2022年夾套與鍋爐內(nèi)膽水溫串級(jí)控制32

1、目 錄1總體設(shè)計(jì)11.1系統(tǒng)概述11.2系統(tǒng)根本工作原理22系統(tǒng)分析32.1控制方案分析32.2串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)32.3主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律32.4主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇32.5串級(jí)控制系統(tǒng)的整定方法42.6組態(tài)軟件MCGS簡介53硬件組態(tài)說明63.1數(shù)據(jù)采集63.2模擬數(shù)據(jù)設(shè)備的組態(tài)63.3變量定義及說明64程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)連接74.1按鈕鏈接74.2數(shù)據(jù)輸入、輸出的制作與連接94.3系統(tǒng)初始狀態(tài)104.4循環(huán)程序編寫105系統(tǒng)運(yùn)行126總結(jié)13參考文獻(xiàn)14夾套與鍋爐內(nèi)膽水溫串級(jí)控制1總體設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)概述本設(shè)計(jì)以鍋爐作為被控對(duì)象，夾套的水溫為系統(tǒng)的被控制量。設(shè)計(jì)目的是使鍋爐夾套的

2、水溫穩(wěn)定至給定量；使用MCGS組態(tài)軟件結(jié)合研華數(shù)據(jù)采集設(shè)備來實(shí)現(xiàn)具體調(diào)節(jié)效果；系統(tǒng)整體硬件組態(tài)界面如圖1所示，控制界面如圖2所示。圖1硬件組態(tài)界面圖圖2控制組態(tài)界面圖1.2系統(tǒng)根本工作原理將溫度傳感器TT1檢測(cè)到的鍋爐內(nèi)膽溫度信號(hào)作為反響信號(hào)形成副回路；主回路以TT2檢測(cè)到的被控量即夾套水溫為反響信號(hào)，與輸入設(shè)定值相比擬送入主調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器輸出再與副回路反響信號(hào)比擬后，經(jīng)副調(diào)節(jié)器將控制信號(hào)傳給執(zhí)行器，以到達(dá)控制鍋爐內(nèi)膽水溫的目的。系統(tǒng)原理方框圖如圖3所示。主對(duì)象副對(duì)象執(zhí)行器調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器內(nèi)膽溫度檢測(cè)變送器夾套溫度檢測(cè)變送器圖3系統(tǒng)原理方框圖2系統(tǒng)分析2.1控制方案分析系統(tǒng)的主控量為鍋

3、爐夾套的水溫，副控量為鍋爐內(nèi)膽的水溫，它是一個(gè)輔助的控制量。系統(tǒng)由主、副兩個(gè)回路所組成，主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)的主控量等于給定值，因而系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制；副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，要求副回路的輸出能正確、快速地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出的變化規(guī)律，已到達(dá)對(duì)主控量的控制目的，因而副調(diào)節(jié)器可采用P控制，必要時(shí)引入適當(dāng)?shù)姆e分環(huán)節(jié)。由于鍋爐夾套的溫度升降式通過鍋爐內(nèi)膽的熱傳導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)的，顯然，由于副對(duì)象管道的時(shí)間常數(shù)小于主對(duì)象時(shí)間常數(shù)，因而當(dāng)主擾動(dòng)二次擾動(dòng)作用于副回路時(shí)，通過副回路的調(diào)節(jié)作用可快速消除擾動(dòng)的影響，故設(shè)計(jì)為串級(jí)控制構(gòu)造如上圖2所示。2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1改善了過程的動(dòng)態(tài)特

4、性； 2能及時(shí)克制進(jìn)入副回路的各種二次擾動(dòng)，提高了系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力； 3提高了系統(tǒng)的魯棒性； 4具有一定的自適應(yīng)能力。2.3主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器所起的作用是不同的。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，它的控制任務(wù)是使主參數(shù)等于給定值無余差 ，故一般宜采用 PI或 PID 調(diào)節(jié)器。由于副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，它的輸出要求能快速、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的變化規(guī)律，對(duì)副參數(shù)的動(dòng)態(tài)性能和余差無特殊的要求，因而副調(diào)節(jié)器可采用 P或 PI調(diào)節(jié)器。2.4主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇 正如單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所述，要使一個(gè)過程控制系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)必須采用負(fù)反響。對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)來說，

