基于PLC的模糊PID温度控制系统的应用研究【开题报告】

1、毕业设计开题报告电气工程与自动化基于PLC的模糊PID温度控制系统的应用研究一、选题的背景与意义随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。而锅炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量和产量。现代锅炉的生产过程可以实现高度的机械化，这就为锅炉的自动化提供了有利条件。锅炉自动化是提高锅炉安全性和经济性的重要措施。目前，锅炉的自动化主要包括自动检测、自动调节、程序控制、自动保护和控制计算五个方面。实现锅炉自动化能够提高锅炉运行的安全性、经济性和劳动生产率，改善劳动条件，减少运行人员。锅炉是工业企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定

2、的蒸汽或热水，以满足负荷的需要。锅炉设备是一个复杂的控制对象，燃气燃油锅炉主要输入变量包括负荷、给水、燃料量、送风和引风量等，主要调节变量包括水位、温度及压力、烟气氧量和炉膛负压等；电加热锅炉主要输入变量包括负荷、锅炉给水和电阻丝电压等，主要调节变量包括水位和温度等。锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。锅炉系统是一个具有时变和时滞的比较复杂的系统，因此，对锅炉温度进行控制是工业过程控制中一个重要而且困难的问题。在生产过程控制中，一些复杂环节，往往需要进行串级控制。即把两个控制器串联起来，第一个控制器的设定值是控制目标，它的输出传给第二个控制器，作为它的设定值，第二个控制器的输出作为串级控

3、制系统的输出，送到被控系统，作为它的控制“动作 ”。控制系统的这种串级形式对于复杂对象的控制往往比单回路控制的效果更好。串级控制对克服被控系统的时滞之所以能收到好的效果， 是因为当用两个控制器进行串级控制时,每个控制器克服时滞的负担相对减小,这就使得整个控制系统克服时滞的能力得到加强。在锅炉自动控制系统中，除了应用基于反馈控制原理而设计的各种调节器系统以外，计算机技术的应用也越来越普及。由于PLC 具有高可靠性、易于实现等优点，在工业控制领域中得到了广泛的应用。进入 21 世纪以来，PLC 已经由原来的逻辑控制器发展成具有较强的数据处理能力、通讯能力的标准工控设备，用其进行各种算法的实现是工控

4、领域的发展趋势。本设计以电加热锅炉为被控对象，以锅炉夹套温度为主被控参数，以锅炉内胆温度为副被控参数，以加热炉电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统，实现锅炉水温的定值控制。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：研究的基本内容1 .对系统进行建模，形成我们所熟悉的系统框图。2 .学习西门子的PLC的资源和编程语言。3 .用西门子PLC来编写PID和模糊PID的控制算法4 .使用WinCC组态软件做监控界面5 .在AE2000A型系统中来进行调试，进行各个参数的调整 拟解决的主要问题1 .建立系统框图对AE2000A型系统中的温度控制的回路进行了解， 确定使用审级控制，因为审

5、级 控制系统由于副回路的存在，改善了对象的特性，使等效副对象的时间常数减小，系统 的工作频率提高，改善了系统的动态性能，使系统的响应加快，控制及时。同时，由于 用级系统具有主副两只控制器的总放大倍数增大，系统的扰干扰能力的增强。因此，它 的控制质量要比单回路控制系统高。在设计审级控制系统时，要求系统副对象的时间常 数要远小于主对象。止匕外，为了指示系统的控制精度，一般主调节器设计成模糊PID调节器，而副调节器一般设计为 PID控制，以提高副回路的快速响应。2 .学习用西门子PLC来编写PID和模糊PID的算法程序通过对西门子PLC编程的学习，来编写PID和模糊PID这两个控制器的控制算法3 .

6、使用WinCC组态软件做个监控界面通过这个软件的使用来熟悉系统的监控，可以看出它的动态性和实时性，可以通过 修改参数看出输出的情况，也可以通过外加扰动看系统的动态响应。4 .系统调试把编写好的控制算法程序下载到西门子的 PLC中，启动AE2000A型系统，运行PLC中 的程序，通过WinCC组态软件进行监控。三、研究的方法与技术路线：本设计是通过PLC编写控制算法来控制AE2000A型系统中的加热原件和阀门的开 度进而控制系统的温度。系统框图锅炉内 胆阀门调节阀支 路动力泵放水口AE2000A型系统图阀14陋系统颜控制釉图图3参数模糊自整定流程图四、研究的总体安排与进度：2010.11-201

7、0.12 熟悉西门子的PLC和审级控制的原理；2011.01-2011.02 学会西门的PLC的编程语言，组态软件的使用和模糊PID控制；2011.03-2011.04 ;编写程序在工业控制设备上进行调试，根据结果对自己的程序进行 修改和PID参数的修改，直到得到满意的解时为止。2011.05-2011.06完善程序，完成毕业论文及答辩。五、主要参考文献：1路俊峰，PLC高温烧结炉的智能温度控制，硕士论文D,上海交通大学，2001.2郁汉琪主编，电气控制与可编程序控制器应用技术M,南京，东南大学出版社，2003.1.3廖常初主编，S7-300/400 PLC应用技术M,北京，机械工业出版社，2

8、005.1.4刘士荣主编，计算机控制系统M,北京，机械工业出版社，2007.9 .5 Siemens AG. Standard PID Control Manual, 2003.6 Siemens AG. Function Block Diagram (FBD) for S7-300 and S7-400 Programming Reference Manual, 2002.7 浙大中控集团编，AE2000APLC 实验指导手册Z ， 2004.8 席爱民主编，模糊控制技术M ，西安，西安电子科技大学出版社，2008.6.9 胡寿松主编，自动控制原理M ，第 4版，北京，科学出版社，2001.

9、10 西 门 子 ( 中 国 ) 有 限 公 司 自 动 化 与 驱 动 集 团 编 ， 使 用 SFB/FB41, SFB/FB42, SFB/FB43 实现 PID 控制用户手册Z , 2004.11 汪晓平主编，PLC 可编程控制器系统开发实例导航M ，北京，人民邮电出版社，2004.7.12 张智焕主编，计算机检测与控制M ，杭州，浙江科学技术出版社，2004.8.13 常健生主编，检测与转换技术M 第 3版，北京，机械工业出版社，2000.2.14 朱晓青主编，过程检测控制技术与应用M ，北京：冶金工业出版社，2002.6.15 王兆安、黄俊主编，电力电子技术M ，北京，机械工业出版

10、社，2000.16瞿枫，徐中宏，孙冀，基于西门子 S7-300PLC的模糊控制实现J,南京师范大学学报， 2007: 23-27.17 金以慧，过程控制M ，北京，清华大学出版社，2003.18王曙光，杨春杰，魏秋月等，S7-300/400 PLC入门与开发实例M,北京，人民邮电出版社，2009.2.19陶权，谢彤，基于PLC的过程控制实验装置温度模糊 PID控制J,自动化技术与应用，2010， 29(10): 22-26.20 Lei Wang, Wencai Du, HaiWang, Hong Wu. Fuzzy self-tuning PID control of the operation temperatures in a two-staged membrane separation process J. Journal of Natural