齐鲁理工学院课程设计说明书题 目 基于 PID 的锅炉温度控制系统的设计 课 程 名 称 过程控制系统与仪表 二 级 学 院 机电工程学院 专 业 自动化 班 级 2014 级自动化二班 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 设计起止时间： 2016 年 12 月 5 日至 2016 年 12 月 18 日 成绩目 录摘要 .11 绪论 .21.1 课程设计的背景： .21.2 课程设计的任务： .21.3 课程设计的基本要求： .22 PLC 和组态软件介绍 .32.1 可编程控制器 .32.1.1 可编程控制器的工作原理 .32.2 组态软件 .32.2.1 组态的定义 .32.2.2 组态王软件的特点 .32.2.3 组态王软件仿真的基本方法 .43 PID 控制及参数整定 .43.1.PID 控制器的组成 .43.2.采样周期的分析 .54 被控对象的建模 .65 PLC 控制系统的软件设计 .851.程序编写 .85.2 用指令向导编写 PID 控制程序 .116 组态的设计 .147 系统测试 .167.1 启动组态王 .167.2 实时曲线界面 .177.3 历史曲线界面 .178 结论 .18参考文献： .19致谢： .201基于 PID 的锅炉温度控制系统的设计摘要：从上世纪的80年代到90年代中期，PLC得到了飞速的发展，在这个时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了大幅度的提高，PLC逐渐的进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等优点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的未来，是无法取代的。本文介绍了以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度控制系统；采用PID 算法，运用PLC 梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。锅炉的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前锅炉的控制系统大都采用以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。本文分别就锅炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置、组态软件程序设计等几方面进行阐述。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。关键词： 电热锅炉的控制系统 温度控制 PLC PID 21 绪论1.1 课程设计的背景：根据国内实际情况和环保问题的考虑和要求，燃料锅炉由于污染并且效率不高，已经逐渐被淘汰；燃油和燃气锅炉也存在着燃料供应不方便和安全性等问题。因此在人口密集的居民区、旅馆、医院和学习，电加热锅炉完全替代燃煤、燃油、燃气锅炉。自 70 年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温度控制系统的发展迅速，并且在智能化、自适应、参数整定等方面，以日本、美国、德国、瑞典等国家技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪表，并在各行广泛应用。锅炉采用全新加热方式，它具有无污染、能量转化效率高、结构简单、安全性好、操作简单等优点，且可采用计算机监控，完全实现自动化。使其比其他形式的锅炉更具有吸引力。由于锅炉是一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的被控对象，很难用数学的方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到很好的控制效果。而这下符合 PID 控制使用的条件，因而 PID 控制被广泛地用于电热锅炉的控制中，用来代替传统的控制方法，并获得良好的控制效果。因此，锅炉温度控制系统一直是工业技术人员研究的重点及热点。1.2 课程设计的任务： 1、熟练掌握各种传感器的使用方法。2、熟练掌握锅炉的控制方法。3、编写 PLC 软件和组态软件完成锅炉的控制过程。4、通过上位机监控软件能够实时监控锅炉的温度，监控锅炉运行过程中的温度变化曲线和电炉丝加热时的电流曲线，找出控制温度的最佳控制方法和参数。1.3 课程设计的基本要求： 以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛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 梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。通过课程设计，学生能够掌握锅炉的控制原理，并且能够熟练掌握通过 PLC 和组态软3件控制锅炉的方法和过程。2 PLC 和组态软件介绍2.1 可编程控制器可编程控制器是是一种工业控制计算机，简称 PLC（Programmable logic Controller),它使用可编程序的记忆以存储指令，用来执行逻辑、顺序、计时、计数、和演算等功能，并通过数字或模拟的输入输出，以控制各种机械或生产过程。2.1.1 可编程控制器的工作原理PLC 的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 CPU 从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。 PLC 就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。2.2 组态软件2.2.1 组态的定义组 态 就 是 用 应 用 软 件 中 提 供 的 工 具 、 方 法 ， 完 成 工 程 中 某 一 具 体 任 务 的 过 程 。组 态 软 件 是 有 专 业 性 的 ， 一 种 组 态 软 件 只 能 适 合 在 某 种 领 域 的 应 用 。 组 态 的 概 念最 早 出 现 在 工 业 计 算 机 控 制 中 ， 如 DCS(集 散 控 制 系 统 )组 态 ， PLC 梯 形 图 组 态 。人 机 界 面 生 成 软 件 就 叫 工 控 组 态 软 件 。 工 业 控 制 中 形 成 的 组 态 结 果 是 用 在 实 时 监 控的 。 从 表 面 上 看 ， 组 态 工 具 的 运 行 程 序 就 是 执 行 自 己 特 定 的 任 务 。 工 控 组 态 软件 也 提 供 了 编 程 手 段 ， 一 般 都 是 内 置 编 译 系 统 ， 提 供 类 BASIC 语 言 ， 有 的 支 持VB， 现 在 有 的 组 态 软 件 甚 至 支 持 高 级 语 言 。在 当 今 工 控 领 域 ， 一 些 常 用 的 大 型 组 态 软 件 主 要 有 ： ABB-OptiMax， WinCC， iFix， Intouch， 组 态 王 ， 力 控 ， 易 控 ， MCGS 等 。 本 设 计 采用 亚 控 的 组 态 王 软 件 进 行 组 态 的 设 计 。2.2.2 组态王软件的特点 组 态 王 软 件 具 有 适 应 性 强 、 开 放 性 好 、 易 于 扩 展 、 经 济 、 开 发 周 期 短 等 优 点 。通 常 可 以 把 这 样 的 系 统 划 分 为 控 制 层 、 监 控 层 、 管 理 层 三 个 层 次 结 构 。 其 中 监 控 层对 下 连 接 控 制 层 ， 对 上 连 接 管 理 层 ， 它 不 但 实 现 对 现 场 的 实 时 监 测 与 控 制 ， 且 在 自动 控 制 系 统 中 完 成 上 传 下 达 、 组 态 开 发 的 重 要 作 用 。 尤 其 考 虑 三 方 面 问 题 ： 画 面 、数 据 、 动 画 。 通 过 对 监 控 系 统 要 求 及 实 现 功 能 的 分 析 ， 采 用 组 态 王 对 监 控 系 统 进 行设 计 。 组 态 软 件 也 为 试 验 者 提 供 了 可 视 化 监 控 画 面 ， 有 利 于 试 验 者 实 时 现 场 监 控 。4而 且 ， 它 能 充 分 利 用 Windows 的 图 形 编 辑 功 能 ， 方 便 地 构 成 监 控 画 面 ， 并 以 动 画方 式 显 示 控 制 设 备 的 状 态 ， 具 有 报 警 窗 口 、 实 时 趋 势 曲 线 等 ， 可 便 利 的 生 成 各