聚合釜温度控制系统的设计.doc

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 PLCPLC应用技术应用技术 课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 聚合釜温度控制系统的设计聚合釜温度控制系统的设计 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 测控测控092092班班 学学 号 号 学生姓名 学生姓名 指导教师 指导教师 起止时间 起止时间 2012 6 202012 6 20 2012 7 32012 7 3 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 电气工程学院 教研室 测控技术与仪 器 学 号学生姓名专业班级测控092班 设计题目聚合釜温度控制系统的设计 课程设计 论文 任务 设计任务 设计任务 氯乙烯在夹套式聚合釜中进行聚合反应 生成聚氯乙烯并放出热量 为了保证产品质量 工艺要求反应温度控制在 51 0 3 为此采用调解夹套中流动的冷却水来控制反应温度 冷却 水流量和水温变化均为聚合反应温度的干扰因素 聚合釜容积大 时间常数大 容量时延较大 聚合反应速度比较快 要求采用 PLC 作控制器 采用 PID 控制算法 温度变送器测量信号为 0 100 输出信号为 4 20mA 的电流信号 设计要求 设计要求 1 实现炉温系统温度的 PID 调节 输入量和输出量标准化采用双极性方案 2 根据设计任务 选择合适的 PLC 及 I O 扩展模块和显示模块等 完成模拟量输入输出 的扩展 3 合理选择温度传感器和相应的变送器进行变量的检测和变送 4 完成系统 I O 分配表 完成设备 仪表选型 编写炉温控制的 PID 控制程序 完成监 控画面草图 5 系统的功能完善 结构合理 程序开发要有详细的软件说明书 监控画面友好 给出 变频器参数设置的步骤 6 按统一的书写格式 撰写 打印设计说明书一份 设计说明书应在 4000 字以上 技术参数 技术参数 采用比例积分微分控制 设定值为 0 5 回路增益为 0 6 采样时间为 0 1 积分时间为 20 微分时间为 10 输出为双极性模拟量 用以控制冷水阀门的开度 可以在 0 到 100 间变 化 工作计划 1 布置任务 查阅资料 理解掌握系统的控制要求 2 天 2 确定系统的输入 输出信号和类型 选择 PLC 主机和扩展模块 1 天 3 建立 I O 分配表 完成 PLC 与输入输出信号的外部接线 1 天 4 按系统的控制要求 设计系统的梯形图 3 天 5 上机调试 修改程序 答辩 2 天 6 撰写 打印设计说明书 1天 指导教师评语及成绩 平时 论文质量 答辩 指导教师签字 总成绩 年 月 日 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 本科生课程设计 论文 摘 要 随着现代工业的逐步发展 在工业生产中 温度 压力 流量和液位是四种最常 见的过程变量 其中 温度是一个非常重要的过程变量 例如 在冶金工业 化工工 业 电力工业 机械加工和食品加工等许多领域 都需要对各种加热炉 热处理炉 反应炉和聚合釜的温度进行控制 这方面的应用大多是基于单片机进行 PID 控制 然而 单片机控制的 DDC 系统软硬件设计较为复杂 特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处 然 而 PLC 在这方面却是公认的最佳选择 随着 PLC 功能的扩充在许多 PLC 控制器中都扩充了 PID 控制功能 因此在逻辑控制 与 PID 控制混合的应用场所中采用 PLC 控制是较为合理的 通过采用 PLC 来对它们进 行控制不仅具有控制方便 简单和灵活性大的优点 而且可以大幅度提高被测温度的 技术指标 从而能够大大提高产品的质量和数量 因此 PLC 对温度的控制问题是一个 工业生产中经常会遇到的控制问题 这也正是本课题所重点研究的内容 本文分别就聚合釜的控制系统工作原理 温度变送器的选型 PLC 配置 程序设计 等几方面进行阐述 通过改造聚合釜的控制系统具有响应快 稳定性好 可靠性高 控 制精度好等特点 对工业控制有现实意义 关键词 聚合釜 传感器 PLC PID 