畢業(yè)論文基于PLC的自動加藥系統(tǒng)設(shè)計

1、蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書I摘 要該系統(tǒng)研究的對象是一種簡單且具有一定自動化程度的“自動加藥系統(tǒng)” ，它不僅能用在鍋爐上還能用在其它類型的需加藥處理的生產(chǎn)設(shè)備及系統(tǒng)中?？刂品桨钢?PLC采用德國西門子 S7-200 系列可編程控制器，CPU 主機選用 CPU226，模擬輸入模塊選用EM235. 觸摸屏采用 SIEMENS TP170 系列彩色觸摸屏 TP170B COLOR，可以方便的實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置等功能。由 PH 在線分析儀、PLC、變頻器組成的閉環(huán)控制自動加藥系統(tǒng)，增強了控制先進性和可靠性。此套自動加藥系統(tǒng)的投入徹底改變了以前人工加藥不準帶來的經(jīng)濟損失且對于節(jié)省人力、

2、降低消耗、確保爐水安全、保證水質(zhì)的穩(wěn)定性，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。這樣就可以實時的檢測到加藥系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，對藥液做一些實時的控制。人機界面和 PLC 的有機結(jié)合，借助其產(chǎn)品的功能，能夠很靈活的構(gòu)造控制方案，它相對傳統(tǒng)的電氣控制方案具有更高的可靠性，控制更精確。采用觸摸屏與 PLC 控制，整個加藥系統(tǒng)設(shè)自動、手動兩種可選擇的方式，能穩(wěn)定的給鍋爐加藥，使爐內(nèi)水時刻保持一定得藥液濃度，保證爐內(nèi)的各項水指標基本平穩(wěn)。能克服老式加藥裝置加藥配藥不方便弱點，有效的提高了鍋爐的自動化程度。加藥系統(tǒng)操作簡單、安全、可靠，設(shè)有電機攪拌器、溶解藥劑所需時間可根據(jù)實際情況設(shè)定可控制藥液的溫度，可完成自動加藥

3、及自動清洗等。關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；加藥系統(tǒng)蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書IIAbstractAbstractThis paper studies and discusses an Automatic Dosing System which is simple and to some extent automatic. The system can be used not only in the boiler but also in other types of manufacture equipment and system where dosing is needed.with its pr

4、oduct features ,the structure can be very flexible control program, It is relatively conventional electrical control scheme is more reliable ,more accurate control .In control program the PLC adopts Siemens S7-200 series programmable logic controller, CPU host CPU226, optional analog input module EM

5、235, touch-screen SIEMENS TP170 series color touch screen series TP170B COLOR. TP170B COLOR touch screen ,which is a very high performance and cost-effective. So it is easily to realize the operation, monitoring and parameter setting of the control system . By the online analyzer, PLC, inverter cons

6、isting of closed-loop control automatic dosing system to enhance the control of nature and reliability. This set of automatic dosing system into completely changed the previous manual dosing allowed for the economic losses and save manpower, reduce consumption and ensure safety of boiler water to en

7、sure the stability of water to produce good economic and social benefits. This can be detected in real-time dosing system parameters, on the liquid to do some real-time control.The combination of Man-machine interface and PLC with the functions of their products can make the construction of control

8、program become flexible, and compare to traditional electrical control program, the system is more reliable and control more accurately .The use of touch screen and PLC control and the two alternative ways for dosing (manual-automatic) of the whole system increases the stability of dosing to the boi

9、ler so as to maintain a certain concentration of the pharmacy and guarantee the stability of the water indicators in the boiler, and overcomes the inconvenience during the dosing and prescribing, so effectively improves the automation of the boiler .The dosing system with electric mixer is simple, s

10、afe and reliable. The time required for dissolution of pharmaceutical can be set according to the actual situation. The temperature of pharmaceutical can be controlled. The dosing and cleaning can be automatically completedKeywords:Keywords: PLC;PLC; touchtouch screen;screen; dosingdosing systemsyst

11、em蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書III目 錄第 1 章 緒論 .11.1 課題背景.11.2 鍋爐控制研究的背景和意義.21.3 課題研究的主要內(nèi)容.31.4 鍋爐加藥處理的特點及應(yīng)注意的問題.3第 2 章 硬件設(shè)計 .52.1 控制方案選擇.52.1.1 S7-200 工作原理 .52.1.2 方案概述 .72.1.3 加藥系統(tǒng)的組成 .72.1.4 加藥系統(tǒng)的目標和原理.82.1.5 PH 值控制方法的研究 .92.1.6 加藥系統(tǒng)的特點 .92.1.7 加藥系統(tǒng)的控制功能描述 .102.2 硬件設(shè)計.102.2.1 主電路設(shè)計 .102.2.2 PLC 控制 .112.2.3 EM235

12、模擬量模塊接線.122.2.4 自動加藥裝置技術(shù)參數(shù).132.2.5 系統(tǒng)的 PID 控制 .132.2.6 PID 控制器的參數(shù)整定 .152.3 自動加藥系統(tǒng)的硬件選型.162.3.1 PLC 的選型 .162.3.2 觸摸屏選型.182.3.3 傳感器的選型.202.3.4 在線 PH 儀的介紹 .212.3.5 MM440 變頻器的介紹 .232.3.6 主電路電器元器件的選型 .26第 3 章 觸摸屏的設(shè)計 .293.1 人機界面.293.2 地址配置.303.2.1 PLC 與觸摸屏對應(yīng)的地址配置 .303.2.2 觸摸屏畫面配置 .303.2.3 操作面板的布置 .323.3 系

13、統(tǒng)監(jiān)控.333.3.1 監(jiān)控系統(tǒng)的要求和組成.333.3.2 觸摸屏與 PLC 通信 .34第 4 章 軟件設(shè)計 .364.1 STEP7 軟件介紹.364.2 軟件流程圖.37蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書IV結(jié)論 .42參考文獻 .43外文翻譯 .44致謝 .56附錄 1：程序清單.57附錄 2：PLC 控制系統(tǒng) I/O 分配表 .66附錄 3：主電路元器件清單.67蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書1第 1 章 緒論1.1 課題背景工業(yè)控制計算機(簡稱工控機)是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，目前已成為工業(yè)控制的標準設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，工控機是實現(xiàn)生產(chǎn)自動化的最佳配套產(chǎn)品，而工業(yè)可編

14、程序控制器(PLC)則在工控領(lǐng)域中占有主要的地位。PLC 具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC的定義有許多種，國際電工委員會（IEC）對 PLC 的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。從結(jié)構(gòu)上，PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CP

15、U 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC 包括 CPU 模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC 作為工控機的一員，在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。據(jù)統(tǒng)計，當今世界 PLC生產(chǎn)廠家約 150 家，生產(chǎn) 300 多個品種。2000 年銷售額約為 86 億美元，占工控機市場份額的 50%，PLC 將在工控機市場中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢頭。PLC 在 60年代末引入我國時，只用作離散量的控制，其功能只是將操作接到離散量

16、輸出的接觸器等，最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的 PLC 具有 PID 調(diào)節(jié)功能，它的應(yīng)用已從開關(guān)量控制擴大到模擬量控制領(lǐng)域，廣泛地應(yīng)用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但 PLC 也面臨著其它行業(yè)工控產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，各廠家正采取措施不斷改進產(chǎn)品，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：(1)微型、小型 PLC 功能明顯增強(2)集成化發(fā)展趨勢增強(3)向開放性轉(zhuǎn)變隨著微處理器、網(wǎng)絡(luò)通信、人機界面技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)自動化技術(shù)日新月異，各種產(chǎn)品競爭激烈，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。PLC 也由最初的只能處理開關(guān)量而發(fā)展到可以處理模擬量和數(shù)據(jù)，加之與 DCS、PID 調(diào)節(jié)器、工業(yè) PC 等技術(shù)相結(jié)合，使之不再是一種簡

17、單的控制設(shè)備，而且必將隨著自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展生存下去?？蓪崿F(xiàn)高精度要求生產(chǎn)線控制，循環(huán)控制，精確的測控，材料檢測等等。PLC 在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。發(fā)展趨勢如下：(1)更快的處理速度，多 CPU 結(jié)構(gòu)和容錯系統(tǒng)(2)編程語言與工具日趨標準化和高級化蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書2(3)強化 PLC 的連網(wǎng)通訊能力(4)記憶容量大，采用專用的集成電路，實用性增強(5)向小型化、高機能的整體型發(fā)展1.2 鍋爐控制研究的背景和意義隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展，人類社會對能源的需求不斷增加，我國是世界能源生產(chǎn)大國，也是能源消耗大國但人均占有量遠低于世界平均水

18、平，這就使得節(jié)約能源在我國顯得尤為重要。鍋爐是一次性能源煤炭石油天然氣轉(zhuǎn)換成二次能源蒸汽量的重要動力設(shè)備。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，目前我國有各類工業(yè)鍋爐約 25 萬多臺。每年耗煤量占全國產(chǎn)量的 1/3，同時還消耗大量的石油和天然氣。工業(yè)鍋爐是生產(chǎn)過程中的重要動力設(shè)備。在石油化工領(lǐng)域，它的主要作用是向各生產(chǎn)裝置提供所需要的合格蒸汽，其控制質(zhì)量的優(yōu)劣不僅關(guān)系到鍋爐自身運行的效果，而且還將直接影響到相關(guān)裝置生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中使用廣泛的設(shè)備之一，鍋爐水的處理工作，對確保鍋爐安全、經(jīng)濟運行、節(jié)約燃料有著重要的意義，它是鍋爐運行中的一項重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作如果鍋爐給水沒有經(jīng)過水處理或水處理

19、不當，不但會縮短鍋爐的使用壽命、浪費燃料，甚至會造成重大設(shè)備事故和人員傷亡隨著自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，鍋爐的控制系統(tǒng)和控制方案越來越引起人們的重視，而且對控制系統(tǒng)的要求越來越高。在電力、石油、化工、冶金工業(yè)、環(huán)境工程、水處理等領(lǐng)域中常需要將某種液體連續(xù)自動地注入到另一種液體中成為一種混合液,或者使加入的藥劑與液體中存在的某種組份發(fā)生化學反應(yīng) ,以達到預(yù)期的工藝要求。為達到最佳效果 ,在工況變化的情況下 ,對所加化學藥劑量自動跟蹤調(diào)節(jié)控制加藥速度 ,為了保證鍋爐正常工作及節(jié)能的需要，生產(chǎn)過程各主要工藝參數(shù)必須嚴格控制。目前，鍋爐給水加藥大多數(shù)采用人工調(diào)節(jié)，不能準確地將 PH 值控制在規(guī)

20、定的范圍內(nèi)，不僅嚴重浪費大量的中和劑，而且造成了熱力系統(tǒng)的電化學腐蝕。因此利用 PLC 和觸摸屏來控制整個系統(tǒng)的加藥，自動根據(jù)給水的 PH 值的變化連續(xù)調(diào)節(jié)加藥量，合理控制加藥量，是保障安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行的需要，是節(jié)省人力、提高自動化管理水平的需要。本次設(shè)計主要是研究鍋爐的自動加藥處理，它是通過向鍋爐內(nèi)投入一定數(shù)量的軟水劑，使鍋爐給水中的結(jié)垢物質(zhì)轉(zhuǎn)變成泥垢，然后通過排污將泥垢從鍋內(nèi)排出，從而達到減緩或防止水垢結(jié)生的目的。當今隨著以半導(dǎo)體功率器件為核心的電力電子技術(shù)的發(fā)展和以計算機為代表的控制技術(shù)的突飛猛進，水質(zhì)在線檢測儀表、變頻器技術(shù)和 PLC 的應(yīng)用已深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的各方面。水質(zhì)在

