基于mcgs的鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

PAGE14PAGE21西南科技大學(xué)專業(yè)方向設(shè)計報告課程名稱：自動化專業(yè)方向設(shè)計設(shè)計名稱：基于MCGS的鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

方向設(shè)計任務(wù)書學(xué)生班級：自動10XX班學(xué)生姓名：趙XX學(xué)號：2010XXXX設(shè)計名稱：基于MCGS的鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計起止日期：2013.10.20——2013.11.15指導(dǎo)教師：王順利設(shè)計要求：（指導(dǎo)教師給出的具體設(shè)計要求）采用北京昆侖公司的MCGS工業(yè)控制組態(tài)軟件，通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換器使PC機與選定下位機（PLC）進(jìn)行通信。能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、工藝過程實時監(jiān)控、趨勢曲線等功能。分析相關(guān)控制參數(shù)并設(shè)置的整個控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計設(shè)計控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)；針對具體的相關(guān)環(huán)節(jié)設(shè)計對相關(guān)器件進(jìn)行選型，要求測溫范圍為0-100℃，選擇合適類型的檢測元件；根據(jù)要求繪制系統(tǒng)控制流程圖。程序設(shè)計與實現(xiàn)設(shè)計控制程序?qū)崿F(xiàn)對鍋爐溫度控制并進(jìn)行模擬顯示，有效考慮反饋調(diào)節(jié)。課程設(shè)計論文應(yīng)完成的工作論文摘要，中英文均要求。關(guān)鍵詞（3—5個），中英文關(guān)鍵詞。前言、方案論證及方案選擇、系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計或?qū)嶒災(zāi)M分析、調(diào)試及結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)方向設(shè)計學(xué)生日志時間設(shè)計內(nèi)容2013.10.20—2013.10.25查閱MCGS相關(guān)資料，了解MCGS基本操作及如何與PLC通信2013.10.25—2013.10.27對PLC、MCGS、傳感器、可控硅執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行分析2013.10.27—2013.10.29進(jìn)行系統(tǒng)硬件連接2013.10.29—2013.11.02測試傳感器、執(zhí)行機構(gòu)是否正常，有無偏差2013.11.02—2013.11.04編寫程序2013.11.04—2013.11.06整定參數(shù)2013.11.06—2013.11.08整理資料，編寫設(shè)計報告基于MCGS的鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中主要的供熱設(shè)備。電力、機械、冶金、化工、民用都需要鍋爐提供熱量，但是根據(jù)行業(yè)的不同，對鍋爐的大小規(guī)模不盡相同。作為重要的工業(yè)設(shè)備，在保證其安全和穩(wěn)定運行的情況下則應(yīng)考慮其自動生產(chǎn)，提高自動運行能力及工作效率。本設(shè)計基于AE2000B實驗設(shè)備上模擬現(xiàn)場鍋爐溫度控制系統(tǒng)，通過西門子S7-200PLC作為控制器，MCGS作為上位機，通過通信鏈接對鍋爐溫度進(jìn)行實時監(jiān)控，同時設(shè)計系列聯(lián)鎖，保證系統(tǒng)安全運行。