基于PLC的模糊PID溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究【開題報告】

1、畢業(yè)設(shè)計開題報告電氣工程與自動化基于PLC的模糊PID溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究一、選題的背景與意義隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，鍋爐的使用范圍越來越廣泛。而鍋爐溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制，有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量?，F(xiàn)代鍋爐的生產(chǎn)過程可以實現(xiàn)高度的機械化，這就為鍋爐的自動化提供了有利條件。鍋爐自動化是提高鍋爐安全性和經(jīng)濟性的重要措施。目前，鍋爐的自動化主要包括自動檢測、自動調(diào)節(jié)、程序控制、自動保護和控制計算五個方面。實現(xiàn)鍋爐自動化能夠提高鍋爐運行的安全性、經(jīng)濟性和勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減少運行人員。鍋爐是工業(yè)企業(yè)重要的動力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定

2、的蒸汽或熱水，以滿足負荷的需要。鍋爐設(shè)備是一個復(fù)雜的控制對象，燃氣燃油鍋爐主要輸入變量包括負荷、給水、燃料量、送風(fēng)和引風(fēng)量等，主要調(diào)節(jié)變量包括水位、溫度及壓力、煙氣氧量和爐膛負壓等；電加熱鍋爐主要輸入變量包括負荷、鍋爐給水和電阻絲電壓等，主要調(diào)節(jié)變量包括水位和溫度等。鍋爐生產(chǎn)過程的各個主要參數(shù)都必須嚴(yán)格控制。鍋爐系統(tǒng)是一個具有時變和時滯的比較復(fù)雜的系統(tǒng)，因此，對鍋爐溫度進行控制是工業(yè)過程控制中一個重要而且困難的問題。在生產(chǎn)過程控制中，一些復(fù)雜環(huán)節(jié)，往往需要進行串級控制。即把兩個控制器串聯(lián)起來，第一個控制器的設(shè)定值是控制目標(biāo)，它的輸出傳給第二個控制器，作為它的設(shè)定值，第二個控制器的輸出作為串級控

3、制系統(tǒng)的輸出，送到被控系統(tǒng)，作為它的控制“動作控制系統(tǒng)的這種串級形式對于復(fù)雜對象的控制往往比單回路控制的效果更好。串級控制對克服被控系統(tǒng)的時滯之所以能收到好的效果，是因為當(dāng)用兩個控制器進行串級控制時，每個控制器克服時滯的負擔(dān)相對減小，這就使得整個控制系統(tǒng)克服時滯的能力得到加強。在鍋爐自動控制系統(tǒng)中，除了應(yīng)用基于反饋控制原理而設(shè)計的各種調(diào)節(jié)器系統(tǒng)以外，計算機技術(shù)的應(yīng)用也越來越普及。由于PLC具有高可靠性、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。進入21世紀(jì)以來，PLC已經(jīng)由原來的邏輯控制器發(fā)展成具有較強的數(shù)據(jù)處理能力、通訊能力的標(biāo)準(zhǔn)工控設(shè)備，用其進行各種算法的實現(xiàn)是工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

4、本設(shè)計以電加熱鍋爐為被控對象，以鍋爐夾套溫度為主被控參數(shù)，以鍋爐內(nèi)膽溫度為副被控參數(shù)，以加熱爐電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)鍋爐水溫的定值控制。二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題：研究的基本內(nèi)容1 .對系統(tǒng)進行建模，形成我們所熟悉的系統(tǒng)框圖。2 .學(xué)習(xí)西門子的PLC的資源和編程語言。3 .用西門子PLC來編寫PID和模糊PID的控制算法4,使用WinCC組態(tài)軟件做監(jiān)控界面5 .在AE2000A型系統(tǒng)中來進行調(diào)試，進行各個參數(shù)的調(diào)整擬解決的主要問題1 .建立系統(tǒng)框圖對AE2000A型系統(tǒng)中的溫度控制的回路進行了解，確定使用審級控制，因為審級控制系統(tǒng)由于副回路的