21、線儀表是生產(chǎn)現(xiàn)場最直接的檢測設(shè)備，被稱為自動化的“眼睛” ，其準確性直接影響到自動化的控制精度。變頻技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，以其明顯節(jié)能的效果、高可靠性、較高功率因數(shù)及效率等諸多優(yōu)點，成為當今電氣拖動系統(tǒng)的佼佼者?？删幊炭刂破魇墙陙戆l(fā)展起來的并得到廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動化控制裝置，它已成為解決自動控制問題的最有效工具之一，它編程簡單并且穩(wěn)定可靠越來越受到人們的重視，PLC 可以用于各種工業(yè)過程的閉環(huán)控制。當前自動加藥系統(tǒng)已蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書3廣泛采用 PLC 自動控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)。一些中小型鍋爐的加藥裝置是通過人工進行一些簡單的配藥，在利用鍋爐給水泵的水壓

22、或加藥泵一次性把藥加入鍋爐，這種加藥裝置使用起來不方便，且藥量浪費量大，鍋爐加藥大多數(shù)采用人工調(diào)節(jié)，不能準確將 PH 值控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，不僅嚴重浪費大量中和劑，而且造成了熱力系統(tǒng)的電化學腐蝕，甚至導(dǎo)致凝汽器的斷裂，造成停機事故的發(fā)生，因此，設(shè)計并開發(fā)鍋爐給水加藥自動控制系統(tǒng)，自動根據(jù)給水 PH 值的變化連續(xù)調(diào)節(jié)加藥量，合理控制加藥量，進而避免鍋爐及管路的腐蝕，是保障安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行的需要，又是節(jié)省人力、提高自動化管理水平的需要。該系統(tǒng)具有一定的自動化程度，控制方案中人機界面和 PLC 的有機結(jié)合，借助其產(chǎn)品的功能，能夠很靈活的構(gòu)造控制方案，它相對傳統(tǒng)的電氣控制方案具有更高的可靠性，控制更

23、精確。1.3 課題研究的主要內(nèi)容課題主要研究的是對鍋爐的測量與控制，本課題運用的是 PLC 控制，將檢測到的各個數(shù)據(jù)傳 PLC，經(jīng) PLC 對數(shù)據(jù)處理后輸出到相應(yīng)的執(zhí)行設(shè)備上。這樣就可以實時的檢測到加藥系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，對藥液做一些實時的控制。本次設(shè)計要求對藥液的濃度、溫度等進行實時檢測，把檢測到的數(shù)據(jù)通過 PLC 的數(shù)據(jù)處理輸出到人機界面。課題的主要內(nèi)容如下：(1)按照操作邏輯，設(shè)計測控系統(tǒng)人機界面。人機界面的功能分為三部分：控制功能，監(jiān)控功能，參數(shù)設(shè)定功能。(2)按照系統(tǒng)要求，設(shè)計系統(tǒng)流程圖。對藥液的溫度、濃度等信號進行采集。(3)設(shè)計系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理程序。根據(jù)系統(tǒng)流程圖，通過溫度

24、傳感器采集溫度，液位傳感器采集到數(shù)值，通過 PLC處理，信號的程序設(shè)計的主要是 PLC 程序，輸出到相應(yīng)的設(shè)備上。1.4 鍋爐加藥處理的特點及應(yīng)注意的問題一、鍋爐加藥的特點鍋爐的自動加藥處理是通過向鍋爐內(nèi)投入一定數(shù)量的軟水劑，使鍋爐給水中的結(jié)垢物質(zhì)轉(zhuǎn)變成泥垢，然后通過排污將泥垢從鍋內(nèi)排出，從而達到減緩或防止水垢結(jié)生的目的。鍋爐的自動加藥處理有以下特點：鍋爐的自動加藥處理不需要復(fù)雜的設(shè)備，故投資小、成本低，操作方便。 鍋爐的加藥處理法是最基本的水處理方法，又是鍋外化學水處理的繼續(xù)和補充。經(jīng)過鍋外水處理以后還可能有殘余硬度，為了防止鍋爐結(jié)垢與腐蝕，仍加一定的水處理藥劑。鍋爐的自動加藥處理還不能完全

25、防止鍋爐結(jié)生水垢，特別是生成的泥垢，在排污不及時很容易結(jié)生二次水垢。蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書4 鍋爐內(nèi)加藥處理法對環(huán)境沒有污染，它不像離子交換等水處理法，處理掉天然水多少雜質(zhì)，再生后還排出多少雜質(zhì)，而且還排出大量剩余的再生劑和再生后產(chǎn)物。而鍋爐加藥處理方法，是將水中的主要雜質(zhì)變成不溶性的泥垢，對自然不會造成污染。 鍋爐內(nèi)加藥處理法使用的配方需與給水水質(zhì)匹配，給水硬度過高時，將形成大量的水渣，加快傳熱面結(jié)垢速度。因而一般不適用高硬度水質(zhì)。二、鍋爐加藥應(yīng)注意的問題由于鍋爐在運行中，因凝汽器的滲泄漏和爐水大量蒸發(fā)而引起的爐水鹽分極度濃縮，會造車爐管積鹽、結(jié)垢。以前人們投入一套手動加藥系統(tǒng)每天人員分

26、幾班倒，人工取樣實驗室分析爐水的 PH 值，靠人為經(jīng)驗配藥后開啟手動加藥泵加藥。因取樣不及時、實驗室儀表不準確、人的素質(zhì)參差不齊登因素造成了系統(tǒng)加藥不理想，該加的時候不加，不加的時候又大量加，這樣不僅浪費了大量的人力物力，最關(guān)鍵的是造成了鍋爐設(shè)備腐蝕程度嚴重加劇。因而采用自動加藥系統(tǒng)。當藥液的濃度超過給定值時停泵，反之則啟動泵。1、先除垢后防垢采用鍋內(nèi)加藥處理前，應(yīng)將鍋爐內(nèi)老垢清除，以免鍋爐運行后，造成大量水垢脫落，引起水循環(huán)通路與排污管路堵塞。2、運行控制與管理采用鍋內(nèi)加藥處理除對水源水質(zhì)有嚴格要求外，還應(yīng)經(jīng)常注意水源水質(zhì)，如硬度、堿度和氯根的變化情況。運行匯總要控制鍋水水質(zhì)在標準的范圍內(nèi)，