關(guān)鍵詞:鍋爐溫度AE2000BPLCMCGSBasedontheMCGSboilertemperaturecontrolsystemdesignAbstract：Theboileristhemainheatingequipmentintheindustrialmanufacture.Theelectricpower,themachinery,themetallurgicalindustry,thechemicalindustryandthecivilallneedtheheattheboileroffers.However,accordingtodifferentindustries,Thesizeoftheboilervariesfromonetoanother.Asanimportantindustrialequipment,ifwecouldensureitssafeandstableoperation,weshouldconsideritsautomaticproductionandimprovetheautomaticabilityanditsworkingefficiency.ThisdesignisbasedonAE2000BexperimentaldevicetosimulatethespotboilertemperaturecontrolsystembyusingtheSiemensS7-200PLCasthecontrollerandtheMCGSasuppermachine.Meanwhile,thecommunicationlinkwillsupervisetheboilertemperaturetimelyandtheinterlockingserieswillguaranteethesafeoperationofthesystem.Keywords:boilertemperatureAE2000BPLCMCGS1設(shè)計目的和意義鍋爐生產(chǎn)在國民是工業(yè)中占據(jù)著重要的地位，早期的鍋爐自動化程度很低，監(jiān)控系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致系統(tǒng)故障不斷，但是鍋爐因為適合各種行業(yè)仍然被廣泛使用，鍋爐的廣泛使用使鍋爐現(xiàn)代化成為必然。鍋爐現(xiàn)代化的管理不但需要安全、高度自動化的控制方案，還需要考慮高效、節(jié)能、環(huán)保等方面的因素。所以對于鍋爐的自動運行這一方面還需要我們做控制的人不斷的研究和探索，力爭將鍋爐實際運行生產(chǎn)達(dá)到安全、高效的高度。本設(shè)計通過用PLC作為控制器，PID算法作為靈魂，對鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，力爭使鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、檢修維護方便快捷、可靠性提高，同時增強控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，使鍋爐控制系統(tǒng)的先進(jìn)性整體提升。2控制要求采用北京昆侖公司的MCGS工業(yè)控制組態(tài)軟件，通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換器使PC機與選定下位機（PLC）進(jìn)行通信。能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、工藝過程實時監(jiān)控、趨勢曲線等功能。分析相關(guān)控制參數(shù)并設(shè)置的整個控制系統(tǒng)。3設(shè)計方案論證3.1鍋爐部分分析構(gòu)成鍋爐的溫度控制方法有很多種，但基本都是基于鍋爐的給熱量和散熱量平衡的關(guān)系來確定的，當(dāng)給熱量和散熱量平衡時爐溫保持在給定的范圍內(nèi)。當(dāng)某種因素出現(xiàn)變動時，從溫度傳感器采集的實際溫度與給定溫度進(jìn)行比較，得到兩者的差值，即偏差?？刂破鞲鶕?jù)實際偏差值的具體情況按照指定規(guī)律發(fā)出相應(yīng)信號，控制被控量的大小，使溫度恢復(fù)到給定值的范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)對溫度的自動控制。根據(jù)不同類型的鍋爐以及現(xiàn)場的具體情況有不同的控制方法。從用途就可分為生活鍋爐、工業(yè)鍋爐、電站鍋爐。生活鍋爐主要是在低壓情況下運行，為日常生活提供熱水，亦可稱為熱水鍋爐，本設(shè)計即為此類鍋爐的縮影；工業(yè)鍋爐基本在高壓下進(jìn)行生產(chǎn)，其需要提供大量熱量；電站鍋爐主要是將水加熱到高溫高壓的蒸汽狀態(tài)，從而驅(qū)動汽輪機，進(jìn)行發(fā)電，亦可成為蒸汽鍋爐。另一方面主要從燃料的角度區(qū)分鍋爐，主要有燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、電加熱鍋爐等?；谌济?、燃油、燃?xì)獾娜愬仩t均需要空氣做助燃劑，當(dāng)燃料與空氣的比值適合時才能發(fā)揮最大的能效，因此此類控制系統(tǒng)必然會用到比值控制等復(fù)雜算法，同時燃燒的過程復(fù)雜、干擾多，還需要對煙氣含氧量、爐膛火焰等情況進(jìn)行監(jiān)控，故而此類燃燒方式的鍋爐大多需要復(fù)雜、精確地設(shè)計、調(diào)試驗證及試運行后才能投入到現(xiàn)場生產(chǎn)中；電加熱鍋爐因為其提供能量方式單一，調(diào)節(jié)加熱器的電流或者電壓大小即可對爐溫進(jìn)行控制，同時延遲不大，能源使用率較高等因素被受親睞，但是其能提供的能量較少因此使用的規(guī)模不大。表1不同燃料的鍋爐性能分析燃煤鍋爐燃?xì)忮仩t燃油鍋爐電加熱鍋爐鍋爐效率80%以下90%85%100%助燃劑空氣空氣空氣無備注技術(shù)成熟、首次投資小、煙氣污染大但是提供能量多，適合電廠蒸汽鍋爐等規(guī)模較大場合技術(shù)成熟、天然氣需要儲罐或者管道運輸、燃料成本高技術(shù)成熟、重油需儲罐、煙氣需要脫硫、燃料成本高供熱較小、無污染、適合小規(guī)模場合使用基于實際條件及控制要求，本設(shè)計選擇在AE2000B型實驗裝置下的電加熱型熱水鍋爐作為對象。AE2000B型過程控制實驗裝置是浙大中控根據(jù)工業(yè)自動化及相關(guān)專業(yè)教學(xué)特點，吸取了國外同類實驗裝置的特點和長處，并與目前大型工業(yè)自動化現(xiàn)場緊密聯(lián)系，采用了工業(yè)上廣泛使用并處于領(lǐng)先的AI智能儀表加組態(tài)軟件控制系統(tǒng)、DCS(分布式集散控制系統(tǒng))，經(jīng)過精心設(shè)計，多次實驗和反復(fù)論證，推出的一套基于本科，著重于研究生教學(xué)、學(xué)科基地建設(shè)的實驗設(shè)備。AE2000型過程實驗裝置的檢測信號、控制信號及被控信號均采用ICE標(biāo)準(zhǔn)，即電壓1～5V、電流4～20mA。3.2控制器分析由于實際的工業(yè)現(xiàn)場情況復(fù)雜，干擾較多，因此在控制器方面因選擇抗干擾能力強、運行穩(wěn)定的控制器，綜合單片機、PLC等控制器的特點，本設(shè)計選擇西門子S7-200型PLC作為控制器。常用的西門子S7-200系列的PLC有224或226，本次設(shè)計選用224作為控制器。西門子S7-200系列PLC作為西門子推出的小型PLC，擁有體積小、通訊開放、程序和數(shù)據(jù)存儲器較大、集成的RS485接口、擴展性良好、指令功能強大等特點，被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的小規(guī)模控制系統(tǒng)。表2控制器選型分析單片機PLC價格便宜貴功能隨意開發(fā)部分受限穩(wěn)定性相對較差好其他學(xué)習(xí)相對復(fù)雜、抗干擾能力弱、造價低學(xué)習(xí)簡單、工程造價高、抗干擾能力強、可靠3.3組態(tài)軟件分析組態(tài)軟件在國內(nèi)是一個約定俗成的概念，并沒有明確的定義，它可以理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”。是指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計算機程序，也就是所謂的“組態(tài)”。組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。目前常用的組態(tài)軟件有西門子的WINCC、北京昆侖的MCGS、亞控的組態(tài)王、北京三維的力控，國外的組態(tài)軟件大多只針對自己的PLC，而國內(nèi)的組態(tài)軟件基本能與幾大主流的PLC進(jìn)行配合使用。表3主要組態(tài)軟件情況對比WINCCMCGS組態(tài)王力控所屬公司西門子北京昆侖亞控科技北京三維屬性國際產(chǎn)品國內(nèi)產(chǎn)品國內(nèi)產(chǎn)品國內(nèi)產(chǎn)品知名度較早出現(xiàn)國內(nèi)組態(tài)第二品牌國內(nèi)最早，裝機量最多的組態(tài)軟件近幾年發(fā)展的產(chǎn)品兼容性支持西門子產(chǎn)品兼容性強兼容性強兼容性強其他軟件加密不夠嚴(yán)密，國內(nèi)盜版多基于VB開發(fā)、效率較低、系統(tǒng)穩(wěn)定性差國外組態(tài)軟件的替代品，多用于需求較大場合系統(tǒng)相對穩(wěn)定、驅(qū)動比較完善、推廣和售后都較好本設(shè)計選擇北京昆侖的組態(tài)軟件MCGS作為上位機，MCGS是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理,以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案,在自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。