锅炉夹套水温定值控制系统
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基于FB41与FB43的夹套锅炉温度控制系统设计_殷华文
计的控制软件模块
使用 起 来 也 很 灵 活。 它 的 比 例 运 算、 积分运算 （ INT） 和微商运算（ DIF） 是并行连接的， 可以单独激 PI、 PD 和 PID 控制 活或取消。 这就允许组态成 P、 保持， 这就方便实现抗 器。它的积分分量可以清零、 积分饱和或积分分离。 微分分量可以直接输出， 也 可以延 迟 衰 减 输 出。 FB41 输 出 的 是 模 拟 量 控 制 信号。 FB41． CYCLE 参数是 PID 控制的采样周期， 也 PID 算法 即 PID 的控制周期。 即每一个控制周期， 和设定值比较后， 进行 采样一次过程变量当前值， PID 运算， 输出控制值给执行器， 产生相应的动作， 完成一次控制过程。其算式
2
2． 1
控制算法
FB41 的算法 FB41“CONT_C ” 是采用位置式 PID 算法思想设
［2 － 3 ］
设置为 5000 ms /100 ms = 50 。 每个 OB35 周期调用 对 cnt1 减 一 计 数， 直 至 为 0， 本 一次 FB43 模 块， PER － TM = 5 s周期结束， 重装计数初值， 开始下一 个周期计数。所以 cnt1 是循环计数工作的。 FB43 模块内部应该 为了实现输出脉宽的控制， 输出脉 另外设置计数器 cnt2 。 例如当 INV = 30 时， 冲宽度 = （ 30 /100 ） * 5000 ms = 1500 ms，cnt2 的计 数初值设为 1500 ms /100 ms = 15 ， 每个 OB35 周期 对 cnt2 减一计数， 直至为 0 ， 即 调用一次 FB43 模块， 实现 QPOS 为 ON 的输出脉宽控制。 当 cnt2 计数值 QPOS 端由 ON 状态转为 OFF 状态， 减为 0 时， 直至 本 PER － TM 周期结束。下一 PER － TM 周期， 根据 新的 INV 值， 计算 cnt2 新的计数值， 开始下一周期 的控制。cnt2 也是循环计数的， 只是计数初值在每 个 FB43． PER － TM 周期是可变的。 （ 4 ） FB43． SYN _ ON： SYNCHRONIZATION ON （ 同步接通） 对于 FB43 模 块， 如 果 启 动 了 自 动 同 步， 则当 INV 发生了改变后， 为了尽快地反映这种变化， 将重 新启动一个新的 PER － TM 周期， 这时应当把实现 PER － TM 周期控制的计数器 cnt1 清零并重装计数 初值。而对于新的 INV 数值， 重新计算输出脉冲宽 度， 清零计数器 cnt2 ， 装上新的脉冲宽度计数值， 开 始新的脉宽调制周期。 如果 INV 变化了， 并且对 FB43 模块的调用不 在一个 PER － TM 周期的第 1 个或最后两个调用循 环中， 可以进行同步。 如果 INV 的改变恰好赶在 PER － TM 周期中第 一次或最后两次调用 FB43 模块时 （ 这可通过检测 cnt1 的当前计数值来判断 ） ， 则不必为了同步而重 新启动一个新的 PER － TM 周期， 因为这时的输出 脉宽就是按最新的 INV 值计算出来的。 （ 5） “P _ B _ TM ” ， MINIMUM PULSE / BREAK TIME （ 最小脉冲 / 间隔时间 ） 。 PWM 调节输出的执 行设备往往是继电器、 接触器、 电磁阀等。正确赋值 ， 最小脉冲或最小中断时间“P_B_TM ” 可以防止短 促的开断时间， 降低开关元件和执行机构的使用寿 “P_B_TM ” 命。图 2 是在 时间约束下的单极性 PWM 输入输出转换曲线。当 PWM 输出 ＜ P_B_TM， 直接 按 0 值输出， 亦即执行器不 动 作； 当 PWM 输 出 ＞ PER － TM － P_B_TM， 直接按 100% 输出， 亦即执行 器不断开。 。FB41 的算法设计很完善，
锅炉温度定值S7--300控制系统设计 - 副本
锅炉温度定值S7-300控制系统设计摘要：锅炉温度定值S7--300 控制系统采用PLC作为控制系统的核心，使用西门子公司的S7--300 系列PLC编程软件中的PID功能块来实现控制算法，通过和计算机的通信实现数据的自动处理和操作的远程控制。
监控画面采用西门子公司的Wincc组态软件来制作，从而实现对Kp、Ti、Td三个参数的在线修改，以及实时监视被控对象的运行状态。
关键词：PID 可编程控制器组态软件1 引言锅炉的水温控制在一些场合仍然采用传统的继电器、接触器控制方式，没有控制算法，自动化程度不高，运行稳定性较差，操作维护部方便。
针对这些问题，本文采用S7--300 PLC 作为主控制单元，配合外围检测电路、执行单元、人机界面等技术，引入PID算法控制程序，设计出一种新的锅炉定值水温控制系统，以获得良好的控制效果。
在工业控制领域，基于运行稳定性考虑，大多采用PLC控制器作为控制核心。
特别是对生产过程中的各种物理量的检测和控制，PID控制仍然占据着非常重要的地位，在冶金、机械、化工等行业中获得了广泛应用。
PID算法简单、实用，容易为现场工程技术人员所掌握，它不需要求出被控系统的数学模型，通过调节比列（P）、积分（I）、微分（D）三个参数的大小就可以获得较好的控制效果。
