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1、-物理与电气工程学院 过程控制系统课程设计题目：锅炉水温与流量串级S7200控制系统设计 *： 赵娟080310055 伍振080310010 *晓林080310033 班 级： 10自动化1班指导教师： 杨伟设计时间： 2012年6月16. z- 摘要本文介绍了以锅炉为被控对象，以锅炉出口温度为主被控参数，以炉内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进展编程，实现锅炉温度的自动控制。电热锅炉的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，电热锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前电热锅炉的控制系统大都采用以
2、微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。本文分别就电热锅炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置等几个方面阐述。通过改造电热锅炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高、控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。关键字：锅炉控制系统 温度控制 串级控制 PLC PID 目录 一、 引言.4二、 PLC相关步骤.41、PLC控制系统设计的一般步骤.4 2、PLC程序设计的一般步骤.5三、 PLC的选型和硬件配置.61、PLC型号的选择.62、S7-200 CPU的选择.63、EM235模拟量输入/输出模块.64、热电式传感器.65、可控硅加热装置简介.
3、7四、 系统整体设计方案和电气连接图.7五、 控制系统数学模型.8六、 PID控制及参数整定.91、PID控制器的组成.92、主、副回路控制规律的选择.103、主、副调节器正、反作用方式确实定.104、采样周期的分析.10七、 程序设计思路.11八、 控制系统的仿真.121、simulink 控制系统仿真.122、控制系统仿真响应曲线.12九、 结论.13十、参考文献.13一、引言 电热锅炉是机电一体化的产品，可将电能直接转化成热能，具有效率高，体积小，无污染，运行平安可靠，供热稳定，自动化程度高的优点，是理想的节能环保的供热设备。加上目前人们的环保意识的提高，电热锅炉越来越受人们的重视，在工
4、业生产和民用生活用水中应用越来越普及。电热锅炉目前主要用于供暖和提供生活用水。主要是控制水的温度，保证恒温供水。PID控制是迄今为止最通用的控制方法之一。因为其可靠性高、算法简单，所以被广泛应用于过程控制中，尤其适用于可建立准确数学模型确实定性关系。PID控制的效果完全取决于其四个参数，即采样周期、比例系数、积分系数、微分系数。因而，PID参数的整定与优化一直是自动控制领域研究的重要课题。PID在工业过程控制中的应用已有近百年的历史，在此期间虽然有许多控制算法问世，但由于PID算法以它自身的特点，再加上人们在长期使用中积累了丰富的经历，使之在工业控制中得到广泛应用。在PID算法中，针对P、I、
5、D三个参数的整定和优化的问题成为关键问题。串级系统是调节器串联起来工作的，其中一个调节器的输出作为另外一个调节器的给定值的系统。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。一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路*围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路*围内的扰动。在串级控制系统中，由于引入一个副回路，不仅能及早抑制进入副回路的扰动，而且又能过程特性。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。 二、
6、PLC相关步骤1、 PLC控制系统设计的一般步骤设计PLC应用系统时，首先是进展PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进展PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的构造形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体确实定PLC的机型和系统的具体配置。PLC控制系统设计可以按以下步骤进展：1.熟悉被控对象，制定控制方案 分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对 PLC控制系统的控制要求。2确定IO设备 根据系统的控制要求，确定用户所需的输
7、入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)由此确定PLC的IO点数。3选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、IO模块、电源的选择。4分配PLC的IO地址 根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部IO接线图和编制程序。5设计软件及硬件进展PLC程序设计，进展控制柜台等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进展，因此，PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制
8、线路后才能进展施工设计。6联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进展在线统调。2、PLC程序设计的一般步骤1绘制系统的功能图。2设计梯形图程序。3根据梯形图编写指令表程序。4对程序进展模拟调试及修改，直到满足控制要求为止。调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。PLC控制系统的设计步骤可参考图 1：图 1： PLC控制系统的设计步骤 三、PLC的选型和硬件配置1、 PLC型号的选择本温度控制系统采用德国西门子S7-200 PLC。S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。2、 S7-200 CPU的选择S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。此系统选用的S7-200 CPU226,CPU 226集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS
