高速接縫式自動包裝機的設計和開發(fā) 畢業(yè)論文

鍋爐內(nèi)膽水溫PID控制系統(tǒng)設計與監(jiān)控院、部電氣與信息工程學院班級自本0903班完成時間2013/5/30摘要在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，經(jīng)常存在一些如溫度，液位，流量和速度等連續(xù)變化的量。對這些變量的控制已成為當今自動化技術發(fā)展的熱點。作為控制系統(tǒng)中的一種，水溫控制系統(tǒng)在自動化領域有著廣泛的應用?；诳删幊炭刂破鳎≒LC）的水溫控制大多是采用PID控制，PID控制由于結構簡單，穩(wěn)定性好，可靠性高，在工業(yè)控制中得到了廣泛的應用。本文的水溫控制采用過程現(xiàn)場總線系統(tǒng)，過程現(xiàn)場總線（PROFIBUS）以其國際化，開放式，高可靠性，高靈活性等優(yōu)勢，在過程自動化，制造自動化，樓宇自動化等領域內(nèi)得到了廣泛的應用。論文首先簡單做了一些背景資料的介紹，然后重點闡述了PLC水溫定值控制系統(tǒng)的設計，包括硬件設計，硬件配置，下位機西門子PLCS7300的主要功能模塊的介紹和程序的設計，上位機的監(jiān)控組態(tài)畫面的設計，以及系統(tǒng)的調(diào)試和參數(shù)的整定。系統(tǒng)中應用到了WINCC和STEP7兩種軟件，WINCC軟件主要是做監(jiān)控畫面，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行監(jiān)控；STEP7軟件設計程序，完成對水溫定值控制系統(tǒng)的設計。關鍵詞現(xiàn)場總線；WINCC；可編程控制器；水溫控制ABSTRACTINTHEPROCESSOFINDUSTRIALPRODUCTION,OFTENTHEREAREAFEWSUCHASTEMPERATURE,LIQUIDLEVEL,FLOWANDSPEEDOFTHEAMOUNTOFCONTINUOUSCHANGEFORCONTROLOFTHESEVARIABLESHASBECOMEAHOTFIELDINTODAYSAUTOMATIONTECHNOLOGYDEVELOPMENTASONEOFTHECONTROLSYSTEM,WATERTEMPERATURECONTROLSYSTEMHASBEENWIDELYUSEDINTHEFIELDOFAUTOMATIONBASEDONPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERTEMPERATURECONTROLWITHPIDCONTROL,PIDCONTROLBECAUSEOFITSSIMPLESTRUCTURE,GOODSTABILITY,HIGHRELIABILITY,WIDELYUSEDININDUSTRIALCONTROLINTHISPAPER,PROCESSOFWATERTEMPERATURECONTROLADOPTSFIELDBUSSYSTEMS,PROCESSFIELDBUSPROFIBUSINITSINTERNATIONALIZATION,OPEN,HIGHFLEXIBILITY,HIGHRELIABILITYADVANTAGES,INPROCESSAUTOMATION,MANUFACTURINGAUTOMATION,BUILDINGAUTOMATIONANDOTHERFIELDSHASBEENWIDELYUSEDFIRST,THESISINTRODUCESIMPLEDIDSOMEBACKGROUNDINFORMATION,ANDTHENEXPOUNDSTHEDESIGNOFTHECONTROLSYSTEMOFPLCTEMPERATURESETTINGVALUE,INCLUDINGHARDWAREDESIGN,HARDWARECONFIGURATION,THEMACHINEOFMAINFUNCTIONMODULEOFSIEMENSPLCS7300ISINTRODUCEDANDPROGRAMDESIGN,PCMONITORCONFIGURATIONSCREENDESIGN,ASWELLASTHESYSTEMDEBUGGINGANDPARAMETERSETTINGTHESEARETWOSOFTWAREAREUSEDINTHESYSTEM,SUCHASTHEWINCCANDSTEP7WINCCSOFTWAREMAINLYDOMONITORING,TOMONITORFIELDDATATHESTEP7SOFTWAREDESIGNPROGRAM,COMPLETETHEDESIGNOFTHECONTROLSYSTEMOFWATERTEMPERATURESETTINGVALUEKEYWORDSFIELDBUSWINCCPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERWATERTEMPERATURECONTROL目錄1緒論111鍋爐112現(xiàn)場總線12鍋爐內(nèi)膽水溫控制系統(tǒng)的設計321控制系統(tǒng)介紹3211控制系統(tǒng)結構3212硬件設計422硬件配置4221生成新項目4222硬件配置523程序設計6231FB41簡介6232FC105簡介9233FC10610234控制程序11235程序與組態(tài)的連接12236建站1324組態(tài)步驟143系統(tǒng)的整定及調(diào)試2431PID調(diào)節(jié)器24311PID的傳遞函數(shù)24312控制規(guī)律的選擇24313PID控制器參數(shù)整定的方法2532調(diào)試步驟及結果27結束語31參考文獻32致謝3301緒論11鍋爐鍋爐是化工、供熱供暖、煉油、發(fā)電等生產(chǎn)中不可或缺的設備。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽，既可以作為風機、壓縮機、大型泵類的驅動動力源，又可以作為蒸餾、化學反應、干燥等過程的熱源。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，生產(chǎn)設備的革新，作為動力設備和供熱設備的鍋爐，正在向著更大的容量、更高的系統(tǒng)參數(shù)、更高的效率等方面去發(fā)展。因此為了確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐的控制系統(tǒng)就顯得越發(fā)的重要。電鍋爐也稱電加熱鍋爐、電熱鍋爐，顧名思義，它是以電力為能源并將其轉化成為熱能，然后經(jīng)過鍋爐的轉換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體的設備。電鍋爐主要由鋼制的殼體、電腦控制系統(tǒng)、低壓電氣系統(tǒng)、電加熱管、進出水管及檢測儀表等組成。電鍋爐的加熱方式有電磁感應加熱方式和電阻（電加熱管）加熱方式兩種。電阻加熱方式又分為不銹鋼加熱管和陶瓷加熱管，電阻加熱方式就是采用電阻式電熱元件進行加熱。電鍋爐的優(yōu)點就是在結構上易于疊加和組合，控制更加靈活，維修更換更方便。隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，自動化控制水平也越來越高，相對的，用戶對鍋爐控制系統(tǒng)工作的效率要求也就越來越高，為了有效的提高鍋爐的工作效率，減少對環(huán)境的污染，利用計算機技術與組態(tài)軟件技術對鍋爐的生產(chǎn)過程進行自動化的控制就有著非常重要的意義。目前，國內(nèi)的許多地方鍋爐的控制系統(tǒng)主要還是采用分布式控制系統(tǒng)DCSDISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM進行控制。因為鍋爐的整個系統(tǒng)的儀器儀表的信號比較多，采用DCS系統(tǒng)進行控制的性價比較好。但是隨著PLC控制技術的發(fā)展革新，PLC的功能已經(jīng)得到了很大的強化，在儀表的控制方面也有了較大的突破，用于回路調(diào)節(jié)和組態(tài)畫面的功能也在不斷的完善。并且PLC的抗干擾能力很強，對電源的質(zhì)量要求也比較低。12現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線控制技術是當今自動化控制領域技術發(fā)展的熱點之一，它被譽為是自動化領域的計算機局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)標志著自動化控制技術又一個新的時代的來臨?