基于PLC的锅炉液位控制系统

统的超调量和调节时间；因为被控对象的复杂性和不确定性，所以采用
非参数模型描述被控对象，即用阶跃响应曲线近似描述被控对象。
３．控制器参数整定
３．１ 控制算法的选择
确立被控对象的近似数学模型后，可以通过组成一个完整的反馈
控制系统来改善开环控制系统的性能。ＰＩＤ 控制规律是一种比较理想
的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分
作用，又能提高系统的稳定性。根据被控对象的特点及实验室的条件，
对被控对象建立单闭环反馈控制回路，采用 ＰＩＤ 算法实现锅炉液位控
制。液位控制示意图如图 ３ 所示：
图 ３ 液位控制示意图 将锅炉的出水阀开到一定开度，出水量恒定。反馈的液位过程变量 与液位给定量比较，得出偏差，ＰＩＤ 指令对偏差进行 ＰＩＤ 运算，运算结 果为控制变量，改变变频器的频率从而控制扬水泵的转速。液位偏高， 运算结果令控制变量变小，减小进水量的流量，使液位下降；液位偏低， 运算结果令控制变量变大，加大进水量的流量，使液位上升。 ３．２ ＰＩＤ 参数的整定 因为被控对象的传递函数为含有零点的二阶环节，ＰＩＤ 参数整定 时无论采用理论计算法中的根轨迹法还是频率特性法，计算工作量相 当大，且已求取的过程数学模型只能近似反映过程的动态参数，理论计
多条被控对象阶跃响应曲线，对所有参数取平均值得：稳态时间 ｔｓ≈ ８２１．５２５ｓ，稳态值：ｈ（∞）＝５８．５，峰值时间：ｔｐ＝３９４．４ｓ，超调量：σ％≈２９％。 按照理论分析，被控对象最有可能是二阶环节。
但是，理想二阶被控对象阶跃响应曲线与实际曲线相差太大，并不 能反映被控对象的实际特性，所以推测被控对象可能为含有零点的二 阶被控对象，采用凑试法，使用 ＭＡＴＬＡＢ 作为仿真工具，得到一条参数 接近被控对象响应曲线动态参数平均值的曲线，如下图所示：
３．渊博的知识是吸引学生的真正动力 与中小学生比起来，大学生的自学能力有了很大的提高，课本知识 他们可以自学得很好，老师并不需要一字一句的解释。“授之以鱼，不如 授之以渔”就是这个道理。如果大学教师还是照本宣读，采用填鸭式的 教学方法，那是真的很落伍了。如果学生厌烦你、抛弃你，你还真不能埋 怨学生，而是要好好检讨自己了。俗话说：“台上十分钟，台下十年功”。 毫不夸张的说教师就是舞台上的表演者，要想在讲台上讲一堂 ９０ 分钟 精彩的课，课下的备课时间则可能是 ９００ 分钟，甚至更长。知识更新很 快，课本知识则相对有些滞后。老师在精熟课本知识的同时，应该要时 时洞察、关注科研前沿，并及时传递给学生。不能局限于自己的研究领 域，相关领域甚至不相关领域的前沿也要关注。所以学生是否对你课堂 有兴趣，教师一定要大力提高自己的专业素养，渊博的知识是吸引学生 的真正动力。 ４．轻松的课堂气氛，学生的积极参与会极大提升学生的学习乐趣 课堂气氛的轻松和谐、学生的踊跃发言并积极参与课堂的教学不
图 ２ 被控对象的 ＭＡＴＬＡＢ 凑试曲线
由此得出被控对象的近似传递函数为
Ｇ（ｓ）＝
０．０３８（ｓ＋０．００２５） （ｓ＋０．００５）（ｓ＋０．００８５）
。在
调节过程中按照如下规则进行调整：
（１）零点距虚轴较近，调节时间Leabharlann Baidu长，超调量增大和减小峰值时间，
这种作用随闭环零点接近虚轴而加剧。
（２）闭环主导极点对动态性能的影响是增大峰值时间，但可减小系
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高校理科研究
基于 PLC 的锅炉液位控制系统
聊城大学东昌学院 喻学涛
［摘 要］论文是基于 EFPT 过程控制实验装置进行的研究设计。设计中模拟实际的工业现场，对锅炉液位系统进行了相应建模，并 整定出合适的 PID 参数，利用 ControlLogix5550 型 PLC 控制整个锅炉液位系统,建立了相应的监控界面，实现了锅炉液位的安全、准 确的控制。 ［关键词］EFPT 锅炉液位 数学建模 PID
