毕业设计（论文）-基于PLC和TD400的锅炉压力控制系统设计.doc

太原科技大学华科学院毕业设计（论文）目录摘要iiiabstractv第一章 绪论- 1 -1.1课题背景- 1 -1.2课题研究内容- 2 -1.3 pid控制算法介绍- 2 -第二章 锅炉控制系统方案设计- 5 -2.1 锅炉控制系统组成- 5 -2.2 控制系统方案设计- 8 -2.2.1 功能需求分析- 8 -2.2.2 方案设计- 8 -第三章 plc控制系统设计- 11 -3.1 系统接线原理图- 11 -3.2 plc程序设计- 12 -3.2.1 编程思路- 12 -3.2.2 主要功能及实现- 12 -第四章 td400监控界面设计- 21 -4.1 td400 简介- 21 -4.2 td400 监控界面设计- 21 -第五章 系统实验调试- 27 -第六章 总结- 29 -参考文献- 31 -致谢- 33 -附录：plc源程序- 35 -摘要电热锅炉具有效率高，体积小，无污染，运行安全可靠，供热稳定，自动化程度高的优点，是理想的节能环保的供暖设备。我校工程训练中心现有电热锅炉的控制系统目前采用开关量控制技术，由于开关量控制存在着一些不足，控制性能有待改善，故采用pid控制技术来代替开关量控制，实现plc对锅炉压力的闭环控制，从而提高锅炉压力控制性能。为了便于锅炉温度及压力的实时监控，采用td400对锅炉压力控制系统运行状态进行监控。本设计以锅炉压力为被控量，以plc为控制器，压力变送器为检测元件，固态继电器为执行机构，构成采用pid算法的锅炉压力闭环控制系统。运用plc梯形图编程语言进行编程，实现锅炉压力的自动控制。设定plc与td400的交互数据，实现td400对锅炉控制系统的监控。所设计的系统通过了实验调试，实现了锅炉温度的闭环pid控制，在td400上能够进行pid参数和设定值的设置，显示实时运行状态。 关键词：压力控制，plc，pidabstractelectric heating boiler has the advantages of high efficiency, small volume, no pollution, safe and reliable operation, heat stability, high degree of automation, is an ideal energy-saving environmental protection heating equipment. our engineering training center of existing electric heating boiler control system mostly adopts the switch quantity control technology, because the switch quantity control has some disadvantages, control performance to be improved, so the use of pid control technology to replace the switch quantity control, realization of plc boiler and pressure closed loop control, thereby increasing the boiler pressure control performance. in order to facilitate the boiler pressure and temperature real-time monitoring, using td400to boiler pressure control system running status monitoring.the design of boiler and pressure as the controlled variable, using plc as controller, a pressure transmitter for sensing element, solid state relay actuator, which uses the pid algorithm of boiler pressure closed loop control system. application of plc ladder diagram programming language, to achieve automatic control of boiler pressure. set the plc and td400interaction data, realization of td400control system for