调节 本科生课程设计 论文 目 录 第 1 章 绪论 1 第 2 章 课程设计的方案 3 2 1 概述 3 2 2 系统组成总体结构 3 第 3 章 硬件设计 5 3 1 PLC 的选型和硬件配置 5 3 2 传感器的选择 6 3 3 变频器的参数设置 7 第 4 章 基于 PLC 温度控制系统软件设计 8 4 1 STEP 7 MICRO WIN32 软件介绍 8 4 2 系统 PID 算法及流程图 8 4 2 1 PID 算法简介 8 4 2 2 PID 算法的数字化处理 9 4 3 I O 分配 13 4 4 PLC 外部接线 14 第 5 章 设计总结 15 参考文献 16 本科生课程设计 论文 第 1 章 绪论 温度测量和控制对人类日常生活 工业生产 气象预报 物资仓储等都起着 极其重要的作用 在许多场合 及时准确获得目标的温度信息是十分重要的 近 年来 温度测控领域发展迅速 并且随着数字技术的发展 温度的测控芯片也相 应的登上历史的舞台 能够在工业 农业等各领域中广泛使用 随着现代工业的逐步发展 在工业生产中 温度 压力 流量和液位是四种 最常见的过程变量 其中 温度是一个非常重要的过程变量 例如 在冶金工业 化工工业 电力工业 机械加工和食品加工等许多领域 都需要对各种加热炉 热处理炉 反应炉和锅炉的温度进行控制 对于不同生产情况和工艺要求下的温 度控制 所采用的加热方式 燃料 控制方案也有所不同 例如冶金 机械 食 品 化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉 热处理炉 反应炉等 燃料 有煤气 天然气 油 电等 温度控制系统的工艺过程复杂多变 具有不确定性 因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论 这方面的应用大多是基于单片机进行 PID 控制 然而单片机控制的 DDC 系统 软硬件设计较为复杂 特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处 PLC 在这方面却 是公认的最佳选择 通过采用 PLC 来对它们进行控制不仅具有控制方便 简单和灵活性大的优点 而且可以大幅度提高被测温度的技术指标 从而能够大大提高产品的质量和数量 因此 PLC 对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题 随着科 学技术的不断发展 人们对温度控制系统的要求越来越高 因此 高精度 智能 化 人性化的温度控制系统是国内外必然发展趋势 这也正是本课题所重点研究 的内容 温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用 在工农业生产 国防 科研 以及日常生活等领域占有重要的地位 温度控制系统是人类供热 取暖的主要设 备的驱动来源 它的出现迄今已有两百余年的历史 期间 从低级到高级 从简 单到复杂 随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高 温度控制系统 的控制技术得到迅速发展 当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控 制系统 基于 PLC 的温度控制系统 基于工控机 IPC 的温度控制系统 集散 型温度控制系统 DCS 现场总线控制系统 FCS 等 单片机的发展历史虽不长 但它凭着体积小 成本低 功能强大和可靠性高 等特点 已经在许多领域得到了广泛的应用 单片机已经由开始的 4 位机发展到 32 位机 其性能进一步得到改善 基于单片机的温度控制系统运行稳定 工作精 本科生课程设计 论文 度高 但相对其他温度系统而言 单片机响应速度慢 中断源少 不利于在复杂 的 高要求的系统中使用 国外温度控制系统发展迅速 并在智能化 自适应 参数自整定等方面取得 成果 日本 美国 德国 瑞典等技术领先的国家 都生产出了一批商品化的 性能优异的温度控制器及仪器仪表 并在各行业广泛应用 目前 国外温度控制 系统及仪表正朝着高精度 智能化 小型化等方面快速发展 工控机 IPC 即工业用个人计算机 IPC 的性能可靠 软件丰富 价格低廉 应用日趋广泛 它能够适应多种工业恶劣环境 抗振动 抗高温 防灰尘 防电 磁辐射 