加热炉温度串级控制系统设计
plc的加热炉温度串级控制系统设计
plc的加热炉温度串级控制系统设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：目录1绪论 (2)1.1加热炉温度控制的背景及研究状况21.2本课题主要研究内容32控制系统的总方案设计 (3)2。
1概述32。
2控制方式确定42.3检测元件和执行机构的选择42.4控制算法的选择和计算52.4.1控制算法的选择 (5)2.4。
2参数的计算 (7)3系统硬件设计 (8)3。
1温度串级控制系统主、副回路的设计83.2基于下位机PLC的控制设计93。
2。
1可编程控制器的概述 (9)3.2.2可编程控制器的系统结构 (10)3.2。
3PLC的硬件及软件 (13)3。
2。
4下位机PLC的设计过程 (13)3.2。
5PLC与上位机(MCGS组态软件)、执行机构之间的通信接线 (16)4系统软件设计 (17)4.1概述174。
2组态软件设计174.2.1MCGS组态软件的概述 (17)4.2。
2MCGS组态软件的系统构成 (18)4。
2。
3组态软件MCGS 5.5通用版的介绍 (19)4。
2。
4系统主控画面的设计 (20)4。
3PLC软件的程序设计225结论 (27)参考文献 (29)致谢 (30)1绪论1.1 加热炉温度控制的背景及研究状况随着我国国民经济的快速发展，加热炉的应用越来越广泛。
加热炉是工业企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽或热水，以满足负荷的需要。
它也是一个复杂的控制对象，影响加热炉温度恒定的因素很多，因此对加热炉进行控制是工业过程的一个重要而且困难的问题。
在传统控制方式中,加热炉的电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制,致使控制系统存在许多缺点,如控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产等。
近年来随着计算机控制技术的发展,并且各企业重视节源效益，对加热炉生产工艺的不断完善和优化，加热炉生产自动化控制水平也相应提高和不断深入。
管式加热炉出口温度串级控制系统设计报告
设计任务书目录1 管式加热炉概述 (1)1.1管式加热炉在石油工业中的重要性 (1)1.2管式加热炉的基本构成与组成 (1)1.3管式加热炉出口温度控制系统设计目的及意义 (1)2 管式加热炉温度控制系统工作原理及控制要求 (2)2.1 管式加热炉出口温度控制系统工作原理..................... ........ . (2)2.2 管式加热炉出口温度控制系统控制要求 (2)3 管式加热炉出口温度控系统工艺流程设计 (2)3.1 管式加热炉出口温度影响因素的扰动分析 (2)3.2 管式加热炉出口温度控制系统的工艺流程设计 (2)4 管式加热炉出口温度控系统现场仪表的选型与连线图 (3)4.1 控制系统中温度检测元件的选型 (3)4.2 控制系统中变送器的选型 (4)4.3 控制系统中执行器（调节阀）的选型 (4)4.4 控制系统中调节器的选型 (5)4.5 控制系统中的连锁保护与接线图 (6)5管式加热炉出口温度串级控制系统分析 (8)5.1 控制系统方框图与工作过程 (7)5.2 主、副调节器规律选择 (7)5.3 主、副调节器正反作用方式确定 (7)5.4 控制器参数工程整定 (8)6 管式加热炉出口温度串级控制系统的MATLAB SIMULINK仿真与分析 (11)6.1传递函数的选择 (9)6.2系统的参数的选择 (9)6.3系统的仿真分析 (10)7 感受与体会..................................................................错误!未定义书签。
8参考文献....................................................................错误!未定义书签。
1 管式加热炉概述1.1管式加热炉在石油工业中的重要性⑴加热温度高（火焰温度1000℃以上），传热速率快。
管式加热炉温度温度串级控制系统的设计说明
管式加热炉温度温度串级控制系统的设计说明一、引言二、系统结构温度串级控制系统主要由上位机、温度传感器、控制器、执行机构等组成。
1.上位机：负责启动和监控系统运行，提供温度设定值和参考模型，按照系统控制算法生成控制指令发送给下位控制器。
2.温度传感器：负责实时采集管式加热炉内的温度数据，并将其传输给控制器进行处理。
3.控制器：根据上位机提供的设定值和参考模型，根据传感器采集到的温度数据进行处理，生成控制指令并发送给执行机构。
4.执行机构：根据控制器发送的控制指令，调节管式加热炉内的加热功率或其他参数，以实现温度控制。
三、温度控制策略1.温度设定值的调整：上位机会根据需要设定管式加热炉内的目标温度，并将其发送给控制器。
控制器会根据设定值和参考模型，生成合适的控制指令来调节温度。
2.温度比例控制：控制器会根据当前温度和设定值之间的差异，生成一个控制量来调节加热功率，使加热炉内的温度趋近于设定值。
3.温度积分控制：为了消除静态误差，控制器会根据温度偏差的积分值生成一定的控制量，以提高系统的稳定性。
4.温度微分控制：为了快速响应温度变化，控制器还会根据温度变化的速率生成相应的控制量。
四、系统性能指标1.温度响应时间：系统需要具备较快的响应时间，即加热炉内的温度能够尽快达到设定值。
2.温度稳定度：系统应当保持较好的温度稳定度，即经过一定时间后，温度偏差应尽可能小。
3.抗干扰能力：系统需要具备较好的抗干扰能力，对于外界干扰因素的影响应尽可能小。
五、系统设计优化1.选择合适的温度传感器：合适的温度传感器能够提供准确的温度数据，为控制系统提供可靠的输入信号。
2.高性能控制器的选择：通过选用性能较好的控制器，能够提高控制系统的稳定性和响应速度。