27、并檢查鍋爐防垢效果以及觀察排污水清、濁情況。3、鍋爐排污鍋內(nèi)加藥處理都必須注意排污。如果排污不當，鍋內(nèi)沉積水渣過多，將會影響鍋爐水循環(huán)或在鍋爐受熱面上生成二次水垢。因此鍋內(nèi)加藥處理必須通過排污，使鍋水水質(zhì)維持在水質(zhì)標準范圍之內(nèi)。采用間斷加藥方法時，一般應(yīng)先排污再加藥。4、定期停爐檢查鍋內(nèi)加藥處理效果如何，只有在停爐檢查時才能看到，所以，一般鍋爐運行 46個月時，應(yīng)停爐檢查防垢效果。根據(jù)實際情況調(diào)整鍋內(nèi)加藥量和排污方式，并及時清除鍋內(nèi)水渣。5、水處理方法的選擇各用爐單位應(yīng)根據(jù)設(shè)備條件、對蒸汽品質(zhì)的要求及水處理材料的來源等不同情況，本著因爐、因水、因地制宜的原則，合理地選擇水處理方法。蘭州理工大學

28、畢業(yè)設(shè)計說明書5第 2 章 硬件設(shè)計2.1 控制方案選擇PLC 與繼電器均可以用于開關(guān)量邏輯控制。PLC 的梯形圖與繼電器電路圖都是用線圈和觸點來表示邏輯關(guān)系。PLC 的控制功能主要是用軟件（即程序）實現(xiàn)的，繼電器控制系統(tǒng)的控制功能是用硬件繼電器和硬件接線實現(xiàn)的。PLC 采用了計算機技術(shù)，具有順序控制、定時、計數(shù)、運動控制、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)控制和通信聯(lián)網(wǎng)等功能，比繼電器控制系統(tǒng)的功能強大得多。繼電氣系統(tǒng)的可靠性差，診斷與排除復(fù)雜的繼電器系統(tǒng)的故障非常困難。梯形圖程序中的輸出繼電器等是一種“軟繼電器” ，它們的功能是用軟件來實現(xiàn)的，因此沒有硬件繼電器那樣的觸點易于接觸不良的缺點。PLC 的可靠性高

29、，故障率極低，并且很容易診斷和排除故障。而繼電器的控制功能被固定在線路中，其功能單一，不易修改，靈活性差。PLC 的控制方式靈活，有很強的柔性，僅需修改梯形圖就可以改變控制功能。繼電器系統(tǒng)要在硬件安裝、接線全部完成后才能進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題后修改電路花的時間也很多。PLC 控制系統(tǒng)的開關(guān)柜制作、現(xiàn)場施工和梯形圖設(shè)計可以同時進行，梯形圖可以在實驗室模擬調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題后修改起來非常方便。一些中小型鍋爐的加藥裝置是通過人工進行一些簡單的配藥，在利用鍋爐給水泵的水壓或加藥泵一次性把藥加入鍋爐，這種加藥裝置使用起來不方便，且藥量浪費量大，難以做到準確控制，還容易造成爐水總堿度過高，排污量大，對生產(chǎn)不利。該

30、系統(tǒng)是一種簡單的且具有一定的自動化程度的“自動加藥系統(tǒng)” ，不僅能用在鍋爐上還能用在其他類型的需加藥處理的生產(chǎn)設(shè)備及系統(tǒng)中?？刂品桨钢腥藱C界面和 PLC 的有機結(jié)合，借助其產(chǎn)品的功能，能夠很靈活的構(gòu)造控制方案，它相對傳統(tǒng)的電氣控制方案具有更高的可靠性，控制更精確。下面重點討論各系統(tǒng)如何利用功能以實現(xiàn)加藥系統(tǒng)的工藝要求。該加藥系統(tǒng)的控制核心采用可編程控制器，配置常規(guī)電氣控制系統(tǒng)。一般來說，加藥系統(tǒng)的控制并不復(fù)雜，但對工藝過程卻有較為嚴格的要求。根據(jù)鍋爐的加藥系統(tǒng)的具體特點，可以在原有的加藥系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造或加裝觸摸屏和 PLC 自動控制系統(tǒng)。本設(shè)計由 PH 在線分析儀、PLC、變頻器組成的閉環(huán)控

31、制自動加藥系統(tǒng)，增強了控制先進性和可靠性。此套自動加藥系統(tǒng)的投入徹底改變了以前人工加藥不準帶來的經(jīng)濟損失且對于節(jié)省人力、降低消耗、確保爐水安全、保證水質(zhì)的穩(wěn)定性，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。2.1.1 S7-200 工作原理一、掃描周期S7-200 CPU 連續(xù)執(zhí)行用戶任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描?？删幊炭刂破鞯囊粋€機器掃蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書6描周期是指用戶程序運行一次所經(jīng)過的時間，它分為讀輸入（輸入采樣） 、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行 CPU 自診斷及寫輸出（輸出刷新）等五個階段。PLC 運行狀態(tài)按輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新等步驟，周而復(fù)始地循環(huán)掃描工作，如圖 2-1 所示。圖 2-1

32、 S7-200 的掃描周期（1）讀輸入階段，對數(shù)字量和模擬量的輸入信息進行處理。 對數(shù)字量輸入信息的處理：每次掃描周期開始，先讀數(shù)字輸入點的當前值，然后將該值寫到輸入映像寄存器區(qū)域。在之后的的用戶程序執(zhí)行過程中，CPU 將訪問輸入映像寄存器區(qū)域，而并非讀取輸入端口狀態(tài)，因此輸入信號的變化不會影響輸入映像寄存器的狀態(tài)。通常要求輸入信號有足夠的脈沖寬度，才能被響應(yīng)。 對模擬量輸入信息的處理：在處理模擬量的輸入信息時，用戶可以對每個模擬量通道選擇數(shù)字濾波器，即對模擬通道設(shè)置數(shù)字濾波功能。對變化緩慢的輸入信號，可以選擇數(shù)字濾波，而對高速變化的信號不能選擇數(shù)字濾波。 如果選擇了數(shù)字濾波器，則可以選擇低成

