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1、摘 要鍋爐是眾多工業(yè)部門必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。鍋爐汽包水位是一個(gè)非常重要的被控變量，汽包水位過高或者過低的后果都非常嚴(yán)重，因此對汽包水位必須進(jìn)行嚴(yán)格控制。鍋爐的水位調(diào)節(jié)過程難以建立數(shù)學(xué)模型，具有非線形、不穩(wěn)定性、時(shí)滯等特點(diǎn)。PLC技術(shù)的快速發(fā)展使得PLC廣泛應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域并極大地提高了控制系統(tǒng)性能，PLC已經(jīng)成為當(dāng)今自動(dòng)控制領(lǐng)域不可缺少的重要設(shè)備。本設(shè)計(jì)從分析影響汽包水位的各種因素出發(fā)，重點(diǎn)分析了鍋爐汽包水位的“假水位現(xiàn)象”，提出了鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的三沖量控制方案。按照工程整定的方法進(jìn)行了PID參數(shù)整定，并進(jìn)行了仿真研究。根據(jù)控制要求和所設(shè)計(jì)的控制方案進(jìn)行硬件選型以及系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，
2、利用PLC編程實(shí)現(xiàn)控制算法進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，最終完成PLC在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中應(yīng)用。關(guān)鍵詞：汽包水位 三沖量控制 PLC PID控制目 錄1.引言32.工業(yè)鍋爐的理論基礎(chǔ)42.1工業(yè)鍋爐的控制要求與工藝流程42.2鍋爐汽包水位的控制62.3鍋爐水位控制系統(tǒng)的重要性63.鍋爐汽包水位的基本特性和汽包水位控制系統(tǒng)方案選擇63.1鍋爐汽包水位控制對象的基本特性63.2影響汽包水位的影響因素73.3鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)及控制方案選擇83.3.1單沖量水位控制系統(tǒng)83.3.2雙沖量水位控制系統(tǒng)103.3.3三沖量水位控制系統(tǒng)114.PID控制的設(shè)計(jì)124.1PID控制的基本公式124.2PID算法
3、簡介124.3單沖量仿真電路搭建144.4PID參數(shù)整定144.5仿真結(jié)果分析165.PLC選型及資源配置175.1PLC選型175.2PLC的資源配置176.控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)196.1控制系統(tǒng)流程圖196.2梯形圖程序207.上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)217.1組態(tài)王簡介217.2組態(tài)王主畫面228.設(shè)計(jì)總結(jié)26參考文獻(xiàn)281. 引言水位是鍋爐運(yùn)行中一個(gè)常重要的參數(shù)。保持鍋爐汽包水位在正常范圍內(nèi)是鍋爐運(yùn)行的一項(xiàng)重要的安全性能指標(biāo)，由于水流量、燃燒狀況及給負(fù)荷等因素的變化，汽包水位會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化。過高的水位會(huì)影響汽水分離的效果,使用電氣設(shè)備發(fā)生故障;而過低水位,則會(huì)破壞汽水正常循環(huán),嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鍋爐爆炸。爐
4、汽包水位應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)加以嚴(yán)格控制以保證鍋爐的安全運(yùn)行。鍋爐水位自動(dòng)控制的任務(wù),就是控制給水流量與蒸發(fā)量的動(dòng)態(tài)平衡,維持汽包內(nèi)水位在允許的范圍內(nèi)變化。同時(shí)，汽包水位在正常范內(nèi)波動(dòng)是保證鍋爐安全生產(chǎn)運(yùn)行的必要條件。鍋爐汽包水位是鍋爐運(yùn)行中的一個(gè)重要監(jiān)控參數(shù)，它間接地體現(xiàn)了鍋爐負(fù)荷和給水之間的平衡關(guān)系。傳統(tǒng)的控制方法是基于各種分立器件，利用多種檢測器對被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并反饋給控制器件，再根據(jù)自動(dòng)控制理論的有關(guān)算法完成相應(yīng)的運(yùn)算并驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。這種控制方式受分立器件的性能影響大，系統(tǒng)各部分之間影響較大，自動(dòng)化水平不高，控制效果并非十分理想
