過程控制系統課程設計：鍋爐內膽動態水溫pid控制實驗-資料下載頁

【導讀】系統主要由一臺帶有WINCC組態軟件的上位機和應用于。型過程控制系統構成。及PID控制，分別對上位機以及下位機進行了詳細設計，并運用工程整定方法，曲線，實現了對鍋爐內膽水溫控制的目的，達到了設計要求。不同PID參數對系統的性能產生的影響。鍋爐內膽水為動態循環水，變頻器、磁力泵與鍋爐內膽組成循環水系統。障，設置的調節閥可在及其出現故障時，非自動的情況下，手動進行調節開度，到整個生產的能耗最低，效益最大化。水溫等于給定值。實驗前先通過變頻器、磁力泵支路給鍋爐內膽打滿水，然后關。待系統運行后，變頻器－磁力泵再以固定的小流量使。超調大，調節時間長。改變為循環水系統后，有利于熱交換，加快了散熱能力，因可控硅調壓模塊是通過輸入信號使電源電壓變化，實驗前，的簡稱，是HMI/SCADA軟件中的后起之秀。WinCC繼承了西門子公司。可視窗口和菜單選擇，使用方便靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進行組

　　

【正文】 中的一項或兩項，可以組成 P、 PI、或 PD 調節器。需要較好的動態品質和較高的穩態精度，可以選用 PI控制方式；控制對象的慣性滯后較大時，應選擇 PID 控制方式 [10]。 PID 控制規律及其對系統控制質量的影響已在有關課程中介紹，在此將有關結論再簡單歸納一下。 比例 (P)調節 24 純比例調節器是一種最簡單的調節器，它對控制作用和擾動作用的響應都很快。由于比例調節只有一個參數，所以整定很方便。這種調節器的主要缺點是系統有靜差存在。其傳遞函數為： 式中 KP 為比例系數， δ為比例帶。 比例積分 (PI)調節 PI 調節器就是利用 P 調節快速抵消干擾的影響，同時利用 I 調節消除殘差，但 I 調節會降低系統的穩定性，這種 調節器在過程控制中是應用最多的一種調節器。其傳遞函數為： GC(s)=KP(1+s1IT)＝ ?1 (1+s1IT) 式中 TI 為積分時間。 比例微分 (PD)調節 這種調節器由于有微分的超前作用，能增加系統的穩定度，加快系統的調節過程，減小動態誤差，但微分抗干擾能力較差，且微分過大，易導致調節閥動作向兩端飽和。因此一般不用于流量和液位控制系統。 PD 調節器的傳遞函數為 GC(s)=KP(1+TDs)＝ ?1 (1+TDs) 式中 TD 為微分時間。 比例積分微分 (PID)調節器 PID 是常規調節器中性能最好的一種調節器。由于它具有各類調節器的優點，因而使系統具有更高的控制質量。它的傳遞函數為 GC(s)=KP(1+s1IT+TDs)＝ ?1 (1+s1IT+TDs) 上式 表示了同一對象在相同階躍擾動下，采用不同控制規律時具有相同衰減率的響應過程。 )11()( )( 1 sTsTKsEV sMV Dp ???25 圖 各種控制規律對應的響應過程 圖 比例調節規律 圖 積分作用曲線 圖 積分作用曲線 26 P、 PI、 PID 控制方式的控制效果 (1) P 調節與分析 在監控畫面中，將控制器設為 ?自動 ?模式，且 ?比例作用開關 ?設置為 ?1?、 ?積分作用開關 ?設置為 ?0?、 ?微分作用開關 ?設置為 ?0?，此時就成了 P 調節器。 溫度初值為 ℃ ，設定值設為 60℃ 。所得曲線如圖 所示。其中曲線① 即為水溫測量值曲線 。曲線 ② 為給定值曲線 。曲線 ③ 為控制器的輸出值曲線。 圖 P 調節 分析 :KP=2 時，水溫上升速度慢，即控制系統的動作緩慢，且穩態誤差大，最小的穩態誤差也有 2℃ 。KP=20 時，可見穩態誤差明顯減小，此時的最大穩態誤差為 =℃ 。KP =200 時，系統動作靈敏，控制器輸出加大，此時的穩態誤差為 =℃ ，但是系統產生振蕩最大振幅為=℃ 。KP=500 時，控制器輸出再次加大，此時的穩態誤差僅為=℃ ，但再怎么加大，穩態誤差仍舊存在，不可能完全消除，且振幅已達到 =℃ 。所以 KP 不能太小，也不能太大。動態時 :若 KP27 偏大，則振蕩次數加多，調節時間加長。當 KP 太大時，系統會趨于不穩定。若KP 太小，又會使系統的動作緩慢。穩態時 :加大 KP，可以減小穩態誤差 ess，提高控制精度。但是加大 KP 只是減少 ess，卻不能完全消除穩態誤差。 (2) PI 調節與分析 在監控畫面中，將控制器設為 ?自動 ?模式，且 ?比例作用開關 ?設為 ?1?、 ?積分作用開關 ?設為 ?1?、 ?微分作用開關 ?設為 ?0?，此時就成了 PI 調節器。 溫度初值為 ℃ ，設定值設為 40℃ ， KP=， TI=20xx0ms。所得曲線如圖 所示。其中曲線 ① 即為水溫測量值曲線 。曲線 ② 為給定值曲線 。曲線 ③ 為控制器的輸出值曲線。 