5、主、副調(diào)節(jié)器的正、反作用方式的選擇原那么是使整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反響系統(tǒng)，即其主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積必須為正值。各環(huán)節(jié)的放大系數(shù)極性是這樣規(guī)定的：當(dāng)測(cè)量值增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，那么調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) Kc 為負(fù)即正作用調(diào)節(jié)器 ，反之，Kc 為正即反作用調(diào)節(jié)器本裝置所用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù) Kv 恒為正；當(dāng)過程的輸入增大時(shí)，即調(diào)節(jié)器開大，其輸出也增大，那么過程的放大系數(shù) K0為正，反之K0為負(fù)。2.5串級(jí)控制系統(tǒng)的整定方法 在工程實(shí)踐中，串級(jí)控制系統(tǒng)常用的整定方法有以下三種： 1逐步逼近法 所謂逐步逼近法，就是在主回路斷開的情況下，按照單回路的整定方法求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)，然后將副調(diào)節(jié)器的參

6、數(shù)設(shè)置在所求的數(shù)值上，使主回路閉合，按單回路整定方法求取主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。而后，將主調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)在所求得的數(shù)值上，再進(jìn)展整定，求取第二次副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值，然后再整定主調(diào)節(jié)器。依此類推，逐步逼近，直至滿足質(zhì)量指標(biāo)要求為止。 2兩步整定法 兩步整定法就是第一步整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)， 第二步整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)。 整定的具為： 在工況穩(wěn)定，主回路閉合，主、副調(diào)節(jié)器都在純比例作用條件下，主調(diào)節(jié)器的置于100%，然后用單回路控制系統(tǒng)的衰減如 4:1曲線法來整定副回路。記下相例度2S和振蕩周期T2S。 將副調(diào)節(jié)器的比例度置于所求得的2S值上， 且把副回路作為主回路中的一個(gè)環(huán)同樣方法整定主回路，求取主回路的比

7、例度1S和振蕩周期T1S。 根據(jù)求取的1S、T1S和2S、T2S值，按單回路系統(tǒng)衰減曲線法整定公式計(jì)算主節(jié)器的比例度、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間 TD的數(shù)值。 按“先副后主，“先比例后積分最后微分的整定程序，設(shè)置主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)觀察過渡過程曲線，必要時(shí)進(jìn)展適當(dāng)調(diào)整，直到過程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)到達(dá)滿意為止。 3一步整定法 由于兩步整定法要尋求兩個(gè) 4:1 的衰減過程，這是一件很花時(shí)間的事。因而對(duì)兩步整定法做了簡化，提出了一步整定法。所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)歷先確定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，然后將副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路反響控制系統(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)。 具體的整定步驟為： 在工況穩(wěn)定，系統(tǒng)為純

8、比例作用的情況下，根據(jù) K02/20.5 這一關(guān)系式，通過副過程放大系數(shù) K02，求取副調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)2或按經(jīng)歷選取，并將其設(shè)置在副調(diào)節(jié)器上。 按照單回路控制系統(tǒng)的任一種參數(shù)整定方法來整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)。 改變給定值，觀察被控制量的響應(yīng)曲線。根據(jù)主調(diào)節(jié)器放大系數(shù) K1 和副調(diào)節(jié)器放大系數(shù)K2的匹配原理，適當(dāng)調(diào)整調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使主參數(shù)品質(zhì)指標(biāo)最正確。 如果出現(xiàn)較大的振蕩現(xiàn)象，只要加大主調(diào)節(jié)器的比例度或增大積分時(shí)間常數(shù) TI，即可得到改善。2.6組態(tài)軟件MCGS簡介MCGSMonitor and Control Generated System是一套基于 Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和