5、，并且易出現(xiàn)故障，不利于系統(tǒng)的長期安全、高效運(yùn)行?，F(xiàn)在廣泛使用的控制技術(shù)還有DCS集散控制系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)適合有多個(gè)控制回路同時(shí)工作的復(fù)雜系統(tǒng)，而且集散控制系統(tǒng)往往價(jià)格昂貴，對于像汽包水位這樣的控制系統(tǒng)來說性價(jià)比太高，因此對于汽包水位控制系統(tǒng)來說并非理想的選擇。PLC是上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種中大規(guī)模的控制器，是集RAM、ROM、I/O接口、CPU與中斷系統(tǒng)于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)。隨著計(jì)算機(jī)在應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)、通信能力上的飛速發(fā)展，增強(qiáng)了PLC過程控制能力和通信能力，豐富了PLC編程軟件和編程技巧。因此，無論是單機(jī)還是多機(jī)控制、生產(chǎn)流水線控制及過程控制都可以采用PLC技術(shù)
6、。PLC控制鍋爐技術(shù)是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。它是PLC軟、硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用PLC控制技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對鍋爐運(yùn)行過程的自動(dòng)檢測、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能。它的被控量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是汽包給水流量，通過對汽包水位的實(shí)時(shí)檢測并進(jìn)行反饋，PLC對反饋信號(hào)和給定信號(hào)進(jìn)行比較，然后根據(jù)控制算法對二者的偏差進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)給水流量的調(diào)節(jié)，使汽包內(nèi)部的物料達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，汽包水位變化在允許范圍之內(nèi)。2. 工業(yè)鍋爐的理論基礎(chǔ)2.1 工業(yè)鍋爐的控制要求與工藝流程鍋爐
7、是化工、煉油、發(fā)電、造紙和制糖等工業(yè)生產(chǎn)過程必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。工業(yè)蒸汽鍋爐汽包水位控制的任務(wù)是控制給水流量與蒸發(fā)量保持動(dòng)態(tài)平衡，維持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi)，是保證鍋爐安全生產(chǎn)運(yùn)行的必要條件，也是鍋爐正常生產(chǎn)運(yùn)行的主要指標(biāo)之一。所有各種鍋爐，雖然燃料種類各不相同，但蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蒸汽處理系統(tǒng)是基本相同的。 圖2-1工業(yè)鍋爐工藝流程工藝流程的步驟：除氧水通過給水泵進(jìn)入給水調(diào)節(jié)閥，通過給水調(diào)節(jié)閥進(jìn)入省煤器，冷水在經(jīng)過省煤器的過程中被由爐膛排出的煙氣預(yù)熱，變成溫水進(jìn)入汽包，在汽包內(nèi)加熱至沸騰產(chǎn)生蒸汽，為了保證有最大的蒸發(fā)面因此水位要保持在鍋爐上汽包的中線位置，蒸汽通過主蒸汽閥輸出?？諝饨?jīng)過鼓
8、風(fēng)機(jī)進(jìn)入空氣預(yù)熱器，在經(jīng)過空氣預(yù)熱器的過程中被由爐膛排出的煙氣預(yù)熱，變成熱空氣進(jìn)入爐膛。煤經(jīng)過煤斗落在爐排上，在爐排的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)下煤進(jìn)入爐膛被前面的火點(diǎn)燃，在燃燒過程中發(fā)出熱量加熱汽包中的水，同時(shí)產(chǎn)生熱煙氣。在引風(fēng)機(jī)的抽吸作用下經(jīng)過省煤氣和空氣預(yù)熱器，把預(yù)熱傳導(dǎo)給進(jìn)入鍋爐的水和空氣。通過這種方式使鍋爐的熱能得到節(jié)約。降溫后的煙氣經(jīng)過除塵器除塵，去硫等一系列凈化工藝通過煙囪排出。 2.2 鍋爐汽包水位的控制鍋爐包水位控制的主要被控變量是汽包水位，操縱變量是給水流量。主要考慮的是汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包水位在工藝允許范圍內(nèi)。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋爐、氣輪機(jī)安全