3.优化控制策略：通过合理选择温度比例、积分和微分参数，能够提高控制系统的性能。
4.加入滤波器和抗干扰装置：通过加入合适的滤波器和抗干扰装置，能够降低系统对外界干扰的敏感度，提高系统的抗干扰能力。
加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计培训资料
加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计第一章系统分析与控制方案的确立1.系统分析图1.1所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。
加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。
在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。
被加热物料图1.1加热炉出口温度系统由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。
为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。
2.串级控制系统的设计加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。
在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。
由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。
为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度为副变量，构成炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统有效地提高控制质量，以满足工业生产的要求，系统的串级控制结构图如图1.2所示。
图1.2加热炉出口温度串级控制系统结构图串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，引起主、副变量偏离设定值，由主、副调节器通过控制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的过渡过程。
由加热炉出口温度串级控制系统结构图可绘制出其结构方框图，如图1.3所示。
图1.3 加热炉出口温度串级控制系统结构方框图(1) 主被控参数的选择主控制器副控制器调节阀炉膛出口温度主检测、变送仪副检测、变送仪表应选择被控过程中能直接反映生产过程中的产品产量和质量，又易于测量的参数。
管式加热炉温度-流量串级控制系统的设计
管式加热炉温度-流量串级控制系统的设计1方案选定管式加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一，它的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。
因此，常选原料油出口温度1t?（）为被控参数、燃料流量为控制变量，构成如图1-1所示的温度控制系统，控制系统框图如图1-2所示。
影响原料油出口温度1t?（）的干扰有原料油流量1()ft、原料油入口温度2()ft、燃料压力3()ft、燃料压力4()ft等。
该系统根据原料油出口温度1t?（）变化来控制燃料阀门开度，通过改变燃料流量将原油出口温度控制在规定的数值上，是一个简单控制系统。
图1-1 管式加热炉出口单回路温度控制系统图1-2 管式加热炉出口温度单回路控制系统框图由图1-1可知，当燃料压力或燃料热值变化时，先影响炉膛温度，然后通过传热过程逐渐影响原料油的出口温度。
从燃料流量变化经过三个容量后，才引起原料油出口温度变化，这个通道时间常数很大，约有15min，反应缓慢。
而温度调节器1TC是根据原料油的出口温度1()t?与设定值的偏差进行控制。
当燃料部分出现干扰后，图1-1所示的控制系统并不能及时产生控制作用，克服干扰对被控参数1()t?的影响，控制质量差。
当生产工艺对原料油出口温度1()t?要求严格时，上述简单控制系统很难满足要求。
燃料在炉膛燃烧后，首先引起炉膛温度2()t?变化，再通过炉膛与原料油的温差将热量传给原料油，中间还要经过原料油管道管壁。
显然，燃料量变化或燃料热值变化，首先使炉膛温度发生改变。
如果以炉膛温度作为被控参数组成单回路控制系统，会使控制通道容量滞后减少，时间常数约为3min，对来自燃料的干扰3()ft、4()ft的控制作用比较及时，对应的控制系统如图1-3所示。
系统框图如图1-4。
但问题是炉膛温度2()t?毕竟不能真正代表原料油出口温度1()t?，即使炉膛温度恒定，原料油本身的流量或入口温度变化仍会影响原料油出口温度，图1-3 管式加热炉炉膛温度控制系统这是因为来自原料油的干扰1()ft、2()ft并没有包含在图1-4所示的控制系统（反馈回路）之内，控制系统不能克服1()ft、2()ft对原料油出口温度的影响，控制效果仍达不到生产工艺要求。
管式加热炉温度串级控制系统设计
目录一管式加热炉温度控制系统设计的目的意义 (1)1.1管式加热炉简介 (1)1.2目的及意义 (2)二管式加热炉温度控制系统工艺流程及控制要求 (3)三总体设计方案 (4)3.1 方案比较 (4)3.2方案选择 (5)四串级控制系统分析 (6)4.1 主回路设计 (6)4.2 副回路选择 (6)4.3 主、副调节器规律选择 (6)4.4 主、副调节器正反作用方式确定 (6)4.5 控制器参数工程整定 (7)五各仪表的选取及元器件清单 (7)5.1 温度变送器 (7)5.2 温度检测元件 (8)5.3 调节阀 (10)5.4 联锁保护 (10)六MATLAB仿真实验 (11)6.1 副回路的整定 (11)6.2主回路的整定 (11)6.3整体参数整定 (12)心得体会 (14)参考文献 (15)一设计的目的意义1.1管式加热炉简介管式加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一，它的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。
因此，常选原料油出口温度1tθ（）为被控参数、燃料流量为控制变量，构成如图1-1所示的温度控制系统，控制系统框图如图1-2所示。
影响原料油出口温度1tθ（）的干扰有原料油流量1()f t、原料油入口温度2()f t、燃料压力3()f t、燃料压力4()f t等。
该系统根据原料油出口温度1tθ（）变化来控制燃料阀门开度，通过改变燃料流量将原油出口温度控制在规定的数值上，是一个简单控制系统。
管式加热炉一般由四个主要部分组成：烟囱、对流室、辐射室及燃烧器，示意图如图1-1所示：图1-1 管式加热炉通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。
对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。
辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。
这部分直接受火焰冲刷，温度很高（600-1600℃），是热交换的主要场所（约占热负荷的70-80%）。
加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计
加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计一、引言加热炉是一种常用于工业生产中的设备，其作用是通过燃烧燃料加热空气或其他介质，使其达到所需温度。
加热炉的出口温度和炉膛温度是评估加热炉性能的关键指标。
为了提高加热炉的控制精度和稳定性，需要设计出一个合理的加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统。
二、串级控制系统的基本原理串级控制系统是一种将两个或以上的控制回路串接在一起，将一个控制器的输出作为另一个控制器的输入，通过不同层次的控制，实现对被控对象的精确控制。
在加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统中，可以将炉膛温度作为外环控制，将加热炉出口温度作为内环控制。
三、串级控制系统的设计步骤1.确定控制目标：在此串级控制系统中，控制目标是将加热炉出口温度控制在一定范围内，并同时保持炉膛温度稳定。
2.确定输入变量和输出变量：输入变量为控制器输出信号，输出变量为加热炉出口温度。
3.系统的数学模型：确定加热炉出口温度与炉膛温度之间的动态关系，建立数学模型。
可以采用传统的PID控制器或者现代控制理论中的模型预测控制等方法。
4.设计外环控制器：外环控制器根据炉膛温度的反馈信号调整燃料供给，以控制炉膛温度的稳定性。
5.设计内环控制器：内环控制器根据外环控制器的输出信号和加热炉出口温度的反馈信号调整燃料供给，以控制加热炉出口温度。
6.仿真与优化：使用仿真软件对设计的串级控制系统进行仿真，观察系统的响应特性，并根据实际需求进行调整和优化。
7.实际系统应用：将优化后的串级控制系统应用到实际加热炉中，并进行调试和验证。
四、串级控制系统的优势1.提高控制精度：串级控制系统将控制精度分为两个层次进行控制，可以快速响应外环控制器的调整，从而提高系统的控制精度。
2.提高稳定性：串级控制系统通过多层次的控制，减少了外界扰动对系统稳定性的影响。
3.提高动态响应速度：串级控制系统可以根据内环的控制效果对外环的控制进行调整，从而实现更快的动态响应。
《基于PLC控制的加热炉温度串级控制系统设计开题报告2000字》
4．主要研究内容，关键问题的解决思路
本设计以PLC及MCGS组态软件为依托，来实现该系统的取样及分析。不仅克服了以前加热炉温度控制系统复杂、控制不连续的问题，而且实现了以计算机为辅助工具，对该系统进行精确的定量分析，并可通过远程监控来实现原系统不好操作的弱点。本设计利用了PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出量进行控制，实现了系统在PLC控制作用下的自动化。以加热炉为被控对象，以加热炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成加热炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现加热炉温度的自动控制。
[4]宋乐鹏.基于PLC控制的加热炉温度控制系统[J]，可编程控制器与工厂自动化，2007(05):78-128，
[5]唐凤姣.基于PLC控制的加热炉温度控制系统研究[J]，中国高新技术企业，2013(33):59-348，
[6]贾华,刘香.基于PLC的加热炉温度控制系统的研究[J]，包头职业技术学院学报，2017(01):79-67.
[13]何通，基于PLC的电锅炉温度串级控制系统设计[D]，西安科技大学,2016(12):56-69
[14]PAN Gang~ LI Yi-ke~ Yun Xue-feng~ LUXiu-zhen~ REN Fu-hu~ (School of Energy and Environment, Baotou, Baotou, et al，Expert Control of Thermal Process in Reheating Furnace Based on PLC[J]，Industrial Heating, 2009(12):126-32.
[15]Luo J，Furnace Temperature Cascade Control System Design Based on PID Algorithm[J]，Computer Measurement & Control, 2012(12):3243-3245.
加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计
第一章系统分析与控制方案的确立1.系统分析图1.1所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。
加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。
在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。
被加热物料图1.1加热炉出口温度系统由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。
为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。
2.串级控制系统的设计加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。
在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。
由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。
为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度为副变量，构成炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统有效地提高控制质量，以满足工业生产的要求，系统的串级控制结构图如图1.2所示。
图1.2加热炉出口温度串级控制系统结构图串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，引起主、副变量偏离设定值，由主、副调节器通过控制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的过渡过程。
由加热炉出口温度串级控制系统结构图可绘制出其结构方框图，如图1.3所示。
(1) 主被控参数的选择应选择被控过程中能直接反映生产过程中的产品产量和质量，又易于测量的参数。
在加热炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统中加热炉出口温度为系统的主被控参数，因为加热炉出口温度是整个控制作用的关键，要求出口物料温度维持在某给定值上下。
加热炉温度串级控制系统(设计部分)
加热炉温度串级控制系统设计摘要：生产自动控制过程中 ,随着工艺要求 ,安全、经济生产不断提高的情况下 ,简单、常规的控制已不能适应现代化生产。
传统的单回路控制系统很难使系统完全抗干扰。
串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量，因此在复杂的过程控制工业中得到了广泛的应用．对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述，设计了加热炉串级控制系统，并将基于MATLAB的增量式PID算法应用在控制系统中．结合基于计算机控制的PID参数整定方法实现串级控制，控制结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性．关键词：串级控制干扰主回路副回路Abstract:Automatic control of production process, with the technical requirements, security, economic production rising cases, simple, conventional control can not meet the modern production. The traditional single-loop control system is difficult to make the system completely anti-interference. Cascade control system with good anti-jamming capability, rapidity, flexibility and quality control, and therefore a complex process control industry has been widely used. Cascade control system of the characteristics and the main and sub-loop design was elaborate, designed cascade control system, furnace, and MATLAB-based incremental PID algorithm is applied in the control system. Combination of computer-based control method to achieve PID parameter tuning cascade control, control results show that the system has excellent control accuracy and stabilityKeywords:Cascade control, interference, the main circuit, the Deputy loop目录1.前言 (2)2、整体方案设计 (3)2.1方案比较 (3)2.2方案论证 (5)2.3方案选择 (5)3、串级控制系统的特点 (6)4. 温度控制系统的分析与设计 (7)4.1控制对象的特性 (7)4.2主回路的设计 (8)4.3副回路的选择 (8)4.4主、副调节器规律的选择 (8)4.5主、副调节器正反作用方式的确定 (8)5、控制器参数的工程整定 (10)6 、MATLAB系统仿真 (10)6.1系统仿真图 (11)6.2副回路的整定 (12)6.3主回路的整定 (13)7.设计总结 (16)【参考文献】 (16)1.前言加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一。
管式加热炉温度串级控制系统设计电子教案
目录前言 (2)第一章管式加热炉温度控制系统设计的目的意义 (3)1.1管式加热炉简介 (3)1.2目的及意义 (3)第二章管式加热炉温度控制系统工艺流程及控制要求 (4)第三章总体设计方案 (5)3.1 方案比较 (5)3.2 方案选择 (6)第四章串级控制系统分析 (7)4.1 主回路设计 (7)4.2 副回路选择 (7)4.3 主、副调节器规律选择 (7)4.4 主、副调节器正反作用方式确定 (8)4.5 控制器参数工程整定 (8)第五章各仪表的选取及元器件清单 (8)5.1 温度变送器 (8)5.2 温度检测元件 (9)5.3 调节阀 (11)5.4 联锁保护 (11)第六章MATLAB仿真实验 (12)6.1 副回路的整定 (12)6.2主回路的整定 (13)6.3整体参数整定 (13)第七章问题及解决办法 (16)第八章心得体会 (16)【参考文献】前言——国内外控制系统发展情况1. 国外控制系统的发展情况自 70 年代以来，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、德国、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、参数时变的控制系统的控制。