，F(xiàn)場總線是用于連接控制現(xiàn)場的儀器儀表和控制室內(nèi)的控制設備之間的數(shù)字化、串行、多站通信的網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線技術的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結構發(fā)生了革命性的變化，使自動控制系統(tǒng)朝著智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化、分散化的方向迅速的邁進，1形成新型的網(wǎng)絡集成式全分布式控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（FIELDBUSCONTROLSYSTEM）?，F(xiàn)場總線實現(xiàn)了微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信，因為其開放式、數(shù)字化、多站點通信、低帶寬的特性。所以可以很方便地與因特網(wǎng)（INTERNET）、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（INTERANET）相連。22鍋爐內(nèi)膽水溫控制系統(tǒng)的設計21控制系統(tǒng)介紹211控制系統(tǒng)結構本系統(tǒng)是以鍋爐的內(nèi)膽作為被控對象，內(nèi)膽水溫作為控制系統(tǒng)的被控量。要求當水溫穩(wěn)定至預設好的給定量時，將鉑電阻TT1測到的鍋爐內(nèi)膽水溫溫度作為反饋的信號，在與預設好的給定量進行比較后，它們之間的差值就轉化成調(diào)節(jié)器控制的三相調(diào)壓模塊的輸出電壓（即三相電阻式電加熱管兩端的電壓），以達到控制鍋爐內(nèi)膽水溫的目的。在鍋爐內(nèi)膽的水溫定值控制系統(tǒng)中，其參數(shù)整定的方法和其它單回路控制系統(tǒng)是一樣的，但由于加熱過程容量時延較大，所以其控制過渡時間也較長，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器可選擇PI或PID控制。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)結構框圖A結構圖B方框圖因此，本系統(tǒng)可以采用兩種方案對鍋爐內(nèi)膽水溫來進行控制（1）鍋爐夾套不加冷卻水（靜態(tài)）（2）鍋爐夾套加冷卻水（動態(tài)）顯然，兩種方案的控制效果是不一樣的，后者比前者的升溫過程稍慢，降溫過程稍快。無論采用靜態(tài)方式進行控制還是采用動態(tài)方式進行控制，本系統(tǒng)的上位機監(jiān)控界面的操作都是一樣的。3本設計采取第1種方案鍋爐夾套不加冷卻水（靜態(tài)）。212硬件設計（1）模擬鍋爐此鍋爐采用不銹鋼制成，由加熱層（內(nèi)膽）和冷卻層（夾套）組成。做溫度實驗時，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測其溫度。由于本文采用鍋爐夾套不加冷卻水，所以動態(tài)回流過程可以省略，只是開始用氣動閥門調(diào)節(jié)向水箱內(nèi)注入一定量的冷卻水。（2）水泵本系統(tǒng)采用磁力驅動泵，型號為16CQ8P，流量為32升/分，揚程為8米，功率為180W。泵體全部采用不銹鋼材料，這樣既可以防止生銹，也能延長水泵使用的壽命。它是使用三相380V恒壓驅動的。（3）溫度傳感器本系統(tǒng)的溫度傳感器是采用PT100傳感器，它是帶PROFIBUSPA通訊協(xié)議的溫度變送器，可直接把溫度信號轉化成數(shù)字信號。PT100傳感器的測量精度高，熱補償性能好。（4）三相移相調(diào)壓裝置該裝置是用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入的控制信號為420MA標準的電流信號，輸出的電壓用來控制電阻加熱管進行加熱，從而達到控制鍋爐水溫的目的。（5）控制器控制器采用SIEMENS公司的S7300CPU，型號為314IFM，本CPU既具有能進行多點通訊功能的MPI接口，又具有PROFIBUSDP通訊功能的DP通訊接口。該CPU工作存儲器容量為24K字節(jié)，內(nèi)部集成RAM為40K字節(jié)，并自帶4位模擬量輸入，一位模擬量輸出。22硬件配置221生成新項目雙擊桌面上的“SIMATICMANAGER”圖標，則會啟動STEP7管理器及STEP7新項目創(chuàng)建向導如圖2所示。按照向導界面提示，點擊“NEXT”，選擇好CUP型號，本論文選擇的CPU型號為CPU314IFM，設置CPU的MPI地址為2，點擊“NEXT”，在出現(xiàn)的界面中選擇好你所熟悉的編程語言（本設計選用梯形圖LAD），點擊“FINISH”，項目生成完畢，啟動后STEP7管理器界面如圖3所示。4圖2新項目創(chuàng)建向導圖3管理器界面222硬件配置（1）選中STEP7管理器左邊窗口中的“SIMATIC300STATION”項，單擊鼠標的左鍵，則會在右邊窗口中出現(xiàn)“HARDWARE”和“CPU314IFM1”兩個項目，雙擊“HARDWARE”，打開硬件配置窗口如圖4所示。圖4硬件配置窗口（2）整個硬件配置窗口分為四個部分，左上方為模塊機架，左下方為機架上模塊的詳細內(nèi)容，右上方是硬件列表，右下方是硬件列表中具體某個模塊的功能說明和訂貨號。5（3）要配置一個新模塊，首先要確定模塊放置在機架上的什么位置，再在硬件列表中找到相對應的模塊，雙擊模塊或者按住鼠標左鍵拖動模塊到安放到選擇好的位置，放好后，會自動彈出模塊屬性對話框，只要設置好模塊的地址和其他參數(shù)即可。（4）按照上面的步驟，逐一按照實際硬件排放順序配置好所有的模塊，編譯通過后，保存所配置的硬件。配置好的硬件配置如圖5所示。圖5配置好的硬件配置23程序設計231FB41簡介FB41模塊被稱為連續(xù)控制的PID，用于控制連續(xù)變化的模擬量。它是S7300給用戶提供的標準的已經(jīng)編制好的程序的塊，用戶可以直接調(diào)用它們，以便高效地編制自己的程序，但是不能修改這些編制好的功能塊。系統(tǒng)功能塊有存儲功能，其變量保存在指定給它的背景數(shù)據(jù)塊中。FB41不僅實現(xiàn)了設定值和過程值分支的功能，還實現(xiàn)了一個完整的PID控制器。FB41“CONT_C”用于在SIMATICS7可編程控制器上，控制帶有連續(xù)輸入和輸出變量的工藝過程。在參數(shù)分配期間可以激活或取消激活PID控制器的子功能，以使控制器適合實際的工藝過程。其功能模塊引腳圖如圖6所示。參數(shù)表如表1所示。67圖6FB41功能模塊引腳圖表1FB41參數(shù)表8232FC105簡介FC105功能是通過獲取一個整型值IN，并將其轉換成以工程量單位表示的介于LO_LIM和HI_LIM之間的實型值。然后將轉化后的值送入OUT進行輸出。FC105功能可以使用以下等式。OUTFLOATINK1/K21HI_LIMO_LIMLO_LIM（1）如果輸入整型值大于設定上限值，輸出OUT將鉗位于HI_LIM，并返回一個錯誤。如果輸入整型值小于設定下限值，輸出將鉗位于LO_LIM，并返回一個錯誤。FC105的引腳圖如圖7所示。FC105的參數(shù)表如表2所示。圖7FC105表2FC105參數(shù)說明參數(shù)數(shù)據(jù)類型描述ENBOOL使能輸入端，狀態(tài)為1有效ININT輸入值HI_LIMREAL工程單位表示的上限值LO_LIMREAL工程單位表示的下限值輸入BIPOLARBOOL1為雙極性，0為單級性9233FC106FC106模塊功能為獲取一個以工程量單位表示、且標定于LO_LIM和HI_LIM之間的實型輸入值IN，然后通過模塊的內(nèi)部運算轉化為一個整型值，其結果通過OUT輸出。FC106功能使用以下等式OUTINO_LIM/HI_LIMO_LIMK21K1（2）如果輸入值超出LO_LIM和HI_LIM范圍，輸出OUT將鉗位于距其類型BIPOLAR或UNIPOLAR的指定范圍的下限或上限較近的一方，并返回一個錯誤。FC106的引腳圖如圖8所示。參數(shù)表如表3所示。輸出OUTREAL轉換的結果ENOBOOL使能輸出端，狀態(tài)為1有效RET_VALWORD狀態(tài)字10圖8FC106表3FC106參數(shù)234控制程序說明參數(shù)數(shù)據(jù)類型描述ENBOOL使能輸入端，狀態(tài)為1有效INREAL輸入值HI_LIMREAL工程單位表示的上限值LO_LIMREAL工程單位表示的下限值輸入BIPOLARBOOL1為雙極性，0為單級性輸出ENOBOOL使能輸出端，狀態(tài)為1有效OUTINT轉換的結果1112235程序與組態(tài)的連接點擊窗口工具欄上的電源控制開關，把CPU設置成STOP模式，返回硬件配置窗口，點擊編譯圖標，然后把CPU置于成RUN的狀態(tài)，如果SF燈不亮，且亮的只有綠燈，表明程序與組態(tài)可以連接。如果SF燈亮，則表明程序連接組態(tài)出錯，修改程序，直到成功。如圖9所示。圖9連接窗口236建站選中文件名“S7XX”，單擊鼠標的右鍵，選擇“INSERTNEWOBJECT”項，13“OS”項，就成功建立了一個新的站。如圖10、11所示。圖10建立新站圖11建立新站后的窗口24組態(tài)步驟（1）新建工程14點擊菜單“文件”“新建”，打開如圖12所示的窗口。在打開創(chuàng)建新項目的窗口中，選擇“單用戶項目”，單擊“確定”按鈕，打開如圖13所示的窗口。圖12創(chuàng)建新項目向導圖13輸入項目名稱填寫好項目名稱后，點擊“創(chuàng)建”按鈕，這樣就新建好一個工程了。（2）添加通訊驅動程序選中變量管理器，單擊鼠標的右鍵，選擇“添加新的驅動程序”項，如圖14圖A所示，之后會出現(xiàn)一個窗口，選擇“SIMATICS7PROTOCOLSUITECHN”項，單擊“打開”按鈕，出現(xiàn)如圖14圖B所示的窗口。15圖A圖B圖14添加通訊驅動程序（3）組態(tài)變量點擊圖14圖B右側窗口的“SIMATICS7PROTOCOLSUITE”項，會出現(xiàn)如圖15所示的窗口。圖15顯示通道單元在圖15中，選中“MPI”項，單擊右鍵，選擇“新建驅動程序連接”項，打開如圖16所示的窗口。點擊“確定”按鈕。16圖16連接屬性窗口在窗口的右側，單擊右鍵，選擇“新建變量”項，打開如圖17所示的窗口。單擊“選擇”項，彈出如圖18所示的窗口。用同樣的方法組態(tài)剩下的下變量，組態(tài)好的變量如圖19所示。17圖17定義變量圖18變量地址屬性18圖19定義好的變量（4）組態(tài)畫面編輯在窗口的左側，選中“圖形編輯器”，單擊右鍵，選擇“新建畫面”項。在窗口右側增加了一個文件“NEWPDL0PDL”，雙擊“NEWPDL0PDL”，打開如圖20所示的窗口。圖20畫面編輯窗口在對象調(diào)色板的智能對象中，選中“棒圖”項，制作成參數(shù)整定中溫度量程的儀表，如圖21所示。在對象調(diào)色板的智能對象中，選中“輸入/輸出域”項，作成對應的數(shù)字輸入/輸出顯示，如圖22所示。在對象調(diào)色板的標準對象中，選中“靜態(tài)文本”項，作為輸入/輸出域的文字解釋，如圖23所示。組態(tài)好的參數(shù)整定畫面如圖24所示。19圖21棒圖畫面圖22輸入/輸出域畫面圖23靜態(tài)文本畫面20圖24組態(tài)好的參數(shù)整定畫面在對象調(diào)色板的窗口對象中，選中“按鈕”項，放入畫面編輯窗口中，如圖25所示。選中按鈕，單擊右鍵，進行屬性的編譯，如圖26、27所示。圖25按鈕畫面圖26按鈕的屬性設置21圖27編輯動作窗口點擊對象調(diào)色板的窗口的“控件”按鈕，如圖28所示，選擇“ACTIVE控件”項中的“WINCCONLINETRENDCONTROL”項，在組態(tài)窗口中，拖一個長方形的區(qū)域，歷史曲線顯示控件被放置到窗口中，如圖29所示。雙擊這個控件，打開如圖30所示的WINCC在線趨勢控件屬性窗口。22圖28控件選項窗口圖29歷史曲線窗口圖30WINCC在線趨勢控件屬性窗口組態(tài)好的按鈕畫面如圖31所示，組態(tài)好的全部畫面如圖32所示。圖31組態(tài)好的按鈕畫面23圖32組態(tài)好的全部畫面3系統(tǒng)的整定及調(diào)試31PID調(diào)節(jié)器311PID的傳遞函數(shù)本次設計采用PID控制的算法，它具有原理簡單、適應性強、魯棒性強的特點。PID調(diào)節(jié)器的微分方程如式（3）所示，傳遞函數(shù)如式（4）所示。