过去工业锅炉大多用人工结合常规仪表监控 一般较难达到满意的结果 原因是工业锅炉的燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统 影响燃烧的因素十分 复杂 较正确的数学模型不易建立 以经典的 PID 为基础的常规仪表控制 已很 难达到最佳状态 而计算机提供了诸如数字滤波 积分分离 PID 选择性 PID 参数自整定等各种灵活算法 以及 模糊判断 功能 是常规仪表和人力难以实 现或无法实现的 在工业锅炉温度检测控制系统中采用控机工可大大改善了对锅 炉的监控品质 提高了平均热效率 但如果单独采用工控机作为控制系统 又有 易干扰和可靠性差的缺点 本科生课程设计 论文 第 2 章 课程设计的方案 2 1 概述 本 PLC 温度控制系统的具体指标要求是 设计一个温度检测调节系统 主要 用于聚合釜温度控制 本系统的给定值 目标值 可以预先设定后直接输入到回 路中 过程变量由在冷却水中的一体化温度变送器和一体化流量变送器测量并经 变送器给出 为双极性模拟量 用以控制冷水阀门的开度 可以在 0 到 100 间变 化 2 2 系统组成总体结构 根据系统具体指标要求 可以对每一个具体部分进行分析设计 整个控制系 统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分 系统硬件框图结构如图所示 T 图 2 1 系统总体框图 TT 聚合釜 出料 PLC 下位机 FT 冷却水 TT 本科生课程设计 论文 整个控制系统是一个相对联系的结合体 但是又可以分开讨论 当被控对象 为聚合釜内温度 温度传感器检测聚合釜内的温度信号 经变送器将温度值转换 成电压信号送入 PLC 模块 PLC 把这个测量信号与设定值比较得到偏差 经 PID 运算后 发出控制信号 经可控阀门调控 从而实现聚合釜温度的控制 如图 2 2 所示 图 2 2 聚合釜温度控制系统硬件框图 当被控对象为冷却水流量 流量传感器检测冷却水输送管道内的流量信号 经变送器将流量值转换成电压信号送入 PLC 模块 PLC 把这个测量信号与设定值 比较得到偏差 经 PID 运算后 发出控制信号 经可控阀门调控 从而实现聚合 釜温度的控制 如图 2 3 所示 图 2 3 冷却水流量检测控制硬件框图 当被控对象为冷却水的温度 流量传感器检测燃烧冷却水输送管道内的温度 信号 经变送器将流量值转换成电压信号送入 PLC 模块 PLC 把这个测量信号与 设定值比较得到偏差 经 PID 运算后 发出控制信号 经可控阀门调控 从而实 现聚合釜温度的控制 如图 2 4 所示 图 2 4 冷却水温度检测硬件框图 可控阀门 聚合釜 温度传感器 S7 200PLC CPU 运算处理 变送器 给定流量 可控阀门 冷却水输 送管道 流量传感器 S7 200PLC CPU 运算处理 变送器 给定流量 可控阀门 冷却水输 送管道 温度传感器 S7 200PLC CPU 运算处理 变送器 给定流量 本科生课程设计 论文 第 3 章 硬件设计 3 1 PLC 的选型和硬件配置 S7 200 系列 PLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器 它能够满足多种自动化控制的需求 其设计紧凑 价格低廉 并且具有良好的可 扩展性以及强大的指令功能 可代替继电器在简单的控制场合 也可以用于复 杂的自动化控制系统 由于它具有极强的通信功能 在大型网络控制系统中也能 充分发挥作用 S7 200 系列可以根据对象的不同 可以选用不同的型号和不同数量的模块 并可以将这些模块安装在同一机架上 SiemensS7 200 主要功能模块介绍 1 CPU 模块 S7 200 的 CPU 模块包括一个中央处理单元 电源以及数字 I O 点 这些都被集成在一个紧凑 独立的设备中 CPU 负责执行程序 输入部分从现 场设备中采集信号 输出部分则输出控制信号 驱动外部负载 从 CPU 模块的功能 来看 CPU 模块为 CPU22 它具有如下五种不同的结构配置 CPU 单元 CPU221 它有 6 输入 4 输出 I 0 共计 10 点 无扩展能力 程序和数据存 储容量较小 有一定的高速计数处理能力 非常适合于少点数的控制系统 CPU222 它有 8 输 入 6 输出 I 0 共计 14 点 和 CPU 221 相比 