boiler control. the design of the system through the experiment, has realized the boiler temperature closed loop pid control, the td400can be pid parameters and set the values of the set, display the real-time running state.key word: pressure control, plc, pid- 37 -第一章 绪论1.1 课题背景电热锅炉是机电一体化的产品，可将电能直接转化成热能，具有效率高，体积小，无污染，运行安全可靠，供热稳定，自动化程度高的优点，是理想的节能环保的供暖设备。加上目前人们的环保意识的提高，电热锅炉越来越受人们的重视，在工业生产和民用生活用水中应用越来越普及。电热锅炉的应用领域相当广泛，电热锅炉的控制性能优劣决定了产品的质量好坏。工程训练中心现有电热锅炉的控制系统大都采用开关量控制技术，因为开关量控制存在着一些不足，控制性能有待改善，所以采用pid控制技术来代替开关量控制，实现plc对锅炉压力的闭环控制，从而提高锅炉压力控制性能。为了便于锅炉温度及压力的实时监控，通过plc与td400的交互数据，实现td400对锅炉压力控制系统运行状态的监控以及对控制参数的设置。plc的快速发展发生在上世纪80年代至90年代中期。在这时期，plc在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了很大的提高和发展。plc逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的dcs系统。plc具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 pid控制是迄今为止最通用的控制方法之一。因为其可靠性高、算法简单、鲁棒性好，所以被广泛应用于过程控制中,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。pid控制的效果完全取决于其四个参数,即采样周期ts、比例系数kp、积分系数ki、微分系数kc。因而,pid参数的整定与优化一直是自动控制领域研究的重要课题。pid在工业过程控制中的应用已有近百年的历史，在此期间虽然有许多控制算法问世,但由于pid算法以它自身的特点，再加上人们在长期使用中积累了丰富经验，使之在工业控制中得到广泛应用。1.2 课题研究内容分析锅炉压力控制系统组成，画出系统组成原理图，列出主要元件及其主要参数。进行plc的输入/输出端子分配，并绘制端子接线原理图。编写采用pid算法的锅炉压力闭环控制plc程序，试验调试通过。最后设定plc与td400的交互数据，修改plc程序，实现td400对锅炉压力控制系统的监控，并进行试验调试。1.3 pid控制算法介绍pid 控制器由比例单元（p）、积分单元（i）和微分单元（d）组成。其输入 与输出 的关系为因此它的传递函数为式中,kp为比例系数；ti 为积分时间常数；td为微分时间常数，使用中只需设定三个参数（kp ,ki和kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 pid 应用范围广泛，虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样pid就可控制了。 pid 参数较易整定。也就是pid 参数kp，ki和kd可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化， pid 参数就可以重新整定。 比例系数kc对系统性能的影响：比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小。kc偏大，振荡次数加多，调节时间加长。kc太大时，系统会趋于不稳定。 kc太小，又会使系统的动作缓慢。kc可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以控制对象的特性决定的。如果kc的符号选择不当，对象状态就会离控制目标的状态越来越远，如果出现这样的情况kc的符号就一定要取反。积分控制ti对系统性能的影响：积分作用使系统的稳定性下降，ti小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。微分控制td对系统性能的影响：微分作用可以改善动态特性，td偏大时，超调量较大，调节时间较短。td偏小时，超调量也较大，调节时间也较长。只有td合适，才能使超调量较小，减短调节时间。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称 pid 控制，又称 pid 调节。