過控課設(shè)——熱風(fēng)爐爐頂溫度控制

1、學(xué) 號：0121311371307課程設(shè)計題目熱風(fēng)爐爐頂溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)院自動化專業(yè)自動化班級自動化1305姓名司文雷指導(dǎo)教師賀遠(yuǎn)華2016 年 11 月 300II / 26課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 司文雷專業(yè)班級： 自動化1305指導(dǎo)教師： 賀遠(yuǎn)華工作單位：自動化學(xué)院題目：熱風(fēng)爐爐頂溫度控制系統(tǒng)初始條件：熱風(fēng)爐爐頂溫度控制系統(tǒng)的作用是調(diào)節(jié)熱風(fēng)爐爐頂?shù)臏囟?，采用?級控制系統(tǒng)。以熱風(fēng)爐爐頂溫度為主被控變量，以燃燒室的熱風(fēng)為輔助變量， 計一個溫度控制系統(tǒng)，使熱風(fēng)爐的爐頂溫度在一定范圍內(nèi)波動，克服各種干擾， 保持穩(wěn)定。要求完成的主要任務(wù)：1、了解熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)及性能。2、設(shè)計熱風(fēng)爐爐頂溫度控制

2、系統(tǒng)并繪制結(jié)構(gòu)圖。3、確定系統(tǒng)所需檢測元件、執(zhí)行元件、調(diào)節(jié)儀表技術(shù)參數(shù)4、撰寫系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理及調(diào)節(jié)過程說明書時間安排月 日 選題、理解課題任務(wù)、要求月 日 方案設(shè)計月 日 參數(shù)計算撰寫說明書月 日 答辯系主任（或責(zé)任教師）簽名：20年月日摘要指導(dǎo)教師簽名：20年月作為熱動力機(jī)械的熱風(fēng)爐于 20世紀(jì)70年代末在我國開始廣泛應(yīng)用， 它在許 多行業(yè)已成為電熱源和傳統(tǒng)蒸汽動力熱源的換代產(chǎn)品。通過長時間的生產(chǎn)實踐， 人們已經(jīng)認(rèn)識到，只有利用熱風(fēng)作為介質(zhì)和載體才能更大地提高熱利用率和熱工 作效果。傳統(tǒng)電熱源和蒸汽熱動力在輸送過程中往往配置多臺循環(huán)風(fēng)機(jī)， 使之最 終還是間接形成熱風(fēng)進(jìn)行烘干或供暖操作。 這種過

3、程顯然存在大量浪費(fèi)能源及造 成附屬設(shè)備過多、 工藝過程復(fù)雜等諸多缺點(diǎn)。 在本設(shè)計系統(tǒng)中采用了串級與比例 控制，通過微機(jī)控制熱風(fēng)爐拱頂溫度和煤氣流量， 使系統(tǒng)能夠很好的保持拱頂溫 度和高爐送風(fēng)溫度， 而且通過廢氣中的含氧量調(diào)節(jié)空燃比的大小從而實現(xiàn)最佳燃 料。系統(tǒng)設(shè)計中還介紹了主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、并按系統(tǒng)要求選擇檢測元件、執(zhí)行元件、 調(diào)節(jié)儀表的技術(shù)參數(shù)，選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行參數(shù)近似計算。關(guān)鍵字 熱風(fēng)爐 送風(fēng)溫度 PID 控制 Matlab 仿真III / 26目錄1 高爐煉鐵工藝 11.1 高爐煉鐵工藝流程 11.2 熱風(fēng)爐設(shè)備工藝 21.3 熱風(fēng)爐工作原理 31.4 熱風(fēng)爐燃燒分析 42 熱風(fēng)爐爐頂溫