对于比较复杂的控制系统，例如具有大惯性、纯滞后系统，可以在传统PID调节器的基础上，融入相应的智能控制算法衍生出各种实用可行的改进PID算法，因此，它具有较强的灵活性和应用性。
西门子中可编程控制器自带有两路模拟量输入和一路模拟量输出，具有较好的数值运算能力和处理模拟信号量的功能，可以设计出各种PID调节器，运用于具有连续量控制的闭环系统；还可根据被控对象的具体特点和要求来调整必要的控制参数，利用组态软件Wincc还具有监控功能，并可以在运行中调整参数。
2 锅炉温度定值控制系统结构2.1 PLC控制柜的组成（1）电源部分（2）CPU模块西门子S7--300PLC，型号为CPU315--2 DP，它集成了MPI 接口，可以很方便的在PLC站点、操作站OS、编程器PG、操作员面板建立较小规模的通讯。
实验内容THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台
第一章实验装置说明第一节系统概述一、概述“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。
它是本企业根据工业自动化及其他相关专业的教学特点，并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。
本装置结合了当今工业现场过程控制的实际，是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。
该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。
本装置还可根据用户的需要设计构成AI智能仪表，DDC 远程数据采集，DCS分布式控制，PLC可编程控制，FCS现场总线控制等多种控制系统，它既可作为本科，专科，高职过程控制课程的实验装置，也可为教师、研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供一个物理模拟对象和实验平台。
学生通过本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容：1．传感器特性的认识和零点迁移；2．自动化仪表的初步使用；3．变频器的基本原理和初步使用；4．电动调节阀的调节特性和原理；5．测定被控对象特性的方法；6．单回路控制系统的参数整定；7．串级控制系统的参数整定；8．复杂控制回路系统的参数整定；9．控制参数对控制系统的品质指标的要求；10．控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养；11．各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法。
二、系统特点●真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。
●被控参数全面，涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数。
●具有广泛的扩展性和后续开发功能，所有I/O信号全部采用国际标准IEC信号。
●具有控制参数和控制方案的多样化。
通过不同被控参数、动力源、控制器、执行器及工艺管路的组合可构成几十种过程控制系统实验项目。
锅炉内胆静态水温定值控制
锅炉内胆静态水温定值控制系统一、实验目的1．了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。
2．研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。
3．了解PID参数自整定的方法及其参数整定在整个系统中的重要性。
二、实验设备THJ-2型高级过程控制系统实验装置、计算机一台、万用表一个、实验连接线若干。
三、实验原理本实验以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量。
本实验要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。
在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。
本实验系统结构图和方框图如图3-9所示。
图3-9 锅炉内胆温度特性测试系统(a)结构图(b)方框图四、实验内容与步骤本实验选择锅炉内胆水温作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-2、F1-12、F1-13全开，其余阀门关闭。
给锅炉内胆和夹套贮一定的水量（要求内胆至少高于液位指示玻璃管的红线位置，注意：内胆温度先加热到一定程度时，再加冷却水）。
然后关闭阀F1-12。
1．将SA-12挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入THJ-2型高级过程控制系统实验装置RS485通讯口上，将THJ-2型高级过程控制系统实验装置右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按照下面控制● 参考参数：P=40；I=60-70；D=4；Sn=21；CF=0；ADDR=1； SV=40 ；diH=100;dil=0;变频器频率：F=25Hz2．接通总电源空气开关和钥匙开关，按下启动按钮，合上单相Ⅰ空气开关，给智能仪表上电。