（3）DTETE1TTTKUDIP（4SSEGIPC式中P比例系數(shù)；TI積分時間常數(shù)；24TD微分時間常數(shù)；312控制規(guī)律的選擇（1）比例控制P調(diào)節(jié)）比例控制器的傳遞函數(shù)如式（5）所示。比例動作的調(diào)節(jié)器對擾動有及時而有力的抑制作用，這種調(diào)節(jié)器的主要缺點是系統(tǒng)存在靜態(tài)誤差，不能做無靜差調(diào)節(jié)。比例值KP增大，穩(wěn)態(tài)誤差減小，但是可能導致系統(tǒng)震蕩加劇，甚至不穩(wěn)定。51SKGPC式中KP是比例系數(shù)，是比例帶。（2）比例積分PI調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)器主要是利用比例調(diào)節(jié)來快速消除擾動的影響，同時利用積分調(diào)節(jié)來消除穩(wěn)態(tài)誤差，當偏差出現(xiàn)時，比例起粗調(diào)作用，積分起細調(diào)作用，直到誤差為零。當KP不變時，減小TI，積分作用增強，衰減比減小，震蕩加劇，超調(diào)量增大。積分作用除消除系統(tǒng)的余差外，也降低了系統(tǒng)的震蕩頻率，使響應速度變慢。PI調(diào)節(jié)器是在過程控制中被應用的最多的一種。它的傳遞函數(shù)如式（6）所示。6S11STKGIIPC式中TI是積分的時間。（3）比例微分PD調(diào)節(jié)PD調(diào)節(jié)就是利用微分的超前控制作用。微分反映變化率，可以使系統(tǒng)的動態(tài)特性改善，但微分作用過強，可能導致系統(tǒng)的穩(wěn)定性減弱。對于大時滯系統(tǒng)，微分控制不能改善系統(tǒng)品質(zhì)。噪聲大的系統(tǒng)也不宜加入微分，容易導致調(diào)節(jié)閥開度飽和。它的傳遞函數(shù)如式（7）所示。7S11STKGDDPC式中TD是微分的時間。（4）比例積分微分PID調(diào)節(jié)器PID調(diào)節(jié)器是常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一種。它集各種調(diào)節(jié)器的優(yōu)點于一身，既能迅速消除外部干擾的影響，消除靜差，又能加快系統(tǒng)的動作速度，減小超調(diào)，克服震蕩。三者結合，可以達到快速敏捷，平穩(wěn)準確。它的傳遞函數(shù)如式（8）所示。258S1S1STTKGDIDIPC313PID控制器參數(shù)整定的方法參數(shù)整定的方法一般分為兩種一種是理論整定法，它是利用對數(shù)頻率特性法和根軌跡法來求得相應的參數(shù)；另一種是工程整定法，它的特點是不需要事先知道過程的數(shù)學模型，可以直接在過程控制系統(tǒng)中進行現(xiàn)場整定，方法簡單，計算簡便，易于掌握。工程整定法包含有以下四種（1）現(xiàn)場湊試法（也稱經(jīng)驗法）它是根據(jù)經(jīng)驗先將控制器的參數(shù)設置在某些數(shù)值上，直接在閉環(huán)控制系統(tǒng)中通過改變給定值和施加擾動信號，觀察系統(tǒng)的輸出響應曲線和擾動響應曲線的形狀，根據(jù)，TI，TD對控制系統(tǒng)的影響規(guī)律，現(xiàn)場湊試調(diào)整相應的參數(shù)，直到獲得滿意的動、靜特性為止。（2）臨界比例度法在閉合的控制系統(tǒng)里，將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，由大到小逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩的過渡過程，如圖33所示。此時的比例度被稱為臨界比例度K，相鄰兩個波峰間的時間間隔，被稱為臨界振蕩周期TS，按表4所列的經(jīng)驗算式，求取調(diào)節(jié)器的參考參數(shù)值。圖33具有周期TS的等幅振蕩表4臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱TISTDSP2KPI22KTS/12PID16K05TS0125TS26此法的優(yōu)點是應用簡單方便，但有些事項仍要注意。