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1、-范文最新推荐-1 / 33MCGS 锅炉水温与循环水流量串级PID 控制系统仿真+答辩 PPT要：本设计是应用计算机仿真技术，组态软件模拟技术对锅炉温度在流量扰动下进行控制，主要采用串级回路。首先在实验基础上通过模型的组建得到扰动下系统回复曲线从而求出传递函数，然后对得到的理论模型进行仿真分析，从而得到最佳的特性曲线。其次在实际的工程操作中使用智能仪表作为控制器，设计并组建仪表过程控制系统，通过智能调节仪表实现对温度的串级 PID 控制。通过参数整定，得到较好现场控制效果。最后，完成控制系统实验和结果分析。关键词：PID 控制串级控制系统计算机仿真温度控制Based on the MCGS
2、of boiler water temperature and circulation water flow cascade control systemAbstract：This design is the application of computer simulation technology, configuration software simulation technology for the boiler temperature control under the flow disturbance, mainly adopts cascade circuits. First ba
3、sed on the experiment through the model the formation of the system response curve under disturbance was obtained to calculate the transfer function, and then to get the theoretical model of the simulation analysis, obtained the best characteristic curve. Second in the actual project operation as co
4、ntroller, intelligent instruments used in the design and forming process control system, through the intelligent monitoring instrument to realize cascade PID control of temperature. Through the parameter setting, to get better control effect on site. Finally, complete control system experiment and r
5、esult analysis.Key words: PID control, cascade control system, computer simulation, the temperature control目 录-范文最新推荐-3 / 331 概述 11.1 课题研究意义 11.2 过程控制 11.3 锅炉控温系统 22 控制方案及参数整定 3 随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越性主要在于：首先，通过对锅炉燃烧过
6、程进行有效控制，使燃烧在合理的空燃比条件下进行，可以提高燃烧效率。由于工业锅炉耗煤量大，燃烧热效率每提高 1都会产生巨大的经济效益。然而在锅炉控制系统中，被控过程的容量滞后较大，特别是一些被控量是温度等参数时，控制要求较高，如果采用单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求。利用串级控制系统存在二次回路而改善过程动态特性，提高系统工作频率，合理构造二次回路，减小容量滞后对过程的影响，加快响应速度。 锅炉还是一个复杂的控制对象。控制变量多，所以它所受到的干扰也大。所以采用串级控制系统对于回路内控制系统的动态特性。由于串级控制系统的副回路是随动控制系统，具有一定的自适应性，在一定程度上可以补偿非线性
7、对系统动态特性的影响。随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。据不完全统计我国共有各类锅炉 40 万台，每年的耗煤量 3 亿多吨，占我国原煤产量三分之一。目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，采用合适的过程控制方案是一件具有深远意义的工作。串级控制作为一种复杂的控制系统，在提高控制质量和实现一些特殊工艺要求等方面有着显著的效果，使复杂过程控制系统达到一个新水平，在过程控制中得到-范文最新推荐-5 / 33了广泛应用。 1.3 锅炉控温系统锅炉是我国石油、化工、发电等工业生产过程中必不可少的设备，其产物蒸汽不但可作为蒸馏、干燥、反应
8、、加热等过程的热源并可作为驱动设备的动力源。据不完全统计我国共有各类锅炉 40 万台，每年的耗煤量 3 亿多吨，占我国原煤产量三分之一。目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。目前，相当多的锅炉仍旧蔡永红传统方式控制，主要依靠操作员手工完成，这样就要求锅炉操作员时刻都要在现场监控锅炉运行情况，并且要对整个锅炉系统的运行过程以及过程中各个环节的相互影响都有相当深刻的了解，能够根据现场实际情况及时调整各个相关参数以达到工艺要求。其过程复杂，而且还凸显了许多弊端。操作容易导致安全事故，而且参数控制不够准确及时，而导致能源和资源的浪费严重，另外运行维护成本也很高，劳动效率差。随
9、着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越性主要在于：首先，通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在合理的空燃比条件下进行，可以提高燃烧效率。由于工业锅炉耗煤量大，燃烧热效率每提高 1都会产生巨大的经济效益。然而在锅炉控制系统中，被控过程的容量滞后较大，特别是一些被控量是温度等参数时，控制要求较高，如果采用单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求。利用串级控制系统存在二次回路而改善过程动态特性，提高系统工作频率，合理构造二次回路，
10、减小容量滞后对过程的影响，加快响应速度。 锅炉还是一个复杂的控制对象。控制变量多，所以它所受到的干扰也大。所以采用串级控制系统对于回路内控制系统的动态特性。由于串级控制系统的副回路是随动控制系统，具有一定的自适应性，在一定程度上可以补偿非线性对系统动态特性的影响。 -范文最新推荐-7 / 33图 2.1 串级控制系统框图 整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。根据扰动施加点的位置不同，分情况进行分析：1）扰动作用于副回路
11、 2）扰动作用于主过程 3）扰动同时作用于副回路和主过程。在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。分析可以看到，串级控制系统改善了过程的动态特性、提高了系统控制质量、能迅速克服进入副回路的二次扰动、提高了系统的工作频率、对负荷变化的适应性较强等。其主要工程应用场合有容量滞后较大的过程 、纯时延较大的过程 、扰动变化激烈而且幅度大的过程 、参数互相关联的过程 、非线性过程等。2.1.3 主、副调节器的控制规律
12、选择在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。主调节器起定值控制作用，它的控制任务是使主参数等于给定值（无余差） ，故一般宜采用 PI 或PID 调节器。由于副回路是一个随动系统，它的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用 P 或 PI 调节器。2.2 PID 控制器的参数整定2.2.1PID 控制器PID 控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值-范文最新推荐-9 / 33进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参
13、考值。和其他简单的控制运算不同，PID 控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。 控制器参数的整定方法很多，归纳起来可分为两大类，理论计算整定法与工程整定法。顾名思义，理论计算整定法是在已知过程的数学模型基础上，依据控制理论，通过理论计算来求取“最佳整定参数”；而工程整定法是根据工程经验，直接在过程控制系统中进行的控制器参数整定方法。由于无论是用解析法或实验法求取的过程数学模型都只能近似反映过程的动态特性，因而理论计算所得到的整定参数值可靠性不够高，在现场使用中还需进行反复调整。相反工程整定法虽未必得到“最佳整定参
14、数”，但由于其不需知道过程的完整数学模型，使用者不需要具备理论计算所必须的控制理论知识，因而简便、实用，易于被工程技术人员所接受并优先使用。下面将介绍本次设计中在现场调试调节器参数时所采用的一种整定方法，现场经验整定法。这种方法是人们在长期的工程实践中，从各种控制规律对系统控制质量的影响的定性分析中总结出来的一种行之有效，并且得到广泛运用的工程整定方法。（1）经验法若将控制系统液位、流量、温度和压力等参数来分类，则属于同一类别的系统，其对象往往比较接近，无论是控制器形式还是所整定的参数均可相互参考。下表为经验法整定参数的参考数据，在此基础上，对调节器的参数作进一步修正。若需加微分作用，微分时间常数按 TD=（1/3 1/4）TD 计算。表 2.1 经验法整定参数系统参数δ（%）T1(min)TD(min)-范文最新推荐-
