过程控制系统课程设计：锅炉内胆动态水温pid控制实验(编辑修改稿)

过程控制系统课程设计：锅炉内胆动态水温pid控制实验(编辑修改稿)内容摘要：

动阀调节开度的文字特性 XXX . X％，右击鼠标选择动态特性。 设置文字特性：在 “文字 ”标签中选择 “有文字特性 ”，点名为 AO0，项名为 AV，域号为 0，其他选择默认。 3．设置增减交互特性 1）单击电动调节阀控制的增减值特性 “+”，右击鼠标选择交互特性，设置增减值特性：在 “增减值 ”标签中选择 “有增减值特性 ”，点名为 AO0，项名为 AV，域号为 0，增量为 ，其他默认选择。 2）单击电动调节阀控制的增减值特性 “ ”，右击鼠标选择交互特性，设置增减值特性：在 “增减值 ”标签中选择 “有增减值特性 ”，点名为 AO0，项名为 AV，14 域号为 0，增量为 ，其他默认选择。 4．设置推出窗口交互特性 单击锅炉内胆温度的文字特性 XXX . X℃ ，右击鼠标选择交互特性。 设置交互特性：在 “推出窗口 ”标签中选择 “有推出窗口特性 ”，窗口类型为 “PID 窗口 ”，PID 点名为 “PID04”，域号为 0，其他选择默认。 5．设置 Tip 显示交互特性 单击锅炉内胆温度的文字特性 XXX . X℃ ，右击鼠标选择交互特性。 设置交互特性：在 “Tip 显示 ”标签中选择 “有 Tip 显示特性 ”，选择 “显示固定字符串 ”，输入显示内容 “点击可修改参数。 ”其他选择默认。 6．设置在线修改交互特性 单击电动 阀调节开度的文字特性 XXX . X％，右击鼠标选择动态特性。 设置文字特性：在 “在线修改数据库点值 ”标签中选择 “有在线修改特性 ”，点名为 AO0，项名为 AV，域号为 0，其他选择默认。 7．保存文件 将刚才绘制的锅炉内胆水温定值控制系统流程图保存，图形文件名为 GLND，图形组态完毕。 三项电源输出端 U、 V、 W 对应连接到三相 SCR 移相调压装置的三相电源输入端 U、 V、 W 端；三相 SCR 移相调压装置的三相调压输出端 U0、 V0、 W0接至三相电加热管输入端 U0、 V0、 W0；三相电源输出端 U、 V、 W 对应连接三相 磁力泵（ ~380V）的输入端 U、 V、 W；电动调节阀 ~220V 输入端 L、 N 接至单相电源 III 的 3L、 3N 端。 将控制屏上的直流 24V 电源（ +、－）端对应接到FM 模块电源输入（ +、－）端。 1．按上述要求连接完实验系统，打开图 1 对象相应的水路（打开阀 F1 F1F1 F113，其余阀门关闭）； 2．用电缆线将对象和 DCS 控制台连接起来； 3．用电动阀支路给锅炉内胆和夹套均打满水，待实验投入运行之后，用电动阀支路以 固定的小流量给锅炉内胆打循环水冷却； 4．合上 DCS 控制屏电源，启动服务器和主控单元； 5．在工程师站的组态中选择该工程进行编译下装； 6．启动操作员站，选择运行界面中的实验； 7．启动对象总电源，并合上相关电源开关（三相电源、单相 III），开始实验（如果是控制柜，打开三相电源总开关、三相电源、单相开关，并同时打开三相调压模块和三相磁力泵电源开关、电动调节阀电源开关控制站电源开关）； 15 8．手动操作调节器的输出，并根据对象的阶跃响应曲线求得对象的 K、 T 和 τ值，确定 PI 调节器的参数 σ 和 TI，并整定之。 在流程图的温度测量值上点击左键，弹出 PID 窗口，进行相应参数的 设置； 由于热电偶温度升得快降得慢所以静态控制跟动态控制的效果是不一样的，动态控制比静态控制的升温过程稍慢，降温过程稍快。 无论操作者采用静态控制或者动态控制，本实验的上位监控界面操作都是一样的。 本系统主要涉及两路信号，一路是现场测量信号锅炉内胆温度，另外一路是控制移项调压模块输出的控制信号。 1）接通控制系统电源，打开用作上位监控的 PC 机，进入后的控制系统主界面。 2）在实验主界面中选择本实验项即 “锅炉内胆水温 PID 控制实验 ”，系统进入正常的测试状态，呈现的实验界面如图 所示。 图 控制系统界面 3）在上位机监控界面中点击 “手动 ”，并将输出值设置为一个合适的值，此操作既可拉动输出值旁边的滚动条，也可直接在输出值显示框中输入。 4）合上三相电源空气开关，三相电加热管通电加热，适当增加 /减少输出量，使锅炉内胆的水温稳定于设定值。 5）按本章第一节中的经验法或动态特性参数法整定调节器参数，选择 PID控制规律，并按整定后的 PID 参数进行调节器参数设置。 6）待锅炉内胆水温稳定于给定值时，将调节器切换到 “自动 ”状态，待水温稳定后，突增（或突减）设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化（即阶跃干扰， 此增量不宜过大，一般为设定值的 5％～ 15%为16 宜），锅炉内胆的水温便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水温稳定至新的设定值。 