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计算机控制课程设计论文

摘要

锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备，而水位控制是锅炉安全运行的一个重要参数，水位过高会使蒸汽带水带盐，严重的将引起整体品质下降，严重影响生产和安全；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而损坏。本次课程设计的主要任务是设计一个锅炉汽包水位控制系统，建立在可编程控制器PLCS7-200的基础上进行系统设计，要求完成PLC的选型，进行I/O分配，将液位信号转化成电信号传送到PLC或计算机，利用PI或PID算法进行运算。利用计算结果调节给水电动阀阀门开度，控制锅炉水位，利用组态王完成上位机组态设计。 控制时调节时间小于10s，最大超调不大于5%。

关键词：PLCS7-200 水位控制 PID算法 组态王

目录

一、锅炉汽包水位控制系统2

1.1锅炉的工作过程简介2

1.2系统简介3

1.3单冲量控制系统3

1.4水位PID控制系统4

二、硬件部分5

2.1PLC选型5

2.1.1西门子PLC-CPU2265

2.1.2模拟量模块EM2355

2.1.3PC-PPI电缆6

2.2 I/O分配6

2.3流程控制图6

2.3.4 PLC程序8

三、 PID参数整定12

3.1PID算法简介12

3.2运用试凑法选定PID参数12

3.2 MATLAB仿真结果13

四、 组态设计15

4.1组态王简介15

4.2组态王对PLC的设备组态15

4.3组态王定义数据变量15

4.4组态王界面16

总结17

参考文献18

一、锅炉汽包水位控制系统

1.1锅炉的工作过程简介

锅炉的任务是根据外界负荷的变化，输送一定质量(汽压、汽温)和相应数量的蒸汽。

锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。“锅”就是锅炉的汽水系统，如图所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、过热器5、上升管7、给水调节阀2、给水母管1及蒸汽母管6等组成。锅炉的给水用给水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收烟气的热量，使温度升高到本身压力下的沸点，成为饱和水然后引入汽包。汽包中的水经下降管进入锅炉底部的下联箱，又经炉膛四周的水冷壁进入上联箱，随即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收炉内火焰直接辐射的热，在温度不变的情况下，一部分蒸发成蒸汽，成为汽水混合物。汽水混合物在汽包中分离成水和汽，水和给水一起再进入下降管参加循环，汽则由汽包顶部的管子引往过热器，蒸汽在过热器中吸热、升温达到规定温度，成为合格蒸汽送入蒸汽母管。本次设计在汽水部分，故不详细介绍火炉部分。

图1-1 锅炉的汽水系统

1.2系统简介

从系统角度看，锅炉包括燃烧负荷控制系统、送引风系统、给水控制系统和辅助控制系统。其结构如图1-1：

图1-2 锅炉控制系统总图

锅炉汽包水位是锅炉安全运行的一个主要参数，水位过高会使蒸汽带水带盐，严重的将引起整体品质下降，严重影响生产和安全；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而损坏。

对蒸汽锅炉来说，汽包水位是其正常运行的主要指标之一，是一个重要的被调节参数。由于汽包水位在锅炉运行中占首要地位，所以这类锅炉的生产自动化一般是从给水自动调节开始的。

1.3单冲量控制系统

单冲量水位控制系统以汽包水位作为唯一的控制信号，冲量即变量。水位测量信号经变送器送到水位调节器，调节器根据汽包水位测量值H与给定值H0的偏差，通过执行器去控制给水调节阀以改变给水量，保持汽包水位在允许的范围内。系统框图为图2.1所示。

图1-3单冲量控制系统框图

1.4水位PID控制系统

本次设计使用1个液位传感器，1个输入控制液体阀，1个输出控制液体阀。系统启动时，关闭出水口，用手动控制进水泵速度，使水位达到满水位的75%，然后打开出水口，同时水泵控制从手动方式切换到自动方式，这种切换有一个输入的数字量控制。PID的控制工艺图如下：

图1-4 PID工艺图

二、硬件部分

2.1PLC选型

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