3．打开上位机MCGS 组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS 运行环境，在主菜单中点击“实验五、锅炉内胆水温定值控制”，进入实验五的监控界面。
仪表控制图例
图1.1 单回路控制系统方框图图1.2 双容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图图1.3 三容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图图1.4 锅炉夹套水温定值控制系统(a)结构图 (b)方框图图1.5 单闭环流量定值控制系统图1.6 锅炉内胆温度位式控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.1 串级控制系统方框图R-主参数的给定值； C1-被控的主参数； C2-副参数；f1(t)-作用在主对象上的扰动； f2(t)-作用在副对象上的扰动。
图2.2 水箱液位串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.3 三闭环液位控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.4 锅炉夹套与内胆温度串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.5 锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.6 盘管出口水温与锅炉内胆水温串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.7 盘管出口水温与热水流量串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.8 下水箱液位与进水流量串级控制系统(a)结构图 (b)方框图(a)(b)图3.1 （1）管式加热炉温度流量串级控制系统（燃油流量Q为副参数）(a)方框图 (b) 结构图D1:原料油流量,初始温度表，D2:燃油压力(流量)，D3:喷油蒸汽压力,配风,炉膛漏风,环境温度.燃油成分等（2）管式加热炉温度压力串级控制系统（燃料压力为副参数）（3）管式加热炉温度串级控制系统（炉膛温度T1为副参数）图3.2 加热炉三变量控制系统图3.3 脱硫加热器流量比值控制系统图3.4 换热器温度串级控制系统(a)出口温度-加热蒸汽流量串级控制(b) 出口温度-加热蒸汽压力串级控制图3.5 换热器温度前馈-比值控制系统图3.6 反应器温度串级控制系统。
锅炉内胆水温控制讲解
目录1 系统组成介绍 (1)1.1 被控对象 (1)1.2 检测仪表 (1)1.3 执行机构 (2)1.5 控制屏组件 (2)1.6 实验控制系统流程图 (3)1.7 控制原理框图 (4)2 上位机组态与程序设计 (6)2.1 组态软件介绍 (6)2.2 WinCC的发展及应用 (6)2.3 Wincc监控组态与程序设计 (7)2.4 WiNCC组态软件的通讯 (14)3 PLC300控制程序 (17)4 实验内容与步骤 (21)4.1 实验准备工作 (21)4.2 控制规律选择参数调节 (21)5 实验结果显示 (23)总结 (26)参考文献 (27)1 系统组成介绍本实验装置对象主要由锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统：一路由三相（380V 恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。
1.1 被控对象4.5KW三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)1．模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。
做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。
冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。
2．盘管：模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长37米（43圈），在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。
盘管的出水通过阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。
它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。
3．管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
锅炉内胆水温定值控制系统的设计
2．在数据库总控里编辑数据库时，必须把表3.2和表3.3和表3.4三个表所示的通道数据和定义添加到工程锅炉内胆水温定值控制中。
表3.2
记录序号
通道号
采样
周期
设备号
点说明
量程
下限
量程上限
输出格式
点名
信号范围
站号
1
1
1
3
锅炉内胆温度
0
100
XXXXXX
TT1
PT100_RTD
10
表3.3
记录
序号
当前值
通道号
7．保存文件
将刚才绘制的锅炉内胆水温定值控制系统流程图保存，图形文件名为GLND，图形组态完毕。
三、
（一）
