同成份，不同粒度的精礦粉， 富礦粉燒結(jié)成塊，并部分消除礦石中所含的硫，磷等有害雜質(zhì)。利用中頻爐加熱技術(shù)的 中頻燒結(jié)機(jī)與傳統(tǒng)的冷礦帶式燒結(jié)機(jī)相比,前者具有加熱速度快、生產(chǎn)效率高、無(wú)污染、 低耗能等做多有點(diǎn)。 可編程控制器是一種應(yīng)用很廣泛的自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì) 算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制能力強(qiáng)、操作靈活方便、可靠性高、適宜長(zhǎng)期 連續(xù)工作的特

22、點(diǎn)，非常適合溫度控制的要求。 本文主要介紹了基于西門(mén)子公司 s7-200 系列的可編程控制器的爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方案。編程時(shí)調(diào)用了編程軟件 step 7 -micro win 中自帶的 pid 控制模塊，使得程序更 為簡(jiǎn)潔，運(yùn)行速度更為理想。 關(guān)鍵詞： 中頻燒結(jié)機(jī) 溫度控制 pid 控制器 可編程控制器 abstractabstract sintering machine is suitable for large-scale black metallurgy sintering plant, it is the main equipment of the sintering process

23、 that could sinter different ingredients and different particle size of ore or rich ore into pieces, and partially remove sulfur contained in ore, phosphorus and other harmful impurities. comparing the if sintering machine with the technology of if furnace heating and the traditional cold belt-type

24、sintering machine, the former has a fast heating, high efficiency, no pollution, low energy consumption and so do many advantages. programmable controller is a very wide application of automatic control device, it combines traditional relay control technology, computer technology and communication t

25、echnology together. with the characteristics of control capability, flexible and convenient operation, high reliability, suitable for long-term continuous work, it is ideal for temperature control requirements. this paper mainly introduces the design plan of the furnace temperature control system of

26、 the programmable controller based on siemens company s7-200 series. during the programming when has transferred the pid control module which is contented in the programming software step 7 - micro win, it makes the procedure even more succinct and the running speed even more ideal. keywords: if sin

27、tering machine temperature control pid controller plc 目目 錄錄 摘摘 要要 .i abstractabstract .ii 1 1 引言引言 .1 1.1 項(xiàng)目背景和意義.1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 1.3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容.4 1.4 整體方案設(shè)計(jì).5 2 2 燒結(jié)機(jī)及燒結(jié)機(jī)及 pidpid 控制器基礎(chǔ)控制器基礎(chǔ) .6 2.1 中頻燒結(jié)機(jī)和燒結(jié)工藝流程.6 2.1.1 中頻燒結(jié)機(jī)介紹 .6 2.1.2 燒結(jié)工藝流程 .6 2.2 pid 控制器選擇 .8 2.2.1 pid 控制器介紹.8 2.2.2 使用 plc 進(jìn)行 pid 控制

28、.9 3 3 plcplc 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).11 3.1 plc 選型 .12 3.1.1 plc 型號(hào)的選擇.12 3.1.2 s7-200 cpu 的選擇.12 3.2 plc 的控制系統(tǒng)硬件配置 .12 3.2.1 em231 模擬量輸入模塊.12 3.2.2 熱電式傳感器 .14 3.3 i/o 點(diǎn)分配及電氣連接圖 .15 3.4 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立.16 3.5 pid 控制及參數(shù)整定 .17 4 4 plcplc 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).19 4.1 plc 程序設(shè)計(jì)方法 .19 4.2 編程軟件 step7-micro/win 概述.20 4.2.

29、1 step7-micro/win 簡(jiǎn)單介紹.20 4.2.2 梯形圖語(yǔ)言特點(diǎn) .21 4.2.3 step7-micro/win 參數(shù)設(shè)置（通訊設(shè)置）.22 4.3 程序設(shè)計(jì).24 4.3.1 設(shè)計(jì)思路 .24 4.3.2 控制程序流程圖 .24 4.3.3 梯形圖程序 .25 4.3.4 pid 指令向?qū)У倪\(yùn)用.28 4.3.5 語(yǔ)句表（stl）程序 .32 總總 結(jié)結(jié) .34 致致 謝謝 .35 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .36 1 1 引言引言 1.1 項(xiàng)目背景和意義 燒結(jié)機(jī)是屬于生產(chǎn)人造富礦的燒結(jié)設(shè)備，目前，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，鋼鐵工業(yè)設(shè) 備向大型化發(fā)展，對(duì)高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)要求日益提高的

30、提高，主要依靠入爐原料性 質(zhì)的改善，燒結(jié)礦是我國(guó)高爐的主要入爐料，因此，保證和提高燒結(jié)礦的質(zhì)量，是保證 鋼鐵工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的重要手段。 目前國(guó)內(nèi)外通用的燒結(jié)設(shè)備冷礦帶式燒結(jié)機(jī)，冷礦帶式燒結(jié)機(jī)存在著實(shí)收率低、能 耗大、原料浪費(fèi)嚴(yán)重、運(yùn)行效率低等缺點(diǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)，普遍有下列原因:冷卻風(fēng)機(jī)尾氣 溫度高，帶走大量的熱量;燒結(jié)不完全，熱損失大;鼓風(fēng)量大，煙氣含氧量大;操作水平 不高，負(fù)荷變化大，溫度變化不穩(wěn)定。實(shí)踐表明，溫度的波動(dòng)會(huì)影響燒結(jié)礦的還原性和 強(qiáng)度，導(dǎo)致焦比升高，生鐵產(chǎn)量下降。因此，對(duì)燒結(jié)機(jī)的溫度控制技術(shù)的提高就意味著 生產(chǎn)技術(shù)的提高。然而，由于燒結(jié)機(jī)溫度受到復(fù)雜的工況、多變的參數(shù)的影響，以及運(yùn)

31、行慣性大、控制滯后，它對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求極高。 鐵礦石燒結(jié)本身是一個(gè)復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程，涉及溫度、速度、壓力等眾多物理參數(shù)， 包括物理、化學(xué)、液相等反應(yīng)。燒結(jié)過(guò)程具有非線性、強(qiáng)藕合、大時(shí)滯的特點(diǎn)，精確的 數(shù)學(xué)模型難以建立，采用傳統(tǒng)的控制方式，無(wú)法達(dá)到良好的控制效果。目前，大量采用 的是智能控制的方式。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)溫度控制器的研究進(jìn)行了廣泛、深入的研究，特別是隨著計(jì)算機(jī) 技術(shù)的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的發(fā)展，形成了一批商品化的溫度調(diào)節(jié)器， 如:職能化 pid、模糊控制、自適應(yīng)控制等，其性能、控制效果好,可廣泛應(yīng)用于溫度控 制系統(tǒng)及企業(yè)相關(guān)設(shè)備的技術(shù)改造服務(wù)。 在恒溫控制中，由于 pid

32、技術(shù)的成熟以及控制結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整而受到眾 多工程技術(shù)人員的青睞。而本文也將采用成熟的 pid 控制器可編程邏輯控制器 plc 對(duì)中頻燒結(jié)機(jī)溫度進(jìn)行控制。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，學(xué)術(shù)界所研究出的控制算法很多，但其中許多算法仍只停留在計(jì)算機(jī)仿真或 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上，能有效地應(yīng)用在工業(yè)過(guò)程中的仍為數(shù)不多。工業(yè)過(guò)程控制中常采用的方法 主要有:以古典控制理論為主要基礎(chǔ)的 pid 控制方法，以現(xiàn)代控制理論為主要基礎(chǔ)的自 適應(yīng)控制和預(yù)測(cè)控制等方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制等智能控制方法。下面介紹幾 種有效應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中己得到工程界認(rèn)可的控制算法。 （1）pid 控制 pid 控制是最早發(fā)展起來(lái)

33、的控制策略之一，由于具有原理簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，魯棒性 強(qiáng)，易于操作等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制中。常規(guī) pid 控制器作為一種線性 控制器，按照偏差的比例(p-proportional)、積分(i-integral)和微分(d-derivative) 的線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。 對(duì)于不同的被控對(duì)象只要適當(dāng)?shù)卣?pid 的三個(gè)參數(shù)，就可以獲得滿(mǎn)意的控制效果， 實(shí)際上是對(duì)比例、積分和微分三部分控制作用的折衷。大量的事實(shí)證明，傳統(tǒng)的 pid 控 制算法對(duì)于絕大部分工業(yè)過(guò)程的被控對(duì)象可取得較好的控制結(jié)果。但是在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 中，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，pid 控制器的參數(shù)

