毕业设计（论文）串级控制与远程监控在温度中的应用.doc

串级控制与远程监控在温度中的应用浙江机电职业技术学院 魏彦虎摘要本文采用串级控制对锅炉温度进行控制，运用可编程控制器S7-300PLC进行编制控制程序，通过MCGS组态作为上位机进行远程监控通过调节PID的参数，对温度的精度进行调节，通过调试该设计的温度控制精度能保证在±1℃以内，而且可操作性得以提高，如设定值不适合锅炉的温度要求，则可随时修改，非常方便关键词：锅炉；水温；串级控制；PID;可编程控制器S7-300Cascade control and remote monitoring in temperature applications AbstractThis paper adopts cascade control for boiler temperature control, using the programmable controller compiled with S7 - mill control procedures, through the MCGS as PC for remote monitoring. By regulating the PID parameters, the accuracy of temperature adjustment, through the commissioning of the design temperature control precision can ensure ±1℃, and within the maneuverability can be improved, such as setting is not suitable for the boiler temperature requirements, can be modified at any time, very convenient.Keywords: boiler; Water temperature; Cascade control; PID; Programmable controller S7-300 目录摘要 1目录 2引言 3第一章 锅炉夹套和锅炉内胆串级控制系统设计 41.1串级控制系统硬件设计 41.1.1根据锅炉的工艺流程与控制要求： 41.1.2 温度串级控制系统主、副回路的设计 41.2 系统硬件组态及实现 51.2.1 PLC硬件组态 51.2.2 MCGS与PLC的连接 61.2.3 系统硬件的实现 6第二章 串级控制系统软件设计 92.1 组态软件设计 92.1.1 工程的框架 92.1.2 数据对象 92.1.3 图形制作， 92.1.4 曲线显示的设置 102.2 PLC中PID控制器的实现 112.2.1 PID控制器的组成原理 112.2.2 PID控制功能块的算法原理 112.2.3 PID控制功能块FB41及主要功能参数 112.3 输入输出变量的量程转换 132.4 控制算法的选择 14第三章 程序的编制 163.1 串级控制PID程序编写 163.1.1 上位机与300PLC数据转化 163.1.2 控制程序编写 18第四章 系统的调试及结论 25设计总结 27参考文献 28致    谢 29 引言随着科学技术的发展，锅炉的应用也越来越广泛，锅炉生产从它的雏型：蒸汽机到现在格式各样的锅炉，它的发展见证了工业的发展状况。

它包括锅和炉两大部分，锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产提供所需要的热能提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用锅炉承受高温、高压，其安全问题十分重要即使小型锅炉，一旦发生爆炸，后果也十分严重因此，对锅炉的材料选用、设计计算、制造和检验等都有制订有严格的法规而温度也是其中一个重要的影响因素，也是锅炉起到其作用的必要因素该设计的锅炉为热水锅炉，采用加热装置为三相电加热管，能源为电能实现温度控制的目的方式有很多种，以往我们常常采用单片机和传统的智能仪表搭建控制系统，所采用的控制方式虽然能够达到一定的控制要求，但其精度不高，不能满足精度要求高的场合，而我们采用单片机控制因其单片机自身的构造和抗干扰能力差等因素也有其自身致命的弱点：系统的稳定性不高，单片机系统在其运行中一旦出故障，对控制对象就失去了控制能力，如果长时间丢失对控制对象的控制很可能会出现严重的安全事故PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点因此在工业控制方面得到了广泛的应用自80年代后期PLC引入自动化行业中，由PLC组成的锅炉控制系统被许多锅炉制造厂普遍采用。

并形成了一系列的定型产品在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统采用其搭建的控制系统，其稳定性得到了大大的提高，解决了控制环境恶劣、控制精度高等问题所以该设计采用西门子300PLC搭建锅炉水温控制监控系统当今的自动控制技术都是基于反馈的概念反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便PID控制，实际中也有PI和PD控制PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的因此，针对锅炉的水温为非线性控制量，所以采用PID控制方法进行控制，从而达到我们的水温控制要求在采用PID控制方法进行对水温控制同时，我们通常采用的是单回路的PID控制方式，虽然解决了工艺生产过程自动化中大量的参数定值问题，但是，随着现代工业生产的迅速发展，工艺操作条件的要求更加严格，对安全运行和经济性及对控制质量的要求也更高。