有的控制系統(tǒng)，臨界比例度非常小，使系統(tǒng)接近兩式控制，調(diào)節(jié)閥不是全開就是全關，對控制工業(yè)的生產(chǎn)十分的不利。也有的控制系統(tǒng)，就算把調(diào)節(jié)器的比例度調(diào)到最小的刻度值，系統(tǒng)也仍不會產(chǎn)生等幅的振蕩，對此，就可以把最小刻度所對應的比例度看作是臨界比例度K來進行調(diào)節(jié)器的參數(shù)的整定。（3）衰減曲線法（阻尼振蕩法）圖3441衰減曲線法圖形在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，首先把調(diào)節(jié)器參數(shù)設置為純比例作用（TI，TD0）使系統(tǒng)開始運行，然后再把比例度由大逐漸減小，直至出現(xiàn)如圖34所示的41衰減過程曲線為止。此時的比例度稱為41衰減比例度S，兩個相鄰波峰間的時間間隔，稱為41衰減周期TS。根據(jù)S和TS，運用表5所示的經(jīng)驗公式，就可計算出調(diào)節(jié)器預整定的參數(shù)值。表5衰減曲線法計算公式調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱（）TIMINTDMINPSPI12S05TSPID08S03TS01TS（4）動態(tài)特性參數(shù)法這種整定的方法，就是以對象特性的階躍響應曲線為依據(jù)，利用一些已知的經(jīng)驗公式去求取調(diào)節(jié)器的被控過程的增益K、時間常數(shù)T、時滯。常見的方法有齊格勒尼科爾斯（ZIEGLERNICHOLS法，柯恩庫恩（COHENCOON法等。利用表6所示的經(jīng)驗公式，就可計算出對應于衰減率為41時調(diào)節(jié)器的相關參數(shù)。如果被控對象是一階慣性環(huán)節(jié)，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例度法或阻尼振蕩法（41衰減）就有難度，此時應采用動態(tài)特性參27數(shù)法進行整定。表6經(jīng)驗計算公式調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱（）TITDP100TKPI1110033PID085100T20532調(diào)試步驟及結果本系統(tǒng)選擇鍋爐內(nèi)膽水溫作為被控制量，仿真之前先將儲水箱貯滿水，將閥門F11、F15、F113全開，手動調(diào)節(jié)閥門F14至適當開度，打開電磁閥開關，其余閥門關閉，啟動380伏交流磁力泵，給鍋爐內(nèi)膽貯存一定的水量（要求至少高于液位指示玻璃管的紅線位置）。接通控制系統(tǒng)電源，打開用作上位監(jiān)控的PC機，進入仿真主界面，系統(tǒng)進入正常的測試狀態(tài)，在上位機監(jiān)控界面中點擊“手動”，并將輸出值設置為一個合適的值。合上三相電源空氣開關，三相電加熱管通電加熱，適當增加/減少輸出量，使鍋爐內(nèi)膽的水溫穩(wěn)定于設定值。待鍋爐內(nèi)膽水溫穩(wěn)定于給定值時，將調(diào)節(jié)器切換到“自動”狀態(tài)，待水溫穩(wěn)定后，突增（或突減）設定值的大小，使其有一個正（或負）階躍增量的變化（即階躍干擾，此增量不宜過大，一般為設定值的515為宜），鍋爐內(nèi)膽的水溫便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段調(diào)節(jié)時間后，水溫穩(wěn)定至新的設定值。點擊仿真界面下邊的切換按鈕，觀察實時曲線、歷史曲線、數(shù)據(jù)報表所記錄的設定值、輸出值，內(nèi)膽水溫的響應過程曲線將如下圖所示。圖35內(nèi)膽水溫的響應過程曲線28（1）控制系統(tǒng)采用P調(diào)節(jié)器時，實驗結果如圖36所示。圖36采用P調(diào)節(jié)器時鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫效果圖（2）控制系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)器時，實驗結果如圖37所示。