圖 PI 調節 (2) PD 調節與分析 28 圖 PD 調節 分析 :對于圖 ，此時超調量為 ，系統能慢慢趨于穩定，穩態誤差 ≤℃ 。調節時間稍微長了點，這是因為微分作用沒加，相當于 0，而微分太小會使超調量增加，調節時間也增長。對于圖 ，此時超調量為 ，比 TI=20xx0ms 時的超調大，系統不是很穩定，系統振蕩次數 多。因為從開環對象特性中看出，對象具有一定的積分特性，所以當使控制器的 TI=500000ms 時，反而使積分作用更強，因此出現了振蕩現象。 (3) PID 調節與分析 在監控畫面中，將控制器設為 ?自動 ?模式，且 ?比例作用開關 ?設置為 ?1?、 ?積分作用開關 ?設置為 ?1?、 ?微分作用開關 ?設置為 ?1?，此時就成了 PID 調節器。 溫度初值為 ℃ ，設定值設為 30℃ ， KP=， TI=20xx0ms， TD=10000ms。所得曲線如圖 所示。其中曲線 ① 即為水溫測量值曲線 。曲線 ② 為給定值曲線 。曲線 ③ 為控制器的輸出值曲線。 29 圖 PID 調節 (1) 圖 PID 調節 (2) 30 溫度初值為 ℃，設定值設為 60℃， KP=， TI=10000ms， TD=10000ms。所得曲線如圖 所示。其中曲線①即為水溫測量值曲線 。曲線②為給定值曲線 。曲線③為控制器的輸出值曲線。31 4結論 從以上實驗可得有水循環將提高系統的控制性能，升溫時可以保證系統在短時間內達到穩定，在降溫時雖然也要一定時間，但比起自然冷卻，其可以明顯得縮短降溫時間。所以在上 文 中的 “ 鍋爐內膽水溫 PID 控制和分析 ” 中所有實驗都已加入水循環。但是，若鍋爐的內膽水溫與水循環通路中的水溫溫差小的話，此時的降溫效果不明顯，跟自然冷卻差不多 。而當兩者溫差越大時，降溫速度越快，所以在內膽溫度需要加熱到 60℃ 以上時，最好關閉水循環通路，否則系統調節時間加長或達不到穩定的效果。鍋爐內膽水溫控制系統從實驗的效果看，已經達到了預期的目標和要求， 而且還有一定的改進。雖然對象特性具有一定的大慣性，但經過多次調試后，能確定合適的 PID 控制參數，且控制效果較好，系統的超調量能控制在 5%以內，使鍋爐的內膽溫度與給定值保持一致，實現了鍋爐內膽水溫的常規 PID 控制。在原有課題的基礎上，考慮了水循環通路，很好的解決了鍋爐內膽水溫控制系統的冷卻問題，使系統能夠可靠、穩定地運行。由于常規 PID 控制沒有自整定功能，故不具有自適應性，所以各參數的整定不是唯一的，隨著周邊環境的溫度變化等干擾因素，其參數會有一定的偏移。解決的辦法是可以采用基于神經網絡的模糊自適應 PID 控制 方法等改進后的 PID 控制算法來實現控制。雖然加了水循環，對系統的穩定起到了良好的作用，但當內膽溫度加熱到 60℃ 以上時，會使系統調節時間加長或達不到穩定，此時只能關閉水循環通路。 32 參考文獻 [1]劉福仁， 我國鍋爐現狀及存在的問題 [J]. 北京市計劃勞動管理干部學院學報， [2]潘勇等， PLC 的應用和發展 [J].計算機與數字工程， [3]謝柳紅，該如何振興國產 PLC[J].機電一體化， [4]李暉等， PLC 在石灰石礦山控制系統中的應用 [J].自動化與儀表， [5]劉運新，油輪輔鍋爐汽壓的 PID 控制 [J].青島遠洋船員學院學報， [6]安太興等，基于 PLC 的溫度控制系統 [J].數字技術與應用， [7]陳義鋒， PLC 的應用及控制系統設計 [J].湖南農機：學術版 ， [8]王軍等，基于 PLC 的雙容水箱實驗模型設計 [J].中國教育技術裝備 ， [9]張雙軒等，實用 精密一體化鉑電阻溫度變送器的研制 [J].西北輕工業學院學報 ， [10]任雯等，基于 MCGS 的工業過程控制系統的開發與應用 [J].自動化技術與應用， [11]李曉軍等，工業現場總線與智能化高低壓電器產品 [J].上海電器技術 ， [12]王天永等，淺談自動控制中的 PID [J].純堿工業 ， [13]高彬娜，數字 PID 控制在運動控制系統中的應用 [J].中國電子科學研究院學報， [14]李玉街，基于負荷預測的空調冷凍水流量動態控制技術 [J]. 智能建 筑與城市信 ， [15]李鐵術等，基于 PID 控制的模糊自適應動力定位技術 [J]. 彈箭與制導學報 ， [16]肖榮和 ， PID 控制在煙草行業中的應用 [J]. 海峽科學， [17]楊靖等，基于 PID 算法的 S7200 PLC 鍋爐水溫控制系統 [J].機床電器， 20xx .37(6) [18]馬明等 ，基于 PLC 的真空擠磚機進料濕度控制系統的設計 [J].機械設計與制造， 33 楊靖等 ， 基于 PID 算法的 S7200 PLC 鍋爐水溫控制系統 [J].機床電器 ， 20xx .37(6)