鍋爐溫度控制

1、摘要隨著微電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器的運算功能、接口功能越 來越強。A/D及D/A技術(shù)引入PLC系統(tǒng)后，使PLC不再局限于邏輯控制范圍。本課 題是利用西門子系列PLC模擬量模塊EM235對溫度模擬量信號進行采集和處 理，通 過S7-200的PID指令和模擬量模塊一起使用實現(xiàn)對鍋爐水溫的調(diào)節(jié)，采用TLabVIEW 實現(xiàn)PC與PLC的實時監(jiān)控功能。下位機控制系統(tǒng)，是利用PLC作為系統(tǒng)的主控制器，由加熱電阻絲加熱，溫度反 饋信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，送入PLC中進行處理，在PLC中將測量元件測得的鍋爐 水溫 與設(shè)定值進行比較，并采用PID進行調(diào)節(jié)。上位機監(jiān)控軟件采用圖形化語言Lab VIE

2、W,設(shè)計人機界面，并實現(xiàn)上位機與下位 機之間的通信，實現(xiàn)對控制對象信號和設(shè)備的集中管理與監(jiān)控，可顯示溫度測量值、 給定值、輸出值以及PID參數(shù)值，實現(xiàn)對鍋爐系統(tǒng)溫度的監(jiān)控。在這一部分，本文詳 細介紹了利用LabVIEW中的VISA模塊設(shè)計串口通信的方法。以PLC為下位機，以LabVIEW為上位機開發(fā)平臺，利用LabVIEW軟件強大的 數(shù)據(jù)運算能力和分析能力，并通過LabVIEW與PLC之間串口通信，組成實時監(jiān)控的 圖形顯示平臺。調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有界面友好、運行可靠、易于操作等特點。關(guān)鍵詞：PLC, LabVIEW,溫度控制，PID,串口通信ABSTRACTWith microelectr

3、onics and computer technology development, the programmable controller operational function, interface function stronger. A/D and D/A technology introduced PLC system, make no longer confined to PLC control logic. This topic is using the Siemens PLC analogue series EM235 module for temperature analo

4、g signal acquisition and processing, by S7-200 PID instructions and analog module of boiler water use of LabVIEW, adopts the PC and PLC real-time monitoring function.The use of PLC control system, is the main controller A system of heating and heat resistance wire, temperature feedback signals via A

5、/D conversion, into the process of PLC , measuring element in PLC will of boiler water temperature, and compared with the data using PID adjusted.PC monitor software using graphical LabVIEW, man - machine interface design language, and realize the PC and the realization of the communication between

6、the object of control signals, and the centralized management and monitoring device can display temperature measurement values and a given value, the output value and PID parameters of boiler, the temperature control system. In this part, this paper introduces the design of LabVIEW VISA module metho

7、d of serial communication.For the machine with PLC for PC LabVIEW, using LabVIEW software development platform, strong ability of data analysis and computation ability, and through serial communication with PLC LabVIEW, real-time monitoring of the graphic display platform. Testing results show that

8、the system has a friendly interface, easy operation and reliable running etc.Key wordsPLC, LabVIEW, temperature control, PID, The string corresponds by letter TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 第1章緒論11.1研究課題概述11.2研究課題的背景與發(fā)展11.3本課題研究的具體內(nèi)容2 HYPERLINK l bookmark32 o Current Documen

9、t 第2章鍋爐溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計42.1系統(tǒng)組成及改進42.2主控制器PLC的介紹52.3溫度變送器簡介62.4監(jiān)控界面的介紹錯誤!未定義書簽。第3章控制系統(tǒng)下位機設(shè)計錯誤!未定義書簽。3.1電鍋爐PLC控制系統(tǒng)錯誤!未定義書簽。S7-200的通信能力錯誤!未定義書簽。S7-200編程軟件錯誤!未定義書簽。PLC與上位機的通信錯誤!未定義書簽。321通信原理錯誤!未定義書簽。322 S7-200系列PLC自由通信口初始化及通信指令錯誤!未定義書簽。S7-200的接收和發(fā)送指令(XTMRCV)錯誤!未定義書簽。S7-200 PLC與上位機通訊程序設(shè)計錯誤!未定義書簽。PLC對溫度控制程序的設(shè)計