它可以进行一定的模拟量控制 和 2 个模块的扩展 因此是应用更广泛的全功能控制器 CPU224 它有 14 输入 10 输出 I 0 共计 24 点 和前两者相比 存储容量扩大了一倍 它可以有 7 个扩展模块 有内置时钟 它有更强的模拟量和高速计数的处理能力 是使用得最 多 S7 200 产品 CPU226 它有 24 输入 16 输出 I 0 共计 40 点 和 CPU224 相比 增加了通信口的数量 通信能力大大增强 它可用于点数较多 要求较高的 小型或中型控制系统 CPU226XM 它在用户程序存储容量和数据存储容量上进 行了扩展 其他指标和 CPU226 相同 2 开关量 I O 扩展模块 当 CPU 的 I 0 点数不够用或需要进行特殊功能 的控制时 就要进行 I O 扩 展 I O 扩展包括 I O 点数的扩展和功能模块的扩 展 通常开关量 I O 模块产品 分 3 种类型 输入模块 输出模块以及输入 输出 模块 为了保证 PLC 的工作可 靠性 在输入模块中都采用提高可靠性的技术措 施 如光电隔离 输入保护 浪 涌吸收器 旁路二极管 限流电阻 高频滤波 输入 数据缓冲器等 由于 PLC 要控制的对象有多种 因此输出模块也应根据负载进行 本科生课程设计 论文 选择 有直流输出模块 交流输出模块和交直流输出模块 按照输出开关器件种 类不同又分为 3 种 继电 器输出型 晶体管输出型和双向晶闸管输出型 这三 种输出方式中 从输出响应速度来看 晶体管输出型最快 继电器输出型最差 晶闸管输出型居中 若从 与外部电路安全隔离角度看 继电器输出型最好 在实 际使用时 亦应仔细查看开关量 I O 模块的技术特性 按照实际情况进行选择 由于本系统是单回路的反馈系统 选用 CPU224 使电路控制简单 经济 在 S7 200 中 单极性模拟量的输入 输出信号的数值范围是 0 32000 双极 性模拟信号的数值范围是 32000 32000 系统需要检测一路温度 一路流量 故选择模拟量输入模块 EM231 模拟量 输入模块 EM231 选择电流输入 双极性输出方式 即输入 0 20mA 电流信号 对 应的数字量输出为 32000 32000 EM231 采用二线制 电流接法 3 2 传感器的选择 一体化温度变送器 以下简称温度变送器 由温度传感器和信号转换器组成 信号转换器安装在温度传感器的冷端接线盒内 把温度传感器检测到的电压 电 阻信号直接转换成 4 20mA 电流输出 结构简单 安装 使用 维修方便 是新 一代温度检测 控制仪表 深受广大设计人员和用户的欢迎 目前已广泛用于石 油 化工 冶金 电站 轻工等部门 与调节器 记录仪表 计算机等配套使用 组成各种测量控制系统 JWB 一体化温度变送器是一种接触式测量温度的现场用仪表 通常与其相应 的二次仪表或计算机采集测量系统配套使用 可准确测量生产工作过程中各种介 质或物体的温度 使用范围 200 1600 JWB 一体化温度变送器是在装配式温度传感器的防水或隔爆接线盒内装入放 大变送模块 与传感器连接形成一体化 标准输出 4 20mA DC 两线制 整个产品可靠 精确 非常适合各种环境现场的温度测量 因此本系统选用 JWB 一体化温度变送器作为温度的检测器件 本科生课程设计 论文 图 3 1 JWB 一体化温度变送器 MV10TC 系列智能流量 差压 压力多变量变送器是美国 KENT INTRU 公司在高 精度电容式压力变送器基础上结合国际上通用的流量测量技术 采用现代数字化 处理技术开发的新一代高科技产品 集成一体化的差压 压力 温度测量模块 内 置各种节流装置数据库 其功能相当于三台现场变送器和一台流量积算仪之和 本设计系统选用的流量一体化变送器的型号是 AYG 具有长期稳定性 高可 靠性 使用方便 测量精度高等优点 图 3 2 AYG 一体化流量变送器 3 3 变频器的参数设置 本次设计所选用的变频器是 ABB 变频器 变频器的参数设定步骤如下 一 初始化 先按 MODE 键 L00 改为 L73 按 ENTER 键进入 将面板上 0 改 为 1 再按 ENTER 确定写入值 二 加减速设定 按 MODE 键 将面板上 b 00 改为 b 07 按 ENTER 进入 这时面板上显示是加速时间 一般时间大于 160 秒 设定完以 后按 ENTER 确认 在按 上 下 键到 b 08 按 ENTER 进入 