点击实验界面下边的切换按钮，观察实时曲线、历史曲线、数据报表所记录的设定值、输出值，内胆水温的响应过程曲线将如图 8 所示。 图 8 内胆水温的响应过程曲线 7）适量改变控制器的 PID 参数，重复步骤 6，观察计算机记录不同参数时系统的响应曲线。 8）开始往锅炉夹套打冷水，重复步骤 3～ 7，观察实验的过程曲线与前面不加冷水的过程有何不同。 9）采用 PI 控制规律，重复上述实验，观察在不同的 PID 参数值下，系统的阶跃响应曲线。 9．设置好温度的给定值，先把调节器的输出设为手动，通过三相移相调压模块给锅炉内胆加热，等锅炉水温趋于给定值且不变后，由手动切换为自动，使系统进入自动运行状态； 10．当系统稳定运行之后，突加阶跃扰动（将给定量增 /减 5%~15%），观察系统的输出响应曲线； 11．待系统进入稳态后，适量增大或减小电动阀的开度（加扰动），观察在阶跃扰动作用下锅炉内胆水温的响应过程； 12．通过反复多次调节 PI 的参数，使系统具有较满意的动态性能指示。 在实验中可点击窗口中的 “趋势 ”下拉菜单中 的 “综合趋势 ”，可查看相应的实验曲线。 本实验以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量。 本实验要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻 TT1 检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。 在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择 PD 或PID 控制。 17 3参数整定与系统分析 在本控制系统中， TT1(出口温度传感器 )将检测到的出口水温度信号转化为电流信号送入 EM235 模块的 A 路， TT2(炉膛温度传感器 )将检测到的出口水温度信号转化为电流信号送入 EM235 模块的 B 路。 两路模拟信号经过 EM235 转化为数字信号送入 PLC， PLC 再通过 PID 模块进行 PID 调节控制。 具体流程在第四章程序编写的时候具体论述。 由 PLC 的串级控制系统框图如图 31 串级控制系统框图 图 串级控制系统框图 PID 控制器的组成 PID 控制器由比例单元（ P）、积分单元（ I）和微分单元（ D）组成。 其数学表达式为： ]dtd e ( t )Tde ( t ) d tTi1K c [ e ( t )u ( t ) t0  （ 1）比例系数 KC 对系统性能的影响： 比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小。 Ｋ c 偏大，振荡次数加多，调节时间加长。 Ｋ c 太大时，系统会趋于不稳定。 Ｋ c太小，又会使系统的动作缓慢。 Ｋ c 可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以控制对象的特性决定的。 如果Ｋ c 的符号选择不当对象状态 (pv 值 )就会离控制目标的状态 (sv 值 )越来越远，如果出现这样的情况Ｋ c 的符号就一定要取反。 （ 2） 积分控制Ｔ i 对系统性能的影响： 积分作用使系统的稳定性下降，Ｔ i 小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。 （ 3） 微分控制Ｔ d 对系统性能的影响： 18 微分作用可以改善动态特性，Ｔ d偏大时，超调量较大，调节时间较短。 Ｔ d 偏小时，超调量也较大，调节时间也较长。 只有Ｔ d 合适，才能使超调量较小，减短调节时间 、副回路控制规律的选择 采用串级控制，所以有主副调节器之分。 主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择规律 的基本出发点。 主参数是工艺操作的重要指标，允许波动的范围较小，一般要求无余差，因此，主调节器一般选 PI或 PID 控制，副参数的设置是为了保证主参数的控制质量，可允许在一定范围内变化，允许有余差，因此副调节器只要选 P 控制规律就可以。 在本控制系统中，我们将锅炉出口水温度作为主参数，炉膛温度为副参数。 主控制采用 PI 控制，副控制器采用 P 控制。 主、副调节器正、反作用方式的确定 副调节器作用方式的确定： 首先确定调节阀，出于生产工艺安全考虑，可控硅输出电压应选用气开式，这样保证当系统出现故障使调节阀损坏而处于 全关状态，防止燃料进入加热炉，确保设备安全，调节阀的 Kv 0。 然后确定副被控过程的 K02，当调节阀开度增大，电压增大，炉膛水温度上升，所以 K02 0。 最后确定副调节器，为保证副回路是负反馈，各环节放大系数 (即增益 )乘积必须为负，所以副调节器 K 20 ，副调节器作用方式为反作用方式。 主调节器作用方式的确定： 炉膛水温度升高，出口水温度也。