9、生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows95/98/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS5.1為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù) 理、報(bào)警和平安機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。3硬件組態(tài)說明3.1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集卡采用研華1711，將溫度傳感器TT1、TT2采集來的模擬信號(hào)進(jìn)展處理送入計(jì)算機(jī)使用，組態(tài)軟件具體實(shí)現(xiàn)操作為點(diǎn)擊“工作臺(tái)、“設(shè)備窗口、雙擊“設(shè)備窗口進(jìn)入設(shè)備組態(tài)窗口，點(diǎn)擊工具箱在“設(shè)備管理器中找到研華PCI1711，參加設(shè)備窗口中，并對(duì)其設(shè)置項(xiàng)中對(duì)其“根本屬性、“通道

10、連接與“數(shù)據(jù)處理進(jìn)展設(shè)置，具體設(shè)置如下列圖所示。圖4設(shè)備通道連接屬性設(shè)置3.2模擬數(shù)據(jù)設(shè)備的組態(tài)由于時(shí)間緊迫，實(shí)驗(yàn)條件有限，對(duì)TT1、TT2采集的數(shù)據(jù)使用軟件中的模擬正弦信號(hào)代替，同樣點(diǎn)開設(shè)備管理器，在“通用設(shè)備子菜單下“模擬數(shù)據(jù)設(shè)備中找到“模擬設(shè)備，選中此卡，并參加設(shè)備窗口，對(duì)其“通道鏈接進(jìn)展設(shè)置，以便提供所需的模擬數(shù)據(jù)。3.3變量定義及說明在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中對(duì)要使用的變量進(jìn)展定義，其中主要變量定義如表1所示：表1變量定義表夾套PV：夾套內(nèi)液體的溫度 內(nèi)膽PV：鍋爐內(nèi)膽液體溫度夾套SV：夾套內(nèi)液體溫度設(shè)定值即給定值 內(nèi)膽SV：鍋爐內(nèi)膽液體設(shè)定值k：主調(diào)節(jié)器的比例增益 ti：主調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)

11、td：主調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間常數(shù) k1：副調(diào)節(jié)器的比例增益ei：主調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào) q0:比例調(diào)節(jié)輸出值q1:積分調(diào)節(jié)器輸出值 q2：微分調(diào)節(jié)器輸出值set：實(shí)驗(yàn)開場(chǎng)/停頓標(biāo)志位 op11、op0：為系統(tǒng)輸出值e1、e2、ei：為偏差中間變量 ma1：手動(dòng)/自動(dòng)標(biāo)志位ma：手動(dòng)調(diào)節(jié)值opo：系統(tǒng)輸出初始值夾套sv：溫度設(shè)定初始值 op11：主調(diào)節(jié)器輸出值op21：副調(diào)節(jié)器輸出值 out1：手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)系統(tǒng)的輸出值4程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)連接4.1按鈕鏈接建立好上述變量后，接下來需完成與各硬件間的鏈接，對(duì)于按鈕鏈接，以“停頓按鈕的鏈接為例說明：雙擊“停頓按鈕，進(jìn)入按鈕屬性設(shè)置窗口，如下列圖所示；圖5按鈕構(gòu)件屬