34、往往整定不良而使其控制效 果欠佳，并且當(dāng)對(duì)象特性變化較大時(shí)，需重新整定參數(shù)，以保證系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng) pid 控制一般只適用于線性時(shí)不變空間，對(duì)難以建模且無(wú)法取得傳遞函數(shù)的系統(tǒng)難以適用。 現(xiàn)代控制理論、智能控制的研究和應(yīng)用的發(fā)展為控制復(fù)雜過(guò)程系統(tǒng)開(kāi)辟了新途徑。 近年來(lái)，為適應(yīng)復(fù)雜的工況和高指標(biāo)的控制要求，采用改進(jìn)的 pid 算法或?qū)?pid 算法與 其它算法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，出現(xiàn)了 pid 控制器參數(shù)的自整定技術(shù)以及許多新型的 pid 控 制方式，如:預(yù)測(cè)控制、自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等多種技術(shù)結(jié)合的 pid 控制方式， 具有傳統(tǒng) pid 及現(xiàn)代控制理論、智能控制理論技術(shù)的多重特點(diǎn)，對(duì)于復(fù)雜對(duì)象的控

35、制效 果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常規(guī)的 pid 控制。 （2）預(yù)側(cè)控制 預(yù)測(cè)控制是直接從工業(yè)過(guò)程控制中產(chǎn)生的一類(lèi)基于模型的新型控制算法。它高度結(jié) 合了工業(yè)實(shí)際的要求，綜合控制質(zhì)量比較高，因而很快引起工業(yè)控制界以及學(xué)術(shù)界的廣 泛興趣與重視。預(yù)測(cè)控制有三要素，即預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正。它的機(jī)理表明 它是一種開(kāi)放式的控制策略，體現(xiàn)了人們?cè)谔幚韼в胁淮_定性問(wèn)題時(shí)的一種通用的思想 方法。目前多變量預(yù)測(cè)控制獲得了成功的應(yīng)用，dcs 廠家及軟件公司己有專(zhuān)用軟件問(wèn)世。 預(yù)測(cè)控制仍在不斷的發(fā)展中，將預(yù)測(cè)控制思想和方法推廣到廣義控制問(wèn)題是重要的研究 方向之一。 (3)自適應(yīng)控制 在實(shí)際工業(yè)過(guò)程中，很多被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型會(huì)隨

36、著工況和環(huán)境條件的改變而改變， 變化規(guī)律事先往往并不知道。如采用參數(shù)與結(jié)構(gòu)固定不變的控制器，控制系統(tǒng)的性能會(huì) 不斷惡化，為此設(shè)計(jì)一種特殊的控制系統(tǒng)，能自動(dòng)地補(bǔ)償在模型階次、參數(shù)和輸入信號(hào) 方面非預(yù)知的變化，這就是自適應(yīng)控制系統(tǒng)。采用自適應(yīng)控制系統(tǒng)來(lái)適應(yīng)時(shí)變的過(guò)程， 是辨識(shí)與控制的結(jié)合，通過(guò)不斷地測(cè)量系統(tǒng)的狀態(tài)、性能或參數(shù)，從而“認(rèn)識(shí)”或“掌 握”系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行指標(biāo)并與期望的指標(biāo)相比較，進(jìn)而作出決策以改變控制器的結(jié)構(gòu)、 參數(shù)或根據(jù)自適應(yīng)律來(lái)改變控制作用，以保證系統(tǒng)運(yùn)行在某種意義下的最優(yōu)或接近最優(yōu) 狀態(tài)。 從理論研究的角度看，比較成熟的自適應(yīng)控制系統(tǒng)分三類(lèi): a、自整定調(diào)節(jié)器及其它 簡(jiǎn)單自適應(yīng)控制

37、器;b、模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)。c、自校正控制系統(tǒng)。從實(shí)際應(yīng)用的 角度看，自適應(yīng)控制己經(jīng)遍及到航天航空、冶金、機(jī)械及機(jī)器人等各種領(lǐng)域，在生活和 生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用。自適應(yīng)控制系統(tǒng)本質(zhì)是一種非線性的系統(tǒng)，常常兼有隨機(jī)和時(shí) 變等多種特征，內(nèi)部機(jī)理也相當(dāng)復(fù)雜，分析十分困難。至今仍然有許多待進(jìn)一步解決的 問(wèn)題，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性和算法的收斂性等重要問(wèn)題特別在參數(shù)估計(jì)方面的研究成 果與人們的期望還相差甚遠(yuǎn)。對(duì)于對(duì)象特性或擾動(dòng)特性變化范圍很大，又要求保持高性 能指標(biāo)的系統(tǒng)，采用自適應(yīng)控制是合適的。但自適應(yīng)控制比常規(guī)控制復(fù)雜，成本也高， 只在常規(guī)反饋控制達(dá)不到期望的性能時(shí)，才考慮采用自適應(yīng)控制，其廣泛應(yīng)