4系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計使用西門子S7-200型PLC作為控制器，北京昆侖的組態(tài)軟件MCGS作為上位機，通過現(xiàn)場溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，使用可控硅調(diào)節(jié)加熱器兩端電壓等系列方法控制加熱效果，達(dá)到控制的所需要的工藝要求。目的在于設(shè)計過程中能夠了解S7-200PLC是如何被運用于工業(yè)實際生產(chǎn)過程的，解決工業(yè)現(xiàn)場干擾多、情況復(fù)雜等情況下大多數(shù)控制器不穩(wěn)定的問題。通過在上位機上動手操作和觀察，實時遠(yuǎn)程監(jiān)控鍋爐內(nèi)水溫的具體情況，并得到完整的爐溫實時曲線。同時監(jiān)控工藝運行時是否正常，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。4.1工藝分析所選被控對象是常見的電加熱鍋爐，通過電加熱棒與待加熱液體直接進(jìn)行熱傳遞，將一定量的液體加熱到工藝要求的溫度。圖1鍋爐加熱系統(tǒng)流程圖待加熱液體由丹麥泵直接抽到鍋爐中，同時輸送管道上面有電動調(diào)節(jié)閥，鍋爐內(nèi)部也有液位傳感器，傳感器與電動調(diào)節(jié)閥形成閉環(huán)控制回路，保證鍋爐內(nèi)部液體穩(wěn)定，同時在程序內(nèi)設(shè)定液位上下限，保證鍋爐內(nèi)運行安全。在鍋爐內(nèi)有電加熱棒并通過單相SCR可控調(diào)壓裝置控制其輸出電壓，同時鍋爐內(nèi)有溫度檢測裝置，兩者與控制器PLC構(gòu)成閉環(huán)控制回路，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。在本設(shè)計中要求控制鍋爐溫度，故而對于液位部分只檢測鍋爐內(nèi)有無液體，將此液位作為參考值，在安全控制方面作為液位上、下限的報警值。4.2硬件選型本設(shè)計主要選擇控制器、加熱裝置、溫度檢測裝置、上位機選型等。控制器選擇西門子S7-200系列PLC，型號為224；加熱裝置為電加熱棒，可控硅調(diào)節(jié)其端電壓，調(diào)壓范圍為0—220V；溫度檢測裝置選擇鉑熱電阻PT100，其溫度測量范圍為0—100℃。4.3硬件連接及I/O分配鍋爐溫度控制系統(tǒng)主要有溫度傳感器、變送器、控制器PLC、帶MCGS的PC機作為上位機、執(zhí)行機構(gòu)可控硅調(diào)壓電路等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖2。圖2鍋爐溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖計算機上裝有MCGS可作為上位機，同時計算機通過PC/PPI電纜通過RS485通信與PLC進(jìn)行通訊，西門子S7-200PLC與模擬量模塊EM235安裝在同一導(dǎo)軌上，PLC的CPU模塊224有24個I/O接口，其中有14個輸入端、10個輸出端，輸入端口外接開始按鈕、停止按鈕、急停按鈕，輸出端口外接工作指示燈、報警指示燈、正在加熱指示燈，模擬量模塊EM235有4路模擬量輸入端口、1路模擬量輸出端口，其中模擬量輸入端口根據(jù)外接電路的接法不同可以分為1—5V電壓型和4—20mA電流型，模擬量輸出端可選擇V或者I來確定需要電流輸出還是電壓輸出。本設(shè)計選擇3路數(shù)字量輸入、2路數(shù)字量輸出、1路模擬量標(biāo)準(zhǔn)電流輸入、1路數(shù)字量標(biāo)準(zhǔn)電流輸出，其具體分配情況見表4。表4PLC硬件連接情況及I/O分配名稱類型地址備注開始按鈕數(shù)字量（BOOL）I0.0停止按鈕數(shù)字量（BOOL）I0.1常閉急停按鈕數(shù)字量（BOOL）I0.2常閉工作指示數(shù)字量（BOOL）M0.0/Q0.0中間繼電器/輸出繼電器報警指示數(shù)字量（BOOL）M1.0/Q0.1中間繼電器/輸出繼電器加熱指示數(shù)字量（BOOL）M1.1/Q0.2中間繼電器/輸出繼電器溫度采集模擬量（4—20mA）AIW0電流接法可控硅輸出模擬量（4—20mA）AQW0電流接法溫度實時值VD14比例參數(shù)設(shè)定VD132積分參數(shù)設(shè)定VD140微分參數(shù)設(shè)定VD144溫度設(shè)定值VD250可控硅端電壓VD320硬件連線主要有溫度變送器的接線與PLC的接線、可控硅與PLC的接線。溫度變送器PT100與PLC的接線如圖3。圖3溫度變送器與PLC連接可控硅與電加熱棒構(gòu)成一個電壓可調(diào)的模塊，通過調(diào)節(jié)給到電熱棒兩端的電壓大小來改變電加熱棒對鍋爐內(nèi)液體供熱的大小，從而達(dá)到加熱的目的，單相SCR可調(diào)壓裝置與PLC的接線如圖4。