夹套与锅炉内胆水温串级控制说课材料

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1、1总体设计1.1.1 系统概述1.1.2 系统基本工作原理22系统分析.3.2.1 控制方案分析 3.2.2 串级控制系统的特点32.3 主、副调节器控制规律 32.4 主、副调节器正、反作用方式的选择 32.5 串级控制系统的整定方法42.6 组态软件MCGS简介 5.3硬件组态说明 6.3.1 数据采集6.3.2 模拟数据设备的组态63.3 变量定义及说明 6.4程序设计与数据连接7.4.1 按钮链接7.4.2 数据输入、输出的制作与连接 94.3 系统初始状态104.4 循环程序编写105系统运行126总结13参考文献14夹套与锅炉内胆水温串级控制1总体设计1.1系统概述本设计以锅炉作为

2、被控对象，夹套的水温为系统的被控制量。设计目的是使 锅炉夹套的水温稳定至给定量；使用 MCGS组态软件结合研华数据采集设备来 实现具体调节效果；系统整体硬件组态界面如图1所示，控制界面如图2所示。图1硬件组态界面图ion；护於H佝町; 为r时何mi：图2控制组态界面图1.2系统基本工作原理将温度传感器TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号形成副回路； 主回路以TT2检测到的被控量（即夹套水温）为反馈信号，与输入设定值相比 较送入主调节器，主调节器输出再与副回路反馈信号比较后， 经副调节器将控制 信号传给执行器，以达到控制锅炉内胆水温的目的。系统原理方框图如图3所示。图3系统原理方框图2系统

3、分析2.1控制方案分析系统的主控量为锅炉夹套的水温，副控量为锅炉内胆的水温，它是一个辅助 的控制量。系统由主、副两个回路所组成，主回路是一个定值控制系统，要求系 统的主控量等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制；副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律， 已达到对主控量的控制目的，因而副调节器可采用P控制，必要时引入适当的积 分环节。由于锅炉夹套的温度升降式通过锅炉内胆的热传导来实现的，显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路的调节作用可快速消除扰动的影响，故设计为串级控制 结构如上图

4、2所示。2.2串级控制系统的特点1）改善了过程的动态特性；（2）能及时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动能力；（3）提高了系统的鲁棒性；（4）具有一定的自适应能力。2.3主、副调节器控制规律在串级控制系统中，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。2.4主、副调节器正、反作用方式的选择正如单回路控制系统设计中所述，要使一个过程控制系

5、统能正常工作，系统 必须采用负反馈。对于串级控制系统来说，主、副调节器的正、反作用方式的选 择原则是使整个系统构成负反馈系统，即其主通道各环节放大系数极性乘积必须 为正值。各环节的放大系数极性是这样规定的： 当测量值增加，调节器的输出也增加，则调节器的放大系数 Kc为负（即正作用调节器），反之，Kc为正（即 反作用调节器）本装置所用电动调节阀的放大系数Kv恒为正；当过程的输入增大时，即调节器开大，其输出也增大，则过程的放大系数K0为正，反之K0为负。2.5串级控制系统的整定方法在工程实践中，串级控制系统常用的整定方法有以下三种：（1）逐步逼近法所谓逐步逼近法，就是在主回路断开的情况下，按照单回

6、路的整定方法求取 副调节器的整定参数，然后将副调节器的参数设置在所求的数值上， 使主回路闭 合，按单回路整定方法求取主调节器的整定参数。而后，将主调节器参数设在所 求得的数值上，再进行整定，求取第二次副调节器的整定参数值， 然后再整定主 调节器。依此类推，逐步逼近，直至满足质量指标要求为止。（2）两步整定法两步整定法就是第一步整定副调节器参数，第二步整定主调节器参数。整定的具为： 在工况稳定，主回路闭合，主、副调节器都在纯比例作用条件下，主调节 器的置于100%，然后用单回路控制系统的衰减（如 4:1）曲线法来整定副回路。 记下相例度S 2S和振荡周期T2S。 将副调节器的比例度置于所求得的S

7、 2S值上，且把副回路作为主回路中的一个环同样方法整定主回路，求取主回路的比例度S1S和振荡周期T1S。 根据求取的S 1S、T1S和S 2S、T2S值，按单回路系统衰减曲线法整定公 式计算主节器的比例度S、积分时间 TI和微分时间TD的数值。 按“先副后主”，“先比例后积分最后微分”的整定程序，设置主、副调节 器的参数观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到过程的动态品质达到满 意为止。（3）步整定法由于两步整定法要寻求两个 4:1的衰减过程，这是一件很花时间的事。因 而对两步整定法做了简化，提出了一步整定法。所谓一步整定法，就是根据经验 先确定副调节器的参数，然后将副回路作为主回路的一个

8、环节， 按单回路反馈控 制系统的整定方法整定主调节器的参数。具体的整定步骤为： 在工况稳定，系统为纯比例作用的情况下，根据K02/ S 2 = 0.5这一关系 式，通过副过程放大系数 K02,求取副调节器的比例放大系数S 2或按经验选取， 并将其设置在副调节器上。 按照单回路控制系统的任一种参数整定方法来整定主调节器的参数。 改变给定值，观察被控制量的响应曲线。根据主调节器放大系数K1和副调节器放大系数K2的匹配原理，适当调整调节器的参数，使主参数品质指标 最佳。 如果出现较大的振荡现象，只要加大主调节器的比例度S或增大积分时间 常数TI，即可得到改善。2.6组态软件MCGS简介MCGS (M