它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控 制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 pid 控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 pid 控制技术。pid 控制，实际中也有 pi 和 pd 控制。pid 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。pid 控制器的参数整定是根据被控过程的特性确定 pid 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。pid 控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。在已知被控对象的数学模型的基础上，根据选取的质量指标，经过理论的计算（微分方程、根轨迹、频率法等），求得最佳的整定参数。这类方法比较复杂，工作量大，而且用于分析法或实验测定法求得的对象数学模型只能近似的反映过程的动态特征，整定的结果精度不是很高，因此未在工程上受到广泛的应用，这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，对于工程整定法，工程人员无需知道对象的数学模型，无需具备理论计算所学的理论知识，就可以在控制系统中直接进行整定，工程整定法主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。pid 控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减曲线法。第二章 锅炉控制系统方案设计2.1 锅炉控制系统组成锅炉压力控制系统（如图2.1）由以下部分组成，即可编程控制器plc，模拟量输入输出em235，固态继电器，三相加热管，压力变送器及温度传感器。变送器将采集到的锅炉内压力及温度模拟信号通过模拟量输入输出模块em235进入可编程控制器plc，压力信号在plc中经过运算输出脉冲信号来控制固态继电器，从而控制三相加热管的加热，实现锅炉压力控制。图2.1 锅炉压力控制系统组成1em235模拟量输入/输出模块在压力控制系统中，传感器将检测到的压力信号转换成4-20ma 的电流信号，系统需要配置模拟量的输入模块把电流信号转换成数字信号再送入 plc 中进行处理。em235是组合模块，含4模拟量输入及1个模拟量输出。em235在接入电路工作前需设置和校准，设置是选择输入信号的量程，校准是调整机内放大器的增益。在这里我选择西门子的 em235 模拟量输入/输出模块。em235 模块具有4 路模拟量输入/1路模拟量的输出。它允许s7-200连接微小的模拟量信号，电压输出范围 -10 至 +10 v ，电流输出范围0 - 20ma，设置使用的是sw1-sw6共6只dip开关。开关sw1-sw3用于衰减选择，sw4、sw5用于增益选择，sw6用于极性选择。em235的工作程序一般包含以下内容：设置初始化子程序，在该子程序中完成采样次数的预置及采样和单元的清零工作。设置模块检测子程序，该子程序检查模块的连接正确性及模块工作的正确性。设置子程序完成采样及相关的计算工作。工程所需的有关该模拟量的处理程序。处理后的模拟量的输出工作。2cpu224xp模块s7-200系列plc提供5种不同的基本单元（cpu）,型号为cpu221、cpu222、cpu224、cpu226及cpu224xp,不同的型号的cpu内芯片基本相同，实际安装的输入输出及通信接口数量不同。每种单元又有交流220v供电及直流24v供电两种供电安排，每种cpu都有继电器输出、晶体管输出两种输出形式。s7-200系列提供多种规格的扩展单元及智能模块，如数字量输入或输出扩展单元，模拟量扩展单元，定位控制及各种通信模块。此系统选用的 s7-200 cpu224xp，集成14输入/10输出共24个数字量i/o点，2输入/1输出共3个模拟量i/o点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至168路数字量i/o点或38路模拟量i/o点。20k字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100khz），2个100khz的高速脉冲输出，2个rs485通讯/编程口，具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量i/o，自整定pid功能，线性斜坡脉冲指令，诊断led，数据记录及配方功能等，是具有模拟量i/o和强大控制能力的新型cpu。