三项电源输出端U、V、W对应连接到三相SCR移相调压装置的三相电源输入端U、V、W端；三相SCR移相调压装置的三相调压输出端U0、V0、W0接至三相电加热管输入端U0、V0、W0；三相电源输出端U、V、W对应连接三相磁力泵（~380V）的输入端U、V、W；电动调节阀~220V输入端L、N接至单相电源III的3L、3N端。将控制屏上的直流24V电源（+、－）端对应接到FM模块电源输入（+、－）端。
采样
周期
设备号
点说明
量程下限
量程上限
输出格式
点名
站号
1
0
1
1
4
电动调节阀输出
0
100
XXXXXX
AO0
10
2
0
3
1
4
调压模块输出
0
100
XXXXXX
AO2
10
3．另外，为了保证“服务器负荷率”计算方案页编译成功，还必须在数据库总控里编辑数据库时，在“AM”类型数据库里添加“FUHE00”中间量点，并且“FUHE00”点在数据库里站号为“0”。
表3.2
记录序号
通道号
采样
周期
设备号
点说明
量程
下限
量程上限
输出格式
点名
信号范围
站号
1
1
1
3
锅炉内胆温度
0
100
XXXXXX
TT1
PT100_RTD
10
表3.3
记录
序号
当前值
通道号
7．保存文件
将刚才绘制的锅炉内胆水温定值控制系统流程图保存，图形文件名为GLND，图形组态完毕。
三、
（一）
三项电源输出端U、V、W对应连接到三相SCR移相调压装置的三相电源输入端U、V、W端；三相SCR移相调压装置的三相调压输出端U0、V0、W0接至三相电加热管输入端U0、V0、W0；三相电源输出端U、V、W对应连接三相磁力泵（~380V）的输入端U、V、W；电动调节阀~220V输入端L、N接至单相电源III的3L、3N端。将控制屏上的直流24V电源（+、－）端对应接到FM模块电源输入（+、－）端。
采样
周期
设备号
点说明
量程下限
量程上限
输出格式
点名
站号
1
0
1
1
4
电动调节阀输出
0
100
XXXXXX
AO0
10
2
0
3
1
4
调压模块输出
0
100
XXXXXX
AO2
10
3．另外，为了保证“服务器负荷率”计算方案页编译成功，还必须在数据库总控里编辑数据库时，在“AM”类型数据库里添加“FUHE00”中间量点，并且“FUHE00”点在数据库里站号为“0”。
锅炉内胆水温定值控制系统的设计与实现
锅炉内胆水温定值控制系统的设计与实现学校代码学号题目学年论文指导教师评阅意见摘要本实验系统为对锅炉内胆水温的定值控制，利用THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台进行试验，在局域网中，通过上位机赋予下位机的权限，利用组态王软件对锅炉内胆水温进行设定，使用PID控制能在一定的精度内实现锅炉夹套对水锅炉内胆水温的自动调节，使之达到水温设定值，并保持稳定。
通过实验要求，我们采用主调节器为PID控制的系统，并使用MATLAB进行模型建立，使用试凑法得到PID参数。
因为用锅炉夹套内水的流动降低锅炉内胆的温度，所以锅炉水温具有非线性、时变性、大滞后和不对称性等特点,因此我们使用PID算法控制实现对锅炉内胆水温的快速精确控制，满足实验要求。
关键词：锅炉,水温，控制The boiler tank water temperature constant value control system design and implementationAbstractThis experiment system is a constant value control of the boiler tank water temperature, using THSA - 1 type control integrated automation control system experimental platform to test and in thelocal area network (LAN), given by the upper machine under a machine permissions, using kingview software to set the boiler tank water temperature, using PID control can realize the jacketed boiler within a certain precision of the boiler water tank water temperature automatic adjustment, the water temperature will be set value, and keep the stability. Requirements through the experiment, we use the primary controller for the PID control system, and use of MATLAB model is established in this paper, using the trial and error method of PID parameter. Because in jacketed boiler water flow to reduce the temperature of the boiler tank, so the boiler water temperature is nonlinear, time-varying, big lag and asymmetry and other characteristics, so we use PID algorithm control realize the rapid and accurate control of the boiler tank water temperature, satisfies the requirement of experiment.Key words : boiler，water temperature，control目录1.