5、存在，改善了對象的特性，使等效副對象的時間常數(shù)減小，系統(tǒng)的工作頻率提高，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能，使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，控制及時。同時，由于用級系統(tǒng)具有主副兩只控制器的總放大倍數(shù)增大，系統(tǒng)的擾干擾能力的增強。因此，它的控制質(zhì)量要比單回路控制系統(tǒng)高。在設(shè)計審級控制系統(tǒng)時，要求系統(tǒng)副對象的時間常數(shù)要遠小于主對象。止匕外，為了指示系統(tǒng)的控制精度，一般主調(diào)節(jié)器設(shè)計成模糊PID調(diào)節(jié)器，而副調(diào)節(jié)器一般設(shè)計為PID控制，以提高副回路的快速響應(yīng)。2 .學(xué)習(xí)用西門子PLC來編寫PID和模糊PID的算法程序通過對西門子PLC編程的學(xué)習(xí)，來編寫PID和模糊PID這兩個控制器的控制算法3 .使用WinCC組態(tài)軟件做個監(jiān)控界面

6、通過這個軟件的使用來熟悉系統(tǒng)的監(jiān)控，可以看出它的動態(tài)性和實時性，可以通過修改參數(shù)看出輸出的情況，也可以通過外加擾動看系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。4 .系統(tǒng)調(diào)試把編寫好的控制算法程序下載到西門子的PLC中，啟動AE2000A型系統(tǒng)，運行PLC中的程序，通過WinCC組態(tài)軟件進行監(jiān)控。三、研究的方法與技術(shù)路線：本設(shè)計是通過PLC編寫控制算法來控制AE2000A型系統(tǒng)中的加熱原件和閥門的開度進而控制系統(tǒng)的溫度。系統(tǒng)框圖鍋爐內(nèi)膽閥門調(diào)節(jié)閥支路動力泵放水口AE2000A型系統(tǒng)圖閥14陋系統(tǒng)顏控制釉圖圖3參數(shù)模糊自整定流程圖四、研究的總體安排與進度：2010.11-2010.12熟悉西門子的PLC和審級控制的原理；2

7、011.01-2011.02學(xué)會西門的PLC的編程語言，組態(tài)軟件的使用和模糊PID控制；2011.03-2011.04;編寫程序在工業(yè)控制設(shè)備上進行調(diào)試，根據(jù)結(jié)果對自己的程序進行修改和PID參數(shù)的修改，直到得到滿意的解時為止。2011.05-2011.06完善程序，完成畢業(yè)論文及答辯。五、主要參考文獻：1路俊峰，PLC高溫?zé)Y(jié)爐的智能溫度控制，碩士論文D,上海交通大學(xué)，2001.2郁漢琪主編，電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)M,南京，東南大學(xué)出版社，2003.1.3廖常初主編，S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)M,北京，機械工業(yè)出版社，2005.1.4劉士榮主編，計算機控制系統(tǒng)M,北京，機械工

8、業(yè)出版社，2007.9.5 SiemensAGStandardPIDControlManual,2003.6 SiemensAG.FunctionBlockDiagram(FBD)forS7-300andS7-400ProgrammingReferenceManual,2002.7浙大中控集團編，AE2000APLC實驗指導(dǎo)手冊Z,2004.8席愛民主編，模糊控制技術(shù)M,西安，西安電子科技大學(xué)出版社，2008.6.9胡壽松主編，自動控制原理M,第4版，北京，科學(xué)出版社，2001.10西門子(中國)有限公司自動化與驅(qū)動集團編，使用SFB/FB41,SFB/FB42,SFB/FB43實現(xiàn)PID控制

9、用戶手冊Z,2004.11汪曉平主編，PLC可編程控制器系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航M,北京，人民郵電出版社，2004.7.12張智煥主編，計算機檢測與控制M,杭州，浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2004.8.13常健生主編，檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)M第3版，北京，機械工業(yè)出版社，2000.2.14朱曉青主編，過程檢測控制技術(shù)與應(yīng)用M,北京：冶金工業(yè)出版社，2002.6.15王兆安、黃俊主編，電力電子技術(shù)M,北京，機械工業(yè)出版社，2000.16瞿楓，徐中宏，孫冀，基于西門子S7-300PLC的模糊控制實現(xiàn)J,南京師范大學(xué)學(xué)報，2007:23-27.17金以慧，過程控制M,北京，清華大學(xué)出版社，2003.18王曙光，楊春杰，魏秋月等，S7-300/400PLC入門與開發(fā)實例M,北京，人民郵電出版社，2009.2.19陶權(quán)，謝彤，基于PLC的過程控制實驗裝置溫度模糊PID控制J,自動化技術(shù)與應(yīng)用，2010,29(10):22-26.20 LeiWang,WencaiDu,HaiWang,HongWu.Fuzzyself-tuningPIDcontroloftheoperationtemperaturesinatwo-stagedmembraneseparationprocessJ.Jour