4、这些控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论，运用先进的算法，适应的范围广泛。
5、控制系统具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。
目前，国外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。
2. 国内控制系统的发展概况随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。
管式加热炉出口温度串级控制系统设计报告
管式加热炉出口温度串级控制系统设计报告本文将详细介绍管式加热炉出口温度串级控制系统的设计方案。
1.系统结构管式加热炉出口温度串级控制系统的结构由两个级联的控制回路组成。
第一个回路为内环控制回路，负责控制燃烧系统的燃气量和进气量，以达到对加热炉温度的快速调节。
第二个回路为外环控制回路，负责控制进料速度和加热炉的出口温度。
2.内环控制回路设计内环控制回路采用比例-积分（PI）控制器。
控制器的输入信号为加热炉温度偏差，输出信号为燃气量和进气量的调节量。
采用PI控制的主要原因是为了避免过度调节，保证系统的稳定性。
3.外环控制回路设计外环控制回路以内环控制回路的调节量作为输入信号，输出信号为进料速度的调节量。
为了达到出口温度的稳定性，可以采用模糊控制器。
模糊控制器的输入信号为加热炉温度偏差和燃气量的调节量，输出信号为进料速度的调节量。
4.控制算法设计内环控制回路采用PI控制算法。
PI控制器的参数调节可以根据系统的响应速度和稳定性进行优化。
外环控制回路采用模糊控制算法。
模糊控制器的参数调节可以通过模糊化和解模糊化的方式进行，以适应不同的工况。
5.控制器实现控制器可以采用嵌入式系统实现。
嵌入式控制器可以根据实时的温度和燃气量数据进行计算和控制，以实现对加热炉温度的稳定控制。
6.系统优化系统的优化可以通过参数调节和控制策略的优化来实现。
参数调节可以通过系统的建模和仿真分析来进行，以找到最优的控制参数。
控制策略的优化可以通过实时监测和调整来实现，以适应不同的工况和控制要求。
总结：通过设计一个管式加热炉出口温度串级控制系统，可以实现对加热炉温度的稳定控制。
内环控制回路负责快速调节温度，外环控制回路负责稳定控制温度。
通过控制算法的设计和优化，可以实现系统的稳定性和响应速度的改善。
通过嵌入式控制器的实现，可以实时计算和控制温度的调节量。
最后，通过参数调节和控制策略的优化，可以进一步提高系统的效果。
基于PLC与组态软件的加热炉串级控制系统设计
加热炉串级控制系统研究与设计设计总说明温度是工业生产中常见的工艺参数之一，在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位。
本设计以过程控制实验室的THSA-1型高级过程控制实验设备为平台，设计了基于PLC的加热炉分布式控制系统。
上位机采用MCGS组态软件，下位机采用西门子S7-200PLC，用STEP7-Micro/WIN 软件对S7-200PLC进行编程。
（1）对加热炉进行温度串级控制方案设计（2）完成系统硬件设计。
硬件设计主要是硬件设备的选型和硬件原理图的绘制。
（3）完成软件设计。
软件主要进行PLC控制程序的编写以及上位机组态软件的绘制、动画连接等。
（4）对锅炉内胆、内胆与夹套进行建模与辨识及调节器参数整定，通过系统调试达到设计要求。
关键词：温度；串级控制；PID整定；响应曲线法Research and design of heating furnace on Cascade systemDesign DescriptionTemperature is one of the most common industrial production process parameter, in many fields of scientific research and production practice, the temperature control played an extremely important role. The design of the THSA-1 advanced process control process control laboratory experimental equipment as a platform, design of the heating furnace distributed control system based on PLC. PC using MCGS configuration software, the machine adopts Siemens S7-200PLC, programming S7-200PLC with STEP7-Micro/WIN software(1) The heating furnace control scheme design of temperature series.(2) Completed the system hardware design. The hardware design mainly is to draw a selection and the hardware principle diagram of hardware equipment.(3) Completed the software design. The software of PLC control program and PC configuration software rendering, animation etc.