加熱爐串級控制研究及設(shè)計(jì)

1、20142014屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)( (論文論文) )答辯答辯設(shè)計(jì)題目：加熱爐串級控制研究與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：加熱爐串級控制研究與設(shè)計(jì)專業(yè)：自動(dòng)化專業(yè)：自動(dòng)化班級：班級：姓名：姓名：西安建筑科技大學(xué)西安建筑科技大學(xué)匯報(bào)提綱：匯報(bào)提綱：1.1.設(shè)計(jì)背景設(shè)計(jì)背景2.2.設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)及要求3.3.設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法4.4.設(shè)計(jì)成果設(shè)計(jì)成果5.5.設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.深入了解設(shè)計(jì)要求,制定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。設(shè)計(jì)模擬鍋爐裝置分布式控制系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)硬件控制原理圖一張（CAD圖）。 2.針對模擬鍋爐裝置對象，進(jìn)行系統(tǒng)辨識，建立模型 3.設(shè)計(jì)系統(tǒng)I/O控制站

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

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

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

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

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

7、 設(shè)計(jì)方法及步驟設(shè)計(jì)方法及步驟n3.1.3程序流程圖n根據(jù)控制方案編寫程序流程圖初始化PLC調(diào)用子程序每100ms調(diào)用一 次 中 斷 程序結(jié)束主程序開始結(jié)束開始子程序設(shè)計(jì)方法及步驟設(shè)計(jì)方法及步驟給副調(diào)節(jié)器設(shè)定輸出值中斷程序開始將副調(diào)節(jié)器輸出值換算為工程實(shí)際值讀取AIW0的值并標(biāo)準(zhǔn)化0-1之間設(shè)定溫度，給主調(diào)節(jié)器PID參數(shù)賦值是否需要手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行PID運(yùn)算主調(diào)節(jié)器輸出值賦給副調(diào)節(jié)器設(shè)定值給副調(diào)節(jié)器PID參數(shù)賦值讀取AIW2的值并標(biāo)準(zhǔn)化0-1之間進(jìn)行PID運(yùn)算是否需要手動(dòng)調(diào)節(jié)送至AQW0經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出否是否是給副調(diào)節(jié)器設(shè)定值賦值結(jié)束設(shè)計(jì)方法及步驟設(shè)計(jì)方法及步驟n3.1.4程序編寫n通過STEP

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

9、 VD200MOVR VD200, VD100*R 100.0, VD100設(shè)計(jì)方法及步驟設(shè)計(jì)方法及步驟Network3 自動(dòng)LD M10.0PID VB200, 0Network4 手動(dòng)LDN M10.0MOVR VD108, VD208/R 100.0, VD208Network5 副調(diào)節(jié)器賦值LD SM0.0MOVR VD208, VD108*R 100.0, VD108MOVR VD208, VD404MOVR VD404, VD304*R 100.0, VD304MOVR VD312, VD412MOVR 0.1, VD416MOVR VD320, VD420MOVR VD324,

10、VD424Network6 讀AIW2并標(biāo)準(zhǔn)化LD SM0.0ITD AIW2, AC1DTR AC1, AC1MOVR AC1, VD400/R 32000.0, VD400MOVR VD400, VD300*R 100.0, VD300Network7 自動(dòng)LD M10.1PID VB400, 1Network8 手動(dòng)LDN M10.1MOVR VD308, VD408/R 100.0, VD408Network9 輸出AQW0LD SM0.0MOVR VD408, VD308*R 100.0, VD308MOVR VD408, AC1*R 32000.0, AC1ROUND AC1, A

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

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

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

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

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