4、度控制系統(tǒng)設(shè)計 42.1 控制變量選擇 42.2 控制對象數(shù)學(xué)模型 52.2 熱風(fēng)爐爐頂溫度控制方案 63 控制系統(tǒng)元件選擇 63.1 執(zhí)行器的選擇 63.2 傳感器的選擇 73.3 變送器的選擇 83.4 控制器的選擇 84 Matlab 仿真設(shè)計以及 PID 參數(shù)整定 114.1仿真方案設(shè)計 114.2 仿真參數(shù)PID 整定 115 仿真結(jié)果以及分析 126 總結(jié) 16II / 267 / 26熱風(fēng)爐爐頂溫度控制系統(tǒng)設(shè)計1高爐煉鐵工藝1.1高爐煉鐵工藝流程燒結(jié) 眛團(tuán)F 鐵£ 硅石 石皤除土器凈煤氣 脫水器 h -urr- UB爐塵高爐熱風(fēng)爐射幾充渣圖1-1高爐煉鐵工藝流程魚雷高爐

5、冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固 體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。礦石料在下降過程中逐步被還原、 熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。鼓風(fēng)機(jī)送出的冷空氣 在熱風(fēng)爐加熱到8001350E以后，經(jīng)風(fēng)口連續(xù)而穩(wěn) 定地進(jìn)入爐缸，熱風(fēng)使風(fēng)口前的焦炭燃燒，產(chǎn)生 2000 r以上的熾熱還原性煤氣。 上升的高溫煤氣流加 熱鐵礦石和熔劑，使成為液態(tài)；并使鐵礦石完成一系列物 理化學(xué)變化，煤氣流則逐漸冷卻。下降料柱與上升煤氣流之間進(jìn)行劇烈的傳熱、 傳質(zhì)和傳動量的過程。下降爐料中的毛細(xì)水分當(dāng)受熱到1

6、00200 r即蒸發(fā)，褐鐵礦和某些脈石中 的結(jié)晶水要到500800r才分解蒸發(fā)。主要的熔劑石灰石和白云石，以及其他碳酸鹽和硫酸鹽，也在爐中受熱分解。石灰石中CaC0和白云石中MgC0的分解 溫度分別為9001000E和740900C。鐵礦石在高爐中于400 C或稍低溫度下 開始還原。部分氧化鐵是在下部高溫區(qū)先熔于爐渣，然后再從渣中還原出鐵。焦炭在高爐中不熔化，只是到風(fēng)口前才燃燒氣化，少部分焦炭在還原氧化物 時氣化成CO而礦石在部分還原并升溫到10001100C時就開始軟化；到1350 1400r時完全熔化；超過1400r就 滴落。焦炭和礦石在下降過程中，一直保持 交替分層的結(jié)構(gòu)。由于高爐中的逆

7、流熱交換，形成了溫度分布不同的幾個區(qū)域， 區(qū)是礦石與焦炭分層的干區(qū)，稱塊狀帶，沒有液體；區(qū)為由軟熔層和焦炭夾層組成的軟熔帶，礦石開始軟化到完全熔化；區(qū)是液態(tài)渣、鐵的滴落帶，帶 內(nèi)只有焦炭仍是固體；風(fēng)口前有一個袋形的焦炭回旋區(qū)，在這里，焦炭強(qiáng)烈地回旋和燃燒，是爐內(nèi)熱量和氣體還原劑的主要產(chǎn)生地。1.2熱風(fēng)爐設(shè)備工藝高爐熱風(fēng)爐按工作原理可分為蓄熱式和換 熱式兩種。蓄熱式熱風(fēng)爐，按熱風(fēng)爐內(nèi)部的蓄熱 體分球式熱風(fēng)爐（簡稱球爐）和米用格子磚的熱 風(fēng)爐，按燃燒方式可以分為頂燃式，內(nèi)燃式，外 燃式等幾種，提高熱風(fēng)爐熱風(fēng)溫度是高爐強(qiáng)化冶 煉的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)內(nèi)燃式熱風(fēng)爐及主要組織部分（如圖1-2所示4）包括燃燒室

