锅炉温度控制.docx

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锅炉温度控制

摘要

随着微电子技术及计算机技术的发展，可编程序控制器的运算功能、接口功能越來越强。

A/D及D/A技术引入PLC系统后，使PLC不再局限于逻辑控制范围。

本课题是利用西门子系列PLC模拟量模块EM235对温度模拟量信号进行釆集和处理，通过S7-200的PID指令和模拟量模块一起使用实现对锅炉水温的调节，采用TLabVIEW实现PC与PLC的实时监控功能。

下位机控制系统，是利用PLC作为系统的主控制器，由加热电阻丝加热，温度反馈信号经A/D转换后，送入PLC中进行处理，在PLC中将测量元件测得的锅炉水温与设定值进行比较，并采用PID进行调节。

上位机监控软件采用图形化语言LabVIEW,设计人机界面，并实现上位机与下位机之间的通信，实现对控制对象信号和设备的集中管理与监控，可显示温度测量值、给定值、输出值以及PID参数值，实现对锅炉系统温度的监控。

在这一部分，本文详细介绍了利用LabVIEW中的VISA模块设计串口通信的方法。

以PLC为下位机，以LabVIEW为上位机开发平台，利用LabVIEW软件强大的数据运算能力和分析能力，并通过LabVIEW与PLC之间串口通信，组成实时监控的图形显示平台。

调试结果表明，该系统具有界面友好、运行可靠、易于操作等特点。

关键词：

PLC,LabVIEW,温度控制，PID,串口通信

ABSTRACT

Withmicroelectronicsandcomputertechnologydevelopment,theprogrammablecontrolleroperationalfunction,interfacefunctionstronger.A/DandD/AtechnologyintroducedPLCsystem,makenolongerconfinedtoPLCcontrollogic.ThistopicisusingtheSiemensPLCanalogueseriesEM235modulefortemperatureanalogsignalacquisitionandprocessing,byS7-200PIDinstructionsandanalogmoduleofboilerwateruseofLabVIEW,adoptsthePCandPLCreal-timemonitoringfunction.

TheuseofPLCcontrolsystem,isthemaincontroller^Asystemofheatingandheatresistancewire,temperaturefeedbacksignalsviaA/Dconversion,intotheprocessofPLC，measuringelementinPLCwillofboilerwatertemperature,andcomparedwiththedatausingPIDadjusted.

PCmonitorsoftwareusinggraphicalLabVIEW,man・machineinterfacedesignlanguage,andrealizethePCandtherealizationofthecommunicationbetweentheobjectofcontrolsignals,andthecentralizedmanagementandmonitoringdevicecandisplaytemperaturemeasurementvaluesandagivenvalue,theoutputvalueandPIDparametersofboiler,thetemperaturecontrolsystem.Inthispart,thispaperintroducesthedesignofLabVIEWVISAmodulemethodofserialcommunication.

ForthemachinewithPLCforPCLabVIEW,usingLabVIEWsoftwaredevelopmentplatform,strongabilityofdataanalysisandcomputationability,andthroughserialcommunicationwithPLCLabVIEW,real-timemonitoringofthegraphicdisplayplatform.Testingresultsshowthatthesystemhasafriendlyinterface,easyoperationandreliablerunningetc.

Keywords〕PLC,LabVIEW,temperaturecontrol,PID,Thestringcorrespondsbyletter

第1章绪论1

1.1研究课题概述1

1.2研究课题的背景与发展1

1.3本课题研究的具体内容2

第2章锅炉温度控制系统总体设计4

2.1系统组成及改进4

2.2主控制器PLC的介绍5

2.3温度变送器简介6

2.4监控界面的介绍错误!

未定义书签。

第3章控制系统下位机设计错误!

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3.1电锅炉PLC控制系统错误!

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3.1.2S7-200的通信能力错误!

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3.1.3S7-200编程软件错误!

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3.2PLC与上位机的通信错误!

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3.2.1通信原理错误!

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322S7-200系列PLC自由通信口初始化及通信指令错误!

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3.2.3S7-200的接收和发送指令（XTMRCV）错误!

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3.2.4S7-200PLC与上位机通讯程序设计错误!

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3.3PLC对温度控制程序的设计错误!

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3.3.1系统控制流程错误!

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3.3.2PLD算法实现错误!

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第4章监控软件的设计错误!

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4.1虚拟仪器及LabVIEW概述错误!

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4.1.1虚拟仪器的发展历史错误!

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4.1.2LabVIEW的特点及优势错误!

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4.2LabVIEW串口通讯错误!

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4.2.1串口通信简介错误!

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4.2.2进行串口通信的基本步骤错误!

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4.2.3LabVIEW中的串口通信函数口错误!

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4.2.4锅炉水温控制系统监控界面的设计错误!

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第5章实验结果及分析错误!

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5.1P调节错误!

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5.2PI调节错误!

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5.3PID调节错误!

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第6章总结错误!

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致谢错误!

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参考文献错误!

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附录错误!