9、運(yùn)行的必要條件之一，是鍋爐正常運(yùn)行的指標(biāo)。2.3 鍋爐水位控制系統(tǒng)的重要性鍋爐是一種受壓又直接受火的特種設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備。對鍋爐生產(chǎn)如果操作不合理，管理不善，處理不當(dāng)，往往會(huì)引起事故，輕則停爐影響生產(chǎn)，重則造成爆炸，造成人身傷亡，損壞廠房、設(shè)備，后果十分嚴(yán)重。因此，鍋爐的安全問題是一項(xiàng)非常重要的問題，必須引起高度重視。工業(yè)鍋爐中最常見的事故有：鍋內(nèi)缺水，鍋爐超壓，鍋內(nèi)滿水，汽水共騰，爐管爆破，爐膛爆破，二次燃燒，鍋爐滅火等。其中以鍋爐缺水事故比例最高。這些事故中的大部分是由于鍋爐水位控制不當(dāng)引起的，可見鍋爐汽包水位控制在鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要性。3. 鍋爐汽包水位的基本特性和汽包
10、水位控制系統(tǒng)方案選擇3.1 鍋爐汽包水位控制對象的基本特性工業(yè)鍋爐的汽水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1 工業(yè)鍋爐汽水結(jié)構(gòu)1 給水母管；2調(diào)節(jié)閥；3省煤器；4汽包；5下水管；6上升管；7過熱器；8蒸汽母管汽包及蒸發(fā)管系中貯藏著蒸汽和水，貯藏量的多少是以被控制量水位表征的，汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當(dāng)給水量等于蒸汽量時(shí)，汽包水位就恒定不變。引起水位變化的主要擾動(dòng)就是蒸汽流量的變化和給水流量的變化。給水流量對水位的影響，即控制通道的動(dòng)態(tài)特性。把汽包和給水看作單容無自衡對象，水位響應(yīng)曲線應(yīng)為一條直線。但由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水量變化后，使汽包內(nèi)氣泡含量減少，導(dǎo)致水位下
11、降。即當(dāng)突然加大給水量后，汽包水位一開始并不增加而要呈現(xiàn)一段起始慣性段。3.2 影響汽包水位的影響因素在控制系統(tǒng)中，擾動(dòng)量有，蒸汽流量，給水流量等，當(dāng)蒸汽流量增加時(shí)，氣泡溫度上升，氣泡壓力減小，氣泡蒸發(fā)變快氣泡增多，出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象，反之也同樣會(huì)有虛假水位的現(xiàn)象，虛假水位打破了系統(tǒng)原有的平衡狀態(tài)，破換了洗頭的穩(wěn)定性，如果調(diào)解不及時(shí)，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致干鍋現(xiàn)象，損壞鍋爐設(shè)備，降低了誰把誒誒的壽命。當(dāng)給水量增加時(shí)液位升高，導(dǎo)致液位溫度下降，造成蒸發(fā)溫度低，出現(xiàn)蒸汽帶液，供給動(dòng)力不足，設(shè)備生產(chǎn)效率降低，同時(shí)由于溫度降低氣泡內(nèi)壓力增大，使用于蒸發(fā)水的熱量減小，氣泡減少，爐水體積收縮，產(chǎn)生虛假水位現(xiàn)象。此外他
12、是一個(gè)具有延時(shí)時(shí)間的積分環(huán)節(jié)，水的溫度越低延時(shí)時(shí)間就會(huì)越長，系統(tǒng)衰減比增大，俞差為零，最大偏差減小，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間變長，控制作用下降。此外還有汽輪機(jī)耗氣量的多少，汽輪機(jī)耗氣量變大時(shí)，使供給爐水加熱的溫度減小，打破了系統(tǒng)原有的物料平衡，還會(huì)導(dǎo)致虛假液位的現(xiàn)象產(chǎn)生。由以上分析可知，給水量擾動(dòng)下的水位相應(yīng)有遲滯性，負(fù)荷擾動(dòng)下的水位有“假水位”現(xiàn)象，這些特性使得氣泡水位的變化受到多種因素的影響，因而對他的控制就變得比較復(fù)雜。3.3 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)及控制方案選擇3.3.1 單沖量水位控制系統(tǒng)從反饋與自動(dòng)控制的角度出發(fā)，很容易想到氣泡水位作為被控對象，給水量作為操縱變量構(gòu)成單回路自動(dòng)控制系統(tǒng)，即
13、水位單沖量控制系統(tǒng)，原理圖如圖3-2所示，這是一個(gè)最基本的控制方案，其方框圖為3-3。單沖量水位控制系統(tǒng)是以汽包水位測量信號(hào)為唯一的控制信號(hào)，即水位測量信號(hào)經(jīng)變送器送到水位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測量值與給定值的偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥，改變給水量以保持汽包水位在允許范圍內(nèi)。單沖量水位控制系統(tǒng)，是汽包水位控制系統(tǒng)中最簡單最基本的一種形式。圖3-2 單沖量水位控制系統(tǒng)圖3-3 單沖量控制系統(tǒng)框圖其特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡單，投資少，適用于氣泡容量較大，虛假水位不嚴(yán)重，負(fù)荷較平穩(wěn)的場合。該過程具有虛假水位的反向特性，因此，當(dāng)符合變化較大時(shí)，會(huì)造成控制器輸出誤動(dòng)作，嚴(yán)重影響設(shè)備的運(yùn)行壽命和安全，影響控制系統(tǒng)的控