8、和蓄熱室兩大部分，并 由爐基、爐底、爐襯、爐算子、支柱等構(gòu)成。熱 風(fēng)爐主要尺寸決定于高爐有效容積、冶煉強(qiáng)度要 求的風(fēng)溫。圖1-2熱風(fēng)爐主體結(jié)構(gòu)圖1.3熱風(fēng)爐工作原理冷岡進(jìn)口熱鳳爐悴熱風(fēng)出口底座煙氣除塵器排畑管-0加煤口 /圖1-3熱風(fēng)爐功能結(jié)構(gòu)圖I熱風(fēng)爐主要有三種工作狀態(tài)：即燃燒狀態(tài)、送風(fēng)狀態(tài)和悶爐工作狀態(tài)。(1) 熱風(fēng)爐燃燒狀態(tài)熱風(fēng)爐處于燃燒狀態(tài)時，通過熱風(fēng)爐煤氣管道和助燃空氣管道向熱風(fēng)爐送入 高爐煤氣和助燃空氣，高爐煤氣和助燃空氣燃燒產(chǎn)生熱煙氣使熱風(fēng)爐蓄熱；熱風(fēng)爐處于燃燒狀態(tài)時，其廢氣閥、煙道閥、助燃空氣燃燒閥、高爐煤氣燃燒閥、高 爐煤氣切斷閥等閥均處于開啟狀態(tài)，其它各閥(切斷閥)均處于關(guān)

9、閉狀態(tài)。(2) 熱風(fēng)爐送風(fēng)狀態(tài)熱風(fēng)爐處于送風(fēng)狀態(tài)時，向燃燒結(jié)束蓄有一定熱量的熱風(fēng)爐送入冷風(fēng)， 冷風(fēng) 經(jīng)熱風(fēng)爐加熱后再送入高爐。熱風(fēng)爐處于送風(fēng)狀態(tài)時，其冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥、冷風(fēng) 充壓閥等處于開啟狀態(tài)，其它各閥(切斷閥)均處于關(guān)閉狀態(tài)。(3)熱風(fēng)爐悶爐狀態(tài)熱風(fēng)爐處于悶爐狀態(tài)時，為保持溫度，熱風(fēng)爐所有的閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)。熱風(fēng)爐處于上述三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程定義為換爐過程。在熱風(fēng)爐的操作過程中最基本的工作過程是換爐。 換爐時，應(yīng)保證整個熱風(fēng)爐系統(tǒng)不間斷的向高 爐送風(fēng)，并應(yīng)盡量使進(jìn)入高爐的風(fēng)量、風(fēng)壓波動很小，還要注意煤氣安全。1.4熱風(fēng)爐燃燒分析煤氣和空氣的混合是一種物理過程，需要消耗能量和一定的時間才能

10、完成。而混合后的可燃?xì)怏w只有加熱到它的著火溫度時才能進(jìn)行燃燒反應(yīng)，點(diǎn)火以后可燃?xì)怏w的加熱是靠其本身燃燒的熱量而實現(xiàn)的。而且燃燒化學(xué)反應(yīng)是一種激烈的 氧化反應(yīng)，其燃燒速度主要取決于煤氣和空氣的混合比，因此，空燃比是描述燃料燃燒完全程度的重要指標(biāo)。煤氣最大流量為0.11 5，在熱風(fēng)爐僅燒高爐煤氣時空燃比最佳為 0.59。當(dāng) 然實際煤氣成分可能有波動，但應(yīng)該以 0.59為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。但不同情況下 空燃比不同，如果一直采用固定的空燃比進(jìn)行燃燒，則無法適應(yīng)這個變化。2熱風(fēng)爐爐頂溫度控制系統(tǒng)設(shè)計2.1控制變量選擇高爐煉鐵對于熱風(fēng)爐送進(jìn)高爐的熱風(fēng)溫度有著嚴(yán)格的要求，從鼓風(fēng)機(jī)來的風(fēng)溫約150-200 C,經(jīng)