绪论............................................................. (1)1.1锅炉相关背景介绍............................................................. .. (1)1．2系统设计方案............................................................. .. (2)1.2.1设计目的............................................................. . (2)1.2.2设计要求............................................................. . (2)1.2.3设计思路............................................................. . (3)2.系统硬件组成及设计方案............................................................. (4)2.1智能仪表............................................................. (4)2.2控制器............................................................. . (4)2.3测量变送器............................................................. .. (5)2.4设计方案............................................................. (6)3系统仿真与分析............................................................. .. (7)3.1 matlab仿真结构图............................................................. (7)3.2系统的参数整定............................................................. (8)4系统的硬件调试及分析............................................................. .. (9)4.1组态王参数设定与工作过程分析............................................................. .. (9)4.2实验结果分析 ............................................................ (10)4.3试验中遇到的问题............................................................. (11)总结............................................................. ............................................................... .. 12致谢............................................................. .. (13)参考文献............................................................. (14)1.绪论1.1锅炉相关背景介绍锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。
锅炉液位定值控制系统
序号符号设定值作用sl014输入分度号1415vpid反作用方式pid为电压电流输出sv显示控制目标值10in2单路输入pid控制11pidlpid输出下限幅值12pidh100pid输出上限幅值13oul设定变送输出的下限量程14ouh400设定变送输出的上限量程15svl输入信号的测量下限量程16svh400输入信号的测量上限量程3控制目标值sv设定
定状态。每按 SET 键一次，就转入下一个被修改参数。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 符号 CLK AL1 AL2 AH1 AH2 P I D 设定值 132 0 400 2 2 40 20 0 作用 无禁锁，可修改一级参数 第一报警值 第二报警值 第一报警回差 第二报警回差 比例度 积分时间 微分时间
六、实验数据处理及所得到的结论