3固态继电器固态继电器（solid state relay,缩写ssr），是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件，因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置无限制，具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳，输入功率小，灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好，噪声低和工作频率高等特点。固态继电器专用的固态继电器可以具有短路保护，过载保护和过热保护功能，与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块，直接用于控制系统。此系统采用三相固态继电器mgr-3 032 3860z，接受来自plc输出脉冲，通过输出脉冲的频率来控制三相加热管加热，实现控制炉内蒸汽压力。三相固态继电器mgr-3 032 3860z采用封闭式中型小功率，触点形式三开三闭，额定电压ac24-380（v），线圈功率60（w），额定工作频率50（hz）。4压力变送器与温度传感器一般意义上的压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如420madc等）， 以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。其原理大致是：将压力的力学信号转变成电流（4-20ma） 这样的电子信号压力和电压电流大小成线性关系，一般是正比关系。所以变送器输出的电压或电流随压力增大而增大，由此得出一个压力和电压或电流的关系式。此锅炉压力控制系统采用jy3051gp系列电容式压力变送器，测量最小压力为0.25kpa,测量介质可以是液体、气体、蒸汽。测量最大范围为10mpa，精度等0.25%，输出信号为4-20ma，防爆等级为隔爆型，电源电压为24vdc（v）。sbwz系列pt100温度变送器为24v供电、二线制的一体化变送器。产品采用进口集成电路，将热电阻的信号放大，并转换成4-20ma的输出电流，热电阻测量范围0-150，基本误差0.2%fs。其中铠装变送器可以直接测量气体或液体的温度特别适用于低温范围测量，克服了冷凝水对测温所带来的影响. sbwz系列温度变送器有如下特点：可直接安装在传感器接线盒内、信号准确、可远传(最大1000m)、精度高、抗干扰、长期稳定性好、免维护，该系列产品已广泛应用于工业控制各领域。2.2 控制系统方案设计2.2.1 功能需求分析因为开关量控制存在波动，控制性能有待提高，为了改善锅炉压力控制系统的控制性能，采用压力变送器，固态继电器，em235和plc组成的压力闭环控制回路控制炉内的压力，同时压力控制采用pid控制，pid算法的输出经运算作为pwm的脉宽，经过pwm脉冲输出，将运算结果以脉冲形式给固态继电器，从而改善锅炉压力控制性能。 为了更好的实现人机交互以及对锅炉压力控制的监控，采用人机交互设备td400来对实时锅炉温度和压力进行观测，通过设定plc与td400的交互数据，使用 step 7-micro/win 的文本显示向导来配置 td400c 的屏幕、报警、语言和自定义菜单。配置完成通过td400对锅炉压力控制系统运行状态的监控，以及对控制参数的设置。2.2.2 方案设计以锅炉内压力为被控参数，以固态继电器的接收的脉冲频率为控制参数 ，以plc为控制器，以压力变送器为检测元件，构成锅炉压力控制系统（如图2.2）。采用pid算法，运用plc梯形图编程语言进行编程，实现锅炉压力的自动控制。炉内的压力和温度信号由检测装置进行实时检测，然后将被测的标准信号经模拟量扩展单元em235进入plc，在plc内部进行a/ d 转换，变为16位2进制数，在系统内部将此数值进行数值变换，将其换算为和压力等值的实数，一方面显示该值，一方面根据采集到的信号情况进行比较，进行pid运算之后，计算机将控制信号转换后输出给执行机构。通过安装在压力罐上的压力变送器，把压力信号变成420ma的标准信号送入plc，plc通过pid程序运算后输出脉冲信号，通过对固态继电器的通断来控制三相加热管加热，从而形成压力过程控制系统。图2.2 压力过程控制系统第三章 plc控制系统设计3.1 系统接线原理图该压力控制系统采用2个按钮sb1与sb2分别来控制锅炉的加热和停止。sb1属于常开按钮，sb2属于常闭按钮。sb1控制锅炉启动加热，sb2用来控制锅炉停止加热。plc输出端子为q0.0，固态继电器接受脉冲信号控制三相加热管从而实现锅炉压力控制。表3.1 i/o端子分配表输入信号输入端子输出信号输出端子锅炉加热启动按钮sb1i1.0三相加热管加热q0.0锅炉加热停止按钮sb2i1.1压力控制系统采用cpu224xp，模拟量输入输出模块em235构成，其接线原理图如图3.1、图3.2。