33、本的模擬量輸入模塊。CPU 在每個掃描周期將自動刷新模擬輸入，執(zhí)行濾波功能，并存儲濾波值（平均值） 。當訪問模擬量輸入時，讀取該濾波值。 對于高速模擬信號，不能采用數(shù)字濾波器，只能選用智能模擬量輸入模塊。CPU 在掃描過程中不能自動刷新模擬量輸入值，當訪問模擬量時，CPU 每次直接從物理模塊讀取模擬量。（2）執(zhí)行程序。在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 按照梯形圖的順序，自左而右、自上而下地逐行掃描。在這一階段，CPU 從用戶程序第一條指令開始執(zhí)行，直到最后一條指令結(jié)束，程序運行結(jié)果放入輸出映像寄存器區(qū)域。在此階段，允許對數(shù)字量立即 I/O 指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量 I/O 指令進行處理。在掃描周

34、期的各部分，均可對中斷事件進行響應(yīng)。（3）處理通訊請求。在掃描周期的信息處理階段，CPU 處理從通訊端口接收到的信息。（4）執(zhí)行 CPU 自診斷測試。在此階段，CPU 檢查其硬件、用戶程序存儲器和所有的I/O 模塊狀態(tài)。蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書7（5）寫輸出。每個掃描周期的結(jié)尾，CPU 把存在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)輸出給數(shù)字量輸出端點（寫入輸出鎖存器中） ，更新輸出狀態(tài)。在 CPU 操作模式從 RUN 切換到 STOP狀態(tài)時，數(shù)字量輸出可以設(shè)置為輸出表中定義的值或保持當前值；模擬量輸出保持最后寫的值；缺省設(shè)置時，默認是關(guān)閉數(shù)字量輸出。 按照掃描周期的主要工作任務(wù)，也可以把掃描周期簡化為讀輸入

35、、執(zhí)行用戶程序和寫輸出三個階段。二、CPU 的工作方式（1）S7-200 CPU 有兩種工作方式 STOP（停止） 。CPU 在停止工作方式時不執(zhí)行程序，此時可以向 CPU 裝載程序或進行系統(tǒng)設(shè)置。 RUN（運行） 。CPU 在 RUN 工作方式下運行用戶程序。 CPU 前面板上用兩個發(fā)光二極管顯示當前的工作方式。在程序編輯、上/下載等處理過程中，必須把 CPU 置于 STOP 方式。（2）改變工作方式的方法： 使用 PLC 上的方式開關(guān)來改變工作方式。 使用 STEP7-Mirco/WIN32 編程軟件設(shè)置工作方式。 在程序中插入一個 STOP 指令，CPU 可由 RUN 方式進入 STOP

36、 工作方式。（3）使用工作方式開關(guān)改變工作狀態(tài)。用位于 CPU 模塊的出/入口下面的工作方式開關(guān)選擇 CPU 工作方式。工作方式開關(guān)有三個檔位：STOP、TERM（Terminal） 、RUN. 把方式開關(guān)切到 STOP 位，可以停止程序運行。 把方式開關(guān)切到 RUN 位，可以啟動程序的執(zhí)行。 把方式開關(guān)切到 TERM（暫態(tài)）或 RUN 位，允許 STEP7-Micro/WIN32 軟件設(shè)置 CPU的工作狀態(tài)。如果工作方式開關(guān)設(shè)置為 STOP 或 TERM，則電源上電時，CPU 自動進入 STOP 工作狀態(tài)；如果設(shè)置為 RUN，則電源上電時，CPU 自動進入 RUN 工作狀態(tài)。 還可以使用編程

37、軟件改變工作方式。2.1.2 方案概述加藥系統(tǒng)組成包括：基礎(chǔ)平臺、不銹鋼攪拌裝置、不銹鋼管道、安全閥、液位傳感器、溫度傳感器、PH 在線分析儀、PLC 與觸摸屏等。（1）該加藥系統(tǒng)控制方案可以在原有的加藥系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造或加裝觸摸屏和PLC 自動控制系統(tǒng)，也可以作為新建加藥系統(tǒng)的方案。（2） PLC 和觸摸屏控制觸摸屏和 PLC 控制時，PLC 驅(qū)動電磁閥，再有電磁閥通過控制壓縮空氣的氣路來驅(qū)動閥的開關(guān)，最終達到配藥和加藥的目的。（3）常規(guī)電氣控制加藥泵、攪拌機和加水泵均可以通過常規(guī)電氣手動控制啟停。蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書82.1.3 加藥系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)主要由上位機工業(yè)計算機、下位機西

38、門子 PLC 和檢測儀表、變頻器和加藥泵組成。自動加藥控制系統(tǒng)的核心是一套控制器（PLC）是近年來發(fā)展起來的并得到廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動化控制裝置，它已成為解決自動控制問題的最有效的工具之一，越來越受到人們的重視?？刂破靼惭b在現(xiàn)場，采集相應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)。由于化學加藥系統(tǒng)具有純滯后性質(zhì)，會導(dǎo)致控制作用不及時，引起系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)或者振蕩，而利用計算機可以方便的實現(xiàn)之后補償。經(jīng)過控制器的控制算法，采用數(shù)字 PID 控制算法。輸出控制信號（420mA）到現(xiàn)場調(diào)解設(shè)備，以調(diào)節(jié)加藥泵的出力。可以是變頻器調(diào)節(jié)加藥泵電機的轉(zhuǎn)速。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速控制方法得到了廣泛的應(yīng)用。我們采用變頻調(diào)速進行化