（2）二级参数设置：在仪表一级参数设定状态下，设定 CLK=132 后，在 PV 显示 CLK，SV 二级参数设置： 显示 132 的状态下，同时按下 SET 键和▲键 30 秒，仪表就进入二级参数设定。在二级参数设 定状态下，每按 SET 键一次，就变换一个被修改参数，利用▲或▼键改变参数值。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 符号 SL0 SL1 SL2 SL3 DE BT F1 F2 F3 IN2 PIDL PIDH OUL OUH SVL 设定值 14 0 1 2 1 5 1 1 0 0 0 100 0 400 0 作用 输入分度号，14=（1~5）V 显示无小数点 第一报警为下限报警 第二报警为上限报警 设备号（通讯用） 通讯波特率=9600 PID 反作用方式 PID 为电压、电流输出 SV 显示控制目标值 单路输入 PID 控制 PID 输出下限幅值（%） PID 输出上限幅值（%） 设定变送输出的下限量程 设定变送输出的上限量程 输入信号的测量下限量程
定状态。每按 SET 键一次，就转入下一个被修改参数。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 符号 CLK AL1 AL2 AH1 AH2 P I D 设定值 132 0 400 2 2 40 20 0 作用 无禁锁，可修改一级参数 第一报警值 第二报警值 第一报警回差 第二报警回差 比例度 积分时间 微分时间
六、实验数据处理及所得到的结论
（2）二级参数设置：在仪表一级参数设定状态下，设定 CLK=132 后，在 PV 显示 CLK，SV 二级参数设置： 显示 132 的状态下，同时按下 SET 键和▲键 30 秒，仪表就进入二级参数设定。在二级参数设 定状态下，每按 SET 键一次，就变换一个被修改参数，利用▲或▼键改变参数值。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 符号 SL0 SL1 SL2 SL3 DE BT F1 F2 F3 IN2 PIDL PIDH OUL OUH SVL 设定值 14 0 1 2 1 5 1 1 0 0 0 100 0 400 0 作用 输入分度号，14=（1~5）V 显示无小数点 第一报警为下限报警 第二报警为上限报警 设备号（通讯用） 通讯波特率=9600 PID 反作用方式 PID 为电压、电流输出 SV 显示控制目标值 单路输入 PID 控制 PID 输出下限幅值（%） PID 输出上限幅值（%） 设定变送输出的下限量程 设定变送输出的上限量程 输入信号的测量下限量程
锅炉夹套水温定值控制系统
锅炉夹套水温定值控制系统一、实验目的1．了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。
2．了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。
3．研究调节器相关参数的改变对温度控制系统动态性能的影响。
4．分析比较锅炉夹套水温控制与锅炉内胆动态水温控制的控制效果。
二、实验设备（同前）三、实验原理图21 锅炉夹套水温定值控制系统本实验系统结构图和方框图如图21所示。
本实验以锅炉夹套作为被控对象，夹套的水温为系统的被控制量。
本实验要求锅炉夹套的水温稳定至给定值，将铂电阻TT2检测到的锅炉夹套温度信号作为反馈信号，与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉夹套水温的目的。
在锅炉夹套水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于锅炉夹套的温度升降是通过锅炉内胆的热传导来实现的，所以夹套温度的加热过程容量时延非常大，其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。
实验中用变频器支路以固定的小流量给锅炉内胆供循环水，以加快冷却。
四、实验内容与步骤本实验选择锅炉夹套水温作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-12、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-12关闭，其余阀门都关闭。
将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水，然后关闭变频器、关闭阀F1-12，打开阀F1-13，为给锅炉内胆供冷水作好准备。
具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前一节锅炉内胆水温定值控制中相应方案进行，实验的接线可按照下面的接线图连接。
图22 仪表控制锅炉夹套水温定值控制实验接线图图23 远程数据采集控制锅炉夹套水温定值控制实验接线图图24 DCS控制锅炉夹套水温定值控制实验接线图图25 S7-200PLC控制锅炉夹套水温定值控制实验接线图图26 S7-300PLC控制锅炉夹套水温定值控制实验接线图五、实验报告要求1．画出锅炉夹套水温定值控制实验的结构框图。
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锅炉温度定值S7-300控制系统课程设计（论文）报告专业班级：10级自动化3班姓名：庞小双（080310170）宗利（080310191）阮涛（080310148）指导教师：世军设计时间: 2013.6.15物理与电气工程学院2013年6月15日温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。