图3.1 接线原理图1图3.2 接线原理图23.2 plc程序设计3.2.1 编程思路plc运行时，通过特殊继电器sm0.0产生初始化脉冲进行初始化，将压力设定值，pid参数值等存入数据寄存器，随后系统开始压力采样，采样周期和定时中断周期均是0.1秒，锅内压力变送器将采集到的压力信号转换为电流信号，电流信号在通过aiw4进入plc，作为回路的反馈值，经过pid控制器的pi运算产生结果送入pwm模块当作其脉宽控制输出信号。炉膛水温传感器将采集到的炉膛水温度信号转换为电流信号，电流信号在通过aiw6进入plc，用于观察锅炉温度变化。由q0.0输出，输出的电流脉冲信号控制固态继电器，从而控制锅炉内蒸汽压力。3.2.2 主要功能及实现1. 压力温度信号采集因为压力变送器的输出电流信号4-20ma,范围为0-1000kpa，模拟量扩展模块em235输入技术规范为电流0-20ma，单极满量程0-32000。所以转换成实际压力要进行变换，换算过程如图3.3控制程序，运算公式为式中，pv 为实际压力，pdig 为aiw4输入的数字量。温度传感器的输出信号为4-20ma，测量温度范围为0-150，模拟量扩展模块em235输入技术规范为电流0-20ma，单极满量程0-32000，所以也需要进行变换，换算过程如图3.4控制程序，运算公式为式中，tv为实际温度，tdig为aiw6输入的数字量。表3.2 内存存放地址分配地址说明vd104炉内实际压力存放地址vd112炉内实际温度存放地址vd100锅炉设定压力存放地址vd108锅炉设定温度存放地址vw300pwm脉宽存放地址图3.3 控制程序1图3.4 控制程序22.锅炉压力pid控制编程实现编写pid控制程序时，首先要把过程变量（pv）转化为0.00-1.00之间的标准实数，转换过程如图3.5控制程序。根据pid指令回路表（如表3.3）对pid回路进行赋值及参数的设置，如图3.6、3.7控制程序。pid指令loop是回路号，可以是0-7的整数（如图3.8）。pid运算结束之后，需要把回路输出（0.00-1.00之间的标准化实数）转换为可以送给模拟量输出模块的整数。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。表3.3 pid指令回路表偏移地址参数格式i/o类型描述0过程变量(pvn)双字 - 实数输入过程变量必须在0.0-1.0之间4设定值(spn)双字 - 实数输入给定值必须在 0.0-1.0之间8输出值(mn)双字 - 实数输入/输出输出值 必须在 0.0 1.0 之间12增益 (kc)双字 - 实数输入增益是比例常数 可正可负16采样时间 (ts)双字 - 实数输入单位为秒 必须是正数20积分时间 (ti)双字 - 实数输入单位为分钟 必须是正数24微分时间 (td)双字 - 实数输入单位为分钟 必须是正数28积分项前项(mx)双字 - 实数输入/输出积分项前项 必须在 0.0 1.0 之间32过程变量前值(pvn-1)双字 - 实数输入/输出最近一次 pid 运算的过程变量值比例、积分、微分控制是闭环模拟量控制中的传统控制方式，它在改善控制系统品质，保证系统偏差e达到预定指标，使系统实现稳定状态方面具有良好的效果。pid调节控制原理基于下面的方程式，它描述了输出m（t）作为比例项，积分项和微分项的函数关系。 （3-1）式中，m(t)为pid回路的输出，是时间的函数；kc为pid回路的增益，也叫比例常数；e为回路的误差，即给定值（sp）和过程变量（pv）的差；minitial为pid回路输出的初始值。以上各量都是连续量。为了能使计算机完成算式的运算，连续算式必须离散化为周期采样偏差算式。改式3-1为离散表达式如下 （3-2）式中，mn为在第n个采样时刻pid回路输出的计算值，kc为回路增益；en为第n个采样时刻的回路误差值；en-1为在第n-1个采样时刻的误差值；ki为积分项的比例常数；minitial为pid回路输出的初值；kd为微分项的比例常数。由于从第1次采样开始，每获得一个误差，计算机都要计算出一次输出值，所以只需将上一次的误差值及上一次的积分项存储，利用计算机处理的迭代运算，即可以简化以上算式为 （3-3）式中，mn为在第n个采样时刻计算出来的回路控制输出值；kc为回路增益；en为在第n个采样时刻的回路误差；en-1为在第n-1个采样时刻的误差；ki为积分项的比例常数；mx为上一次的积分项；kd为微分项的比例常数。其后，在式（3-3）中代入en=spn-pvn ，ki=kc(ts/ti)，kd=kc(td/ts) 整理后得到式（3-4），即用来计算pid回路输出值的实际公式（3-4）式中，kc为回路增益；ts为采样时间间隔；ti为积分时间常数；td为微分时间常数；spn为第n个采样时刻的给定值；pvn为第n个采样时刻的过程变量值；pvn-1为第n-1个采样时刻的过程变量值；mx为积分项前值。 