38、用仍將遇到 許多困難。 (4)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),主要是從結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)機(jī)理方面或從功能上對(duì)生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種模擬 和近似，使其具有學(xué)習(xí)、識(shí)別、控制等生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些功能?；镜墓ぷ髟頌? 由結(jié)點(diǎn)、有向并加權(quán)的鏈組成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成知識(shí)表達(dá)方式，通過(guò)輸入激活神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 初始結(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中各連接權(quán)的權(quán)值決定了后續(xù)結(jié)點(diǎn)的激活，進(jìn)而逐步傳播到最外層的結(jié) 點(diǎn)，并把它作為輸出。這種方法的本質(zhì)在于提供了一種非線性靜態(tài)映射，能以任意精度 逼近任意給定的非線性關(guān)系，在對(duì)象或環(huán)境變化時(shí)，通過(guò)自動(dòng)修改權(quán)值，使其輸出接近 或達(dá)到期望值。 一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特性及能力主要取決于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及學(xué)習(xí)方法。常用于控制系

39、統(tǒng)中的兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為前饋網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)。前饋網(wǎng)絡(luò)如單層、多層感知網(wǎng)絡(luò)和 bp 網(wǎng) 絡(luò)等，主要用于分類(lèi)、擬合、預(yù)測(cè)等問(wèn)題。反饋網(wǎng)絡(luò)如離散或連續(xù)的 hopfield 網(wǎng)絡(luò)、 boltzmann 機(jī)等，主要用于實(shí)現(xiàn)聯(lián)想記憶和優(yōu)化計(jì)算。學(xué)習(xí)方法是修正神經(jīng)元之間連接 強(qiáng)度或加權(quán)系數(shù)的算法，使獲得的知識(shí)結(jié)構(gòu)適應(yīng)周?chē)h(huán)境的變化?？煞譃橛斜O(jiān)督學(xué)習(xí)和 無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用多種多樣，典型的主要有:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督控 制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接逆控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)?？刂埔约吧窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè) 控制等。 (5)模糊控制 模糊控制是智能控制的一個(gè)重要分支，其主要思想是把現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等 邏輯規(guī)則

40、的語(yǔ)言表達(dá)轉(zhuǎn)化為相關(guān)的控制量，在建立專(zhuān)家“知識(shí)”的基礎(chǔ)上，模仿人的思 維過(guò)程，通過(guò)對(duì)模糊信息采用“不精確推理” ，可有效地處理控制系統(tǒng)中的不精確和不 確定性，解決許多復(fù)雜而無(wú)法建立精確數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的控制問(wèn)題。模糊控制的研究發(fā)展 經(jīng)歷了“理論-應(yīng)用-理論”的交替熱潮過(guò)程。自 1965 年 zadeh 教授創(chuàng)建模糊集合論和 1974 年 mamdani 成功地將模糊控制應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機(jī)控制以來(lái)，模糊控制器被廣泛應(yīng) 用于熱交換過(guò)程控制、污水處理過(guò)程控制、交通路口控制以及汽車(chē)速度控制等多種典型 場(chǎng)合，取得了良好的控制效果，生產(chǎn)出了專(zhuān)用的模糊芯片和模糊計(jì)算機(jī)，充分展示了模 糊控制技術(shù)的應(yīng)用前景。近幾十

41、年來(lái)，模糊控制研究及技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)、醫(yī)學(xué)尤其 是工業(yè)應(yīng)用及民用方面取得了巨大的發(fā)展。 然而，不同于傳統(tǒng)控制技術(shù)，模糊控制理論的發(fā)展似乎落后于模糊控制應(yīng)用的發(fā)展， 缺乏常規(guī)控制理論指導(dǎo)是阻礙模糊控制理論發(fā)展的一個(gè)重要因素，如模糊控制器的系統(tǒng) 化設(shè)計(jì)方法、穩(wěn)定性分析及其非線性逼近能力等問(wèn)題都有待于進(jìn)一步深入探索和研究。 另外，為解決模糊控制對(duì)信息的簡(jiǎn)單模糊處理而導(dǎo)致的系統(tǒng)控制精度降低和動(dòng)態(tài)品質(zhì)變 差問(wèn)題，目前混合模糊控制的思想已引起廣泛重視，如模糊 pid 控制、自校正模糊控制 器、模糊專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。 1.3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容 燒結(jié)機(jī)是屬于生產(chǎn)人造富礦的燒結(jié)設(shè)備，中頻燒結(jié)機(jī)使用中頻