这时显 示的是减速时间 一般大于 220 秒 再按上下键直到 b 15 的时候 按 ENTER 进入 将面板上 0 改为 1 按 ENTER 确定写入值 三 低 中 高三段速度设定 1 低速 按 MODE 键 在面板显示 L 00 时候 按上下键将显示改为 L 29 时候 按 ENTER 键进入 这时 面板显示为低速频率 然后按 上 下 键修改数值 按 ENTER 确定写入值 2 中速 L 30 时候是中速 步骤同上 3 高速 L 31 时候是高速 本科生课程设计 论文 步骤同上 四 频率到达幅度 按 MODE 面板显示 L 00 时候 按上下键 改为 L 58 再按 ENTER 进入 将显示数值改为 0 1 按 ENTER 确定写入值 本科生课程设计 论文 第 4 章 基于 PLC 温度控制系统软件设计 4 1 STEP 7 MICRO WIN32 软件介绍 STEP7 Micro WIN32 编程软件是由西门子公司专为 S7 200 系列 PLC 设计开发 它功能强大 主要为用户开发控制程序使用 例如创建用户程序 修改和编辑原 有的用户程序 编辑过程中编辑器具有简单语法检查功能 同时它还有一些工具 性的功能 例如用户程序的文档管理和加密等 此外 还可直接用软件设置 PLC 的工作方式 参数和运行监控等 程序编辑过程中的语法检查功能可以提前避免一些语法和数据类型方面的错 误 梯形图中的错误处的下方自动加红色曲线 语句表中错误行前有红色叉 且 错误处的下方加红色曲线 软件功能的实现可以在联机工作方式 在线方式 下进行 部分功能的实现 也可以在离线工作方式下进行 联机方式 有编程软件的计算机与 PLC 连接 此时允许两者之间做直接通信 离线方式 有编程软件的计算机与 PLC 断开连接 此时能完成大部分基本功 能 如编程 编译和调试程序系统组态等 但所有的程序和参数都只能存放在计 算机上 两者的主要区别是 联机方式下可直接针对相连的 PLC 进行操作 如上载和 下载用户程序和组态数据等 而离线方式下不直接与 PLC 联系 所有程序和参数 都暂时存放在磁盘上 等联机后在下载到 PLC 中 4 2 系统 PID 算法及流程图 4 2 1 PID 算法简介 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 PID 控制器问世至今已有近 80 年历史 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 本科生课程设计 论文 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 比例 P 控制 比例控制是一种最简单 最常用的控制方式 其控制器的输 出与输入误差信号成比例关系 当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差 Steady state error 积分 I 控制 在积分控制中 控制器的输出与输入误差信号的积分成正 比关系 对一个自动控制系统 如果在进入稳态后存在稳态误差 则称这个控制 系统是有稳态误差的 或简称有差系统 System with Steady state Error 为了消除稳态误差 在控制器中必须引入 积分项 积分项对误差取决于时间 的积分 随着时间的增加 积分项会增大 这样 即便误差很小 积分项也会随 着时间的增加而加大 它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小 直到等 于零 因此 比例 积分 PI 控制器 可以使系统在进入稳态后无稳态误差 微分 D 控制 在微分控制中 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 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出 现振荡甚至失稳 其原因是由于存在有较大惯性组件 环节 或有滞后 delay 组件 具有抑制误差的作用 其变化总是落后于误差的变化 解决的办法是使 抑制误差的作用的变化 超前 即在误差接近零时 抑制误差的作用就应该是 零 这就是说 在控制器中仅引入 比例 项往往是不够的 比例项的作用仅 是放大误差的幅值 而目前需要增加的是 微分项 它能预测误差变化的趋势 