12、性設(shè)置對(duì)“按鈕標(biāo)題設(shè)置即為按鈕名稱：停頓，根本屬性中其他屬性依需要而定； 2點(diǎn)擊“操作屬性，對(duì)該按鈕所要完成的操作進(jìn)展設(shè)置；在此設(shè)置如下列圖所示；圖6按鈕操作屬性設(shè)置窗3點(diǎn)擊“可見度屬性，對(duì)按鈕進(jìn)展隱藏或顯示條件的設(shè)置，在此設(shè)置如圖7所示；圖7按鈕可見度屬性設(shè)置窗結(jié)合圖6、圖7可以看出點(diǎn)擊“停頓按鈕后，系統(tǒng)中變量set值清零，且當(dāng)set不為零時(shí)該按鈕不可見；4由于按鈕在此不需要完成復(fù)雜操作，無需編寫腳本程序，根據(jù)實(shí)際情況，假設(shè)有需要可點(diǎn)擊“腳本程序項(xiàng)，進(jìn)入腳本程序編寫窗口，完成相應(yīng)程序的編寫；4.2數(shù)據(jù)輸入、輸出的制作與連接1點(diǎn)擊工具箱標(biāo)簽，拖拽適當(dāng)大小，雙擊所畫圖形，出現(xiàn)如圖8所示窗口， 圖

13、8動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置窗12在“輸入輸出連接一欄內(nèi)打上相應(yīng)的對(duì)勾，在此以“顯示輸出為例，勾上之后出現(xiàn)如圖9所示對(duì)話框，可看出多出“顯示輸出設(shè)置項(xiàng)；圖9動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置窗23點(diǎn)擊“顯示輸出項(xiàng)，在此對(duì)其設(shè)置如圖10所示，點(diǎn)擊下列圖表達(dá)式項(xiàng)中問號(hào)，可在數(shù)據(jù)庫選擇需要顯示的變量；圖10 數(shù)據(jù)“顯示輸出設(shè)置4輸入按鈕連接與輸出類同，指示選擇按鈕輸入，并對(duì)其進(jìn)展相應(yīng)設(shè)置即可。4.3系統(tǒng)初始狀態(tài)初始化狀態(tài)默認(rèn)為停頓狀態(tài)，點(diǎn)擊“開場(chǎng)實(shí)驗(yàn)按鈕后，默認(rèn)為自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，各變量初始值如表2所示：表2變量初始狀態(tài)值set=0k=2ti=100td=0k1=4sv1=0ei=0e1=0e2=0ei1=0ma1=0ma=0op

14、o=0夾套sv=0op11=0op21=0out1=04.4循環(huán)程序編寫'''''''''''''''''界面數(shù)值顯示''''''''''''''''''''''''''夾套pv = TT2 內(nèi)膽pv = TT1''''&#

15、39;''''''''''''主調(diào)節(jié)器數(shù)值處理''''''''''''''''''''''sv1 = 夾套svei=sv1 - TT2 '主調(diào)節(jié)器偏差'''''''''''''''''

16、開場(chǎng)實(shí)驗(yàn)''''''''''''''''''''''''''if set=1 then '主調(diào)節(jié)器增量式PID控制 q0=k*(ei-e1) '比例項(xiàng) q1=0 '積分項(xiàng) if ti<>0 then q1=k*0.3*ei/ti endif q2=k*td*(ei-2*e1+e2)/0.3 '微分項(xiàng) e2=e1 e1=ei op11=opo+q0

17、+q1+q2'''''''''''''''''主調(diào)節(jié)器輸出限幅'''''''''''''''''''''''''' if op11>=100 then op11=100 endif if op11<=0 then op11=0 endif op

18、o=op11 '''''''''''''''''副調(diào)節(jié)器數(shù)值處理'''''''''''''''''''''''''' 內(nèi)膽sv=op11ei1=內(nèi)膽sv - 內(nèi)膽pv '副調(diào)節(jié)器偏差 op21=k1*ei1 '副調(diào)節(jié)器位置式PID控制(純P

19、控制)'''''''''''''''''副調(diào)節(jié)器輸出限幅'''''''''''''''''''''''''' if op21>=100 then op21=100 endif if op21<=0 then op21=0 endif'&

20、#39;'''''''''''''''手/自動(dòng)切換'''''''''''''''''''''''''''''' if ma1=0 then ma=op21 out1=op21*50 else opo=ma op11=ma op21=ma out1=ma*50 endif''''''''''&#