11、過熱風(fēng)爐加熱提高風(fēng)溫后可達(dá) 1300r以上。根據(jù)熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度控制任務(wù)書要求，拱頂溫度應(yīng)穩(wěn)定在1450C土 8C,使得熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度能達(dá)到1300 C。因此，本設(shè)計選取熱風(fēng)爐拱頂溫度為被控對 象。而在通過改變?nèi)剂蠞舛然蛄髁靠梢杂行Ц淖儫犸L(fēng)爐內(nèi)溫度，從節(jié)省燃料并且本著安全的原則，本設(shè)計選擇燃料（即煤氣和空氣送入流量）為控制量，但為簡 化系統(tǒng)，就默認(rèn)為1來進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖2-1熱風(fēng)爐爐頂溫度控制原理圖2.2控制對象數(shù)學(xué)模型熱風(fēng)爐爐頂溫度的數(shù)學(xué)模型可用帶時延的近似一階慣性系統(tǒng)來描述，慣性時間常數(shù)T =150s，滯后時間.=10s呵，則被控對象傳遞函數(shù)為：Go132150s 1V0s e(2-1)而把除被

12、控對象外包括調(diào)節(jié)閥，測量傳送等環(huán)節(jié)在內(nèi)的傳遞函數(shù)近似等效為:G res s -110s 1(2-2)2.2熱風(fēng)爐爐頂溫度控制方案圖2-2熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度控制系統(tǒng)框圖設(shè)計由于控制對象T <0.3，整個控制過程純滯后不大，而時間常數(shù)T較大，被控變量的變化比較緩慢，此時過程比較平穩(wěn)，容易進(jìn)行控制。因此，采用單閉環(huán) PI控制即可達(dá)到不錯的控制效果。如圖2-2即本設(shè)計熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度控制系統(tǒng) 方框圖3控制系統(tǒng)元件選擇3.1執(zhí)行器的選擇由于我們選擇的是燃料送入率作為操作變量， 因此，從安全角度和燃料節(jié)約 角度，選擇的執(zhí)行器煤氣流量調(diào)節(jié)閥應(yīng)為氣開型， 這樣當(dāng)控制器發(fā)生故障或控制 器信號傳送異常時燃料流量控

13、制為最小， 這樣能盡可能減少損失。而相應(yīng)地，空 氣調(diào)節(jié)閥也取為氣開型。如圖即幾種常見調(diào)節(jié)閥流量特性曲線， 為了使控制簡單，本設(shè)計選用線性流 量特性的調(diào)節(jié)閥，即流量特性參數(shù)為Kv，結(jié)合上文所述氣開特性，本設(shè)計中Kv '0。7*rJrT/線亡I:iTirL/>/zJ/一/K00160雖$何凰«爛4<喘a1Ro60比分B等2D額定行程的百分比圖3-1氣開調(diào)節(jié)閥流量特性曲線圖3.2傳感器的選擇由工藝可知，熱風(fēng)溫度一般在 0-1400 C之間。熱電偶是在工業(yè)上最常用的 溫度檢測元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。 測量范圍廣。常用

14、的熱電偶從-50+1600C均可邊續(xù)測 量，某些特殊熱電偶最低可測到-269 C （如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800C （如 鎢-錸）。構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而 且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。滿足熱風(fēng)爐工藝要求的熱電偶型號有B型和S型，B型測溫范圍是0C-1700 C, S型測溫范圍是0C-1450 C,由于所測溫度（爐頂溫度）應(yīng)長期保 持1450C，因此選擇B型鉑銠30-鉑銠6熱電偶。具體參數(shù)見圖3-2:7 / 26熱電偶類別代號分度號測量雒允許偏SAtV柏稽推6WRRB0*18000-1600±1.5t 或土WRFS0-1