这样 具有比例 微分的控制器 就能够提前使抑制误差的控制作用等于零 甚 至为负值 从而避免了被控量的严重超调 所以对有较大惯性或滞后的被控对象 比例 微分 PD 控制器能改善系统在调节过程中的动态特性 4 2 2 PID 算法的数字化处理 为了能让数字计算机处理这个控制式 连续算式必须离散化为周期采样偏差 算式 才能用来计算输出值 数字计算机处理的算式如下 Mn Kc en Ki ex Mintial Kd en en 1 输出 比例项 积分项 微分项 其中 Mn 在采样时刻 n PID 回路输出的计算值 Kc PID 回路增益 en 采样时刻 n 回路的偏差值 en 1 回路的偏差值的前一个值 本科生课程设计 论文 ex 采样时刻 x 的回路偏差值 Ki 积分项的比例常数 Mintial 回路输出的初始值 Kd 微分项的比例常数 从这个公式可以看出 积分项是从第一个采样周期到当前采样周期所有误差 项的函数 微分项是当前采样和前一次采样的函数 比例项是当前采样的函数 在数字计算机中 不保存所有的误差项 实际上也不必要 其中 MIn 第 n 采样时刻积分项的值由于计算机从第一次采样开始 每有 一个偏差采样值必须计算一次输出值 只要保存偏差前值和积分项前值 作为数 字计算机解决的重复性的结果 可以得到在任何采样时刻必须计算的方程的一个 简化算式 简化算式是 Mn Kc en Ki en MX Kd en en 1 输出 比例项 积分项 微分项 其中 Mn 在第 n 采样时刻 PID 回路输出的计算值 Kc PID 回路增益 en 采样时刻 n 回路的偏差值 en 1 回路的偏差值的起一个值 Ki 积分项的比例常数 MX 积分项前值 Kd 微分项的比例常数 CPU 实际上使用以上简化算式的改进形式计算 PID 输出 这个改进型算式是 Mn MPn MIn MDn 输出 比例项 积分项 微分项 其中 Mn 第 n 采样时刻的计算值 MPn 第 n 采样时刻的比例项值 Min 第 n 采样时刻的积分项值 MDn 第 n 采样时刻的微分项值 比例项 MP 是增益 Kc 和偏差 e 的乘积 其中 Kc 决定输出对偏差的灵敏 度 偏差 e 是给定值 SP 与过程变量值 PV 之差 S7 200 解决的求比例 项的算式是 MPn Kc SPn PVn 其中 MPn 第 n 采样时刻比例项的值 Kc 增益 本科生课程设计 论文 SPn 第 n 采样时刻的给定值 PVn 第 n 采样时刻的过程变量的值 积分项值 MI 与偏差和成正比 S7 200 解决的求积分的算式是 MIn Kc Ts Ti SPn PVn MX Kc 增益 Ts 采样时间间隔 Ti 积分时间 SPn 第 n 采样时刻的给定值 PVn 第 n 采样时刻的过程变量的值 MX 第 n 1 采样时刻积分项 积分项前值 积分和 MX 是所有积分项前值之和 在每次计算出 MIn 后 都要用 MIn 去 更新 MX 其中 MIn 可以被调整或限制 MX 的处置通常在第一次计算输出以前被 设为 Minitial 初值 积分项还包括其他几个常数 增益 Kc 采样时间 Ts 和积分时间 Ti 其中采样时间是重新计算输出的时间间隔 而积分时 间控制积分项在整个输出结果中影响的大小 微分项值 Md 与偏差的变化成正比 S7 200 使用下列算式来求解微分项 Mdn Kc Td Ts SPn PVn SPn 1 PVn 1 为了避免给定值变化的微分作用而引起的跳变 假定给定值不变 SPn SPn 1 这样可以用过程变量的变化替代偏差的变化 计算算式可改进为 Mdn Kc Td Ts SPn PVn SPn PVn 1 或 Mdn Kc Td Ts PVn 1 PVn 其中 Mdn 第 n 采样时刻的微分项值 Kc 回路增益 Ts 回路采样时间 Td 微分时间 SPn 第 n 采样时刻的给定值 SPn 1 第 n 1 采样时刻的给定值 PVn 第 n 采样时刻的过程变量的值 PVn 1 第 n 1 采样时刻的过程变量的值 为了下一次计算微分项值 必须保存过程变量 而不是偏差 在第一采样时 刻 初始化为 PVn 1 PVn 在许多控制系统中 只需要一两种回路控制类型 例 如只需要比例回路或者比例积分回路 通过设置常量参数 可以选择需要的回路 控制类型 如果不想要积分动作 PID 计算中没有 I 可以吧积分时间 复 本科生课程设计 