42、電磁感應(yīng)原理加熱， 電磁感應(yīng)過(guò)程中電流的大小將決定電磁感應(yīng)產(chǎn)生熱量的多少，對(duì)電磁感應(yīng)過(guò)程中電流進(jìn) 行 pid 控制可以對(duì)中頻燒結(jié)機(jī)的工作過(guò)程中溫度變化進(jìn)行控制。 pid 控制器問(wèn)世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào) 整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)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(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，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(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)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(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 pid 控 制技術(shù)。pid 控制，實(shí)際中也

43、有 pi 和 pd 控制。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)算出控制量進(jìn)行控制的。 比例（p）控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。 其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差 （steady-state error） 。在積分（i）控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成 正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng) 是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)（system with steady-state error） 。在微分（d）控 制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系自動(dòng)控制系 統(tǒng)在克

44、服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組 件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變 化。 使用溫度傳感器，將燒結(jié)機(jī)中的溫度作為控制參數(shù)傳遞給 pid 控制器，然后由 pid 控制器使用正確的算法進(jìn)行精確的控制，這樣，燒結(jié)機(jī)的每一點(diǎn)溫度變化都能得到準(zhǔn)確 及時(shí)的測(cè)量及控制。 1.4 整體方案設(shè)計(jì) 燒結(jié)機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以西門(mén)子公司的 s7-200 系列 plc 控制器為控制核心。整個(gè) 系統(tǒng)硬件部分包括溫度檢測(cè)系統(tǒng)、a/d 轉(zhuǎn)換、plc、控制執(zhí)行系統(tǒng)等。溫度傳感器將檢測(cè) 到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量

45、信號(hào)并送到 plc 中進(jìn) 行 pid 調(diào)節(jié)，pid 控制器輸出量轉(zhuǎn)化成占空比，通過(guò)固態(tài)繼電器控制中頻燒結(jié)機(jī)加熱的 通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)中頻燒結(jié)機(jī)溫度的控制。整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分： （1）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。 在掌握了可編程控制器（plc）的組成、工作原理以及充分了解被控對(duì)象的基礎(chǔ)上， 選擇了西門(mén)子 s7-200 系列 plc cpu226 為控制器，熱電式傳感器作為溫度檢測(cè)傳感器， 再加上固態(tài)繼電器和烤爐組成了溫度控制系統(tǒng)。根據(jù)硬件連接圖完成控制系統(tǒng)實(shí)際的硬 件連接。 （2）控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。 認(rèn)真學(xué)習(xí) plc 的功能指令，在掌握系統(tǒng)硬件工作過(guò)程的基礎(chǔ)上畫(huà)出控制程序流程圖， 然后利用編程軟件 step7

46、-micro/win 編寫(xiě)了梯形圖程序。編程時(shí)應(yīng)用了編程軟件自帶 的 pid 指令向?qū)K，使得程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更容易理解。 2 2 燒結(jié)機(jī)及燒結(jié)機(jī)及 pidpid 控制器基礎(chǔ)控制器基礎(chǔ) 2.1 中頻燒結(jié)機(jī)和燒結(jié)工藝流程 2.1.1 中頻燒結(jié)機(jī)介紹 中頻燒結(jié)機(jī)就是利用中頻加熱原理，對(duì)貧礦石進(jìn)行加熱燒結(jié)，制造燒結(jié)礦的設(shè) 備。燒結(jié)機(jī)適用于大型黑色冶金 燒結(jié)廠的燒結(jié)作業(yè)，它是抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程中的主體設(shè) 備，可將不同成份，不同粒度的精礦粉，富礦粉燒結(jié)成塊，并部分消除礦石中所含的 硫，磷等有害雜質(zhì)。燒結(jié)機(jī)按燒結(jié)面積劃分為不同長(zhǎng)度不同寬度幾種規(guī)格，燒結(jié)面積 越大，產(chǎn)量就越高 。 中頻爐是一種將工頻 50hz 交

47、流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l（ 300hz 以上至 20khz）的電源裝 置，把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，供 給由電容和感應(yīng)線圈里流過(guò)的中頻交變電流，在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切 割感應(yīng)圈里盛放的金屬材料，在金 屬材料中產(chǎn)生很大的渦流。這種渦流同樣具有中 頻電流的一些性質(zhì)，即 金屬自身的自由電子在有電阻的金屬體里流動(dòng)要產(chǎn)生熱量。 例如，把一根金屬圓柱體放在有交變中頻電流的感應(yīng)圈里，金屬圓柱體沒(méi)有與感應(yīng)線 圈直接接觸，通電線圈本身溫度已很低，可是圓柱體表面被加熱到發(fā)紅，甚至熔化， 而且這種發(fā)紅和熔化的速度只要調(diào)節(jié)頻率大小和電流的強(qiáng)弱就能實(shí)現(xiàn)。如果圓柱體放 在線圈中