参考文献 ［1］邓李.ControlLogix 系统使用手册.北京:机械工业出版社,2008.1 ［2］上海新奥托实业有限公司.EFAT/ P 过程控制实验装置实验指导 书.上海新奥托实业有限公司，2006.12
提高学生专业课学习兴趣的几点心得体会
五邑大学纺织服装学院 王俊华
［摘 要］本文围绕提高大学生专业课学习兴趣，从教师气质、仪表、师德、良好的师生关系、渊博的知识、轻松的课堂气氛、理论与实 践知识的有机结合等五个方面进行有益的探索。 ［关键词］纺织品染色 教学改革 教学方法
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算所得到的整定参数值可靠性不够高，在现场使用时还需进行反复调 整，因此设计中仍选择了工程整定法求取 ＰＩＤ 参数。常用的工程整定方 法有动态特性参数法、稳定边界法、衰减曲线法和现场经验整定法等。 在 ＰＩＤ 参数整定过程中采用的是 ４：１ 衰减曲线法，整定的步骤是：
示、历史曲线显示等功能，实现计算机和触摸屏对锅炉液位远程和现场 监控。建立的主画面如图 ５ 所示：
图 ４ ４：１ 衰减曲线 此时测得 δｓ≈８，Ｔｓ≈３０； （２）根据下列公式计算调节器的各个参数： δ＝０．８δｓ≈６．４； Ｔｉ＝０．３Ｔｓ≈９； Ｔｄ＝０．１Ｔｓ≈３； （３）根据上述结果设置调节器参数值，观察系统的动态过程，并对 系统参数进行适当调整，确定最佳参数。 ４．监控设计 利用罗克韦尔自动化公司的 ＲＳＶｉｅｗ３２ 软件和 ＰａｎｅｌＢｕｉｌｄｅｒ３２ 软件 分别设计监控画面，完成动画显示、参数设置、报表输出、当前曲线显
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（１）在闭合系统中，置调节器积分时间为最大（Ｔｉ＝∞），微分时间 Ｔｄ 置零（Ｔｄ＝０），比例度 δ 取较大数值反复做给定值扰动试验，并逐渐减少 比例度，直至记录曲线出现 ４：１ 的衰减为止，这时的比例度称为 ４：１ 衰 减比例度 δｓ，两个相邻波峰间的距离称为 ４：１ 衰减周期 Ｔｓ。实验中设 定液位给定量为 ２００ｍｍ，测得系统响应曲线并整理出 ４：１ 衰减曲线（粗 红线）如图 ４ 所示：
０．引言 工业锅炉液位控制的任务是通过控制给水流量使其与蒸发量保持 动态平衡，使汽包水位维持在工艺允许的范围之内，是保证锅炉安全生 产运行的必要条件，也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。若水位过 高，影响汽水分离的效果；而水位过低则会破环汽水循环，严重时导致 锅炉爆炸，为了保证生产安全高效的进行必须严格控制锅炉液位使其 保持恒定或按一定规律变化。 本系统使用罗克韦尔自动化有限公司 Ｌｏｇｉｘ５５５０ 型号的 ＰＬＣ 及其 相关模拟量 Ｉ／Ｏ 模块作为控制器，以 ＥＦＰＴ 型过程控制实验装置作为控 制对象，利用工业生产中使用的传感器、执行机构等工业元件在一个微 型锅炉系统上实现锅炉液位的准确的控制。 １．系统概述 该系统由 ＥＦＰＴ 型过程控制装置、变频器、Ｌｏｇｉｘ５５５０ 型 ＰＬＣ 及计 算机组成。ＥＦＰＴ 型过程控制实验装置，是一个模拟小型工厂的微型锅 炉加热、给排水系统，利用工业生产中使用的传感器、执行机构等工业元 件在一个微型锅炉系统上实现过程控制。执行器中既有仪表类执行器， 又有交流变频器、加热控制器、加热器等电力拖动类执行器。通过一个 微型的锅炉加热、给排水系统模拟工业现场具有真实的可靠性和直观 性。 该设计选用锅炉的液位为被控量，被控对象由水槽、扬水泵、锅炉 及管道阀门组成，以 ＭｉｃｒｏＭａｓｔｅｒ ６ＳＥ９２１４－０ＤＡ４０ 变频器作为执行器， 用 Ｌｏｇｉｘ５５５０ 对锅炉液位进行控制，结合组态软件 ＲＳＶｉｅｗ３２ 和触摸屏 ＰａｎｅｌＶｉｅｗ１０００，实现实时监控。设计时选取简单的锅炉液位单回路定值 调节作为研究对象，整套系统的构成如图所示。