(4) On the boiler liner, liner and jacket modeling and identification and tuning of the parameters, through debugging the system to meet the design requirements.Keywords: temperature; cascade control; PID tuning; response curve method目录1绪论 (5)1.1控制概述 (5)1.2设计内容 (6)2系统控制方案设计 (7)2.1串级控制系统 (7)2.1.1串级控制系统的基本原理和特点 (7)2.1.2串级控制系统的设计 (7)2.2调节规律 (8)2.2.1调节规律的介绍 (8)2.2.2 主、副调节器调节规律的选择 (10)2.3调节器参数整定 (10)2.3.1单回路PID整定法 (10)2.3.2串级控制系统PID整定法 (12)2.4加热炉串级方案设计 (13)3系统硬件设计 (15)3.1系统的硬件组成 (15)3.1.1系统结构组成 (15)3.1.2系统各个组成部分完成的任务 (15)3.1.3各个组成部分介绍 (15)3.2 系统硬件选型 (17)3.3 系统硬件原理图 (17)4系统软件设计 (18)4.1PLC程序设计 (18)4.1.1编程软件介绍 (18)4.1.2程序设计思路 (19)4.1.3PID指令表及寄存器地址 (20)4.1.4程序流程图 (21)4.2上位机组态设计 (23)4.2.1MCGS组态软件介绍 (23)4.2.2MCGS组态画面设计 (24)5被控对象建模与辨识 (30)5.1阶跃响应曲线法建立模型 (30)5.2MATLAB软件介绍 (31)5.3被控对象参数辨识 (32)5.3.1锅炉内胆参数辨识 (32)5.3.2锅炉夹套参数辨识 (34)6参数整定与系统调试 (37)6.1副调节器参数整定 (37)6.2主调节器参数整定 (38)7总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录 (43)1绪论1.1控制概述在当今社会电加热炉的应用已经十分广泛，它的经济性、安全性、较高自动化程度已经得到人们的认可，其性能好坏决定了产品质量的优劣。
加热炉温度串级控制系统设计
加热炉温度串级控制系统设计摘要：温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。
加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。
生产自动控制过程中,随着工艺要求,安全、经济生产不断提高的情况下,简单、常规的控制已不能适应现代化生产。
传统的单回路控制系统很难使系统完全抗干扰。
串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量，因此在复杂的过程控制工业中得到了广泛的应用．对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述，设计了加热炉串级控制系统，并将基于MATLAB的增量式PID算法应用在控制系统中。
结合基于计算机控制的PID参数整定方法实现串级控制，控制结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性。
关键词：干扰串级控制主回路副回路Abstract:Automatic control of production process, with the technical requirements, security, economic production rising cases, simple, conventional control can not meet the modern production. The traditional single-loop control system is difficult to make the system completely anti-interference. Cascade control system with goodanti-jamming capability, rapidity, flexibility and quality control, and therefore a complex process control industry has been widely used. Cascade control system of the characteristics and the main and sub-loop design was elaborate, designed cascade control system, furnace, and MATLAB-based incremental PID algorithm is applied in the control system. Combination of computer-based control method to achieve PID parameter tuning cascade control, control results show that the system has excellent control accuracy and stabilityKeywords:Cascade control, interference, the main circuit, the Deputy loop目录1.前言 (3)2、整体方案设计 (4)2.1方案比较 (4)2.2方案论证 (7)2.3方案选择 (8)3、串级控制系统的特点 (9)4. 温度控制系统的分析与设计 (10)4.1控制对象的特性 (10)4.2主回路的设计 (11)4.3副回路的选择 (11)4.4主、副调节器规律的选择 (11)4.5主、副调节器正反作用方式的确定 (12)5、控制器参数的工程整定 (13)6 、MATLAB系统仿真 (14)6.1系统仿真图 (14)6.2副回路的整定 (16)6.3主回路的整定 (17)7.设计总结 (19)【参考文献】 (20)1.前言随着我国国民经济的快速发展，加热炉的使用围越来越广泛。
加热炉温度串级控制系统
加热炉温度串级控制系统首先，我们需要设计主控制器。
主控制器主要控制主燃料供给。
我们可以采用比例-积分-微分（PID）控制算法来设计主控制器。
PID控制器的输出是由三个部分组成的，分别是比例部分、积分部分和微分部分。
比例部分通过计算设定值与实际值之间的差异来产生控制输出，积分部分通过对偏差的积分来产生控制输出，微分部分通过对偏差变化率的微分来产生控制输出。
为了设计主控制器，我们首先需要确定PID控制器的参数。
这可以通过试验和经验来确定。
接下来，我们需要设计从控制器。
从控制器主要控制辅助燃料供给。
从控制器的设计原理与主控制器相似，也可以采用PID控制算法。
然而，由于从控制环的响应速度通常比主控制环慢，从控制器的参数可能需要进行调整。
设计从控制器时，我们需要考虑主控制器和从控制器之间的互动。
为了避免两个控制环之间的相互影响，我们可以采用串联结构。
在串联结构中，主控制器的输出作为从控制器的输入。
这样，主控制器和从控制器之间的影响可以得到较好的隔离。
另外，对于加热炉温度串级控制系统，还需要考虑测量系统。
测量系统主要负责测量加热炉的温度，并将测量结果反馈给控制器。
在设计测量系统时，我们需要选择适当的传感器，并根据测量结果进行合理的滤波处理，以减小测量误差和噪声的影响。
最后，为了验证加热炉温度串级控制系统的性能，我们可以进行模拟和实验验证。