29圖37采用PI調(diào)節(jié)器時鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫效果圖（3）控制系統(tǒng)采用PD調(diào)節(jié)器時，實驗結果如圖38所示。圖38采用PD調(diào)節(jié)器時鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫效果圖（4）控制系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)器時，實驗結果如圖39所示。30圖39采用PID調(diào)節(jié)器時鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫效果圖結束語此次的畢業(yè)設計，主要認識了STEP7軟件的基本編程和WINCC組態(tài)畫面的設計,了解了鍋爐內(nèi)膽水溫控制系統(tǒng)的基本原理，并且學會了如何去設計一個過程控制系統(tǒng)，掌握了基本的設計方法。在通常情況下，主要是由以下幾個部分組成了解被控對象、設計控制方案、儀器設備的選擇、編寫程序、設計組態(tài)畫面、系統(tǒng)調(diào)試等，這種設計方法可以讓設計結果達到最佳的效果，最符合系統(tǒng)的控制要求。通過這次的設計，讓我對過程控制系統(tǒng)有了全新的認知，從無到有，體會到了過程控制系統(tǒng)的強大，明白了過程控制系統(tǒng)的重要性，同時我也學會簡單使用WINCC和STEP7這兩款西門子的軟件。本次設計中還調(diào)用了PID控制模塊的FB41功能模塊，在使用的過程當中，再一次的加深了對PID控制器的了解。這次設計讓我在新的領域又學到了新的知識。在這次畢業(yè)設計中，一開始對課題確實不是很了解，而且對需要用到的軟件WINCC和STEP7更是完全不懂，通過老師和同學的幫助以及上網(wǎng)查找資料，31逐漸的對課題和軟件有了初步的了解。了解了組態(tài)知識，在畢業(yè)設計中，學會了簡單應用。這個階段也許就是學習的初級階段，最重要的是在無聊中發(fā)現(xiàn)新奇，培養(yǎng)學習的興趣。一開始的時候完全不知道該怎么做，查了一些相關的的課題資料和相關課本知識，在設計過程中也加深了對學過的知識的理解，可以說是溫故而知新，并且在摸索之中設計出組態(tài)圖，不過圖還不是很完整。在畫組態(tài)圖的過程中，剛開始那是毫無頭緒，也借鑒了很多別人設計好的組態(tài)畫面，最終還是把程組態(tài)圖畫完了。在此期間，我覺得是在解析一道道難題，難免會有心煩意亂的時候,導致不想接著做，但是畢竟確實還是學到了一些知識，這些知識是大學課堂中所沒有涉及的，相信對我今后的工作和生活會有幫助的。這次設計，讓我明白了相互幫助、團隊合作的重要性，自己的方法不一定是最合理的，也不是所有的問題靠自己就能夠解決，相互交流補充能夠讓我們少走許多彎路，同時保證了畢業(yè)設計的順利完成。所以加強團隊合作，對工作學習都有著重要的意義。通過對課題的把握和理解，我著重對編程和組態(tài)軟件進行學習，讓自己對組態(tài)設計保持一定的興趣，對組態(tài)的應用感到好奇?？傊?，畢業(yè)設計一定要按照指導老師要求和步驟，一步步的完成，做到理論聯(lián)系實際，才能更好地完成設計。通過這次鍋爐內(nèi)膽水溫控制系統(tǒng)的設計，學到了挺多的知識，換句話說，本次設計也提供了一個好的機會，讓我從生疏到入門，從無知到了解，加深了對所學知識的理解。因此，總體來說本次畢業(yè)設計讓我受益匪淺，也是對大學生涯的一個圓滿的總結。參考文獻1劉華波，王雪組態(tài)軟件WINCC及其應用機械工業(yè)出版社，2010LIUHUABO,WANGXUECONFIGURATIONSOFTWAREWINCCITSAPPLICATIONMECHANICALINDUSTRYPRESS,20102祁紅芳，王淑紅PID算法在西門子PLC模擬量閉環(huán)控制忠的實現(xiàn)J機床電器,2005QIHONGFANG,WANGSHUHONGPIDALGORITHMSIEMENSPLCANALOGCLOSEDLOOPCONTROLANDFAITHFULIMPL