圖4單相SCR可調(diào)壓裝置與PLC接線圖4.4輸入、輸出信號轉(zhuǎn)換由于采集的數(shù)據(jù)都為工程中的實際數(shù)據(jù)，單位、幅值和范圍也不同，必須將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)形式才能被控制器PLC接受執(zhí)行。轉(zhuǎn)換的第一步是將給定值或A/D轉(zhuǎn)換后得到整數(shù)值由16位轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)，轉(zhuǎn)換后的下一步是將實數(shù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)，鍋爐溫度測量范圍是0～100℃，模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號是4-20mA，A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)值為6400-32000，設(shè)T為轉(zhuǎn)換后的溫度值，則其轉(zhuǎn)換公式如下：(1)對于輸出信號亦是同樣的設(shè)計公式，設(shè)U為輸出電壓，其轉(zhuǎn)換公式如下：(2)4.5系統(tǒng)框圖設(shè)計鍋爐溫度的閉環(huán)控制回路，其具體框圖如圖5。圖5鍋爐溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖4.6控制對象模型本設(shè)計的鍋爐水溫控制系統(tǒng)科理解為一介滯后系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為：（3）5設(shè)計結(jié)果及分析5.1水箱水位檢測水箱實際溫度的檢測是要把測得的溫度量轉(zhuǎn)化為0.0到1.0之間的數(shù)以便于PLC能夠識別。因為PID只能針對浮點型實數(shù)進(jìn)行運算，因此要先把溫度變送器輸出的值轉(zhuǎn)換成16位的整型存儲在累加寄存器AC0中，再將AC0中的值轉(zhuǎn)化為32位的雙整型繼續(xù)存放于AC0中，接著把AC0中的數(shù)由雙整型轉(zhuǎn)化為實型，仍然存放到AC0中。鑒于實型數(shù)的小數(shù)點有6位，所以其相對來說還是比較精確的。接下來就要把實數(shù)再轉(zhuǎn)化成PLC能夠識別的0.0~1.0之間數(shù)。其具體程序見附錄。5.2輸出到可控硅電壓經(jīng)過PID運算后從AQW0輸出的信號為6400—32000的標(biāo)準(zhǔn)值，可以直接加到可控硅模塊控制電壓大小，但是我們亦需要將其轉(zhuǎn)換為可以識別的電壓大小，其具體程序見附錄。5.3PID算法在S7-200PLC中的實現(xiàn)S7-200的編程軟件Micro/WIN提供了PID指令向?qū)В琍ID控制程序可以通過指令向?qū)ё詣由?，但是PID指令也能夠被程序自動調(diào)用。首先選擇運用PID算法的回路，本系統(tǒng)就一個回路，故選擇回路0，如圖6所示。圖6回路選擇第二步選擇好回路后設(shè)定回路的參數(shù)，由于本設(shè)計采用水作為加熱液體，而選擇的PT100也是0—100℃的測溫，因此給定范圍的低限和高限分別為0和100，回路的參數(shù)暫時先不設(shè)定，如圖7所示。圖7給定值范圍的設(shè)定第三步設(shè)置回路輸入輸出項，輸入和輸出量都是單級性的模擬量，全部選擇“使用20%偏移量”，因為S7-200的單極性模擬量輸入輸出信號的數(shù)值范圍是6400—32000，所以輸入項的量程為6400—32000。如圖8所示。圖8回路輸入輸出參數(shù)性質(zhì)配置界面5.3報警及系列連鎖程序程序除了溫度采集、電壓大小轉(zhuǎn)換、PID程序以外還需要設(shè)計報警程序以及程序連鎖等系列附加程序，保證設(shè)備安全運行。添加的附加程序有：超溫報警、超絕對高溫停機保護、無水不加熱程序等。這類程序雖然在系統(tǒng)正常運行時不會動作，但是在各類突發(fā)情況出現(xiàn)時能直接處理或者安全停機，達(dá)到保護設(shè)備的目的。這些功能的具體程序見附錄。5.4控制系統(tǒng)仿真及參數(shù)整定在PID參數(shù)整定中，工程整定法因其固有的優(yōu)點而受到廣大工程技術(shù)人員的歡迎。同時工程整定法中的穩(wěn)定邊界法由于簡單易行而仍在廣泛的使用，但是穩(wěn)態(tài)邊界法在常規(guī)的實驗中還是有其固有的弱點，如在做實驗時必須把控制系統(tǒng)調(diào)到等幅震蕩，這樣就可能會影響實驗設(shè)備受到損壞。此時，我們就想到利用軟件仿真的形式來實現(xiàn)對PID參數(shù)的整定，而MATLAB／Simulink就給我們提供了一個良好的軟件平臺。