10、錯誤!未定義書簽。3.3.1系統(tǒng)控制流程錯誤!未定義書簽。PLD算法實現(xiàn)錯誤!未定義書簽。第4章監(jiān)控軟件的設(shè)計錯誤!未定義書簽。4.1虛擬儀器及LabVIEW概述錯誤!未定義書簽。4.1.1虛擬儀器的發(fā)展歷史錯誤!未定義書簽。LabVIEW的特點及優(yōu)勢錯誤!未定義書簽。LabVIEW串口通訊錯誤!未定義書簽。4.2.1串口通信簡介錯誤!未定義書簽。4.2.2進行串口通信的基本步驟錯誤!未定義書簽。LabVIEW中的串口通信函數(shù)口錯誤!未定義書簽。4.2.4鍋爐水溫控制系統(tǒng)監(jiān)控界面的設(shè)計錯誤!未定義書簽。第5章實驗結(jié)果及分析錯誤!未定義書簽。P調(diào)節(jié)錯誤!未定義書簽。PI調(diào)節(jié)錯誤!未定義書簽。PI

11、D調(diào)節(jié)錯誤!未定義書簽。第6章總結(jié)錯誤!未定義書簽。致謝錯誤!未定義書簽。參考文獻錯誤!未定義書簽。附錄錯誤!未定義書簽。第1章緒論1.1研究課題概述在現(xiàn)代工業(yè)控制中，溫度控制應(yīng)用十分廣泛，涉及到生產(chǎn)生活的各個方面。但是 在有些情況下，不太適合人們親臨現(xiàn)場工作，用LabVIEW實現(xiàn)工業(yè)自動化生產(chǎn)線上 的在線監(jiān)控，不僅能夠達到智能的人機界面、智能化控制，而且便于現(xiàn)場技術(shù)人員對 控制系統(tǒng)軟件的二次開發(fā)。在生產(chǎn)底層乂需要合適的控制器。可編程邏輯控制器（PLC）作為一種新型的工 業(yè)控制裝置，具備可塑性、可記憶性、可接受多種方式的輸入輸出等優(yōu)點，在溫度控 制場合較之單片機有著無與倫比的優(yōu)勢。在實際工業(yè)控

12、制領(lǐng)域，可編程控制器對溫度、濕度、壓力、液位等參量的控制非 常普及，應(yīng)用十分廣泛，如果采用人工對各套設(shè)備實行實時監(jiān)控，將會耗費大量人力、 物力，而且也是非常沒必要的，因為在大部分時間內(nèi)，PLC工作將會是非常穩(wěn)定的， 它會根據(jù)寫入到CPU內(nèi)的程序?qū)嶋H設(shè)備進行準確的控制。另外，在實際控制中，設(shè) 備參數(shù)會因環(huán)境的變化、實際控制的需要而進行修改，這就要求我們能夠在PLC工作 過程當中對其中的數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場修改，而不需要停機對運行程序進行重新編制，這些 都會極大的提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。而計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展正好可以解決這些問題。西門子系列PLC提供了 方便、簡潔、開放的通信功能，使用戶很容易進行

13、組網(wǎng)，其通信和實時性方便的特點 使它成為解決復(fù)雜自動化問題的理想之選。1.2研究課題的背景與發(fā)展由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自 動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自 適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù) 領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣 泛應(yīng)用。它們主要具有如下的特點：1、適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制。2、能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。3、能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制。

14、4、這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理 論及計算機技術(shù)，運用先進的算法，適應(yīng)的范圍廣泛。5、普遍溫控器具有參數(shù)自整定功能。借助計算機軟件技術(shù)，溫控器具有對控制對象控 制參數(shù)及特性進行自動整定的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能，它能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗及 控制對象的變化情況，自動調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，以保證控制效果的最優(yōu)化。6、溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾力強的特點。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀 表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然己經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度 控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先

15、進國家相比， 仍然有著較大的差距。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀80年代中后期水平，成熟產(chǎn) 品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難 于控制滯后、復(fù)雜、時變溫度系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控 制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。隨著我國 經(jīng)濟的發(fā)展及加入WTO,我國政府及企業(yè)對此都非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進行了重 組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，并通過合資、技術(shù)合作等方式，組建了一 批合資、合作及獨資企業(yè)，使我國溫度等儀表工業(yè)得到迅速的發(fā)展。1.3本課題研究的具體內(nèi)容本課題研究的具體內(nèi)容是基