15、6000-1300±1或±0 25%t圖3-2標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶技術(shù)數(shù)據(jù)用鉑電阻作為電橋的一個橋臂電阻， 將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩 根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上， 當(dāng)橋路平衡時，導(dǎo)線電阻的 變化對測量結(jié)果沒有任何影響，這樣就消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差。 采 用三線制會大大減小導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線制接法。3.3變送器的選擇熱電偶的輸出信號為mV級電信號，不能直接送入調(diào)節(jié)器，所以要經(jīng)過溫度 變送器則可以將熱電偶輸出的 mV信號轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA或者1-5V的電信號供調(diào)節(jié) 器使用。而DDZ-III型溫度變送器有：（1）采用集成電路

16、溫度變送器放大單元采 用高增益、低漂移集成運(yùn)算放大器進(jìn)行直流放大， 較U型儀表的調(diào)制放大器線路 簡單、元件少、可靠性高。（2）采用了線性化線路熱電偶溫度變送器采用非線 性負(fù)反饋回路，熱電阻溫度變送器采用線性化電路。 使變送器的輸出信號和被測 溫度間呈線性關(guān)系，提高了精度，有利于指示，記錄。（3）增加了安全措施現(xiàn)場的測溫元件（熱電偶或電阻體）與控制室溫度變送器相連的線路是安全火花線 路。不必再經(jīng)任何安全設(shè)備可使測量元件工作在危險場所等優(yōu)點(diǎn)。還可以有效的對熱電偶進(jìn)行有效的冷端補(bǔ)償，所以可以選擇 DDZ-III型溫度變送器。3.4控制器的選擇由于執(zhí)行器（煤氣流量調(diào)節(jié)閥）環(huán)節(jié)系數(shù)為Kv - 0，因此為

17、保證閉環(huán)PI控制系統(tǒng)的正常工作，控制器環(huán)節(jié)的系數(shù)需滿足KKpKi 0，且比例系數(shù)Kp 0，積分系數(shù)Ki 0，即使控制器為反作用控制器，這樣單閉環(huán)控制系統(tǒng)就 能構(gòu)成負(fù)反饋，實現(xiàn)控制作用：當(dāng)溫度低于設(shè)定值時，控制器輸出ut為正，使得煤氣流量調(diào)節(jié)閥開度增大，煤氣流量增大，爐內(nèi)溫度上升；而當(dāng)溫度高于設(shè)定 值時，控制器輸出ut為負(fù)，使得煤氣通入流量減少，使?fàn)t內(nèi)溫度下降。工業(yè)控制領(lǐng)域常用的控制器有工業(yè)控制計算機(jī)、單片機(jī)和可編程邏輯控制器(即PLC)等。與其它幾種控制器相比較，PLC是綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動化 技術(shù)與繼電器邏輯控制概念而開發(fā)的一代新型工業(yè)控制器，是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它可以取代傳統(tǒng)的繼

18、電器完成開關(guān)量的控制，比如，將行程開關(guān)、按 鈕開關(guān)、無觸點(diǎn)開關(guān)或敏感元器件作為輸入信號， 輸出信號可控制電動閥門、開 關(guān)、電磁閥和步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它采用可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲，執(zhí) 行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬 式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化。工業(yè)控制采用 PLC,顯示了突出的優(yōu)越性，因它可對用戶提出的生產(chǎn)控制要求和意見，能方便 地在現(xiàn)場進(jìn)行程序修改和調(diào)試，使系統(tǒng)的靈活性大大增強(qiáng)。內(nèi)部的軟繼電器使系 統(tǒng)在控制中能嚴(yán)格地起到互鎖作用，增加了系統(tǒng)的可靠性，簡化設(shè)備，維修方便。 而且，隨著PLC的發(fā)展，在硬件、軟件方面都會有更先