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第1章绪论

1.1研究课题概述

在现代工业控制中，温度控制应用十分广泛，涉及到生产生活的各个方面。

但是在有些情况下，不太适合人们亲临现场工作，用LabVIEW实现工业自动化生产线上的在线监控，不仅能够达到智能的人机界面、智能化控制，而且便于现场技术人员对控制系统软件的二次开发。

在生产底层乂需要合适的控制器。

可编程逻辑控制器（PLC）作为一种新型的工业控制装置，具备可塑性、可记忆性、可接受多种方式的输入输出等优点，在温度控制场合较之单片机有着无与伦比的优势。

在实际工业控制领域，可编程控制器对温度、湿度、压力、液位等参量的控制非常普及，应用十分广泛，如果釆用人工对各套设备实行实时监控，将会耗费大量人力、物力，而且也是非常没必要的，因为在大部分时间内，PLC工作将会是非常稳定的，它会根据写入到CPU内的程序对实际设备进行准确的控制。

另外,在实际控制中，设备参数会因环境的变化、实际控制的需要而进行修改，这就要求我们能够在PLC工作过程当中对其中的数据进行现场修改，而不需要停机对运行程序进行重新编制，这些都会极大的提高生产效率和产品质量。

而计算机技术和通信技术的发展正好可以解决这些问题。

西门子系列PLC提供了方便、简洁、开放的通信功能，使用户很容易进行组网，其通信和实时性方便的特点使它成为解决复杂自动化问题的理想之选。

1.2研究课题的背景与发展

由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、徳国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。

它们主要具有如下的特点：

1、适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。

2、能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。

3、能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。

4、这些温度控制系统普遍釆用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛。

5、普遍温控器具有参数自整定功能。

借助计算机软件技术，温控器具有对控制对象控制参数及特性进行自动整定的功能。

有的还具有自学习功能，它能够根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。

6、温度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强的特点。

目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。

温度控制系统在国内各行各业的应用虽然己经十分广泛，但从国内生产的温度控制器來讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、徳国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。

目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。

而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。

随着我国经济的发展及加入WTO,我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式，组建了一批合资、合作及独资企业，使我国温度等仪表工业得到迅速的发展。

1.3本课题研究的具体内容

本课题研究的具体内容是基于LabVIEW和PLC对锅炉水温的进行控制，将控制系统与PC机相连，通过串口软件实现对PLC程序参数的现场修改和对锅炉水温的实时观测。

研究的具体内容包括：

1、结合锅炉水温上升过程的特点，对被控对象进行理论分析，设计系统整体设计方案。

2、对可编程序控制器（PLC）进行简单介绍，对锅炉水温控制系统进行具体的设计。

3、图形化语言LabVIEW设计监控界面，实现上位机与下位机之间的通信，也实现了对控制对象信号和设备的集中管理与监控，可显示并修改温度测量值、给定值、输出值以及PID参数值，实现对锅炉系统温度的监控。

4、完成锅炉温度控制系统的实验调试，并进行简单分析。

第2章锅炉温度控制系统总体设计

锅炉水温控制系统是在实验室原有的EFAT/P过程控制实验系统的基础上改造的。

该系统集成自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。

该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，比值控制等多种控制形式⑴。

因此对此系统进行一些改进，就可以很好的实现锅炉水温的控制。

2.1系统组成及改进

过程控制系统由“对象系统、控制系统、监控系统”等组成。

对象系统由双容水槽、加温锅炉、储水槽、水泵、流量变送器、压力变送器、液位变送器、温度变送器、电动执行机构与调节阀等组成。

试验台如图2-1所示。

图2-1过程控制系统实验装置

本设计借助于过程控制设备上的锅炉、温度变送器、温度调节器，由PLC作为主控制器，通过PLC来控制电热丝加热，下位机采用PLC的PID调节。

上位机釆用软件LabVIEW编制监控程序，并与PLC进行通讯，实现对控制对象信号和设备的集中管理与监控，可显示并修改给定值、输出值，实现对锅炉系统的水温控制。

改进后的系统总体框图如图2-1所示。

图2-2系统总体框图

2.2主控制器PLC的介绍

1、PLC的特点

（1）编程方法简单易学；

（2）功能强，性能价格比高；

（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；

（4）可靠性高，抗干扰能力强；

（5）系统的设计、安装、调试工作量少；

（6）维修工作量小，维修方便；

（7）体积小，能耗低。

2、PLC的应用领域

最近十多年來，PLC的应用面越來越广，其主要原因是：

一方面由于微处理器芯片及有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。

目前PLC在国内外己广泛应用于钢铁、釆矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。

PLC的应用范围通常可分为以下5种类型㈢。

（1）数字量逻辑控制

这是PLC应用最广泛的领域，也是最适合PLC使用的领域。

它用來取代传统的继电器顺序控制。

PLC应用于单击控制、多机群控、生产自动线控制等。

例如:

注塑机械、印刷机械、订书机械、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。

（2）运动控制

PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。

每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。

（3）闭环过程控制

PLC还能控制大量的过程参数，例如：

温度、流量、压力、液位和速度。

PLD模块提供了使PLC具有闭环控制的功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。

当过程控制中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。

（4）数据处理

在机械加工中，PLC作为主要的控制和管理系统用于CNC和NC系统中，可以完成大量的数据处理工作。

（5）通信联网

PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC和其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。

PLC与其他智能设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。

3、PLC的组成

可编程控制器PC或PLC是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机。

它的软、硬件配置与计算机极为类似,只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。

PLC机硬件主要由中央处理单元（CPU）、存贮器、输入/输出单元以及编程器、电源和智能输入/输出单元等构成叭如图2-2所示。

图2-3PLC的组成

2.3温度变送器简介

在单元组合式仪表中，热电偶、热电阻等敏感元件输出的信号，需经一定的交换装置，转变为标准信号。

如在电动单元组合仪表中应变换为0〜10mA或4〜20mA直流电流信号，以便与调节器等单元配合工作。

这种信号的变换装置称为变送单元或变送器。

在电动温度变送器中，根据所用的敏感元件（热电偶或热电阻）及测量参数

（测某点温度或两点间的温差）的有几种品种。

不过，他们的基本结构是相同的如图2-4所示，核心都是一个直流低电平电压（mV）-电流（mA）变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。