可以利用数学模型进行仿真，评估控制系统的性能指标，如稳态误差、超调量和响应时间等。
同时，可以在实际加热炉上进行试验，验证控制系统在实际工作条件下的稳定性和鲁棒性。
总的来说，加热炉温度串级控制系统的设计包括主控制器的设计、从控制器的设计、主控制器和从控制器之间的互动设计以及测量系统的设计。
通过合理设计和调整控制器参数，并进行模拟和实验验证，可以实现加热炉温度的精确控制，提高生产效率和产品质量。
plc的加热炉温度串级控制系统设计_毕业设计
plc的加热炉温度串级控制系统设计目录1 绪论 (3)1.1 加热炉温度控制的背景及研究状况 (3)1.2 本课题主要研究内容 (4)2 控制系统的总方案设计 (4)2.1 概述 (4)2.2 控制方式确定 (5)2.3 检测元件和执行机构的选择 (5)2.4 控制算法的选择和计算 (6)2.4.1 控制算法的选择 (6)2.4.2 参数的计算 (8)3 系统硬件设计 (10)3.1 温度串级控制系统主、副回路的设计 (10)3.2 基于下位机PLC的控制设计 (11)3.2.1 可编程控制器的概述 (11)3.2.2 可编程控制器的系统结构 (11)3.2.3 PLC的硬件及软件 (14)3.2.4 下位机PLC的设计过程 (15)3.2.5 PLC与上位机(MCGS组态软件)、执行机构之间的通信接线 (18)4 系统软件设计 (18)4.1 概述 (18)4.2 组态软件设计 (19)4.2.1 MCGS组态软件的概述 (19)4.2.2 MCGS组态软件的系统构成 (19)4.2.3 组态软件MCGS 5.5通用版的介绍 (21)4.2.4 系统主控画面的设计 (22)4.3 PLC软件的程序设计 (24)5 结论 (29)参考文献 (31)致谢 (32)1绪论1.1 加热炉温度控制的背景及研究状况随着我国国民经济的快速发展，加热炉的应用越来越广泛。
加热炉是工业企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽或热水，以满足负荷的需要。
它也是一个复杂的控制对象，影响加热炉温度恒定的因素很多，因此对加热炉进行控制是工业过程的一个重要而且困难的问题。
在传统控制方式中，加热炉的电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，致使控制系统存在许多缺点，如控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产等。
近年来随着计算机控制技术的发展，并且各企业重视节源效益，对加热炉生产工艺的不断完善和优化，加热炉生产自动化控制水平也相应提高和不断深入。
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加热炉温度串级控制系统设计摘要：温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。
加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。
生产自动控制过程中 ,随着工艺要求 ,安全、经济生产不断提高的情况下 ,简单、常规的控制已不能适应现代化生产。
传统的单回路控制系统很难使系统完全抗干扰。
串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量，因此在复杂的过程控制工业中得到了广泛的应用．对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述，设计了加热炉串级控制系统，并将基于MATLAB的增量式PID算法应用在控制系统中。
结合基于计算机控制的PID参数整定方法实现串级控制，控制结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性。
关键词：干扰串级控制主回路副回路Abstract:Automatic control of production process, with the technical requirements, security, economic production rising cases, simple, conventional control can not meet the modern production. The traditional single-loop control system is difficult to make the system completely anti-interference. Cascade control system with good anti-jamming capability, rapidity, flexibility and quality control, and therefore a complex process control industry has been widely used. Cascade control system of the characteristics and the main and sub-loop design was elaborate, designed cascade control system, furnace, and MATLAB-based incremental PID algorithm is applied in the control system. Combination of computer-based control method to achieve PID parameter tuning cascade control, control results show that the system has excellent control accuracy and stabilityKeywords:Cascade control, interference, the main circuit, the Deputy loop目录1.前言 (2)2、整体方案设计 (3)2.1方案比较 (3)2.2方案论证 (6)2.3方案选择 (7)3、串级控制系统的特点 (8)4. 温度控制系统的分析与设计 (9)4.1控制对象的特性 (9)4.2主回路的设计 (10)4.3副回路的选择 (10)4.4主、副调节器规律的选择 (10)4.5主、副调节器正反作用方式的确定 (10)5、控制器参数的工程整定 (12)6 、MATLAB系统仿真 (13)6.1系统仿真图 (13)6.2副回路的整定 (15)6.3主回路的整定 (16)7.设计总结 (18)【参考文献】 (19)11.前言随着我国国民经济的快速发展，加热炉的使用范围越来越广泛。
而加热炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量和产量。
现代加热炉的生产过程可以实现高度的机械化，这就为加热炉的自动化提供了有利条件。