19、進(jìn)的計數(shù)出現(xiàn)。針對系 統(tǒng)的特點(diǎn)，分析各控制器的優(yōu)缺點(diǎn)，采用 PLC作為本次設(shè)計的控制器。具體比較如下：首先，PLC和PC控制相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)對低端應(yīng)用,PLC具有極大的性能價格比優(yōu)勢工控機(jī)的價格較高，將它用 于小型開關(guān)量控制系統(tǒng)以取代繼電器控制，無論是在體積和價格上都很難接受，可 靠性也遠(yuǎn)不如PLC。PLC的可靠性無可比擬，故障停機(jī)時間最少基本W(wǎng)indowsNT/2000/XP操 作系統(tǒng)的IPC控制系統(tǒng),在實時任務(wù)處理，長期穩(wěn)定運(yùn)行，抗病毒和惡意攻擊等方面 還存在較大的問題.IPC控制系統(tǒng)在可靠性和安全性等方面還未獲得廣泛的認(rèn)同。(3) PLC是專為工廠現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的，結(jié)構(gòu)上采取

20、整體密封或插件組合型 對印制板，電源,機(jī)架，插座的制造和安裝，均采取了嚴(yán)密的措施。(4) PLC 是使用專門為工業(yè)設(shè)計的編程語言 ,這些語言簡單易學(xué) .工控機(jī)如果 用 VB,VC 等語言來編程 ,需要花更多時間來學(xué)習(xí) ,編程的效率也沒有 PLC 高 .如果 使用Windows操作系統(tǒng)，其穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如 PLC,時間控制精度也較差。(5) 與 PC 機(jī)發(fā)展太快相比 ,PLC 產(chǎn)品可以長期供貨 ,并提供長期的技術(shù)支持。(6) PLC 有龐大的有經(jīng)驗的設(shè)計人員 ,維護(hù)人員和技術(shù)支持系統(tǒng)。其次，與單片機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 由專業(yè)大公司精心設(shè)計的硬件和軟件系統(tǒng)，功能強(qiáng)大、可靠性好。2. 編程簡單易

21、學(xué)，即使不熟悉電腦的工程師也能用它開發(fā)復(fù)雜的控制系統(tǒng)。3. 抗干擾能力強(qiáng)，適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制場合。4. 有豐富的擴(kuò)展模塊和聯(lián)網(wǎng)能力，可以做成大型復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)。 同時，目前在張力、速度、液位特別是溫度等過程控制中，經(jīng)常使用溫控器等專用控制器或用戶自制設(shè)備。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，PLC的處理速度越來 越快，功能也越來越豐富。因此，采用 PLC 進(jìn)行 PID 控制可以逐漸取代一些傳 統(tǒng)的控制手段。就以溫度為例，可以比較出采用 PLC 的優(yōu)點(diǎn)。通常所使用的溫 度控制器適用于單純的單回路溫度控制，而 PLC 可以實現(xiàn)多回路的整體控制， 相比主要有以下的特點(diǎn)： 在多點(diǎn)加熱時， 可以錯開加熱導(dǎo)

22、通時序， 避免同時導(dǎo)通 引起的大電流 ;在控制過程中可以自由簡便地修改設(shè)定值及其它參數(shù)；可以定時 自動執(zhí)行所需的控制曲線；可以使用相位控制，降低沖擊電流、峰值電流，減少 加熱器頻繁冷熱變化引起的熱壓力； 可以同時控制系統(tǒng)或機(jī)械中的其它動作； 可 以實現(xiàn)多種報警功能等等。最初的 PLC 主要是用于取代繼電器進(jìn)行順序控制，其后又逐步擴(kuò)充了數(shù)值 運(yùn)算、模擬量、電機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)通信。從發(fā)展趨勢看， PID 控制特別是溫度控制 將是今后 PLC 應(yīng)有的功能。4 Matlab仿真設(shè)計以及PID參數(shù)整定4.1仿真方案設(shè)計本設(shè)計運(yùn)用Matlab軟件中Simulink庫對所設(shè)計控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真以及性能 分析。階躍