48、心，那么圓柱體周邊的溫度是一樣的，圓柱體加熱和熔化也沒(méi)有產(chǎn)生有害氣 體、強(qiáng)光污染環(huán)境。 中頻爐加熱裝置具有體積小，重量輕、效率高、熱加工質(zhì)量?jī)?yōu)及有利環(huán)境等優(yōu) 點(diǎn)正迅速淘汰燃煤爐、燃?xì)鉅t、燃油爐及普通電阻爐，是新一代的金屬加熱設(shè)備。 2.1.2 燒結(jié)工藝流程 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程由原料的接受，貯存和中和，溶劑、燃料的破碎、篩分，配料 ，混合料的制備，燒結(jié)，燒結(jié)產(chǎn)成品的處理以及燒結(jié)過(guò)程的除塵等環(huán)節(jié)。原料廠 按貧礦粉、富精粉、溶劑按不比例混合，然后送混料機(jī)進(jìn)行二次混勻和造球，由皮 帶運(yùn)輸機(jī)送到燒結(jié)機(jī)混料倉(cāng)，完成供料工藝。鋪底料裝置先把底料（原塊礦，粒度為 10-20mm）均勻的鋪在臺(tái)車(chē)的篦條上，混好的料

49、由布料器對(duì) 底料進(jìn)行點(diǎn)火燒結(jié)，從 臺(tái)車(chē)上的燒結(jié)礦翻到單輥破碎機(jī)進(jìn)行破碎。通過(guò)漏斗溜到設(shè)在下層平臺(tái)的熱振動(dòng)篩 中進(jìn)行篩分， 5mm 的合格燒結(jié)礦通過(guò)溜槽溜到儲(chǔ)礦槽，供 高爐使用。5mm 的粉 礦，通過(guò)配料皮帶機(jī)進(jìn)行重新配料，燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)生的廢氣，除塵器除塵后，經(jīng)風(fēng)機(jī)抽 入煙囪，排入大氣。 系統(tǒng)功能： 1. 配料系統(tǒng)：配料系統(tǒng)由配料倉(cāng)、圓盤(pán)給礦機(jī)、配料皮帶機(jī)等組成。用裝載機(jī) 將精礦粉、富礦粉、燃料、熔劑、返礦等物料裝入配料室料倉(cāng)內(nèi)，通過(guò)圓盤(pán)給礦機(jī)將 以上物料按要求比例，送到配料皮帶機(jī)上，由皮帶機(jī)將物料運(yùn)至圓筒混料機(jī)進(jìn)行混勻 造球。 2. 混料制粒系統(tǒng)：混料系統(tǒng)一般由二次混合完成，一次混合主要是將從配

50、料室 來(lái)的各種物料混合均勻，再用皮帶機(jī)送至二次混合造球，二次混合的目的主要是為了 提球團(tuán)質(zhì)量提高燒結(jié)過(guò)程中的透氣性，將混合料制成3-8mm 占 75%的小球形混合料 ，再由皮帶機(jī)送到布料倉(cāng)進(jìn)行布料，圓筒混料機(jī)具有混料范圍廣，能適應(yīng)原料的變動(dòng) ，構(gòu)造簡(jiǎn)單，生產(chǎn)可靠及生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)。 3. 鋪底料裝置：該裝置是為了提高臺(tái)車(chē)以及篦條使用壽命，提高料層在燒結(jié)過(guò) 程中的透氣性，減少燒結(jié)煙氣的含塵量。在臺(tái)車(chē)上鋪上30-50mm 厚度，粒度為 10- 20mm 的鋪底料，通過(guò)調(diào)節(jié)扇形閘門(mén)的開(kāi)啟度控制排料速度，鋪底料來(lái)自粒度為10 -20mm 原礦石，原礦石經(jīng)過(guò)培燒后可直接入高爐，以抽高燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)。 4

51、. 混合料布料系統(tǒng)：混合料布料系統(tǒng)主要由圓輥給料機(jī)、反射板、扇型閘門(mén)等 組成，按照工藝要求通過(guò)調(diào)節(jié)扇型閘門(mén)的開(kāi)啟度和圓輥給料機(jī)的轉(zhuǎn)速將混合料供到反 射板上進(jìn)行偏析布料，通過(guò)調(diào)速反射板的角度來(lái)得到不同的布料效果。 5. 煤氣點(diǎn)火系統(tǒng)：煤氣點(diǎn)火系統(tǒng)由煤氣及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、燒咀、助燃風(fēng)機(jī)、點(diǎn) 火室等組成。煤氣點(diǎn)火系統(tǒng)采用高爐煤氣。點(diǎn)火器采用自身預(yù)熱裝置對(duì)助燃空氣進(jìn)行 預(yù)熱?？商岣咧伎諝鉁囟?100-150 攝氐度，可取得良好的節(jié)能效果。 6. 燒結(jié)主機(jī)：燒結(jié)機(jī)主系統(tǒng)主要由傳動(dòng)裝置、頭尾端部密封、臺(tái)車(chē)、吸風(fēng)裝置 、機(jī)架、尾部調(diào)節(jié)裝置和干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)等所組成。主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)在機(jī)頭部位，由 調(diào)速電機(jī)、減速