单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求，在这样的情况下，采用串级控制系统是必要的本设计采用的是串级控制系统为的就是使我们的控制精度和控制品质得到提高，所以我们采用的控制方式锅炉的内胆水温和夹套水温组成的串级调节监控系统第一章 锅炉夹套和锅炉内胆串级控制系统设计1.1串级控制系统硬件设计1.1.1根据锅炉的工艺流程与控制要求：（1）可以对整个锅炉系统进行控制2）能够自动控制锅炉温度，并达到所需精度3）有很好的人机界面，能方便地修改参数根据要求做出串级控制系统，以西门子300PLC微型可编程控制器为核心设计的温度串级控制系统，其系统原理框图，如图1-1所示图1-1 串级控制系统原理图1.1.2 温度串级控制系统主、副回路的设计系统有2个调节器和2个闭合回路和2个执行对象，2个调节器分别设置在主、副回路中，设在主回路的调节器为主调节器，设在副回路的调节器称为副调节器两个调节器串联连接，主调节器的输出作为副回路的给定量，主、副调节器的输出分别去控制两个执行原件主对象的输出为系统的被控制量锅炉夹套温度，副对象的输出是一个辅助控制变量主调节器按主参数（夹套温度）的测量值与给定值的偏差进行工作的调节器，器输出作为副调节器的给定值。

选用PID或PI控制规律，由西门子PLC300可编程控制器实现副调节器按福参数（内胆温度）的测量值与主调节器输出的偏差进行工作的调节器，其输出直接控制执行机构副调节器选P控制规律，也有西门子PLC300可编程控制器实现串级控制系统主回路是一个定值控制系统对于主参数的选择和主回路的设计，基本上可以按照单回路系统的设计原则进行凡直接或间接与生产过程运行性能密切相关并可直接测量的工艺参数均可选择做主参数若条件许可，可以选用质量指标作为主参数，因为它最直接也最有效否则应选用一个与生产质量有单值函数关系的参数作为主参数另外，对于选用主参数必须具有足够的灵敏度，并符合工艺过程的合理性该系统中选择锅炉夹套温度为主参数副参数的选择应使副回路的时间常数小，控制通道短，这样可使等效过程的时间常数大大减小，从而加快需要的工作频率，提高响应速度，缩短过渡过程时间，改善系统的控制品质为了能够充分发挥副回路的超前、快速作用，在扰动影响主参数之前就加以克服，必须设法选择一个可测的、反映灵敏的参数作为副参数该串级控制系统用控制锅炉夹套的温度，仪锅炉内胆温度为副对象，锅炉内胆直接接触三相4.5KW电加热管，时间常数小，符合副回路选择超前、快速、反应灵敏等要求。

1.2 系统硬件组态及实现1.2.1 PLC硬件组态在使用300PLC时，必须要对所需要的模块进行硬件组态，由于在学校实验室中对300PLC的模块也就是常用模块，在做该设计时，按照现有模块进行组态在进行通讯时选用PG/PC接口为CP5611(MPI) 硬件组态CUP313C—2DP和CP343—1选型和IM153-1扩展机架模块和所在机架的模块AI模块SM331、AO模块SM332、DI/DO模块SM323的选型如下表1-1表1-1 硬件模块的选型插槽模块订货号I地址Q地址1CPU 313-2 DP(1)6ES1 313-6CE01-2AB0DP1023*DI16/DO16124.....125124.....125计数768......783768......7832CP 343-16GK7 343-1EX20-0XE0272.......287272.......287IM 153-11IM 153-16ES7 153-1AA03-0XB01021*2AI8x12Bit6ES7 331-7KF02-2AB0256.......2713AO4x12Bit6ES7 332-5HD01-2AB0256.......2634DI8/DO8xDC24V/0.5A6ES1 323-1BH01-2AA000由于是串级控制，要采集夹套跟内胆的温度，要从两个PT100输出测量温度，在送往CPU时要将两路的模拟量转换为数字量输入，AI模块SM331具有8个通道可以将模拟量转换为数字量送给CPU。

在本设计中选用了2-3、4-5通道作为模拟量输入，2-3通道作为夹套温度的输入通道，4-5通道作为内胆温度的输入，设置如图1-2所示将两路PT100信号采用电流变送器送给AI模块SM331的两个通道，其余通道取消激活SM331模拟量输入模块的输入信号类型用量程卡来设置量程卡安装在模拟量输入模块的侧面，每两个通道为一组，共用一个量程卡，量程卡插入模块后，如果量程卡上的标记与输入模块上的标记相对，则量程卡被设置在该位置模拟量输入模块6ES7 331-7KF02-0AB0，量程卡的B对应于电压输入；C位置对应于4线制变送器电流输入（4DMU）;D位置对应于2线制变送器电流输入（2DMU），测量范围只有4~20mA温度测量和电阻测量对应于A位置，由于本设计用了2线制变送器电流变送器，则2-3、4-5通道的量程卡要设置到D位置图1-2 SM331模块的设置要对锅炉内胆的温度进行控制，就是通过改变加热器两端的温度来进行控制内胆温度，三相电给加热器供电，那么通过改变三相电的相位来改变电压大小，从而改变加热丝的温度，改变内胆的。