39、學加藥自動控制，系統(tǒng)可靠，得到了人們的認同，取得了良好的效果。測控系統(tǒng)的組成框如圖 2-2 所示：圖 2-2 控制系統(tǒng)的組成框圖2.1.4 加藥系統(tǒng)的目標和原理（1）控制目標：自動連續(xù)分析爐水的 PH 值，輸出信號送上位機系統(tǒng)和 PLC 系統(tǒng)，加藥量，根據(jù)水質(zhì)、水量的變化，實現(xiàn)實時自動調(diào)節(jié)，達到最佳處理效果。當某泵故障時，自動停泵并報警。（2）控制原理：通過 PH 在線分析儀表監(jiān)測爐內(nèi)藥液并輸出 420mA 標準信號，然后將此信號送入 PLC 的模擬量輸入模塊，整個 PLC 控制系統(tǒng)實現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)功能，通過一系列算法處理(PID)再經(jīng)過功能模塊輸出 420mA 信號，此電信號來調(diào)節(jié)變頻器從

40、而蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書9控制加藥泵的轉(zhuǎn)速，以便自動調(diào)節(jié)加藥泵的輸出流量。在 PLC 中配有 AD 和 DA 模塊，PLC 先輸出接點信號(開關(guān)量)到交流接觸器，接通變頻器電源，然后再正常啟動泵。使鍋爐給水的 PH 值保持在一定范圍內(nèi)而運行在最佳狀態(tài)，從而防止因給水的PH值失調(diào)造成鍋爐等熱力設(shè)備的酸堿腐蝕，使熱系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，節(jié)能3050%。延長熱力設(shè)備的使用壽命，保證熱力設(shè)備長期穩(wěn)定地安全運行。閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)自動控制，因此在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。加藥系統(tǒng)的原理框圖如圖 2-3 所示：圖 2-3 控制系統(tǒng)的組成框圖2.1.5 PH 值控制方法的研究PID 控制是按偏差

41、的比例（PProportional） 、積分（IIntegral）和微分（DDerivative）線性組合的控制方式。圖 2-4 為常規(guī)的 PID 控制系統(tǒng)。其中，r 為參考輸入信號、PID 為控制器、P 為被控對象模型、e（k）為系統(tǒng)誤差、u（k）為控制量、pH（k）為被控過程輸出量。若系統(tǒng)在運 行過程中出現(xiàn) pH 值低于或高于設(shè)定的值 加藥裝置即開始工作： pH 值偏低，說明酸性太強，系統(tǒng)有腐蝕傾向； pH 值偏高，說明堿性太強,系統(tǒng)有結(jié)垢傾向。這時 PH 檢測儀器會將此信號反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再輸出調(diào)節(jié)信號給變頻器，由變頻器來驅(qū)動加藥 泵，來控制加藥泵的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié) pH 值，待

42、pH 值恢復(fù)正常后， 加藥泵停止。爐水的 PH 值：反映爐水的酸堿度， PH 值在 8.5-10.5 之間，溶液的 PH 值對金屬的腐蝕速度影響較大。通過大量的鍋爐運行數(shù)據(jù)分析，PH 值小于 6 時，腐蝕速度隨 PH 值的降低而增加； PH 值在 8-10.5 之間，腐蝕速度隨 PH 值的增加而低，腐蝕速度很小。由此 可見，鍋爐正常運行時，控制爐 水 PH 值在 8.5-10.5 范圍內(nèi)，可以使金屬表面形成一層穩(wěn)定的保護膜，造成陽極鈍化，從而大大降低鍋爐的腐蝕速度。圖 2-4 典型的 PH 值控制系統(tǒng)蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書102.1.6 加藥系統(tǒng)的特點(1)采用 PLC 與觸摸屏控制，整個

43、加藥系統(tǒng)設(shè)自動、手動兩種可選擇的方式，能穩(wěn)定的給鍋爐加藥，使爐內(nèi)水時刻保持一定得藥液濃度，保證爐內(nèi)的各項水指標基本平穩(wěn)。能克服老式加藥裝置加藥配藥不方便弱點，有效的提高了鍋爐的自動化程度。(2)加藥系統(tǒng)操作簡單、安全、可靠，設(shè)有電機攪拌器、溶解藥劑所需時間可根據(jù)實際情況設(shè)定可控制藥液的溫度，可完成自動加藥及自動清洗等。(3)變頻式自動加藥控制裝置采用引進的高科技產(chǎn)品-交流變頻器構(gòu)成先進的交流調(diào)速系統(tǒng)，對加藥量實現(xiàn)最佳自動控制，該系統(tǒng)最大優(yōu)點是性能可靠、壽命長、啟動特性好、能耗低。該裝置還可以作為水泵、油泵、風機等交流電機的轉(zhuǎn)速控制系實現(xiàn)對輸液管道內(nèi)液體、汽體的壓力、流量控制。2.1.7 加藥系

44、統(tǒng)的控制功能描述(1)加藥系統(tǒng)設(shè) PLC 手動和自動控制和觸摸屏控制兩種方式。 (2)人工手動控制。通常用 PLC 控制的方式來控制變頻器、加藥泵、加水泵、攪拌機的啟動，再根據(jù)實測數(shù)據(jù)及上位機發(fā)送的控制命令對閥門的操作來完成整個配藥和加藥的過程。(3)故障報警。PLC 和觸摸屏控制方式對變頻器、加藥泵、加水泵和攪拌機的故障狀態(tài)進行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)某臺設(shè)備故障，可以在觸摸屏上顯示報警信號， PLC 手動和自動兩種方式下實現(xiàn)聲光報警，提示值班人員的注意(4)工序監(jiān)控：觸摸屏和 PLC 控制方式可以實現(xiàn)對所有加藥系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)控?？刂品绞侥軐崿F(xiàn)手動和自動兩種功能，當選擇開關(guān)為手動時，即可實現(xiàn)手動