在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。
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。
可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。
它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。
关键字：温度控制PLC 组态1. 绪论 (1)2. 检测仪表及控制原理框图 (1)2.1 被控对象 (1)2.2 检测仪表 (1)2.3 执行机构 (1)2.4 控制屏组件 (2)2.4.1 西门子S7-300系列PLC简介 (2)2.4.2 三菱D700变频器简介 (2)2.4.3 磁力驱动泵CQ型 (3)2.4.4 数据采集模块 (3)2.4.5 智能调节阀 (3)2.5 控制原理框图 (4)2.6 实验容与步骤 (4)3.组态软件界面、逻辑、代码 (4)3.1 MCGS组态软件 (5)3.2 组态软件设计 (6)3.3 代码 (7)4.数据采集硬件系统构件、连线 (8)4.1 数据采集硬件系统构件 (8)4.2 硬件系统连线 (9)5.控制算法代码 (10)5.1 PID控制器简介 (11)5.2 PID控制系统 (12)5.3 PID控制参数的整定及方法 (12)5.3.1 PID控制参数的整定简介 (13)5.3.2 PID控制参数整定方法 (12)6.实验结果曲线及分析 (15)7. 心得体会 (15)8.参考文献 (17)1. 绪论在系统的学习了《自动控制原理》，《过程检测技术及仪表》，《控制仪表及装置》等课程后，为了更好的提高我们对所学知道的认识加深对理论知识的理解。
借助THJ-4工程实验平台，通过对下水箱前馈反馈控制系统的设计，调试完成系统设计的设计与开发提高学生工程意识和能力提高创新能力。
1．了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。
2．了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。
3．研究调节器相关参数的改变对温度控制系统动态性能的影响。
4．分析比较锅炉夹套水温控制与锅炉胆动态水温控制的控制效果。
2. 检测仪表及控制原理框图本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。
2.1 被控对象由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、4.5KW三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。
1．水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。
2．模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉胆）和冷却层（锅炉夹套）。
3．盘管4．管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀。
2.2 检测仪表1．压力传感器、变送器2．温度传感器：装置中采用了六个Pt100铂热电阻温度传感器。
3．流量传感器、变送器4．锅炉防干烧保护装置2.3 执行机构1．电动调节阀：采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。
2．水泵：本装置采用磁力驱动泵3．电磁阀：本套装置共有17支优质电磁阀配合控制器完成所有实验项目。
2.4 控制屏组件1．通讯线介绍“THJ-4型高级过程控制系统实验平台”可以挂智能仪表、远程数据采集和S7-200PLC挂件，并可控制对象系统完成相应的实验。
2．SA-11交流变频控制挂件采用日本三菱公司的FR-S520S-0.4K-CH（R）型变频器，控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC，交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。
变频器常用参数设置：P 30＝1；P 53＝1；P 62＝4；P 79＝0。
3．三相移相SCR调压装置采用三相可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA标准电流信号，其移相触发角与输入控制电流成正比。
输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现锅炉温度的连续控制。
2.4.1 西门子S7-300系列PLC简介图1. S7-300户外型模总体技术规图SIMATIC S7-300可编程序控制器是模块化结构设计。
各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。
包含中央处理单元；信号模块(SM)；通讯处理器(CP)；功能模块(FM)。
SIMATIC S7-300适用于通用领域：高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。
