基于组态王的电锅炉温度控制系统

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1、技改与创新化工自动化及仪表，2010，37(12)：112—114ContmlandInstrumentsinChemicalIndustry基于组态王的电锅炉温度控制系统李帅，虎恩典，方赘，李晓婷(宁夏大学机械工程学院，银川750021)摘要：电锅炉温度控制是一个复杂的控制过程，传统的P1D控制方法很难得到理想的控制效果，甚至出现不稳定现象。采用Smith预估与传统PID相结合的控制算法，通过组态王软件实现了温度的直接数字控制(DDC)，经仿真和实际运行表明，其动、静态性能稳定，明显优于传统的PID控制。关键词：温度控制；Smit

2、h预估控制；组态王；DDC．中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：10000932(2010)12-0112-031引言本文针对某企业的电锅炉温度控制系统(这一系统可近似地看作一阶惯性滞后环节)，采用了带Smith预估器的数字PID控制算法，从而满足了生产过程中提出的要求。一般的温控系统都具有较大的纯滞后时间，这类系统经常出现温度波动，甚至不稳定现象，使系统的控制性能较差。由于Smith预估器从理论上解决了大纯滞后系统的稳定性问题，再加入PID调节，会使系统整体性能得到改善。故本文采用带Smith预估器的PID温度控制系统，

3、该系统能有效抑制大纯滞后的影响，且动、静态性能都较好，实现简单。直接数字控制(DirectDigitalControl，DDC)系统是用一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从生产过程中经过输入通道获取信息，再按照预先规定的控制算法(如PID、内回流等)计算出控制量，并通过输出通道，直接作用在执行机构上，实现对整个生产过程的闭环控制，一般情况下它有几十个控制回路。2系统的硬件结构与建模整个控制系统如图1所示，由一台工控机、A／D采集卡ICP7017和D／A输出卡ICP7024、RA型4—20mA热电阻温度变送器以及LSA单相交流移相

4、调压模块组成。控制过程中的温度由热电阻Ptl00测量，由温度变送器变换为4～20mA的标准信号，送入ICP7017进行A／D转换，作为工控机信号的输入，工控机按照预定的控制程序，对被测量进行必要的处理、分析和比较，并按Smith．PID控制规律进行运算，从而得出控制量的改变值，输入到ICP7024，D／A转换成4—20mA标准信号，通过LsA单相交流移相调压模块去控制电加热管。ICP7017为远程数据采集模拟量输入模块(8通道模拟量输入)，ICP7024为远程数据采集模拟量输出模块(4路电压型模拟量输出，4路电流型模拟量输出)，都只

5、支持485通讯，因此ICP7017和ICP7024与上位机的通讯需要通过RS485-232转换接头进行转换，同时由7000U—tility软件配置各个模块的设备地址(Addr)、波特率(Baudrate)等，如图2所示。图l系统结构框图图27000Utility软件设置收稿日期：2010—10·15(修改稿)第12期李帅等．基于组态王的电锅炉温度控制系统·113·在设计电锅炉温度控制系统时，首先要对控制对象进行建模。电加热装置是一个具有自平衡能力的对象，可用二阶系统纯滞后环节来描述。然而，对于二阶不振荡系统，通过参数辨识可降为一阶模

6、型，因此可用一阶惯性滞后环节来描述电锅炉温控系统的数学模型⋯：G(s)=篙式中：卜对象的静态增益；卜对象的时间常数；下——对象的纯滞后时间。本系统K=1．25，T=120s，7：80s。3系统的实现3．1参数的整定对纯滞后较大的环节，常规PID控制方法很难取得预期的控制效果。本文采用Smith预估PID控制。23来实现对温度的控制。针对被控对象G(s)，分别采用常规PID算法控制以及Smith算法进行滞后补偿，在Simulink下进行仿真p1(Kp=20，Ki=1．28，％=6．4)，如图3所示。图3系统仿真结构图由图4的仿真结果可

7、知，采用Smith算法后的系统超调量跟采用普通PID算法比较大大减小了，而且系统的上升时间、过渡时间都减小很多，系统的响应速度大大加快，消除了纯滞后环节对控制系统的影响，Smith算法的优势明显可见。图4控制系统的阶跃响应3．2控制算法(1)数字Smith预估器的控制算法’4o。Smith预估器的传递函数为：C，(s)=G(5)(1一e1)转换成离散传递函数为：G小)=器=等焉1一Tz‘1式中：△卜采样周期，取经验值△r=10。写成差分方程形式为：c(^)=e～m-1)+等Ⅲ％)叫％一寿)](2)数字PID控制算法。采用位置式PID

8、控制算法如下：l‘(＆)：u(k一1)+K，[e(^)一e(k一1)]+Kte(々)+K。[e(☆)一2e(k一1)+e(☆一2)]式中：KI=K；·AT=1．28×10=12．8KD=丽Kd=等扎644软件设计4．1算法实现本文采用