45、控制功能，由人工操作控制面板上得啟、停按鈕，控制加藥泵的運行和停止，由人工在變頻器操作面板上修改變頻器的輸出頻率來控制加藥泵的轉(zhuǎn)速。當選擇自動控制方式時，控制器和變頻器自動投入運行，實現(xiàn)加藥的閉環(huán)調(diào)節(jié)功能?？刂破鞲鶕?jù)程序發(fā)出指令，控制加藥泵得啟、停及變頻器頻率。變頻器調(diào)節(jié)加藥泵的轉(zhuǎn)速，來控制藥液的加入量，而使水質(zhì)滿足生產(chǎn)要求。2.2 硬件設(shè)計2.2.1 主電路設(shè)計電氣配電的主要元件：QS1、QS2、QS3、QS4、QS5、QS6隔離開關(guān)FU1、FU2、FU3、FU4、FU5熔斷器FR1、FR2、FR3、FR4熱繼電器蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書11K1變頻器故障K2、K3、K4、K5、K6中間繼

46、電器圖 2-5 控制系統(tǒng)的主回路示意圖主回路中交流接觸器 KM1、KM2、KM3、KM4 分別控制加水泵、變頻器、攪拌機、冷風扇；加水泵、攪拌機和冷風扇由熱繼電器 FR1、FR2、FR3 實現(xiàn)過載保護；QS1、QS2、QS3、QS4、QS5、QS6隔離開關(guān)用于接通三相交流電源；FU1、FU2、FU3、FU4、FU5熔斷器分別實現(xiàn)各負載回路的短路保護。2.2.2 PLC 控制由圖 2-6 可知，加藥泵電機在交流變頻器驅(qū)動下，將藥劑注入到液體中，藥濃度被檢測儀檢測，檢測儀將與濃度成比例的電信號輸入到調(diào)節(jié)器與設(shè)定值比較，得到偏差信號，調(diào)節(jié)器將偏差信號按工藝要求進行比例、積分運算，其運算結(jié)果信號輸送給

47、變頻器，變頻器按調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)信號改變電機工作電源的頻率，使電機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，改變注入液體中藥液濃度，使藥劑濃度控制在最佳范圍內(nèi)，通過電磁閥和繼電器實現(xiàn)相關(guān)控制。CPU 外圍主要元件：YV1、YV2、YV3電磁閥，K2、K3、K4、K5、K6中間繼電器。蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書12圖 2-6 自動加藥系統(tǒng)的 PLC 接線圖2.2.3 EM235 模擬量輸入模塊接線SIEMENS S7-200 模擬量擴展模塊 EM235 含有 4 路模擬量輸入和 1 路模擬量輸出，為 12 位數(shù)據(jù)格式，它的輸入信號可以是不同量程的電壓或電流，其電壓、電流的量程由開關(guān) SW1SW6 設(shè)定。EM235 有 1

48、路模擬量輸出，其輸出可以是電壓或電流，其端子及接線圖如圖 2-6 所示，RA、A+、A-為第一路模擬量輸入通道端子，RB、B+、B-為第二路模擬量輸入通道端子，RC、C+、C-為第三路模擬量輸入通道端子，RC、C+、C-為第四路模擬量輸入通道端子。M0、I0 為模擬量輸出輸出端子，電壓輸出大小為-10V+10V，電流輸出大小為 020Ma,L+和 M 接 EM235 的工作電源。EM235 模塊（4 輸入、1 輸出）是高速 12 位模擬量模塊，能在 149 微妙內(nèi)將模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。輸入可以是電壓信號，也可以是電流信號。一般來說，PH 值表都有 420mA 信號輸出，因此采用 420m

49、A 標準信號輸入。蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書13圖 2-7 EM235 接線示意圖2.2.4 自動加藥裝置技術(shù)參數(shù) 檢測儀輸出信號：0lOmA，420mA，DC。 調(diào)節(jié)器輸入信號：010mA，420mA，DC。輸出信號：010mA，010V，420mA?？刂凭龋?。PI 功能：用于快速調(diào)節(jié)過程。 變頻器變頻器額定功率1.6 倍工作電機功率變頻器驅(qū)動工作電機頻率范圍：5100HZ(4 極電機)。 工作環(huán)境條件溫度40相對濕度85振動頻率25HZ振動幅度01mm周圍空氣不含灰粉和腐蝕性氣體2.2.5 系統(tǒng)的 PID 控制工業(yè)生產(chǎn)過程中，對于生產(chǎn)裝置的溫度、壓力、流量、液位等工藝變量常常要求維持在

50、一定的數(shù)值上，或按一定的規(guī)律變化，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。PID 控制器是根據(jù) PID 控制原理對整個控制系統(tǒng)進行偏差調(diào)節(jié)，從而使被控變量的實際值與工藝要求的預(yù)定值一致。不同的控制規(guī)律適用于不同的生產(chǎn)過程，必須合理選擇相應(yīng)的控制規(guī)律，否則 PID 控制器將達不到預(yù)期的控制效果。PID 控制器（比例-積分-微分控制器），由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成，通過 Kp，Ki 和 Kd 三個參數(shù)蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書14的設(shè)定來調(diào)節(jié)，PID 控制器主要適用于基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)。 PID 控制器是一個在工業(yè)控制應(yīng)用中常見的 反饋回路部件，這個控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一

51、個參考值進行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達到或者保持在參考值。和其他簡單的控制運算不同，PID 控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準確，更加穩(wěn)定。可以通過數(shù)學的方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復(fù)的情況下，一個 PID 反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。PID 是一種線性控制，它根據(jù)給定值 SP(t)與過程變量 PV（t）構(gòu)成偏差，將偏差的比例（P） 、積分（I） 、微分（D）通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進行控制。在PID 控制器算法中，比例環(huán)節(jié)反映系統(tǒng)的偏差信號 e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制

52、器立即產(chǎn)生控制作用減少偏差，不能消除穩(wěn)態(tài)偏差；積分環(huán)節(jié)用于消除偏差，提高系統(tǒng)的誤差度，積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) T，T 越大，積分作用越弱；微分環(huán)節(jié)能反映偏差的變化趨勢，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個早期的修正信號，減少調(diào)節(jié)時間。微分環(huán)節(jié)的引入改善了系統(tǒng)的特性。1 PID 的作用如果一個 PID 回路的輸出 M 是時間 T 的函數(shù)，則可以看做事比例項、積分項和微分項三部分之和。即()=()+10() +)+CK1TdttdeTD)(0M式中，M（t）為控制器的輸出，的初始值，誤差信號 e（t）= SP(t)-PV(t) 為0 系統(tǒng)的輸出量，為 PID 回路增益，和分別是