14、制品質(zhì)。蒸汽負(fù)荷變化后，要在引起水位變化后才改變給水量，因此控制不及時(shí)。3.3.2 雙沖量水位控制系統(tǒng)雙沖量水位控制系統(tǒng)是在單沖量水位控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入了以蒸汽流量信號(hào)為前饋信號(hào)的鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)，如圖3-4。由于引入了蒸汽流量前饋信號(hào)，當(dāng)蒸汽量變化時(shí)，就有一個(gè)與蒸汽量同方向變化的給水流量信號(hào)，可以減少或抵消由于“虛假液位”現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的錯(cuò)誤動(dòng)作。使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向動(dòng)作。因而能極大的減小給水量和水位的波動(dòng)，縮短過度過程時(shí)間。其方框圖為3-5。圖3-4 雙沖量水位控制系統(tǒng)流量變送器前饋控制器擾動(dòng)通道 設(shè)定值執(zhí)行器給水流量控制器+-汽包水位液位流量控制器液位變
15、送器 圖3-5 雙沖量水位控制系統(tǒng)框圖3.3.3 三沖量水位控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)，以汽包水位為主控制信號(hào)，蒸汽流量為前饋控制信號(hào)，給水流量為反饋控制信號(hào)組成的控制系統(tǒng)。三沖量水位控制系統(tǒng)組成原理圖如圖3-6。圖3-6三沖量控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)，采用蒸汽流量信號(hào)對給水流量進(jìn)行前饋控制，當(dāng)蒸汽負(fù)荷忽然變化時(shí)，蒸汽流量信號(hào)使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動(dòng)，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了“虛假水位”引起的反向動(dòng)作，因而減小了水位和給水流量的波動(dòng)幅度。當(dāng)由于水壓干擾使給水流量改變時(shí)，調(diào)節(jié)器能迅速消除干擾。如給水流量減少，調(diào)節(jié)器立即根據(jù)給水流量減小的信號(hào)，開大給水閥門，使給水流量保持不變。4
16、. PID控制的設(shè)計(jì)4.1 PID控制的基本公式PID是比例(P)、積分(I)、微分(D)的縮寫，PID控制器是目前應(yīng)用最為廣泛的閉環(huán)控制器。標(biāo)準(zhǔn)PID的控制值與偏差(實(shí)際值與設(shè)定值之差)、偏差對時(shí)間的積分、偏差對時(shí)間的微分，三者之和成正比。本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的輸出模型為：Gs=11+6se0.3s要求控制調(diào)節(jié)時(shí)間ts4s，最大超調(diào)%5%4.2 PID算法簡介控制算法是微機(jī)化控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，整個(gè)系統(tǒng)的控制功能主要由控制算法來實(shí)現(xiàn)。目前提出的控制算法有很多。根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行的控制，稱為PID控制。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論分析都表明，PID控制能夠滿足相當(dāng)多工業(yè)對象的
17、控制要求，至今仍是一種應(yīng)用最為廣泛的控制算法之一。調(diào)節(jié)器最常用的控制規(guī)律是PID控制，常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖4-1所示，系統(tǒng)由模擬PID調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及控制對象組成。圖4-1模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成的控制偏差：e(t)= r(t)c(t)將偏差的比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對控制對象進(jìn)行控制，故稱為PID調(diào)節(jié)器。在實(shí)際應(yīng)用中，常根據(jù)對象的特征和控制要求，將P、I、D基本控制規(guī)律進(jìn)行適當(dāng)組合，以達(dá)到對被控對象進(jìn)行有效控制的目的。例如，P調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器等。模擬PID調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為