下面我們在MATLAB／Simulink仿真環(huán)境下整定水箱溫度PID控制參數(shù)。常規(guī)的PID參數(shù)整定根據(jù)PID控制模型，利用SIMULINK靈活的非線性設(shè)計功能，通過對系統(tǒng)對象分析及建模分析，綜合實際情況可建立SIMULINK模型如圖9所示：圖9PID控制的SIMULINK模型根據(jù)傳遞函數(shù)的各項系數(shù)，通過調(diào)節(jié)PID的各個參數(shù)，得到不同數(shù)組下的曲線并對比分析。當(dāng)Kp=100、KI=0.01、KD=50的時候運行SIMULINK模型，得到仿真曲線圖如圖10所示，得到理想的PID運行曲線。圖10Kp=100、KI=0.01、KD=50時的仿真曲線圖從圖11可以看出系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時有比較小穩(wěn)態(tài)誤差，超調(diào)量為8.2%，在暫態(tài)時最大超調(diào)量比較大，曲線也比較陡峭，這么長的調(diào)整時間要求非常高的控制系統(tǒng)，所以還必須進(jìn)一步調(diào)整控制參數(shù)，以使得系統(tǒng)工作在最佳的控制狀態(tài)，通過多次試驗，當(dāng)Kp=50、KI=0.01、KD=50時得到最佳的控制效果如圖11所示。圖11Kp=50、KI=0.01、KD=50時的仿真曲線圖在不改變參數(shù)的情況下，給系統(tǒng)加一個干擾，如圖12所示：圖12PID加擾動的SIMULINK模型運行SIMULINK模型得到相應(yīng)的仿真曲線如圖13所示：圖13PID加擾動的仿真曲線根據(jù)圖常規(guī)PID的抗干擾性測試看出，本次試驗得到的參數(shù)還是比較理想的。經(jīng)過常規(guī)PID的抗干擾測試，可以看出系統(tǒng)的響應(yīng)曲線基本沒有太大波動。5.4上位機界面及監(jiān)控設(shè)計的控制系統(tǒng)采用MCGS作為上位機，通過上位機對PLC及運行情況進(jìn)行監(jiān)視，監(jiān)視工藝流程及各類參數(shù)，同時可通過上位機可直接對現(xiàn)場運行情況進(jìn)行操作，上位機具體界面如圖14。圖14組態(tài)界面6結(jié)束語通過這次方向設(shè)計，我有了很大的收獲。首先感謝指導(dǎo)老師王順利老師，他的悉心指導(dǎo)才使我做方向設(shè)計步步深入，同時感謝大學(xué)以來所有給我上課的老師，他們傳授的知識讓我大學(xué)有了很大的收獲；第二：以前學(xué)習(xí)的很多理論知識很多已經(jīng)忘記，這次設(shè)計使得我必須重新翻書查閱以前學(xué)習(xí)的知識，這是對以前知識的鞏固；第三：明白了學(xué)習(xí)不能光動腦不動手，有很都看似已經(jīng)弄懂了的知識在實際中完全不知怎么用，所以只有實踐才能發(fā)現(xiàn)很多問題，才能把知識掌握得更加牢固，同時還能提高自己的動手能力，才能發(fā)現(xiàn)書本上的知識與實際運用是有很大的差距的。第四：要學(xué)會與他人交流，有交流就會有進(jìn)步。參考文獻(xiàn)[1]畢效輝，自動控制理論[M]，北京，中國輕工業(yè)出版社，2012.1[2]薛定宇，控制系統(tǒng)極端及輔助設(shè)計[M]，北京，清華大學(xué)出版社，2006.3[3]方康玲，過程控制系統(tǒng)[M]，武漢，武漢理工大學(xué)出版社，2009.3[4]邵裕森，過程控制工程[M]，北京，機械工業(yè)出版社，2013.1[5]陳建明，電氣控制與PLC應(yīng)用[M]，北京，電子工業(yè)出版社，2010.1[6]柴瑞娟，西門子PLC高級培訓(xùn)教程[M]，北京，人民郵電出版社，2009.3[7]西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動集團，深入淺出西門子S7-200PLC[M]，北京，北京航空航天大學(xué)出版社，2003[8]S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊[Z][9]楊靖，基于PID算法的S7-200PLC鍋爐水溫控制系統(tǒng)[J]，機床電器，2010(6),34-35[10]MCGS用戶指南[Z]附錄1、主程序2、電壓轉(zhuǎn)換子程序3、溫度采集子程序基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進(jìn)電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應(yīng)用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應(yīng)用\