53、積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)。本次設(shè)計采用 比例積分（PI）控制，比例控制規(guī)律是基本控制規(guī)律中最基本的、應(yīng)用最普遍的一種，其最大優(yōu)點就是控制及時、迅速。只要有偏差產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用。但是，不能最終消除余差的缺點限制了它的單獨使用?？朔嗖畹霓k法是在比例控制的基礎(chǔ)上加上積分控制作用。積分控制器的輸出與輸入偏差對時間的積分成正比 ，這里的“積分”指的是“積累”的意思。積分控制器的輸出不僅與輸入偏差的大小有關(guān)，而且還與偏差存在的時間有關(guān)。只要偏差存在，輸出就會不斷累積（輸出值越來越大或越來越?。?，一直到偏差為零，累積才會停止。所以，積分控制可以消除余差，積分控制規(guī)律又稱無差控制規(guī)律。 積分時

54、間的大小表征了積分控制作用的強弱。積分時間越小，控制作用越強；反之，控制作用越弱。積分控制雖然能消除余差，但它存在著控制不及時的缺點。因為積分輸出的累積是漸進的，其產(chǎn)生的控制作用總是落后于偏差的變化，不能及時有效地克服干擾的影響，難以使控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來。所以，實用中一般不單獨使用積分控制，而是和比例控制作用結(jié)合起來，構(gòu)成比例積分控制。這樣取二者之長，互相彌補，既有蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書15比例控制作用的迅速及時，又有積分控制作用消除余差的能力。因此，比例積分控制可以實現(xiàn)較為理想的過程控制 。比例積分控制器 是目前應(yīng)用最為廣泛的一種控制器，多用于工業(yè)生產(chǎn)中液位、壓力、流量等控制系統(tǒng)。由于引入

55、積分作用能消除余差，彌補了純比例控制的缺陷，獲得較好的控制質(zhì)量。但是積分作用的引入，會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。對于有較大慣性滯后的控制系統(tǒng)，要盡量避免使用。2 回路輸入量的轉(zhuǎn)換和標準化每個回路的給定與 過程變量都是實際數(shù)值，其大小、范圍和工作單位可能不同，在 PLC 在進行 PID 控制之前，必須將其轉(zhuǎn)換成標準化浮點表示法， 步驟如下：（1）將回路輸入量數(shù)值從 16 位整數(shù)轉(zhuǎn)換成 32 位浮點數(shù)或?qū)崝?shù)。（2）將實數(shù)轉(zhuǎn)換成 0.01.0 之間的標準化數(shù)值。用下式：實際數(shù)值的標準化數(shù)值 =實際數(shù)值的非標準化數(shù)值或原始實數(shù) +偏移量，其中取值范圍=最大可能數(shù)值 -最小可能數(shù)值 =32000（單級數(shù)值）或

56、64000（雙級數(shù)值）；偏移量：對單級數(shù)值取 0.0，對雙級數(shù)值取 0.5；單級（032000），雙級（ -32000+32000）。程序執(zhí)行后， PID 回路輸出 0.01.0 之間的標準化實數(shù)數(shù)值，必須被轉(zhuǎn)換成16 位成比例的整數(shù)數(shù)值，才能驅(qū)動模擬輸出。2.2.6 PID 控制器的參數(shù)整定PID 控制器的參數(shù)整定是 控制系統(tǒng)設(shè)計 的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還

57、必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法 。利用該方法進行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下： (1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作； (2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩， 記下這時的比例放大系數(shù)和

58、臨界振蕩周期； (3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID 控制器的參數(shù)。在實際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。對于溫度系統(tǒng)：P（%）20-60，I（分）3-10，D（分）0.53;對于液位系統(tǒng)： P（%）20-80，I（分）1-5 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書162.3 自動加藥系統(tǒng)的硬件選型2.3.1 PLC 的選型S7-200 系列可編程控制器常見的有 CPU221，CPU222，CPU224 和 CPU226 四種基本型號。CPU 226 具有更多的輸入輸出點及更大的存儲器，其輸入、輸出、CPU、電源模塊均裝設(shè)在一個基本單元的機殼內(nèi)，是典型的整體式結(jié)構(gòu)。當系統(tǒng)需

59、要擴展時，選用需要的擴展模塊與基本單元連接。底部端子蓋下是輸入量的接線端子和為傳感器提供的 24V 直流電源端子。1、CPU 226 型 PLC 的組成S7-200 系列 PLC 有 CPU21X 和 CPU22X 兩代產(chǎn)品，其中 CPU22X 型 CPU 有CPU221、CPU222、CPU224 和 CPU226 四種基本型號。本節(jié)以 CPU226 型 PLC 為重點，來分析一下小型 PLC 的結(jié)構(gòu)特點。 小型 PLC 系統(tǒng)由主機（主機箱）、I/O 擴展單元、文本/圖形顯示器、編程器等組成。2、 CPU226 主機箱體的外部設(shè)有 RS485 通訊接口，用以連接編程器（手持式或 PC 機）、

60、文本/圖形顯示器、PLC 網(wǎng)絡(luò)等外部設(shè)備；還設(shè)有工作方式開關(guān)、模擬電位器、I/O 擴展接口、工作狀態(tài)指示和用戶程序存儲卡、I/O 接線端子排及發(fā)光指示等。（1）基本 I/O。CPU 22X 型 PLC 具有兩種不同的電源供電電壓，輸出電路分為繼電器輸出和晶體管 DC 輸出兩大類。CPU 22X 系列 PLC 可提供四個不同型號的 10 種基本單元CPU 供用戶選用，其類型及參數(shù)如表 2-8 所示。特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226外形尺寸（mm）908062908062120.5806214080621908062程序存儲器：可在運行模式下編輯不可在運行模式下