图 １ 锅炉液位定值调节系统 实验中变频器作为执行器直接接收 ＰＬＣ 模拟量 Ｉ／Ｏ 端口的输出，将 接收的模拟量转化为变频器的输出频率进而控制扬水泵内三相交流电 动机的转速，改变锅炉的进水量，调节锅炉的液位，最终使锅炉液位达到 动态平衡。并利用组态软件设计监控画面，实现计算机和触摸屏对锅炉 液位远程和现场监控。 ２．被控对象数学模型的建立 建立控制系统数学模型的主要工作之一是确定被控对象的数学模 型。建立过程控制数学模型的基本方法，一般来说有机理分析法和试验 法两种。然而对于结构及内部工艺过程复杂的被控对象而言，由对象内 部发生的物理过程确定对象及系统的微分方程十分困难。此外实际工 业过程多半有非线性因素，采用机理分析法进行数学推导时常常作一 些近似与假设，虽然这些近似和假设具有一定的实际依据，但不能完全 反应实际情况，甚至会带来估计不到的影响。 因此本次设计使用实验法建立被控对象的数学模型。实验法建模 就是在实际的生产过程中，根据过程输入、输出的数据，即通过过程辨 识与参数估计的方法建立被控对象的数学模型。设计中使用阶跃响应 曲线法来辨识过程的数学模型。给被控对象施加一个 ２０Ｈｚ 的阶跃扰动 输入信号，而在输出端测绘其输出量随时间变化的响应曲线，再对响应 曲线的结果进行分析，确定被控对象的传递函数。在试验过程中对被控 对象进行了多次测试，使用 ＲＳＬｏｇｉｘ５０００ 趋势曲线监控功能，记录了 １０
我从事高校教育的时间不长，２００８ 年博士毕业加入高校，一直带有 关纺织品染色的专业课。对如何提高学生专业课的兴趣，两年多来也积 累了一些自己的心得体会。
１．教师的气质、仪表、师德会极大的影响学生的学习兴趣 不要小看这一点，一个老师的气质、仪表确实会使学生产生积极和 消极的反映。高雅的气质、优雅的谈吐会吸引学生的眼球，这就是为什 么主持人的谈话节目总不会让人生厌的原因。所以老师们要加强自己 人格的修养，不光是内在，还有外表。课下可随意的穿着，但课堂上一定 要正装。走进教室，所有的不快都丢在门外，一站上讲台就要神采飞扬。 如果老师自己都萎靡不振，学生怎会被调动起来？讲台是教师表演的舞 台，一定要把自己美好的一面表现出来。为了提高自己各方面的修为， 我买了大量的光碟学习琢磨名师们的表现修为。中国人民大学金正昆 教授、北师大于丹教授、央视的名家讲坛让我获益颇多。 教书与育人总是不可分割地被联系在一起。在传授知识的同时，教 师还担起了育人的责任。要育人，就得自己是个好榜样才能起到标杆的 作用。教师高尚的人格魅力直接影响学生社会人格的塑造和养成。所谓 “学为人师，行为世范”。苏霍姆林斯基也说过：“教师个人的范例，对于 受教育者的心灵是任何东西不可替代的最有用的阳光”。 ２．良好的师生关系会极大促进学生的学习兴趣 古人云： “亲其师而信其道也”。这句话充分地概括了良好的师生关 系是影响教学的重要隐性资源。学生一般对老师都有一种敬而远之的
图 ５ 系统监控主画面 实现组态的主要工作在于建立液位控制组对象和制作动画显示画 面。控制组对象包括进水流量、出水流量和锅炉液位的数值型对象。建 立动画连接时在用户窗口调用基本图形元素及动画构件库， 建构组态 图。将图形对象与定义的数据对象设置对应的状态属性，定义动画连 接。在开发系统设计完成后，可以切换到运行模式，对控制系统进行实 时监控，测试组态。 ５．结论 本文介绍了基于 ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ５５５０ 型 ＰＬＣ 控制的 ＥＦＰＴ 过程控制 装置系统构成、系统运行、被控对象数学模型的建立、ＰＩＤ 参数的工程 整定。组态软件的使用，扩展了系统通讯功能。通过实验调试，控制曲线 超调小，过渡时间短，控制效果比较理想。该系统具有真实可靠性和直观 性，适用于科研和教学，并在实际工业生产中具有重要应用价值。
距离感，尤其是成绩落后的同学。为了与同学们融入一体，我会很快的 记住每一个同学的名字，课间时间我会尽可能与同学们聊天，拉近与他 们的距离。可能是还算年轻，我与他们交往非常融洽，休息的日子里，我 像大姐姐一样与同学们一起郊游过，一起做过志愿者。真心的爱护自己 的学生、了解自己的学生，并公正对待每一个同学。我认为，真情的付出 是建立良好师生关系的前提。