23、輸入為煤氣（空氣）流量最大為 11m3/s5，因此k=1405 1仁132?？刂破鬟x用PI控制，并且在600s時刻模擬為系統(tǒng)引入一幅值200C的階躍干擾以測試系統(tǒng)的魯棒性。得到仿真圖如圖4-1:圖4-1熱風(fēng)爐拱頂溫度 Simulink仿真圖15 / 264.2仿真參數(shù)PID整定在Matlab軟件2012a版本以及之后發(fā)行的Matlab 版本軟件 Simulink庫中，都新增入了PID輔助整定功能“ Tune” （功能界面見圖 4-2 ），借助Tune”背后強(qiáng)大的最優(yōu)算法輔助，現(xiàn)在整定PID參數(shù)不再像之前那樣費(fèi)時費(fèi)力£1IIJ ； 宓 二沖Beal5ltt>Rot RA hka

24、dccngMH 9cl旳泄ReTi-wd珂申鼻毎iwhoct百34耶UPHhu ravelin=Z aap |? OD-13 g2* POL口対 ti_Li>u4nMi -cUukl-riUlf*TT卜w»b-rka-TTurci a rd R=buiAnHa,圖4-2新版本Matlab新增PID調(diào)諧功能“ Tune”lwf Yipmi IBkI NipERill如圖4-2，該功能可以直觀地進(jìn)行PID參數(shù)整定，左邊窗口正上方可以直接對響應(yīng)時間和瞬態(tài)性能進(jìn)行調(diào)試，還可以點(diǎn)按Reset Design得到系統(tǒng)認(rèn)為的一個各參數(shù)相對平衡的最優(yōu)響應(yīng)曲線。而所需的PID值隨著曲線的調(diào)整，同步

25、更新并顯示在右下角，并且可同步上載到仿真系統(tǒng)中。而右邊小窗口則同步顯示當(dāng)前左窗曲線的峰值，超調(diào)，衰減（或增益）的等參數(shù)，功能十分強(qiáng)大，大大縮減了控制領(lǐng)域的系統(tǒng)研發(fā)周期。5仿真結(jié)果以及分析在本設(shè)計中，先使用Matlab中“Tune”得到系統(tǒng)最優(yōu)曲線（如圖 5-1）牡口t£ F!除lEflCBbM眄山対越 陸出護(hù)1 Ikxb 曲p；曲 單d譽(yù)訶J-Brl;二 mluftM iHpOnsifik葉 iraffiM*Cartrnl-?!arnffln-sPTunedSink堿a1QJ175380V3f«rrftSflce and 曲 nbatme醫(yī)Rke timeTunedICfi

26、 sKcrdi冒nekT35 5«nnc3ietzrg a me-44j irKardi4i3 M-nndivcrdi ecCliLB%PitkHIIL11JSeT"去g 0加il粕1 AF”CLwii 產(chǎn)肝 nflhirjrflih.fCOrtiQlpr Awpmh叢聖 3 i山口 I MiW圖5-1熱風(fēng)爐溫度控制 Matlab系統(tǒng)最優(yōu)曲線調(diào)諧如右邊小窗口所示，該曲線超調(diào)10.8%，上升時間106s，調(diào)節(jié)時間443s ,而上載到仿真系統(tǒng)中運(yùn)行結(jié)果如圖5-2 :但從圖5-2可以很清晰看出峰值超出1600C,而由于傳感器的選擇緣故，這個超調(diào)顯然對于本設(shè)計來說顯然動態(tài)性能還不是

27、很理想，因此，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用試湊法得到本設(shè)計所允許的相對最優(yōu)的整定曲線如圖5-3 :f-iip Het:工甘亡忙斫tr*ck吩"lr-Tj|vw |iHipngb| 1«T- 韁ry|VXM邛IWkUpcfif«W »$刪 PUlifpwqJ Jill|：.油誥if '.2HzgIe*> J*tt"*x*iTiredT#Md mpmigw* 啲 iftnsiFs4wminLf And obuansTjwd7117 v«r'diiTJtKOwTd*Dr p«ikM«WI備'U dH a .C*4b . LiLdi £.CA4t ri_. * ifca wcwTi 0 機(jī) iini uro > | £3«jKUQ£ML«i3tkKh