52、機(jī)、開(kāi)式齒輪等組成。頭部星輪主要負(fù)責(zé)將臺(tái)車(chē)從下部水平軌道轉(zhuǎn)運(yùn) 到上部水平轉(zhuǎn)道，同時(shí)完成臺(tái)車(chē)卸料，頭尾的異型彎道主要是將臺(tái)車(chē)從上部或下部平 穩(wěn)的過(guò)渡到反向的水平軌道上，主機(jī)架分為頭、中尾三部分采用分體式現(xiàn)場(chǎng)組裝后焊 接，尾部調(diào)節(jié)架由尾部星輪裝置、重錘平衡裝置、移動(dòng)灰箱、固定灰箱及支撐輪等組 成，其主要作用是吸收系統(tǒng)熱伸長(zhǎng)，它的調(diào)極限由行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng) 其主要潤(rùn)滑部位有：臺(tái)車(chē)密封滑道、頭尾星輪軸承、尾部擺架支撐輪、單輥破碎機(jī)軸 承等，潤(rùn)滑系統(tǒng)能夠自動(dòng)向各潤(rùn)滑點(diǎn)周期性供油，可保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)整 給油器的微調(diào)來(lái)控制各點(diǎn)的給油量的大小。 7結(jié)礦的破碎、篩分系統(tǒng)： 單齒輥破碎機(jī)設(shè)備

53、在燒結(jié)機(jī)的尾部，它主要負(fù)責(zé)將 臺(tái)車(chē)卸下在大塊結(jié)礦破碎成小塊，經(jīng)單輥破碎機(jī)破碎后的燒結(jié)礦進(jìn)行熱篩分，目的是 將成品和返礦分開(kāi)（對(duì)熱礦生產(chǎn)流程）；或者為了提高冷卻效果（對(duì)冷卻礦生產(chǎn)流程 ）。5mm 的燒結(jié)礦通過(guò)溜槽到磷板輸送機(jī)再由皮帶機(jī)運(yùn)到儲(chǔ)礦槽內(nèi)，供高爐使用。 simatic step 7 micro/win 4.0菜單命令。 如圖4-1所示，step 7-micro/win項(xiàng)目窗口將提供用于創(chuàng)建控制程序的便利工作空間。 工具欄將提供快捷鍵按鈕，用于經(jīng)常使用的菜單命令，可顯示或隱藏工具欄的任何按鈕。 瀏覽條給出了多組圖標(biāo)，用于訪問(wèn)step 7-micro/win的不同編程特性。指令樹(shù)將顯示 用于

54、創(chuàng)建控制程序的所有項(xiàng)目對(duì)象和指令?？蓪蝹€(gè)的指令從指令樹(shù)拖放到程序中，或 雙擊某個(gè)指令，以便將其插入到程序編輯器中光標(biāo)的當(dāng)前位置。程序編輯器包括程序邏 輯和局部變量表，可在其中分配臨時(shí)局部變量的符號(hào)名。子程序和中斷程序在程序編輯 器窗口的底部均按標(biāo)簽顯示。單擊標(biāo)簽可在子程序、中斷程序和主程序之間來(lái)回變換。 step 7-micro/win提供了用于創(chuàng)建程序的三個(gè)編輯器：梯形圖（lad）、語(yǔ)句表 （stl）和功能塊圖（fbd）。盡管有某些限制，在這些程序編輯器的任何一個(gè)中編寫(xiě)的 程序均可用其它程序編輯器進(jìn)行瀏覽和編輯。用的比較多的是梯形圖（lad）編程語(yǔ)言。 下面詳細(xì)介紹梯形圖的特點(diǎn)。 圖 4-

55、1 編程軟件 step7-micro/win 主界面 4.2.2 梯形圖語(yǔ)言特點(diǎn) 梯形圖是使用得最多的圖形編程語(yǔ)言，被稱(chēng)為 plc 的第一編程語(yǔ)言。梯形圖與電 器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別 適用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱(chēng)為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱(chēng)為編程。 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是用梯形圖的圖形符號(hào)來(lái)描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。采用 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用因果關(guān)系來(lái) 描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級(jí)中，描述事件發(fā)生的條 件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是