18、ut=Kpet+1TI0tetdt+TDd（t）d(t)式中，Kp為比例系數(shù)，TI為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常數(shù)。PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用是：（1）比例環(huán)節(jié)P：即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差；（2）積分環(huán)節(jié)I：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)；（3）微分環(huán)節(jié)D：能反映偏差信號(hào)的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間4.3 單沖量仿真電路搭建圖4-2 仿真電路4.4 PID參數(shù)
19、整定圖4-3 控制器PID 圖4-4 控制圖像要求：ts4s，%5%調(diào)節(jié)結(jié)果：P=15,I=1.5,D=1.6，滿足要求。4.5 仿真結(jié)果分析在本次仿真實(shí)驗(yàn)中我采用了P控制和PD控制和PID控制，在P調(diào)節(jié)中，殘差隨著比例帶的增大而增大。而要求盡量減小比例帶，然而，減小比例帶就等于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益K*，其后果是使系統(tǒng)的%上升，并導(dǎo)致激烈振蕩甚至不穩(wěn)定。穩(wěn)定性是討論任何閉環(huán)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的基礎(chǔ)，比例帶的設(shè)置必須保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度。比例帶具有一個(gè)臨界值，此時(shí)系統(tǒng)處于穩(wěn)定邊界的情況，進(jìn)一步減小比例帶系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。通過查閱相關(guān)資料得知，在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效
20、果修改，對于液位系統(tǒng)：P（%）20-80，I（分）1-5。故而在實(shí)驗(yàn)過程中選擇從1開始取值，并最終確定1.5為最佳值，而比例積分微分控制時(shí)，反復(fù)試湊得出當(dāng)K=15，I=1.5，D=1.6時(shí)仿真效果較好，通過三種調(diào)節(jié)方式的對比，我們可以明顯看出在純比例控制下雖然系統(tǒng)最終也能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但是其調(diào)節(jié)時(shí)間和峰值時(shí)間都太長，且曲線不是特別光滑，而比例微分控制則能大大減少調(diào)節(jié)時(shí)間，調(diào)節(jié)過程相對比例調(diào)節(jié)比較完善，仿真曲線也更光滑，從而體現(xiàn)出該系統(tǒng)在比例微分調(diào)節(jié)下能有更好的反應(yīng)速度與準(zhǔn)確度，總之，PID控制器中，比例環(huán)節(jié)主要減少偏差；積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度；微分調(diào)節(jié)能加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，
21、減少調(diào)節(jié)時(shí)間。體現(xiàn)到實(shí)際系統(tǒng)中表現(xiàn)為能較快調(diào)節(jié)鍋爐汽包的液位，減小液位測試誤差,從而達(dá)到理想的調(diào)節(jié)與控制效果。5. PLC選型及資源配置5.1 PLC選型根據(jù)系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，并考慮富裕量及今后系統(tǒng)的擴(kuò)展升級(jí)和工藝控制等問題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用西門子的S7-200系列作為主機(jī)。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。S7-200
22、系列是西門子公司的典型產(chǎn)品，具有功能強(qiáng)大，極高的可靠性，豐富的指令表，易于掌握，操作便捷，豐富的內(nèi)置及成功能，強(qiáng)勁的通信功能，豐富的擴(kuò)展模塊等特點(diǎn)。5.2 PLC的資源配置PLC中，它的I/O分配對其使用與功能起決定性作用，本設(shè)計(jì)的I/O地址分配如圖5-1所示：AIAODIDO汽包液位1調(diào)節(jié)閥開度11蒸汽流量1給水流量1報(bào)警指示1 圖5-1 I/O地址分配6. 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)6.1 控制系統(tǒng)流程圖圖6-1 控制系統(tǒng)總流程圖6.2 梯形圖程序7. 上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)7.1 組態(tài)王簡介組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它
23、具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)參差結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈
24、活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。7.2 組態(tài)王主畫面本系統(tǒng)由被控對象、傳感器、I/O接口、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾部分組成。組態(tài)王軟件系統(tǒng)包括開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩大部分，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。圖 6-2 汽包液位變量定義正常工作時(shí)，進(jìn)水泵與進(jìn)水閥門同時(shí)工作的同時(shí)，蒸汽出口閥與蒸汽風(fēng)機(jī)停止工作，液位上升，主畫面如圖6-3(a)，其液位曲線如圖6-4(a)。液位到達(dá)警戒水位，進(jìn)水泵與進(jìn)水閥門同時(shí)停止工作的同時(shí)，蒸汽出口閥與蒸汽風(fēng)機(jī)開始工作，液位下降，主畫面如圖6-3(b)，其液位曲線如圖6-4(b)。圖6-3(a) 主監(jiān)控畫面圖 6-3(b) 主監(jiān)控畫面報(bào)警窗口畫面（如圖6-4）記錄著系統(tǒng)運(yùn)行中的各
25、種報(bào)警事件，報(bào)警時(shí)的狀態(tài)值，及報(bào)警處理，并可根據(jù)事件的輕重緩急設(shè)定優(yōu)先級(jí)及報(bào)警閾值，分實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，這些均在數(shù)據(jù)變量的屬性中進(jìn)行設(shè)定，形成電子表格文檔以日期為文件名記錄在硬盤上。圖6-4 報(bào)警記錄畫面歷史曲線畫面包括實(shí)時(shí)曲線（如圖6-5）和歷史趨勢曲線（如圖6-6），并可根據(jù)需要隨時(shí)打印，做出趨勢圖后，只需進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，讓參數(shù)變化反應(yīng)到趨勢圖上。當(dāng)曲線在警戒水位以下，進(jìn)水閥門打開，液位上升，如圖6-5(a)所示：圖6-5(a) 實(shí)時(shí)液位上升曲線液位到達(dá)警戒水位后，進(jìn)水閥門關(guān)閉， 如圖6-3所示，液位變化曲線如圖6-5（b）所示：圖6-5（b） 實(shí)時(shí)液位下降曲線液位的歷史曲線如圖6-6 所
26、示：圖6-6 歷史曲線控制參數(shù)窗口畫面提供給用戶修改控制參數(shù)的窗口，通過組態(tài)王的命令語言實(shí)現(xiàn)PID控制。8. 設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次的設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、單片機(jī)等方面的知識(shí)的重要性，本次的設(shè)計(jì)使我從中學(xué)到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，怎樣將我所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到我以后的工作中去。本次課程設(shè)計(jì)應(yīng)用到了多個(gè)所學(xué)的課程知識(shí)，綜合性較大，雖然挑戰(zhàn)巨大，經(jīng)過同學(xué)們的共同努力，最終完成了本次設(shè)計(jì)。通過本次設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到自己對于書本上的很多知識(shí)還不夠熟悉，有很多需要掌握的知識(shí)還沒掌握，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)生活中彌補(bǔ)我所缺少的知識(shí)。課堂的學(xué)習(xí)只是在給我們灌輸專業(yè)知識(shí)，而我們應(yīng)把所學(xué)的用到我們現(xiàn)實(shí)的生活中去，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)、生活中磨練自己使自己適應(yīng)于以后的競爭，并且在查找資料的過程中學(xué)到了許多。最后，感謝老師對我的細(xì)心的指導(dǎo)，使得我的課程設(shè)計(jì)能夠順利的完成，相信這對我以后的課程設(shè)計(jì)將會(huì)有很大的幫助。參考文獻(xiàn)1 潘新民，王燕芳. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 北京：高等教育出版社，20012 容鑾恩，劉志敏.電站鍋爐原理. 北京：中國電力出版社，19983 王再英. 過程控制系統(tǒng)與自動(dòng)化儀表. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社20074 黃一夫.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.45邊立秀.熱工控制系統(tǒng).北京：中國電力出版社，200423
汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).docx