9、o nitor and Control Gen erated System)是一套基于 Win dows 平台 的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于MicrosoftWindows95/98/NT/2000等操作系统。MCGS5.1为用户提供了解决实际工程问题 的完整方案和开发平台，能够完成现数据采集、实时和历史数据理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。3硬件组态说明3.1数据采集数据采集卡采用研华1711，将温度传感器TT1、TT2采集来的模拟信号进 行处理送入计算机使用，组态软件具体实现操作为点击“工作台”、“设备窗口”

10、双击“设备窗口”进入设备组态窗口，点击工具箱在“设备管理器”中找到研华 PCI1711，加入设备窗口中，并对其设置项中对其“基本属性”、“通道连接”与 “数据处理”进行设置，具体设置如下图所示。图4 设备通道连接属性设置3.2模拟数据设备的组态由于时间紧迫，实验条件有限，对TT1、TT2采集的数据使用软件中的模拟 正弦信号代替，同样点开设备管理器，在“通用设备”子菜单下“模拟数据设备” 中找到“模拟设备”，选中此卡，并加入设备窗口，对其“通道链接”进行设置， 以便提供所需的模拟数据。3.3变量定义及说明在实时数据库中对要使用的变量进行定义，其中主要变量定义如表1所示:表1 变量定义表夹套PV

11、:夹套内液体的温度内胆PV :锅炉内胆液体温度夹套SV :夹套内液体温度设定值 （即给定值）内胆SV:锅炉内胆液体设定值k:主调节器的比例增益ti :主调节器的积分时间常数td :主调节器的微分时间常数k1:副调节器的比例增益ei：主调节器的偏差信号qO:比例调节输出值q1:积分调节器输出值q2:微分调节器输出值set：实验开始/停止标志位op11、opO：为系统输出值el、e2、ei：为偏差中间变量ma1 :手动/自动标志位ma：手动调节值opo：系统输出初始值夹套SV：温度设定初始值op11 :主调节器输出值op21 :副调节器输出值out1 :手动调节时系统的输出值4程序设计与数据连接4

12、.1按钮链接建立好上述变量后，接下来需完成与各硬件间的链接，对于按钮链接，以“停止”按钮的链接为例说明：双击“停止”按钮，进入按钮属性设置窗口，如下图所示；图5 按钮构件属性设置对“按钮标题”设置即为按钮名称：停止，基本属性中其他属性依需要而定;（2）点击“操作属性”，对该按钮所要完成的操作进行设置；在此设置快捷繼丙权限凶确认凶取消国帮助(HJ如下图所示;基本属性操作届性:脚本程序可更康属性按钮对应的功能图6 按钮操作属性设置窗(3) 点击“可见度属性”，对按钮进行隐藏或显示条件的设置，在此设置如 图7所示；图7按钮可见度属性设置窗结合图&图7可以看出点击“停止”按钮后，系统中变量set值清零

13、，且当set不为零时该按钮不可见；(4) 由于按钮在此不需要完成复杂操作，无需编写脚本程序，根据实际情 况，若有需要可点击“脚本程序”项，进入脚本程序编写窗口，完成相应程序的 编写；4.2数据输入、输出的制作与连接(1)点击工具箱标签，拖拽适当大小，双击所画图形，出现如图 8 所示窗口，图8动画组态属性设置窗1(2)在“输入输出连接”一栏内打上相应的对勾，在此以“显示输出”为例，勾上之后出现如图9所示对话框，可看出多出“显示输出”设置项;图9动画组态属性设置窗2(3)点击“显示输出”项，在此对其设置如图10所示，点击下图表达式项 中问号，可在数据库选择需要显示的变量；图10数据“显示输出”设置

14、(4)输入按钮连接与输出类同，指示选择按钮输入，并对其进行相应设置 即可。4.3系统初始状态初始化状态默认为停止状态，点击“开始实验”按钮后，默认为自动调节状态，各变量初始值如表2所示: 表2 变量初始状态值set=0k=2ti=100td=0k1=4sv仁0ei=0e1=0e2=0ei仁0ma1=0ma=0opo=0夹套sv=0op1 仁0op2 仁0out 仁04.4循环程序编写界面数值显示 夹套pv = TT2内胆pv = TT1主调节器数值处理sv1 = 夹套SV开女厶实if set=1 then主调节器增量式 PID控制qO=k*(ei-e1)比例项q1=0积分项if ti0 thenq仁 k*0.3*ei/tien difq2=k*td*(ei-2*e1+e2)/0.3微分项e2=e1e仁eiop11=opo+q0+q1+q2主调节器输出限幅if op11=100 thenop11=100en difif op11=0 thenop1 仁0en difopo=op11畐寸调节器数值处理内胆 sv=op11ei1=内胆sv -内胆pv副调节器偏差op2仁k1*ei1副调节器位置式