pid指令的回路表如表3.3所示。表中包含了式（3-4）中的9个参数。这些参数分别是过程变量当前值（pvn）、过程变量值（pvn-1）、给定值（spn）输出值（mn）、增益（kc）、采样时间（ts）、积分时间（ti），微分时间（td）和积分项前值（mx）。该压力控制系统pid指令地址设定如表3.4。表3.4 pid指令地址设定地址名称说明vd200实际压力（pvn）必须在0.01.0之间vd204回路压力设定值(spn)必须在0.01.0之间vd208输出压力（mn）必须在0.01.0之间vd212回路增益（kc）比例常数，可正可负vd216采样时间（ts）单位为s，必须是正数vd220积分时间（ti）单位为min，必须是正数vd224微分时间（td）单位为min，必须是正数pid运算结束之后，需要把回路输出值（0.00-1.00之间的标准化实数）经过运算作为pwm控制的脉宽而控制pwm脉冲输出来对锅炉进行加热。图3.5 控制程序3图3.6 控制程序4图3.7 控制程序5图3.8 控制程序63.pwm信号产生pid运算结束之后，需要把回路输出值（0.00-1.00之间的标准化实数）经过运算作为pwm控制的脉宽（如图3.9），从而控制pwm脉冲输出来对锅炉进行加热（如图3.10）。图3.9 控制程序7图3.10 控制程序84.定时采样控制的实现在锅炉压力控制过程中，以一定周期采集压力和温度信号，来对锅炉压力进行监控，再以一定周期把采集到的信号进行pid运算，该运算在一定时间间隔内进行运算，运算结果作为pwm的脉宽，从而控制输出信号。在这里我们采用中断指令（如图3.11），来实现定时中断，定时中断时间为100ms。中断是计算机特有的工作方式，指主程序执行过程中，中断主程序的执行去执行中断子程序。中断子程序也是为某些特定的控制功能而设定的。能引起中断的信号叫中断源，s7-200系列cpu支持34种中断源，不同的cpu对中断事件的支持是不同的。此处中断为定时中断0，事件号为10，中断优先级较低。定时中断按周期时间反复执行，周期时间范围为5-255ms，增量为1ms,定时中断0的时间周期写入smb34，当定时器溢出时，定时中断事件把控制权移交给相应的中断程序，通常可用定时中断以固定的时间间隔去控制模拟量输入的采样或去执行一个pid回路。图3.11 控制程序9第四章 td400监控界面设计4.1 td400 简介td 设备是一种低成本的人机界面（hmi），使操作员或用户能够与应用程序进行交互。s7-200 td 设备是一种小型紧凑型设备，为与 s7-200 cpu 进行界面连接提供了必需的组件。可编程逻辑控制器与文本显示的配套接使用在工业控制领域获得了广泛的应用。现代plc已经具有强大的通讯能力，可以实现plc与plc、plc与计算机、plc与其他智能控制设备之间的联网通讯。td400就属于一种智能设备，它外观简洁美观，小巧精致，通常用在环保、制冷、空调、工业控制及自动控制的其他领域。它具有价格低廉、操作简便、界面友好和兼容性好的特点，利用其自身所带的f1到f8 八个按键和shift+f1到shift+f8 八个组合按键,以及esc,enter,等按键，在控制系统应用中大大减少了控制柜操作面板的按钮，也避免了使用价格比较昂贵的触摸屏，在适应各种控制要求时极其灵活。因此，td400深受广大中小企业青睐。4.2 td400监控界面设计为了便于锅炉温度及压力的实时监控，通过plc与td400的交互数据，实现td400对锅炉压力控制系统运行状态的监控以及对控制参数的设置，td400c 通过 td/cpu 电缆从 s7-200 cpu 获得供电。td400c操作面板所带的f1到f8八个按键和shift+f1到shift+f8八个组合按键,以及esc,enter,等按键，来实现人机交互，从而实现对压力的实时监控。step 7-micro/win 提供了一套集成工具用于 td400c 的组态。 整个组态保存在 s7-200cpu 中，从而不需重新组态就可轻松替换 td400c，td400c 使用 step 7-micro/winv4.0.4 版本。可以使用 keypad designer 和“文本显示向导”对 td400c 进行文本显示消息和其它数据的组态。只有当step7-micro/win 的语言设置为中文时才可以用来组态 td400c。为 td400c 建立连接，使用 step 7-micro/win 的文本显示向导来组态 td400c 的屏幕、报警、语言和自定义键盘布局。 s7-200 cpu 在参数块（v 存储区）中存储此信息。td400c 附带有默认组态并被设置为以 9600 baud 的波特率进行通信。 td400c 必须与s7-200 cpu 通信才能读取参数块，必须配置 td400c 和 s7-200 cpu 在波特率一致的情况下进行通信。1. td400配置打开step 7-micro/win软件，点击工具栏的“工具”，出现下拉菜单，选中“文本显示向导”，单击“下一步”，出现“选择td型号和版本”界面，只要在其列表中点选“td 400c版本1.0”，再点“下一步”，出现“标准菜单和更新频率”页面，此页面不必理会，采用其默认方式，直接点击“下一步”，出现“本地化显示”页面，在语言栏选择所需要的语言，然后单击“下一步”，进入“配置键盘按钮”页面，在列表中列出了“按键名称”，就是前面说到的8个单按键和8个组合按键，“按键符号”表示按键和组合按键的代号，以便在plc程序中可以方便的查看到；“按键动作”栏下可以设置按键是“点动”或者“长动”，在对应行的“置位”后单击，出现下拉菜单“置位/顺动触点”，“置位”就是“长动”，“瞬动触点”就是“点动”，根据实际控制要求来选择“点动”还是“长动”。在列表下有个“选项”：按下按键时在td400c显示屏上显示响应标志/使用keypad designer(键盘设计程序)创建的自定义键盘，如果选择了第一项，在所有配置完成及程序编译正确后按下该按钮时，在td400屏幕上出现一个白色的“”，表示按下的键得到cpu的响应。如果选了第二项，表示用户可以根据自己的按键功能来设计自己喜欢的方式，比如将f1按键改为“压力”，f2改为“温度”等，这样就非常直观。具体操作就不再赘述，点击“完成”就完成了td的配置。接下来我们就可以进行“用户菜单”和“报警”的设置。2. 用户菜单的介绍在上面完成td配置页面中，点击页面右边的“用户菜单”，出现“用户菜单”页面，点击“添加屏幕”进入“定义用户菜单”界面（如图4.1）。图4.1 td400定义用户菜单页面在“用户菜单”里用户可以实现变量设定、参数修改、数据输出和显示、定时功能及报警设定等。图4.2 菜单项定义屏幕页面点击“定义用户菜单”，在空白栏输入“锅炉压力控制”，再点击右侧的“添加屏幕”，出现一个对话框“为此菜单项添加一个屏幕吗？”，点击“是”进入“菜单项锅炉压力控制屏幕”，在这个画面中，可以显示当前温度和压力值，也可以设定温度和压力值。具体这么做，在图4.2的屏幕中分别输入 “实际压力”“实际温度”，在输入后，单击“插入plc数据”，出现“插入plc数据”页面如图4.3所示。图4.3 插入plc数据页面在“数据地址”栏输入在程序中用于显示实际温度的变量，例如vw104和vw112两者是字变量；在“数据格式”栏中可以选取“有符号”或者“无符号”，在“小数点右侧位数”栏可以选取用于表示数据的小数点的位数。显示数据当然只能显示，不能设置更改，要想编辑，只需选择“允许用户编辑此数据”，其他操作与“实际温度和压力显示”操作一样。前面说到的实际温度显示，只要通过按“esc”键，进入用户菜单中的“锅炉压力控制”项，按“enter”键就可以显示实际温度值。用,键移动上下行或翻页，当光标落在“温度设定”值上时，再按一下“enter”键，“温度设定值”的数字开始闪烁，表示用户可以编辑此数据了。通过,键可以增加或者减小设定值，设定完毕再按“enter”确认，这样设定的新值就赋给了cpu。一切设置好后，当程序下载到cpu后，通过按键和进入“用户菜单”，可以读取plc输出的实际温度与压力值，也可以进行温度与压力设定。3. td400配置完成通过上述的介绍，我们进行了td400的开始配置和用户菜单的设定，到此离td400配置成功就只有一步之遥了。在完成了“用户菜单”的设定后，在“用户菜单完成”页面点击“下一步”，弹出“项目组件”页面，在这里可以看到td400设定的相关信息，这里无需进行任何其他操作，直接点击“完成”弹出对话框“完成配置向导吗？”，点击“是”即完成td400的所有配置。完成配置后运行plc，td400如下图4.4所示。图4.4 td400监控图第五章 系统实验调试采用pid控制算法的锅炉压力闭环控制系统，通过对p、i、d三个参数的整定，从而改善压力控制性能，根据被控过程的特性确定 pid 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。比例控制(p)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。其特点是具有快速反应，控制及时，但不能消除余差。在积分控制(i)中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。 在微分控制(d)中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。微分控制具有超前作用，它能猜测误差变化的趋势。避免较大的误差出现，微分控制不能消除余差。 p、i、d 参数的预置是相辅相成的， 运行现场应根据实际情况进行细调。pid控制器参数整定的方法很多