S7-300 有两种类型：2.4.2 三菱D700变频器简介型号：D700系列变频调速器紧凑型多功能变频器1.功率围：0.4~7.5KW；2.通用磁通矢量控制，1Hz时150%转矩输出；3.采用长寿命元器件；4.置Modbus-RTU协议；5.置制动晶体管；6.扩充PID，三角波功能；7.带安全停止功能。
三菱变频器FR-D700系列虽然是高可靠性产品，但周边电路的连接方法错误以及运行，使用方法不当也会导致产品寿命缩短或损坏，在产品运行前我们需要重新确认注意事项。
2.4.3 磁力驱动泵CQ型CQ型磁力驱动泵（简称磁力泵），CQG型耐高温磁力驱动泵（耐温≤250℃）（简称磁力泵）是将永磁联轴器的工作原理应用于离心泵的新产品。
它具有良好的抗腐蚀性能，并可以使被输送介质免受污染。
CQ型磁力驱动泵型号意义：CQ型磁力驱动泵安装尺寸：图2. CQ型磁力驱动泵安装尺寸图2.4.4 数据采集模块产品简介：集智达R-8000系列RemoDAQ-8024/R-8024+数据采集模块，4路模拟量输出模块。
2.4.5 智能调节阀QSVP系列智能电动单座调节阀是QS智能电动调节阀系列产品之一，它由PSL智能型电动执行器与优质的国产阀门相组合构成，是一种高性能的调节阀，可广泛应用于电力、冶金、石油、医药、锅炉、轻工等行业的自动控制系统中。
2.5 控制原理框图图4. 锅炉夹套水温定值控制系统(a)结构图(b)方框图本实验系统结构图和方框图如图4所示。
2.6 实验容与步骤本实验选择锅炉夹套水温作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将F2-6，F2-9，F2-8打开。
将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉胆和夹套贮满水，然后关闭变频器、关闭F2-8，打开F2-9，为给锅炉胆供冷水作好准备。
1、比例调节器( P )控制（1）按图4（b）所示方框图的要求接成实验系统。
（2）打开储水箱到锅炉胆和锅炉夹套水路相关阀门，启动丹麦甭既变频器与齿轮泵两条动力支路，分别往锅炉胆和锅炉夹套进水，约进1-2分钟后，关闭两套动力系统。
（3）启动工艺流程并开启相关仪器和计算机，把智能调节器置于“手动”输出，把温度设定于某给定值（如：水温控制在40°C）并设置相关参数，使调节器工作在比例度（δ）调节器状态，此时系统处于开环状态。
（4）启动变频器，以15赫兹的频率启动循环水系统。
（5）运行MCGS组态软件，进入相应的试验，观察实时或历史曲线，待水温（由智能调节器的温度显示器指示）基本稳定于给定值后，将调节器“手动”切换至“自动”位置，使系统变为闭环控制运行。
待基本不再变化时，加入阶跃扰动。
通过改变智能调节器的设定值来实现，观察并记录在当前比例P余差和超调量.每当改变值δ后，,再加同样大小的阶跃信号，比较不同δ时的ess和σp。
图5. 锅炉夹套温度P控制不同P时的阶跃响应曲线表1 不同比例P时的余差和超调量（6）记录实验过程各项数据绘成过渡过程曲线。
（数据可在软件上获得）改变变频器的输出频率，观察并记录在当前比例度δ余差和超调量。
待系统稳定后，再改变输出频率，比较不同的输出频率时的ess和σp。
2、比例积分(PI)调节器控制（1）在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，加入积分(“I”)作用，观察被控制量能否回到原设定的位置，以验证系统在PI调节器控制下没有余差。
（2）固定比例度δ值（中等大小），然后改变积分时间常数Ti值，观察加入扰动后被调量的动态曲线，并记录下不同Ti值时的超调量σp。
图6. 锅炉夹套温度PI控制不同I时的阶跃响应曲线表2 不同Ti值时的超调量σp（3）固定Ti于某一中间值，然后改变比例度δ的大小，观察加扰动后被调量的动态曲线，并记下相应的超调量σp。
（4）选择合适的δ和Ti值，使系统瞬态响应曲线为一条令人满意的曲线。
3、比例微分调节器(PD) 控制（1）在比例调节器试验的基础上，待系统被调量平稳后，引入微分作用“D”。
固定比例度δ值(中间值)，改变微分时间常数D的大小，观察系统在阶跃输入作用下相应的动态响应曲线。
（2）选择合适的δ和Td值，使系统的瞬态响应为一条令人满意的动态曲线。
4、比例积分微分(PID)调节器控制（1）在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后,引入积分(“I”)作用，使被调量回复到原设定值。
减小δ，并同时增大Ti，观察加扰动信号后的被调量的动态曲线，验证在PI调节器作用下，系统的余差为零。
（2）在控制PI的基础上加上适量的微分“D”作用，然后再对系统加扰动(扰动幅值与前面的实验相同)，比较所得的动态曲线与用PI控制时的不同处。
（3）选择合适的δ、Ti和Td，以获得一条较满意的动态曲线。
5、PID参数自整定的连续温度控制当发现AI人工智能调节效果不佳时可启动自整定功能(具体操作参考人AI工智能工业调节器说明书)。
当自整定结束后，以前设定的参数会被整定出来的参数所替代，并自动将CTRL参数设为3，这样就无法再次从面板上启动自整定功能，可以避免人为的误操作再次启动自整定。
之后系统直接将整定出来的参数投入运行。
根据自整定得出来的参数去控制被控对象，若此效果不是很满意，可根据输出特性，在自整定参数的基础上适当修改一下参数，可达到满意效果。
一般通过自整定得出来的δ、Ti、Td参数，效果都比较好。