56、最常用的一種程序 設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它來(lái)源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。 在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這 種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計(jì) 語(yǔ)言的特點(diǎn)是： （1）與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性； （2）與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對(duì)電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，易于撐握和學(xué)習(xí)； （3）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流（power flow）不 是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時(shí)，需與原 有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待； （4）與布爾助記符程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有一一

57、對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查。 4.2.3 step7-micro/win 參數(shù)設(shè)置（通訊設(shè)置） 本項(xiàng)目中 plc 要與電腦正確通信，安裝完 step7-micro/win 編程軟件且設(shè)置好硬件 后，可以按下列步驟進(jìn)行通訊設(shè)置。 （1）在 step7-micro/win 運(yùn)行時(shí)單擊通訊圖標(biāo)，或從“視圖”菜單中選擇選項(xiàng)“通 信”，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)通信對(duì)話框（如圖 4-2 所示）。 圖 4-2 通信參數(shù)設(shè)置 （2）在對(duì)話框中雙擊 pc/ppi 電纜的圖標(biāo)，將出現(xiàn) pg/pc 接口對(duì)話框或者直接單擊“檢 視”欄中單擊“設(shè)置 pg/pc 接口”也行。如圖 4-3 所示。 圖 4-3 pg/pc 接

58、口對(duì)話框 （3）單擊 properties 按鈕，將出現(xiàn)接口屬性對(duì)話框，檢查各參數(shù)的屬性是否正確，其 中通信波特率默認(rèn)值為 9.6kbps（如圖 4-4 所示） 。 圖 4-4 通信參數(shù)設(shè)置 4.3 程序設(shè)計(jì) 4.3.1 設(shè)計(jì)思路 plc 運(yùn)行時(shí)，通過(guò)特殊繼電器 sm0.0 產(chǎn)生初始化脈沖進(jìn)行初始化，將溫度設(shè)定值， pid 參數(shù)值等，存入有關(guān)的數(shù)據(jù)寄存器，使定時(shí)器復(fù)位；按啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始溫度采 樣，采樣周期為 10 秒；k 型熱電偶傳感器把所測(cè)量的溫度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量轉(zhuǎn)換（0-41 毫伏） ； 模擬量輸入通道 aiw0 通過(guò)讀入 0-41 毫伏的模擬電壓量送入 plc；經(jīng)過(guò)程序計(jì)算后得 出實(shí)際測(cè)量

59、的溫度 t,將 t 和溫度設(shè)定值比較，根據(jù)偏差計(jì)算調(diào)整量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令。 4.3.2 控制程序流程圖 圖 4-5 程序流程圖 啟動(dòng) 綠燈亮，系統(tǒng)運(yùn)行 調(diào)用 pid 模塊 pid 輸出轉(zhuǎn) 換成占空比 定時(shí)器控制 加熱時(shí)間 溫度當(dāng)前值和 設(shè)定值等顯示 開(kāi)始 4.3.3 梯形圖程序 啟動(dòng)，綠燈亮 停止，紅燈亮 上述程序中，i0.1 和 i0.2 分別是啟動(dòng)和停止按鈕，q0.0 和 q0.1 分別是系統(tǒng)運(yùn)行 指示燈（綠燈）和系統(tǒng)停止指示燈（紅燈） ，m0.0 和 m0.1 是中間繼電器。 調(diào)用 pid 模塊 這里用 sm0.0 直接調(diào)用了編程軟件自帶的 pid 子程序，即就是用 pid 指令向?qū)Ь幊獭?/p>

60、 上面的指令中，pv_i 為反饋值，也就是熱電偶將檢測(cè)到的當(dāng)前溫度值送入溫度模塊后輸 出的模擬電壓值 aiw0；setpoint_r 為設(shè)定值。 每個(gè) pid 回路都有兩個(gè)輸入變量，給定值 sp 和過(guò)程變量 pv。執(zhí)行 pid 指令前必須 把它們轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)。即先把整數(shù)值轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)值，再把實(shí)數(shù)值進(jìn)行 歸一化處理，使其為 0.0-1.0 之間的實(shí)數(shù)。歸一化的公式為 r1=(r/s+ m) （3-1） 式中，r1 為標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值；r 為未標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值；m 為偏置，單極性為 0.0，雙極 性為 0.5；s 為值域大小，為最大允許值減去最小允許值，單極性為 32000，雙極性為 6