16、于LabVIEW和PLC對鍋爐水溫的進行控制，將控制 系統(tǒng)與PC機相連，通過串口軟件實現(xiàn)對PLC程序參數(shù)的現(xiàn)場修改和對鍋爐 水溫的實 時觀測。研究的具體內(nèi)容包括：1、結(jié)合鍋爐水溫上升過程的特點，對被控對象進行理論分析，設(shè)計系統(tǒng)整體設(shè)計方案。2、對可編程序控制器(PLC)進行簡單介紹，對鍋爐水溫控制系統(tǒng)進行具體的設(shè)計。3、圖形化語言LabVIEW設(shè)計監(jiān)控界面，實現(xiàn)上位機與下位機之間的通信，也實現(xiàn) 了對控制對象信號和設(shè)備的集中管理與監(jiān)控，可顯示并修改溫度測量值、給定值、輸 出值以及PID參數(shù)值，實現(xiàn)對鍋爐系統(tǒng)溫度的監(jiān)控。4、完成鍋爐溫度控制系統(tǒng)的實驗調(diào)試，并進行簡單分析。CPU222EM235模塊

17、CPU222EM235模塊加熱電阻絲第2章鍋爐溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計鍋爐水溫控制系統(tǒng)是在實驗室原有的EFAT/P過程控制實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改 造的。該系統(tǒng)集成自動化儀表技術(shù)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)，自動控制技術(shù)為一體的多功能 實驗裝置。該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識，單 回路控制，串級控制，比值控制等多種控制形式。因此對此 系統(tǒng)進行一些改進，就 可以很好的實現(xiàn)鍋爐水溫的控制。2.1系統(tǒng)組成及改進過程控制系統(tǒng)由“對象系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)”等組成。對象系統(tǒng)由雙容水 槽、加溫鍋爐、儲水槽、水泵、流量變送器、壓力變送器、液位變送器、溫髏送器、 電動執(zhí)行機構(gòu)與調(diào)節(jié)閥等組成。

18、試驗臺如圖2-1所示。圖2-1過程控制系統(tǒng)實驗裝置本設(shè)計借助于過程控制設(shè)備上的鍋爐、溫度變送器、溫度調(diào)節(jié)器，由PLC作為主 控制器，通過PLC來控制電熱絲加熱，下位機采用PLC的PID調(diào)節(jié)。上 位機采用軟 件LabVIEW編制監(jiān)控程序，并與PLC進行通訊，實現(xiàn)對控制對象信號和設(shè)備的集中 管理與監(jiān)控，可顯示并修改給定值、輸出值，實現(xiàn)對鍋爐系統(tǒng)的水溫控制。改進后的 系統(tǒng)總體框圖如圖2-1所示。伯電阻圖2-2系統(tǒng)總體框圖2.2主控制器PLC的介紹1、PLC的特點（1）編程方法簡單易學(xué)；（2）功能強，性能價格比高；（3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強；（4）可靠性高，抗干擾能力強；（5）系統(tǒng)的設(shè)

19、計、安裝、調(diào)試工作量少；（6）維修工作量小，維修方便；（7）體積小，能耗低。2、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域最近十多年來，PLC的應(yīng)用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于微處理器 芯片及有關(guān)元件的價格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大 增強，它也能解決復(fù)雜的計算和通信問題。目前PLC在國內(nèi)外己廣泛應(yīng)用于鋼鐵、 采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂 等行業(yè)。PLC的應(yīng)用范圍通常可分為以下5種類型。（1）數(shù)字量邏輯控制這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是最適合PLC使用的領(lǐng)域。它用來取代傳統(tǒng) 的 繼電器順序控制。PLC應(yīng)用于單擊控制、多機群控、生產(chǎn)自動線控制等。例如：注塑機 械、印刷機械、訂書機械、包裝機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍 流水線及電梯控制等。（2）運動控制PLC制造商目前已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模 塊，在多數(shù)情況下，PLC把描述目標位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動一軸或數(shù)軸到 目標位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當?shù)乃俣群图铀俣?，確保運動平滑。（3）閉環(huán)過程控制PLC還能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度。PLD模 塊提供了使PLC具有閉環(huán)控制的功能，即一個具有PID控制能力的PLC可用于 過程