论文 位 置为无穷大 INF 即使没有积分作用 积分项还是不为零 因为有初值 MX 如果不想要微分回路 可以把微分时间置为零 如果不想要比例回路 但需 要积分或积分微分回路 可以把增益设为 0 0 系统会在计算积分项和微分项时 把增益当做 1 0 看待 本系统设计采用 PID 算法闭环控制系统程序 优点是 PID 算法蕴涵了动态 控制过程中过去 现在 将来的主要信息 而且其配置几乎最优 PID 控制适应 性好 有较强的鲁棒性 对各种工业应用场合 都可在不同的程度上应用 PID 算法简单明了 各个控制参数相对较为独立 参数的选定较为简单 形成了完整 的设计和参数调整方法 很容易为工程技术人员所掌握 聚合釜温度采集 比较 判断 PID 算法 输出控制 N Y 图 4 1 PID 算法流程框图 本科生课程设计 论文 冷却水温度采集 比较 判断 PID 算法 输出控制 N Y 图 4 2 PID 算法流程框图 冷却水流量采集 比较 判断 PID 算法 输出控制 N Y 图 4 3 PID 算法流程框图 4 3 I O 分配 该系统输入信号有 停止按钮 SB1 启动按钮 SB2 共两个开关输入量 系统输出信号有 变频器 报警器 表 4 4 I O 分配表 I0 0 启动按钮 SB1 Q0 0 变频器 I0 1 停止按钮 SB2 Q0 1 报警器 釜温检测 AIW0 水温检测 AIW2 水流量检测 AIW4 本科生课程设计 论文 4 4 PLC 外部接线 根据 I O 地址分配表 进行 CPU224 与开关量输入输出信号的外部连接及温 度流量变送器与 EM231 的外部连接如图 8 25 所示 图 4 4PLC 外部接线图 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 26 Dec 2012Sheet of File D EXAMPLES MyDesign2 ddbDrawn By CPU224 Q0 0Q0 1 I0 0I0 1 L1N 1ML 2M M 1L EM231 RA A ML D A RB B B RC C C RD D 变变变220V SB1 SB2 AYGJW B 本科生课程设计 论文 第 5 章 设计总结 聚合釜作为反应器在化工生产中应用的越来越广 而其作为反应器有着强非 线性 时变性 有噪声干扰 纯滞后 放热量大等特点 所以其建模与控制都非 常的困难 在大多数聚合釜的反应中温度是反应的关键变量 所以其温度的优化控制成 为提高反应产物品质及转化率的重中之重 温度检测控制不好 将给企业带来不 可弥补的损失 为此 可靠的温度的检测控制在工业中是十分重要的 本次设计 采用了一系列一体化变送器对冷却水的温度流量分别进行检测变送 将采集到的 温度 流量信号与设定值进行比较 如果偏离设定值 便进行 PID 调节 输出信 号用以调节阀的控制 从而恢复聚合釜的正常反应温度 在未来的发展中 聚合釜温度检测控制将会成为工业生产中最重要的环节之 一 如果不能对温度进行精确的检测 就不能生产出好的产品 本科生课程设计 论文 参考文献 1 梅丽凤 郑海英 电气控制与 PLC 应用技术 北京 机械工业出版社 2011 12 2 刘华波 西门子 S 7200PLC 编程及应用精选 北京 机械工业出版社 2009 5 3 向晓汉等 西门子 PLC 高级应用实例精讲 北京 机械工业出版社 2010 14 4 樊尚春 传感器技术及应用 第一版 北京航空航天大学出版社 2004 126 5 严盈富 西门子 S7 200PLC 入门 北京 人民邮电出版社 2007 33 6 文小玲 曾涛 高精度温度检测系统 J 仪表技术与传感器 2007 8 46 50 本科生课程设计 论文 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁 肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿 肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄 莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁 羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