加热炉自动化是提高锅炉安全性和经济性的重要措施。
目前，加热炉的自动化主要包括自动检测、自动调节、程序控制、自动保护和控制计算五个方面。
实现加热炉自动化能够提高加热炉运行的安全性、经济性和劳动生产率，改善劳动条件，减少运行人员。
加热炉是将物料或工件加热的设备。
按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。
应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。
在生产过程控制中，一些复杂环节，往往需要进行串级控制。
即把两个控制器串联起来，第一个控制器的设定值是控制目标，它的输出传给第二个控制器，作为它的设定值，第二个控制器的输出作为串级控制系统的输出，送到被控系统，作为它的控制“动作”。
控制系统的这种串级形式对于复杂对象的控制往往比单回路控制的效果更好。
串级控制对克服被控系统的时滞之所以能收到好的效果，是因为当用两个控制器进行串级控制时,每个控制器克服时滞的负担相对减小,这就使得整个控制系统克服时滞的能力得到加强。
22、整体方案设计本设计的整体思路是：利用对燃料量的控制最终来实现对原油温度的控制。
该控制分为主回路控制与副回路控制两部分。
在原油出口处设置主回路温度传送器，由其带动主回路温度控制器从而进行对燃料阀的流量控制，此控制为主回路被控参数控制。
在炉膛设置主回路温度传送器，由其带动主回路温度控制器进行对干扰的消除。
这样，便构成了以原料油出口温度为主要被控参数，以炉膛温度为辅助被控参数的串级控制系统。
2.1方案比较方案一、简单控制系统温度调节器是根据原料油的出口温度与设定值的偏差进行控制。
当燃料部分出现干扰后，控制系统并不能及时产生控制作用，克服干扰对被控参数的影响控制质量差。
当生产工艺对原料油出口温度要求很严格时，简单控制系统很难满足要求。
被控变量：原料出口温度；操纵变量：燃料流量。
当对出口温度控制要求不高时，简单控制系统可以满足要求。
图2.1 加热炉温度控制系统34 图2.2 加热炉出口温度单回路控制系统框图方案二、串级控制系统串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。
中间被控变量：炉膛温度；操纵变量：燃料流量。
炉膛温度变化时，T S C 可以及时动作，克服干扰。
图2.3 加热炉温度串级控制系统12,f f 34,f f- 调节器1 调节阀炉膛 管壁 原料油 温度变送器1 1()t + -+ ++5图2.4 加热炉出口温度串级控制系统框图方案三、前馈--串级控制系统如果将上面两种控制系统的优点——温度控制器1T C 对被控参数1()t θ的精确控制、温度控制器2T C 对来自燃料的干扰3()f t 、4()f t 的及时控制结合起来，先根据炉膛温度2()t θ的变化，改变燃料量，改变炉膛温度控制器2T C 的设定值，进一步控制燃料量，以保持原料油出口温度恒定，这样就构成了以原料油出口温度为主要被控参数，以炉膛温度为辅助被控参数的串级控制系统。
图2.5加热炉出口温度前馈--串级控制系统6图2.6加热炉出口温度前馈--串级控制系统框图2.2方案论证方案一：简单控制系统有干扰时，TC 输出信号改变阀门开度，进而改变燃料流量，在炉膛中燃烧后，炉膛温度改变，传给，最终改变原料温度。
该过程时间常数大，可达到15min 。
因此等到出口温度改变后，再改变操纵变量，制不及时，偏差在较长时间内不能被消除。
方案二：串级控制系统中，由于引入了副回路，不仅能迅速克服作用于副回路内的干扰，也能加速克服主回路的干扰。
副回路具有先调、粗调、快调的特点：主回路具有后调、细调、慢调的特点，对副回路没有完全克服的干扰影响能彻底加以消除。
由于主副回路相互配合、相互补充，使控制质量显著提高。
方案三：加入前馈控制器后，从干扰F(s)到被控参数Y(s)之间存在两个通道：一个是通过干扰通道[传递函数为()f G s ]去影响被控参数Y(s)，另一个是经过测量环节[FT,传递函数为()m G s ], 和前馈控制器[FC,传递函数为()b G s ]及控制阀[传递函数为()v G s ]，产生控制作用，再经过控制通道[传递函数为0()G s ]去影响输出量Y(s)。
2.3方案选择由于加热炉的温度对于保证产品的指标是非常重要的.控制效果好,即能保证产品质量又能提高产量。
某些加热炉炉出口温度控制非常困难,波动幅度大.控制不理想的原因在于被控对象十分复杂:1、原料油的流量变化照成温度波动很大;2、处理量频繁提降也造成出口温度的波动;3、油品不断切换也使炉口的温度产生较大的波动;4、加热炉的温度存在较大的时滞.可以看出, 加热炉系统是一个时变,大时滞,多干扰的复杂系统。
从加热炉工作特性可以看出,燃料量的多少是加热炉温度变化的决定因素。
但其变化过程是:燃料量的变化首先引起炉膛温度的变化,由于炉膛温度产生变化,进而引起炉出口温度的改变.由此可见,对炉出口温度的控制采用炉膛温度与炉出口温度进行串级控制的控制方案是合理而且可行的,这种方案也有助于对一系列干扰的克服。
73、串级控制系统的特点在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路：主回路和副回路，主、副调节器串联工作；住调节器输出作副负调节器设定值，系统通过副调节器输出控制执行器动作，实现对参数的定值控制。
串级控制系统的主回路是定值控制系统，副回路是随动控制系统，通过协调工作使主参数能够准确地控制在工艺规定范围之内。
串级控制系统中，由于引入了副回路，不仅能迅速克服作用于副回路内的干扰，也能加速克服主回路的干扰。
副回路具有先调、粗调、快调的特点：主回路具有后调、细调、慢调的特点，对副回路没有完全克服的干扰影响能彻底加以消除。
由于主副回路相互配合、相互补充，使控制质量显著提高。
加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉工艺所要求的温度。
在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制温度的目的。
由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉温度的要求。
为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，以加热炉温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度为副变量，构成炉温度与炉膛温度的串级控制系统有效地提高控制质量，以满足工业生产的要求。
84.串级控制系统的分析与设计4.1控制对象的特性假设副回路中各环节传递函数分别为：===将副回路反馈信号相加点由副调剂器前向后移至副对象之前，经简化，可得出其等效副对象为：===因：=<=<9因此，在此控制系统中，等效副对象的时间常数和放大倍数都缩小了，而且随着副控放大倍数Kc2整定得越大，等效副对象的放大倍数和时间常数缩小得越显著。