过程控制系统课程设计：锅炉内胆动态水温pid控制实验

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1、摘要温度是工业生产过程中最常检测和控制的热工参数之一，本设计是以西门子S7-200PLC为主控制器，以WINCC为上位机监控软件来实现对锅炉内胆水温的DCS自动控制。系统主要由一台带有WINCC组态软件的上位机和应用于STEP7-MicroWINV4.0软件、西门子S7-200PLC下位机以及PC/PPI电缆、RTGK-2型过程控制系统构成。通过对下位机S7200PLC的软件编程，完成锅炉内胆温度信号采集、处理以及PID控制，分别对上位机以及下位机进行了详细设计，并运用工程整定方法，整定出满足系统要求的锅炉内胆水温PID控制参数，得到比较理

2、想的PID控制曲线，实现了对锅炉内胆水温控制的目的，达到了设计要求。关键词：锅炉内胆；水温；PID；S720033目录1系统总体方案分析11.1锅炉内胆动态水温PID控制系统总体方案分析11.2上位机组态与程序设计22系统调试132.1流程图绘制132.2电源连接142.3测试步骤143参数整定与系统分析173.1锅炉内胆水温定值控制实验的结构框图173.2调节器相关参数整定过程173.3系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能203.4不同PID参数对系统的性能产生的影响。223.5P、PI、PID控制方式的控制效果264结论30参考文献323

3、31系统总体方案分析1.1锅炉内胆动态水温PID控制系统总体方案分析锅炉内胆水为动态循环水，变频器、磁力泵与锅炉内胆组成循环水系统。如图1所示：图1.1锅炉内胆温度特性测试系统(a)结构图(b)方框图本实验系统组态软件进行，由于自动控制的时候考虑到机械及机器会出现故障，设置的调节阀可在及其出现故障时，非自动的情况下，手动进行调节开度，是锅炉内胆保持给定值，运用在大型生产过程中采用手动和自动模式替换操作达到整个生产的能耗最低，效益最大化。被控变量为锅炉内胆水温，要求锅炉内胆水温等于给定值。实验前先通过变频器、磁力泵支路给锅炉内胆打满水，然后关

4、闭锅炉内胆的进水阀门。待系统运行后，变频器－磁力泵再以固定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。在内胆水为静态时，由于没有循环水进行热交换，而三相电加热管功率为4.5KW，从使内胆水温上升相对快速，散热过程又比较缓慢，而且调节的效果受对象特性和环境的限制，导致系统的动态性能较差，即超调大，调节时间长。改变为循环水系统后，有利于热交换，加快了散热能力，相比于静态温度控制实验，在控制的动态精度、快速性方面有了很大地提高。系统采用的调节器为工业上常用AI智能调节仪。图2为锅炉内胆动态水温控制系统的结构示意图。33因可控硅调压模块是通过输入信号使电源

5、电压变化，实验前，先用万用表测可控硅模块输入端的电压，再测输出端的电压看是否变化。当给锅炉加热时，应使输出端电压为60V左右，而一旦超过设定值，可控硅的输出电压为最小。这样，电加热管停止加热，使温度超过设定值不会太高便于散热。本项目的任务就是设计一套方案，使锅炉内胆的水温保持在设定值。图1.2锅炉内胆动态水温控制系统的方框图1.2上位机组态与程序设计本设计用组态软件的是西门子公司的WinCC，它是WindowsControlCenter（视窗控制中心）的简称，是HMI/SCADA软件中的后起之秀。WinCC是Siemens公司的一种功能强大

6、的工业控制软件，是“真正开放的”HMISCADA软件。它集成了SCADA、组态、脚本（Script）语言和OPC等先进技术，为用户提供了Windows操作系统环境下使用各种通用软件的功能。WinCC继承了西门子公司的全集成自动化（TIA）产品的技术先进性和无缝集成的特点。WinCC运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选择，使用方便灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、趋势曲线等。它为操作者提供了图文并茂、形象直

7、观的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一个特点在于它的整体开放性，它可以方便的与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实际需要。用户也可以将WinCC作为系统扩充的基础，通过开放式接口，开发其自身需要的应用系统。WinCC由三大部分组成：1、控制中心：控制中心使用户通过WinCC应用进行浏览，并且对其数据进行一些操作。从形式和操作上看，控制中心与Windows资源管理器相似。2、系统控制器：管理各站之间的系统通讯。3、数据管理器：在WinCC项目中用于处理中央任务的启动。其主要任务是处理变量

8、管理器，其通讯通道用于访问过程数据。33WinCC的发展及应用从面市伊始，用户就对SIMATICWinCC印象深刻。一方面，是其高水平的创新，它使用户在早期就认识到即将到来的发展